Различные конструкции манометров жидкости и дифференциальных манометров, сфера применения

Принцип действия и конструкции

Большинство показывающих манометрических приборов (манометров, мановакуумметров и вакуумметров) с трубчатой пружиной – устройства прямого действия (преобразования), в которых давление последовательно преобразуется в перемещение чувствительного элемента и связанного с ним механически показывающего устройства.

называется деформационный манометр, в котором чувствительным элементом является трубчатая пружина/16/.

анометрические приборы с трубчатой пружиной появились в прошлом столетии. Автором изобретения считается, хотя имеются и другие претенденты, французский инженер Бурдон (см.п.2.1). Разновидностью трубки Бурдона является трубчатая пружина советского ученого А. Г. Нагаткина, выполненная из заготовки с различающейся по периметру толщиной стенки.

Трубчатая пружина в показывающих манометрических приборах малого и среднего давления имеет вид 3/4 окружности. Для измерений давлений выше 6 МПа применяют  1,5-и 2,5-витковую пружину. В последних вариантах исполнения значительно увеличивается надежность прибора, снижается влияние гистерезиса на его класс точности.

В приборе с 3/4-трубчатой пружиной трубка 1 изогнута (рис. 2.4) с определенными радиусами внутреннего диаметров, зависящими от диаметра корпуса измерительного прибора и требуемого класса точности, с углом изгиба трубки . Один конец такой пружины запаян, а другой – соединен с держателем 2, с помощью которого внутренняя полость трубки сообщается с областью измеряемого давления р.

Под воздействием среды избыточного давления (как положительного, так и отрицательного), подведенной к внутренней полости, трубка стремится к распрямлению (при вакуумметрическом давлении – к закручиванию).  При  этом соответственно изменяются внутренний и внешний радиусы пружины с (рис. 2.5). Следствием этого является уменьшение угла закручивания пружины от , что вызывает соответствующее изменение положения свободного конца пружины на величину . Это в свою очередь приводит к перемещению посредством передаточного механизма показывающей стрелки 5 (рис. 2.6) прибора, пропорциональному измеряемому давлению. Распрямление трубки происходит обычно на угол не более 15о, а перемещение ее свободного конца составляет в зависимости от размера чувствительного элемента от 2 до 10 мм. Причем для каждого типоразмера и при определенном передаточном механизме ход конца пружины для различных давлений и, конечно, при разной толщине стенок трубчатых пружин должен быть приблизительно одинаков.

В промышленных показывающих манометрах на основе одно- и многовитковой пружин наибольшее распространение получили передаточные механизмы с зубчатым сектором (трибко-секторные) и рычажные (рис. 2.6). Отличительной особенностью манометров с трибко-секторным передаточным механизмом является шкала с углом 270-300о. Такой механизм имеет более высокую стоимость, но обеспечивает повышенную точность показаний измерителя. Он применяется как в промышленных, так и эталонных приборах.

Принцип работы зубчатого механизма состоит в следующем (рис. 2.6,а). Перемещение свободного конца трубчатой пружины через тягу 2 передается зубчатому сектору 3, который посредством зубчатого зацепления приводит во вращение трибку 4 с закрепленной на ней стрелкой 5. Соответственно величина перемещения свободного конца чувствительного элемента преобразуется в перемещение стрелки.

Для устранения «свободного хода» передаточного механизма трибка подпружинена с помощью спиральной волосковой пружины.

Манометры с рычажным механизмом менее сложны в регулировке, обладают малой чувствительностью к вибрациям, просты в изготовлении и имеют меньшую стоимость. Шкала прибора с рычажным передаточным механизмом теоретически может составлять 90, но на практике не превышает 60-70. Классы точности манометрических приборов с такими механизмами – 2,5 и 4,0.

Основной целью регулировки прибора является установление близкой к линейной зависимости хода зубчатого сектора – трибки – указательной стрелки от измеряемого давления, а также соответствия начального и конечного значений шкалы задаваемому диапазону измерения давления. Это достигается путем варьирования длины тяги, соединяющей ЧЭ  с сектором, и длины рычага зацепления этой тяги на зубчатом секторе. Такая регулировка достаточно трудоемка и требует специальных навыков.

Класс точности манометрического прибора в основном определяется упругими характеристиками трубчатой пружины и качеством зубчатой передачи трибко-секторного механизма. Таким образом, чем выше упругие свойства ЧЭ, качественнее выполнено зубчатое зацепление, тем более высокий класс точности измерителя может быть достигнут.

Зубчатая передача является одним из наиболее уязвимых звеньев манометра с трубчатой пружиной, особенно при пульсирующем давлении, когда его подъемы и падения имеют высокую скорость и частоту. Такие экстремальные условия эксплуатации приводят к быстрому износу- выработке зубьев как трибки, так и сектора и соответственно к недостоверности показаний измерителя, а зачастую к его выходу из строя. Это наиболее часто наблюдается при измерении давления на выходе сжатого воздуха из компрессоров, питательных насосах котов.

К пульсирующему согласно ГОСТ 2405-88/4/ отнесено давление, многократно возрастающее и убывающее по любому периодическому закону со скоростью свыше 10% диапазона показаний в секунду. Для измерения пульсирующего давления рекомендуется применять демпферы и демпферные устройства (см.п.8.2).

Замена зубчатого сектора в эксплуатационных условиях затруднительна для многих импортных приборов, в которых соединения передаточного механизма часто выполнены неразъемными. Отечественные производители предусматривают возможность замены трибко-секторного передаточного механизма контрольных и эталонных приборов.

Трубчатая пружина предопределяет в значительной мере метрологические характеристики и показатели надежности измерительного прибора. Основными параметрами, оказывающими влияние на упругую характеристику, являются ее форма сечения и геометрические размеры. Наибольшее распространение получили трубки Бурдона, имеющие эллиптическую и плоскоовальную формы сечения (рис. 2.7,а,б). Такие формы выполняются из тонкостенных заготовок. Их основные параметры – ширина 2а, высота 2, радиус овала Последний параметр в расчетах и контроле геометрии чувствительного элемента учитывается в меньшей степени. В трубчатых манометрических пружинах распрямление происходит из-за стремления овально-изогнутой формы эллиптического или плоскоовального сечения при повышении давления приобретать округлость. Трубчатая пружина эллиптической формы сечения  (рис. 2.7,а) в определенном диапазоне параметров тем чувствительнее, чем больше радиус ее овала . Чувствительность пружины плоскоовальной формы сечения (рис. 2.7,б) возрастает с уменьшением величины 2. Толщина стенок трубки связана пропорционально  со значением измеряемого давления.

Пружина эллиптического сечения отличается повышенной чувствительностью, так как при ее разгибании меньше противодействующих профилей. Такие пружины применяются, большинством производителей, для измерения давлений до 0,1-0,16 МПа, а плоскоовальные – для измерения давления 0,16-6 МПа.

Пружины с плоскоовальным сдавленным профилем (рис. 2.7,в) отличаются повышенной прочностью и могут применяться для измерения высокого давления.

При изготовлении манометров для измерения более высоких давлений могут использоваться плоскоовальные толстостенные пружины (рис. 2.7,г), которые, как и плоскоовальные тонкостенные, под действием давления изменяют форму поперечной формы сечения и соответственно радиус изгиба трубчатой пружины.

Для измерения сверхвысокого давления (до 1000 МПа и выше) применяются трубчатые пружины с эксцентрическим каналом (рис. 2.7,д), предложенные . Г. Нагаткиным. Ось внутреннего отверстия таких пружинах смещена относительно оси внешнего диаметра трубы . Изгиб (точнее разгиб) такой пружины происходит из-за эксцентричности распределения сил растяжения в поперечном разрезе профиля. В результате возникает изгибающий момент, который деформирует трубчатую пружину в сторону более толстой стенки. Разновидностью такого типа является трубчатая пружина в виде толстостенной круглой трубки с лыской (рис. 2.7,е).

Статическая характеристика пружины Бурдона включает участок пропорциональности, когда изменение положения ее конца зависит от воздействующего давления, и последующий участок остаточной деформации, когда воздействие давления приводит к необратимым изменениям геометрии чувствительного элемента. Предельное рабочее давление трубчатого элемента должно быть в 1,5-2 раза меньше предельного значения пропорциональности для промышленных приборов и в 3-4 раза –  для эталонных .

Для участка пропорциональности одной из главных задач при изготовлении трубчатой пружины является достижение идеального вида зависимости изменения хода конца пружины от воздействующего давления. Идеальный вариант – строгая линейность. На практике, к сожалению, существует ряд факторов, которые приводят к отклонению от желаемой зависимости. К таким факторам для пружин плоскоовального профиля относятся: не оптимальный выбор геометрии, не одинаковая толщина стенки по всей длине чувствительного элемента,  не однородный химический состав металла, не оптимальный термический режим обработки трубчатой пружины и другие параметры как технологического процесса изготовления непосредственно заготовки (трубки), так и чувствительного элемента.

Технология изготовления чувствительного элемента включает термический отжиг трубки, ее профилирование и изгиб (последние операции могут быть совмещены) и обязательную последующую температурную нормализацию, предназначенную для снятия напряжений после механических деформаций.

Некоторые производители для предотвращения необратимого изменения профиля пружины при предельном давлении устанавливают по внешнему ее радиусу ограничитель предельного разгибания.

Один из основных недостатков трубчато-пружинных приборов – существование остаточных деформаций. Так, при повышении и понижении давления при одном действительном значении давления измеритель будет показывать разные значения. Это объясняется, в значительной мере, наличием гистерезиса, который при работе в ограниченном диапазоне давления по прошествии определенного времени исчезает. Снижение влияния гистерезиса на результат измерения достигается несколькими способами. Наиболее распространенным является выбор металла с наиболее упругими свойствами и оптимального температурного режима обработки как заготовки, так и изогнутой трубчатой пружины.

Известен также способ устранения деформационных последствий посредством обработки чувствительного элемента циклическими нагрузками, так называемым физическим «старением» металла.

Одним из вариантов уменьшения влияния гистерезиса на результат измерения является также изготовление чувствительного элемента в виде многовитковой пружины (рис. 2.8). Наиболее часто применяется такая трубчатая пружина в манометрических приборах для давления выше 6 МПа. Конструктивно чувствительный элемент имеет  1,5 или 2,5 витка. Основными параметрами, оказывающими влияние на упругую характеристику чувствительного элемента (перемещение свободного конца многовитковой трубчатой пружины), являются толщина стенки и в меньшей степени радиус навивки

Технология изготовления многовитковых чувствительных элементов достаточна проста. Она исключает наличие наполнителя при навивке, что приводит к произвольности профиля трубчатого элемента в радиусе изгиба

Методика расчета подобных чувствительных элементов разработана недостаточно.

Манометр – это техническое устройство, которое измеряет давление в любой момент времени в каком-либо замкнутом пространстве, в месте установки. Без таких приборов запрещена эксплуатация сосудов, работающих под избыточным давлением.

Принцип манометра заключается в уравнивании измеряемого давления и величины деформации пружинного механизма внутри прибора. Отклонение пружины преобразуется во вращательное движение стрелки на циферблате.

На нашем сайте вы сможете найти не только клапан для манометра, но и широкий ассортимент запорной арматуры.

Как устроен манометр

Согласно ГОСТ Р 8.905-2015 вакуумметр, мановакуумметр, напоромер, тягомер, тягонапоромер – это все манометры.

Для лабораторных измерений применяются жидкостные приборы.

Принцип действия прибора такого вида основан на свойстве сообщающихся сосудов. При создании давления у одного конца U-образной трубки наполнитель перемещается и наблюдается разница в уровнях жидкости. Эта разница, выраженная в миллиметрах, дает значение измеряемого давления.

Корпус пружинного прибора напоминает невысокий металлический цилиндр разного диаметра, чаще всего 5 см, со стеклянной крышкой. Под стеклом находится циферблат – это шкала с делениями в барах или паскалях.

Принцип действия манометра такого вида заключается в уравновешивании напора жидкости и силы деформации мембраны или пружины. В результате этого процесса упругий чувствительный элемент смещается, что приводит в действие показывающую стрелку устройства. Цена деления устройства зависит от верхнего предела измерения.

Требования к манометрам:

• Прибор устанавливать так, чтобы его показания были отчетливо видны обслуживающему персоналу, то есть вертикально или с наклоном вперед до 30°, на высоте от 2 до 3 метров.
• Сроки проверки манометров и предохранительных клапанов не реже одного раза в год.

Виды манометров

Приборы измерения давления различаются в зависимости от конструкции:

• Жидкостные.
• Мембранные.
• Пружинные.
• Дифференциальные.

Современные виды устройств разделили на 7 больших групп в зависимости от условий работы:

• Образцовые. Приборы с очень высокой точностью измерения. Используют для проверки точности показаний другого аналогичного измерительного оборудования, то есть поверки.
• Электроконтактные. Специальные устройства для контроля и предупреждения о достижении максимально допустимого параметра, способного разрушить систему. Для этого встраивают клапан, который сбрасывает давление до безопасного уровня. В результате обеспечивается безопасная работа на предприятиях, котельных.
• Общетехнические. Эти устойчивы к вибрациям и низким температурам, поэтому используются на транспорте и на трубопроводах.
• Самопишущие. Позволяют не только наблюдать визуально за показаниями, но и фиксировать их на специальной диаграмме, чтобы проследить динамику изменения параметра за определенный промежуток времени. Подобные устройства незаменимы в исследовательских лабораториях, на тепловых электростанциях, многих предприятиях.
• Специальные. Созданы для работы с различными вредными и опасными газами, например, аммиаком, ацетиленом, аргоном, метаном. Они отличаются от других устройств цветом корпуса или кольца, прижимающего стекло.
• Железнодорожные. Подобные устройства имеют повышенную стойкость к вибрации, благодаря вязкой жидкости внутри корпуса, например, глицерином или силиконовым маслом.
• Судовые.  Имеют корпус, защищенный от влияния атмосферных осадков, не подвержены коррозии.

Встречаются приборы с особыми характеристиками: сигнализирующие, виброустойчивые, коррозионностойкие.

Сфера использования

Приборы устанавливают везде, где нужно контролировать уровень давления, чтобы избежать аварийных ситуаций и нарушений технологических процессов:

Приборы применяются во всех случаях, когда необходимо знать, контролировать и регулировать напор воды, других жидкостей, газов, пара. Сложно назвать отрасль, которая может обойтись без этого. Наиболее часто манометры применяют в теплоэнергетике, на химических, нефтехимических предприятиях,в пищевой отрасли.

Назначение жидкостного манометра зависит от устройства, но используются они все реже, так как существует возможность его проливания и выплескивания при резком скачке давления.

Кран для манометра. Устройство

На трубопровод прибор крепится с помощью многофункционального трёхходового крана.

В зависимости от положения рукоятки запорного механизма контролируется работа измерительного прибора. В корпусе находится пробка с Т-образным отверстием. Поворотом рукоятки в рабочий режим поток направляется к манометру, который фиксирует давление. Если перевести кран в положение «закрыто», то поток в трубе остановиться или изменит направление. Прибор покажет нулевое значение.

Таким образом, кран необходим для продувки, проверки прибора и полного отключения измерительного устройства, например, для его замены.

Приборы, измеряющие давление, несмотря на одинаковый принцип действия, применяются для различных условий эксплуатации и имеют разные схемы исполнения. Одни показывают величину давления жидкости, а другие работают только с газом. Некоторые из них применяются в контрольно-измерительной аппаратуре для определения точных показателей давления. Часто манометры входят в состав блоков автоматики и сигнализации, обеспечивают безопасные условия работы на предприятиях.

Завод «Клапан Комплект» предоставляет широкий ассортимент различных видов клапанов. Запорная арматура по самым выгодным ценам!

Жидкостные манометры и дифманометры, принцип действия, область применения

Жидкостные (трубные) манометры функционируют по принципу сообщающихся сосудов – за счет уравновешивания фиксируемого давления весом жидкости-наполнителя: столб жидкости сдвигается на высоту, которая пропорциональна приложенной нагрузке. Измерения на основе гидростатического метода привлекают сочетанием простоты, надежности, экономичности и высокой точности. Манометр с жидкостью внутри оптимально подходит для измерения перепадов давления в пределах 7 кПа (в специальных вариантах исполнения – до 500 кПа).

Виды и типы приборов

Для лабораторных измерений или промышленного применения используются различные варианты манометров с трубной конструкцией. Наиболее востребованы такие виды приборов:

• U-образные. Основа конструкции – сообщающиеся сосуды, в которых определение давления осуществляется по одному или сразу нескольким уровням жидкости. Одна часть трубки соединяется с трубопроводной системой для проведения измерения. В то же время другой конец может быть герметически запаян или иметь свободное сообщение с атмосферой.
• Чашечные. Однотрубный жидкостный манометр во многом напоминает конструкцию классических U-образных приборов, но вместо второй трубки здесь применяется широкий резервуар, площадь которого в 500-700 раз больше площади сечения основной трубки.
• Кольцевые. В устройствах данного типа столб жидкости заключен в кольцевом канале. При изменении давления происходит перемещение центра тяжести, что в свою очередь приводит к перемещению стрелки указателя. Таким образом, прибор для измерения давления фиксирует угол наклона оси кольцевого канала. Эти манометры привлекают высокой точностью результатов, которые не зависят от плотности жидкости и газовой среды на ней. В то же время сфера применения таких изделий ограничивается их высокой стоимостью и сложностью обслуживания.
• Жидкостно-поршневые. Измеряемое давление вытесняет сторонний шток и уравновешивает его положение калиброванными грузами. Подобрав оптимальные параметры массы штока с грузами, удается обеспечить его выталкивание на величину, пропорциональную к измеряемому давлению, а, следовательно, удобную для контроля.

Применение жидкостного манометра

Простота и надежность измерений на основе гидростатического метода объясняют широкое применение прибора с жидкостным наполнителем. Такие манометры незаменимы при проведении лабораторных исследований или решении различных технических задач. В частности, приборы используются для таких типов измерений:

• Небольшие избыточные давления.
• Разность давлений.
• Атмосферное давление.
• Разрежение.

Важное направление применения трубных манометров с жидким наполнителем – поверка контрольно-измерительных приборов: тягомеров, напоромеров, вакуумметров барометров, дифманометров и некоторых типов манометров.

Манометр жидкостный

Самый распространенный вариант конструкции приборов – U-образная трубка. Принцип действия манометра показан на рисунке:

Схема U-образного жидкостного манометра

Один конец трубки имеет сообщение с атмосферой – на него воздействует атмосферное давление Pатм. Другой конец трубки с помощью подводящих устройств подключается к целевому трубопроводу – на него воздействует давление измеряемой среды Рабс. Если показатель Рабс выше Pатм, то жидкость вытесняется в трубку, сообщающуюся с атмосферой.

Инструкция по расчету

Разница высоты между уровнями жидкости рассчитывается по формуле:

Если необходимо измерить давление разряженных газов, применяются измерительные приборы, в которых один из концов герметически запаян, а к другому с помощью подводящих устройств подключают вакуумметрическое давление. Конструкция показана на схеме:

Схема жидкостного вакуумметра абсолютного давления

Для таких приборов применяется формула:
h = (Ратм – Рабс)/(rж g).

Давление в запаянном торце трубки равно нулю. При наличии в нем воздуха расчеты вакуумметрического избыточного давления выполняются как:
Ратм – Рабс = Ризб – hrж g.

Если воздух в запаянном конце откачан, и давление противодействия Ратм = 0, то:
Рабс= hrж g.

Конструкции, в которых воздух в запаянном конце откачивается и перед заполнением вакууммируется, подходят для применения в качестве барометров. Фиксация разницы высоты столба в запаянной части позволяет произвести точные расчеты барометрического давления.

Преимущества и недостатки

Жидкостные манометры имеют как сильные, так и слабые стороны. При их использовании удается оптимизировать капитальные и эксплуатационные издержки на контрольно-измерительные мероприятия. В то же время следует помнить о возможных рисках и уязвимых местах таких конструкций.

Среди ключевых преимуществ измерительных приборов с жидкостным наполнением следует отметить:

• Высокая точность измерений. Приборы с низким уровнем погрешности могут использоваться в качестве образцовых для поверки различного контрольно-измерительного оборудования.
• Простота использования. Инструкция по использованию прибора является предельно простой и не содержит каких-либо сложных или специфических действий.
• Невысокая стоимость. Цена жидкостных манометров значительно ниже по сравнению с другими типами оборудования.
• Быстрый монтаж. Подключение к целевым трубопроводам производится с помощью подводящих устройств. Осуществление монтажа/демонтажа не требует специального оборудования.

При использовании манометрических устройств с жидкостным наполнением следует учитывать и некоторые слабые стороны таких конструкций:

• Резкий скачок давления может привести к выбросу рабочей жидкости.
• Возможность автоматической фиксации и передачи результатов измерений не предусмотрена.
• Внутреннее устройство жидкостных манометров определяет их повышенную хрупкость
• Приборы характеризуются достаточно узким диапазоном измерений.
• Корректность измерений может быть нарушена некачественной очисткой внутренних поверхностей трубок.

Инструкция для жидкостного манометра

Для гидростатических измерений в манометрах могут использоваться различные рабочие жидкости: дистиллированная вода, ртуть, этиловый спирт, жидкость Туле и другие наполнители. При их использовании важно помнить о возможных рисках. В частности, вода приводит к коррозии железосодержащих сплавов, ртуть несет угрозу здоровью человека, а ацетилен и некоторые другие виды наполнителей являются психотропными веществами.

Назначение манометров

Манометр — это устройство для измерения давления газа или жидкости в замкнутом пространстве.

В зависимости от конструкции манометра, он может измерять давление воздуха, газа, пара или жидкости.

Манометры используют в газопроводах, водопроводах, котлах отопления, компрессорах, баллонах, автоклавах и так далее.

Многие путают манометр в барометр. Барометр показывает давление, но только атмосферное, а манометр измеряет давление, с которым жидкость, газ, пар или воздух давит на стенки замкнутого пространства.

Единица измерения давления является паскаль (Па). Паскаль отражает силу в 1Н, которая действует равномерно на площадь 1 квадратный метр.

Манометры могут применяться для измерения таких значений, как: давления, которое ниже атмосферного, избытка давления, атмосферного давления, разницы давлений.

Манометр используют для следующих целей:

• для накачиваний шин автомобилей;
• для обслуживания систем отопления и кондиционирования;
• для мониторинга давления в пневматических агрегатах на производстве;
• в гидравлических узлах;
• в газодобывающей и нефтяной промышленностях;
• для обслуживания двигателей, например, в морских судах.

Главное и основное назначение манометра — это мониторинг и информирование о недостаточном или избыточном давлении газа, воды или пара. В промышленной сфере также используют манометры с функцией сигнального предупреждения, которые могут предотвратить техногенные катастрофы, взрывы.

Конструкция и принцип действия

Манометр состоит из:

• корпуса;
• стрелки;
• шестеренки;
• оси;
• поводка;
• зубчатого сектора.

Внутри прибора устанавливают пружину между шестеренкой и зубьями сектора, которая исключает мертвый ход.

Стрелка показывает избыточное давление. Шкала измерения представлена в Паскалях или Барах.

У манометра простой принцип действия: давление от среды, которая измеряется, поступает внутрь трубки. Под воздействием давления трубка пытается выровняться из-за разности площадей внутренней и внешней поверхностей. Свободный конец трубки осуществляет движение, при этом стрелка на определенный угол поворачивается, благодаря передаточному механизму. Деформация трубки и измеряемая величина находятся в прямолинейной зависимости. Поэтому стрелка показывает значение давления определенной среды.

Какие виды приборов существуют

По назначению манометры бывают следующих видов:

• Самопишущие. Механизм в манометре позволяет отобразить график изменения давления.
• Железнодорожные.
• Судовые.
• Эталонные. Имеют высокий класс точности. Обычно их применяют для регулировки, испытаний, проверки точных измерительных оборудований.
• Специальные. Используют для измерения давления разнообразных газов. Корпуса имеют разные цвета, которые зависят для какого газа они предназначены: красный (горючий газ), черный (негорючий газ), желтый (аммиачный газ (А)), белый (ацетиленовый газ (Ац)), голубой (кислородный газ (К)).
• Электроконтактные. В таких манометрах имеется сигнализация, которая предупреждает об изменении давлении среды.
• Общетехнические. Используются для измерения давления в разных средах.

По принципу работы манометры бывают таких видов:

• Пьезоэлектрические. Такие манометры основаны на пьезоэффекте, то есть внутри используется кристалл кварца, в котором появляется заряд при механическом воздействии.
• Деформационные. Такие манометры основаны на деформации чувствительного элемента (пружины, мембраны, сильфона), которые при своей деформации действуют на стрелку.
• Жидкостные. В приборе содержится трубка, которая наполнена жидкостью. Прибор может быть с одной трубкой или с двумя. С двумя трубками прибор может сравнить давление в разных средах.
• Поршневые. Внутри манометра имеется цилиндр, внутрь которого вставлен поршень.

Диапазон измерения манометра колеблется от 0,06 до 1000 МПа.

Требования к манометрам

Класс точности манометра должен зависеть от измеряемого давления:

• 2,5 при Рраб < 25 кгс/см2 (2,5 МПа);
• 1,5 при 25 < Рраб < 140 кгс/см2 (14 МПа);

Шкала манометра выбирается из условия, что рабочие показания лежат в 2/3 шкалы.

Манометр должен быть установлен так, чтобы шкала была расположена вертикально или с наклоном не более 30 градусов и его показания отчетливо видны обслуживающему персоналу.

Номинальный диаметр манометров, установленных на высоте, соответствовал:

• до 2 метров — 100 мм;
• от 2 до 3 метров — 150 мм;
• от 3 до 5 метров — 250 мм;
• от 5 метров — устанавливается дублирующий манометр.

Манометры на основе мембран, мембранных коробок, сильфонов

В манометрических приборах, предназначенных для измерения малых значений давления, в большинстве случаев используют мембраны, мембранные коробки или сильфоны. Соответственно эти приборы могут называться мембранными или сильфонными манометрами.

Согласно /16/ мембранный манометр – это деформационный манометр, в котором чувствительным элементом является мембрана или мембранная коробка.

Соответственно сильфонный манометр – это также деформационный манометр, но в котором чувствительным элементом является сильфон.

В серии приборов напоромеров, тягомеров, тягонапоромеров НМП-100, ТмМП-100, ТНМП-100 (рис. 2.18) в качестве чувствительного элемента используется мембранная коробка 1, закрепленная на основании 2 каркаса 3. Измеряемое давление ризм подается через подводящий штуцер 4 внутрь мембранной коробки, что вызывает перемещение ее незакрепленного жесткого центра, которое передается на тягу 5 и приводит в действие коромысло 6. Длиной тяги также регулируется нулевое показание прибора. От коромысла через плечо 7 перемещение поступает на шибер 8, посредством которого линейное движение преобразуется в угловой сдвиг оси 9, на которой закреплена стрелка 10. Таким образом величина измеряемого давления отображается перемещением стрелки на шкале прибора 11.

Рис. 2.18. Мембранный манометрический прибор типа НМП:

– вид измерительной части; б – схема; 1 – мембранная коробка; 2 – основание;

3 – каркас; 4 – подводящий штуцер; 5 – тяга; 6 – коромысло; 7 – плечо;

8 – шибер; 9 – ось; 10 – стрелка; 11 – шкала; 12 – корпус; 13 – стекло; – стопорное кольцо; 15 – упор

Прибор монтируется в прочном литом из алюминиевого сплава корпусе 12. Каркас крепится в корпусе с помощью подводящего штуцера. Стекло 13 фиксируется стопорным кольцом 14.

Упор 15 предназначен для исключения необратимой деформации мембранной коробки при воздействии давления, выше предельно допустимого.

Обращает на себя внимание тот факт, что смещенно-осевой передаточный механизм, состоящий из тяги, коромысла, плеча и шибера, не совершенен для сегодняшнего уровня технологий с большим запасом люфтов и настроечных винтов. Поэтому класс точности мембранных манометров типа МП не выше чем 1,5, а угол поворота указательной стрелки – угол размаха шкалы – не превышает 90о.

Разновидностью конструкции напоромера МП является модель с корпусом прямоугольной формы (72х144мм), в котором (рис. 2.19) угол поворота указательной стрелки менее 90°, но из-за фронтального размещения шкалы ее информативность значительно возрастает. Мембранная коробка 1 закреплена на основании 2. Центр верхней образующей мембранной коробки и коромысло 3 связаны тягой 4. Плечо коромысла соединено тягой 5 с плечом 6 оси 7, которая также служит осью вращения стрелки 8. Для обеспечения устойчивости стрелки она оснащена противовесом 9. Отсчет показаний прибора производится по шкале 10.

Рис. 2.19. Мембранный напоромер типа МП в корпусе прямоугольной формы:

1 – мембранная коробка; 2 – основание; 3 – коромысло; 4, 5 – тяга;

6 – плечо; 7 – ось; 8 – стрелка; 9 – противовес; 10 – шкала; 11 – подводящая линия

Измеряемая среда давлением ризм через подводящую линию 11 поступает во внутреннюю полость мембранной коробки. Под его воздействием перемещается центр коробки и через систему рычагов и тяг 4, 3, 5 и 6 это перемещение преобразуется в поворот оси, на которой установлена стрелка.

В большинстве случаев нелинейность статических характеристик мембранных коробок не превышает 10-15 % и устраняется изменением длин тяг, а также углов их зацеплений.

Многие зарубежные, а также некоторые отечественные фирмы производят мембранные манометрические приборы с компактным центрально-осевым передаточным механизмом (рис. 2.20).

Рис. 2.20. Показывающий манометрический прибор на основе мембраны:

– мембрана; 2 – площадка; 3 – передаточный механизм;   4 – держатель;   5 – стрелка

Мембрана 1 герметично припаяна к площадке 2, с которой образует рабочую полость чувствительного элемента. Центр мембраны имеет снаружи полированную площадку, с которой соприкасается шарик передаточного механизма 3, представляющего собой компактное устройство с миниатюрным рычажно-секторным механизмом, более детальная схема которого представлена на рис. 2.21

Рис. 2.21. Схема() и вид () центрально-осевого передаточного механизма:

– основание; 2 – поворотная ось; 3 – шаровая опора; 4 – упор;

5 – зубчатый сектор; 6 – трибка; 7 – спиральная пружина; 8 – плата верхняя; 9 – стойка

Измеряемое давление через подводящий штуцер держателя 4 поступает в рабочую полость чувствительного элемента, перемещая центр мембраны 1. Этот сдвиг передается центрально-осевым передаточным механизмом на стрелку 5 (см. рис.2.20).

Встречаются конструкции со сдвоенными мембранами, как это имеет место у дифманометров с мембранными коробками, показанными на рис. 2.23. В таких случаях обеспечивается более высокий класс точности измерения.

Мембраны изготовляются из различных бронз, нержавеющей стали.

Приборы выпускаются в корпусах малых (63 мм), средних и больших диаметров (100 и 160 мм).

Центрально-осевой передаточный механизм (см. рис. 2.21) используется в ряде типов мембранных манометрических приборов. На основании 1а) установлена поворотная ось 2 с закрепленными на ней под углом примерно 90° шаровой опорой 34. Конец упора соприкасается с нижней частью зубчатого сектора 5, установленного в паре с трибкой 6. На оси трибки закреплена спиральная пружина 7, устраняющая вибрации при прямом и обратном ходе.

Верхняя плата 8 со стойками 9 обеспечивает дополнительную опору трибке и оси зубчатого сектора.

Механизм работает следующим образом. Воздействие на шаровую опору приводит посредством осевого смещения поворотной оси к повороту упора. Последний перемещает сектор, который зубчатым зацеплением поворачивает трибку.

Центрально-осевой передаточный механизм конструктивно несложен, но при изготовлении требует достаточно высоких технологий обработки металла.

На рис. 2.22 показана схема манометра, в котором мембрана 1 герметично приварена к фланцу 2. В центре мембраны закреплен шток 3, соединенный с рычагом зубчатого сектора 4. В контакте с зубьями сектора находится трибка 5, на оси которой установлена стрелка 6. Шток состоит из двух частей и крепежного винта, обеспечивающего фиксацию оптимальной его длины при настройке прибора.

Рис. 2.22. Мембранный манометр для измерения давления вязких и загрязненных сред, а также виды присоединительных фланцев:

а – с открытой мембраной; б – с подводящим штуцером; в – с дополнительным фланцем; 1 – мембрана; 2 – фланец; 3 – шток; 4 – зубчатый сектор; 5 – трибка; 6 – стрелка; 7 – крепежные отверстия

Измеряемое давление ризм воздействует на мембрану, в результате чего перемещается ее центр, и через шток, зубчатый сектор этот сдвиг преобразовывается в поворот указательной стрелки.

7 предназначены для монтажа прибора к соответствующему фланцу, приваренному к технологическому трубопроводу.

Мембранные манометры могут выполняться как с открытой мембраной (рис. 2.22,а), так и с подводящим штуцером (рис. 2.22,б), а также с дополнительным фланцем (рис. 2.22,в

Основное применение мембранные манометры с открытой мембраной нашли при измерении жидких сред с повышенной вязкостью или различными вкраплениями, в технологических линиях, где периодически требуется промывать оборудование и исключаются «застойные» зоны рабочего вещества.