СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Рис. 11.3

Жидкостные манометры. Сообразные жидкостные манометры (рис. 11.3) используют для измерения небольших избыточных давлений, разрежений и разности давлений воздуха и неагрессивных газов (до 7 кПа) в промышленных и лабораторных установках. Их применяют также в качестве контрольных и образцовых манометров и вакуумметров для поверки рабочих средств измерения давления,

^/-образный манометр должен устанавливаться вертикально по отвесу. В качестве рабочей жидкости обычно применяют воду (иногда ртуть и другие жидкости). Внутренний диаметр стеклянной трубки должен быть не менее 8... 10 мм, в противном случае проявляются капиллярные свойства воды.

Разность давлений Ар=р - р₂, Па (или избыточное давление р„=р при р₂=р_а), измеряемая ^/-образным манометром, подсчитывается по формуле

^Р = ёЯ9-^Л (П-19)

Здесь g - местное ускорение свободного падения, м/с²,

g = g_н(-0,0026 С0$2(р-2-10-¹ н), (11.20)

где = 9,80665 - нормальное ускорение свободного падения, м/с²; ср -географическая широта; Я - высота над уровнем моря, м;

к - разность уровней рабочей жидкости, м; р и р_с - плотности рабочей жидкости и среды (обычно воздуха) над рабочей жидкостью, кг/м³.

При отсчете высоты к невооруженным глазом пределы допускаемой основной погрешности Ак не превышают ± 2 мм столба рабочей жидкости. Для повышения точности отсчета образцовые V-образные приборы снабжают зеркальной шкалой, тогда А к = ± 1мм. Особое внимание следует обращать на чистоту внутренней полости трубки и рабочей жидкости, так как загрязнения искажают форму мениска и могут привести к грубым погрешностям измерений.

Микроманометры являются переносными приборами, их применяют для измерения малых давлений, разрежений или разности давлений воздуха и неагрессивных сред. Приборы этого типа подразделяются на рабочие и образцовые. Рабочие микроманометры бывают технические и повышенной точности. В качестве рабочей жидкости используют этиловый спирт.

Измеряемая разность давлений Ар=р -р₂ Па, (рис. 11.4) уравновешивается высотой к столба рабочей жидкости:

к - к_х +к₂ - Ятсн- к₂. (11.21)

Обозначим через А) и А₂ площади сечений наклонной трубки и сосуда, тогда

Ар = рgk = р?/(вт а + А₁

• (11.22)
• (11.23)

Если приравнять местное ускорение свободного падения нормальному g_н= 9,80665 м/с² и принять ЗУЗ^О, то разность давлений Ар*, кгс/м², будет равна

Ар* = р/ вт а = к1, (11.24)

где р - плотность рабочей жидкости (этилового спирта), кг/м³; к -постоянная прибора.

Перед заполнением прибора спиртом необходимо определить его действительную плотность р', кг/м³. Если р' не совпадает с плотностью р, кг/м³, значение которой указано на приборе, то необходимо ввести поправку к постоянной прибора:

к =к-р/р. (11.25)

По схеме (см. рис. 11.4) выполняют микроманометры типа ММН с переменным углом наклона измерительной трубки с пятью диапазонами измерения давления р: 0...50: 0...75; 0...100; 0...150; 0...200 кгс/м², классов точности 0,5 и 1. Для более точных измерений давлений, разрежений или разности давлений используют микроманометры с оптическим устройством и микроманометры компенсационного типа.

Рис. 11.4

Поправки к показаниям жидкостных манометров. При измерении давления жидкостными манометрами высоту столба рабочей ЖИДКОСТИ приводят К /о=4 °С ДЛЯ ВОДЫ (для ртути /о⁼0 °С) И ?н =9,80665 м/с², а длину шкалы прибора приводят к Ьо⁼20 °С. Последнее связано с тем, что миллиметровые деления шкал приборов наносят и проверяют при температуре, равной 20 °С [10].

Если И, - высота столба рабочей жидкости, отсчитанная при температуре /, °С, то высота столба /?о* при температуре /₀=4 °С для воды (?о=0 °С для ртути) и ?20⁼20 °С для шкалы будет равна

/го =/гД¹-р(?-/₀)+а(^о - ^20)] (11.26)

Здесь Р - средний коэффициент температурного расширения жидкости, К'¹, равный 0,00018; 0,0002; 0,0011 соответственно для ртути, воды и этилового спирта; а - линейный коэффициент температурного расширения материала шкалы, К'¹, равный 1,9 10"⁵; 1,2 10'⁵ и 0,8 • 10‘⁵ соответственно для латуни, стали и стекла.

Для приведения к, к указанным температурам (/о для жидкости и /20 для шкалы) поправка составит

Щ = к₀ - к₍ = к₍[а(/₀ -/₂₀)-Р(/-'о)} 0¹ -²⁷)

Величина поправки для приведения к, к нормальному ускорению свободного падения равна

?

Ак_а = кц - к₍ -к₍--к_{ =к₍

* ёи

ґ

ё

-1

ён

/

(11.28)

где g - местное ускорение свободного падения, м/с².

Значение высоты столба рабочей жидкости ко, соответствующее нормальным условиям (температурам /₀, Ьо, и ускорению ?_н), вычисляется по формуле

(11.29)

к₀ = к_г + Ак, + Ак„.

Манометры с упругими чувствительными элементами. Приборы, принцип действия которых основан на использовании упругой деформации чувствительных элементов, воспринимающих измеряемое давление среды, получили широкое распространение в различных областях техники. Они изготовляются в виде тягомеров, напо-ромеров, тягонапоромеров, манометров, вакуумметров и мановаку-умметров в диапазоне измерения давлений от 50 Па до 1000 МПа. В качестве упругих чувствительных элементов используются мембраны, мембранные коробки, сильфоны и трубчатые пружины.

В зависимости от назначения манометры с упругими чувствительными элементами бывают рабочие и образцовые. Приборы, предназначенные для работы в информационно-измерительных системах, снабжаются передающими преобразователями с унифицированным сигналом постоянного тока.

Манометры с одновитковой трубчатой пружиной получили наибольшее распространение при измерении давлений в диапазоне от 0,1 до 1000 МПа. Они в зависимости от назначения подразделяются на технические, классов точности 1; 1,6 и 2,5, повышенной точности типа МТИ классов точности 0,6 и 1,0 и образцовые типа МО классов точности 0,16; 0,25 и 0,4. Манометры образцовые типа МО выпускаются с верхним пределом измерений от 0,1 до 60 МПа.

Устройство манометра с трубчатой пружиной Бурдона показано на рис.

11.5. Один конец трубчатой пружины 2 закреплен в держателе 6, который снабжен штуцером 7 для соединения с объектом измерения давления. К запаянному концу присоединен поводок 4 с передаточным механизмом, состоящим из сектора 5 и зубчатого колеса 8, на оси которого закреплена стрелка 3. Спиральная пружина 1, прижимающая зубцы колеса к зубцам сектора, устраняет Рис. 11.5

свободный ход стрелки.

Под влиянием избыточного давления пружина деформируется и через передаточный механизм поворачивает стрелку манометра. Перемещение пружины, а следовательно и угол поворота стрелки, пропорциональны измеряемому давлению, поэтому шкала таких манометров равномерная.

Вакуумметры и мановакуумметры с одновитковой трубчатой пружиной имеют аналогичную конструкцию. Устройство приборов повышенной точности и образцовых такое же, а большая точность достигается тщательным изготовлением и применением материалов высокого качества.

Стабильность показаний трубчатых манометров нарушается явлением гистерезиса и остаточной деформации, поэтому их следует тарировать не реже одного раза в год. Кроме того, в условиях переменной температуры изменяется модуль упругости чувствительного элемента, что вызывает необходимость введения поправки к показанию прибора.

Тонкостенные пружины Бурдона применяют в приборах для измерения избыточного давления до 6 МПа, в диапазоне давлений 20... 160 МПа используют толстостенные трубчатые пружины овального сечения, а для измерения сверхвысокого давления (1000 МПа и выше) применяют трубчатые пружины с эксцентричным каналом (одновитковые или прямолинейные).

Манометры мембранные дифференциальные типа ДМ широко применяются для измерения расходов в комплекте с сужающими устройствами, в качестве перепадомеров, для измерения уровня воды в барабанах парогенераторов, баках и т.п. Дифманометры не имеют отсчетных устройств и применяются совместно с вторичными приборами (преобразователями) дифференциально-трансформаторной системы.

Промышленностью выпускаются приборы типа ДМ трех моделей на рабочие избыточные давления 6,3, 25; 63 МПа. Эти дифманометры рассчитаны на номинальные перепады давлений от 1,6 кПа до 25 кПа (от 0,04 до 0,63 МПа для третьей модели), классов точности 1 и 1.5.

Манометры мембранные дифференциальные типа ДМ-Э и ДМ-ЭР имеют унифицированный выходной сигнал постоянного тока 0...5 мА и 0...20 мА, используются в комплекте с миллиамперметрами, выполненными на базе автоматических потенциометров, а также с регуляторами и другими устройствами в информационноизмерительных системах.

Дифманометры ДМ-Э предназначены для измерения перепадов давления, а ДМ-ЭР - для измерения расхода по перепаду давления в сужающих устройствах (выходной сигнал пропорционален расходу), рассчитаны на рабочее избыточное давление до 40 МПа и на предельные номинальные перепады давлений от 4 до 25 кПа и от 0,04 до 0,63 МПа; классы точности 1 и 1,5 соответственно.

Соотношения между единицами измерения давления

Таблица 11.2

Приборы типа ДМ-Э1 и ДМ-ЭР1 класса точности 1,5 рассчитаны на давление 0,25 МПа и на предельные номинальные перепады давлений от 0,16 до 1 кПа, а приборы ДМ-Э2 и ДМ-ЭР2 классов точности 1 и 1,5 рассчитаны на давление 1 МПа и перепады давлений от 1 до 6,3 кПа,

Устройства и принципы действия манометров типа ДМ подробно изложены в фундаментальной работе В.П. Преображенского [10].

Соотношения между единицами измерения давления приведены в табл. 11.2.