Вимірювання тиску: класифікація приладів (стр. 2 из 4)

Мікроманометри. Розглянуті вище рідинні манометри непридатні для вимірювання невеликих тисків, рівних одиницям або десяткам міліметрів висоти стовпа рідини, що врівноважує, тому що при цьому похибка стає досить значною. Так, наприклад, при вимірюванні стовпа висотою 10 мм і можливій помилці у відліку показань неозброєним оком в 1 мм відносна похибка складе 10%, що неприпустимо.

Для точних вимірювань невеликих тисків газу (повітря) знаходить застосування широкий за інтервалом вимірювання рідинний мікроманометр із похилою трубкою. Цей прилад (рис.3) має широку металеву посудину 1, яка з'єднана гнучкою трубкою з вимірювальною скляною трубкою 2, закріпленою на міліметровій шкалі 3. Посудина контактує з вимірювальним середовищем гумовою трубкою 4. Установка рівня рідини на нульову поділку шкали проводиться гвинтом коректора 5, що переміщає в посудині поршень 6. За допомогою дугоподібної стійки 7 з отворами шкала з вимірювальною трубкою може бути закріплена під п'ятьома кутами нахилу до горизонталі. Прилад змонтований на трикутній плиті 8, постаченої для правильної установки двома гвинтовими ніжками 9 і двома взаємно перпендикулярними рівнями 10. Застосування похилої скляної трубки дозволяє, зменшивши кут α при тій же висоті стовпа рідини, збільшити його довжину, що підвищує точність відліку.

Визначення тиску Р (Па) за допомогою мікроманометра проводиться по формулі

P = 0,001l ρ g sinα, (8)

де l — довжина стовпа рідини, відлічуваної по шкалі приладу, мм.

Рідиною, що врівноважує, для мікроманометра служить етиловий спирт. Діапазон показань залежно від кута нахилу трубки при нормальному прискоренні вільного падіння тіл (9,81 м/с2) становить 600, 900, 1200, 1800 і 2400 Па. Клас точності мікроманометра 1. Прилад випускається на робочий тиск середовища 0,01 МПа.

Установка і виправлення до показань рідинних манометрів. На точність вимірювання тиску за допомогою рідинних манометрів впливають правильність установки приладу, відліку висоти стовпа і визначення густини рідини, що врівноважує.

Щоб уникнути перекручування результатів вимірювання, рідинні манометри закріплюються у вертикальному положенні по рівню в місцях, не підданих вібрації і нагріванню, і які перебувають поблизу місця відбору тиску.

Якщо манометр установлений вище або нижче місця відбору тиску, а сполучна лінія і простір над рідиною в плюсовій вимірювальній трубці або посудині заповнені іншою, більше легкою рідиною (наприклад, водою при вимірюванні ртутним манометром тиску води або пари), необхідно до показань приладу вводити виправлення, що враховує тиск, який створюється стовпом цієї рідини.

Абсолютна похибка вимірювання, що залежить від правильності відліку висоти стовпа рідини неозброєним оком, звичайно становить ±(0,5...1) мм. Застосування оптичних пристосувань (візуалізаторів) помітно зменшує цю похибку.

3 Деформаційні прилади для вимірювання тиску

Висока точність, простота конструкції, надійність і низька вартість є основними факторами, що обумовлюють широке розповсюдження деформаційних приладів для вимірювання тиску в промисловості і наукових дослідженнях.

Досить розповсюдженим видом деформаційних приладів, які використовуються для визначення надлишкового тиску, є трубчасто-пружинні манометри, що відіграють винятково важливу роль у технічних вимірюваннях. Ці манометри виготовляються з одновитковою трубчастою пружиною, що представляє собою вигнуту по окружності металеву пружну трубку овального перетину. Під дією вимірювального тиску усередині трубки вона частково розкручується внаслідок деформації її перетину, що прагне прийняти форму кола.

Вимірювальні прилади з одновитковою трубчастою пружиною призначені для вимірювання надлишкового тиску і розрідження неагресивних рідких і газоподібних середовищ.

Прилади цього типу випускаються тільки показуючими у звичайному, вібростійкому, антикорозійному, вогне- і вибухозахищеному виконаннях.

Однією з основних характеристик деформаційного чутливого елемента зазначених приладів є залежність переміщення δ робочої точки від діючого тиску Р або різниці тисків. Ця характеристика δ=f(Р), яка називається статичною, може бути лінійною або нелінійною. Хід статичної характеристики в межах пружної деформації неоднозначний і утворює петлю гістерезису. Значення гістерезису визначає систематичну похибку деформаційних засобів вимірювання.

Крім відзначеного недоліку чутливі елементи мають властивість пружної післядії, суть якого полягає в тому, що після припинення зміни тиску деформація продовжує зменшуватися, асимптотично наближаючись до граничного значення. Поряд із пружною післядією при експлуатації чутливих елементів має місце залишкова деформація, яка полягає в тому, що після зняття тиску чутливий елемент не повертається у вихідне положення. При багаторазових вимірюваннях залишкова деформація накопичується, що приводить до значних похибок.

Викладені особливості деформаційних чутливих елементів пояснюють той факт, що для технічних манометрів верхня межа вимірювання обмежується половиною тиску, що відповідає межі пропорційності статичної характеристики, у той час як для зразкових приладів межа вимірювання обмежується четвертою частиною тиску, що відповідає межі пропорційності.

Для передачі переміщення вільного кінця деформаційного чутливого елемента до покажчика манометра приєднані секторні і важільні передавальні механізми. За допомогою передавального механізму переміщення вільного кінця трубчастої пружини в кілька градусів або міліметрів перетвориться в кутове переміщення стрілки на 270—300°.

Важільний передавальний механізм застосовується в тих випадках, коли від манометра не потрібна висока точність вимірювання і він піддається вібрації. Секторний передавальний механізм застосовується в зразкових приладах і в приладах, де за умовами експлуатації виключена вібрація.

На рис.4 показана конструкція манометра із секторним передавальним механізмом. Прилад складається із трубчастої пружини 5, один кінець якої впаяний в отвір утримувача 1, а іншої (рухливий) кінець наглухо запаяний і несе на собі наконечник 10. Порожнина пружини пов'язана з вимірювальним середовищем через канал у утримувачі 1, об’єднаному з радіальним штуцером 14. Утримувач приладу оснащений платою 2, на якій монтується трибко-секторний механізм. Останній включає зубчасте колесо (трибку) 8 і зубчастий сектор 9. Для виключення люфту в передавальному механізмі використається спіральна пружина 7, один кінець якої за допомогою штифта кріпиться на осі трибки, а інший - до колонки 6, укріпленої на платі 2. До хвостовика сектора 9 за допомогою гвинта 12 кріпиться тяга 11. За допомогою тяги переміщення вільного кінця пружини передається зубчастому сектору, що має вісь обертання 13.

Обертання зубчастого сектора передається на трибку, на осі якої насаджена стрілка 4 для відліку показань на шкалі 3. Шкала манометра рівномірна, тому що переміщення вільного кінця пружини пропорційно вимірювальному тиску. Регулювання ходу стрілки проводиться гвинтом 12.

Вакуумметр із одновитковою трубчастою пружиною конструктивно ідентичний розглянутому манометру. Відмінність складається тільки в шкалі і напрямку переміщення стрілки. У вакуумметрах переміщення стрілки може відбуватися як по годинній стрілці, так і проти. Відмінною рисою мано вакуумметра є шкала, що виконується з нулем у середній частині.

Шкала, розташована ліворуч від нуля, служить для вимірювання вакууму, а шкала, розташована праворуч, - для вимірювання надлишкового тиску.

Діапазони вимірювання манометрів від 0…0,1 МПа до 0…103 МПа; вакуумметрів— від -0,1 до 0 МПа. Класи точності приладів: 0,4(0,5); 0,6; 1,0; 1,5(1,6); 2,5; 4,0.

Поряд з розглянутими приладами, оснащеними однаковою трубчастою пружиною, у практиці вимірювання тиску і розрідження одержали широке поширення манометри і вакуумметри, оснащеними електроконтактними пристроями, що сигналізують. Ці засоби вимірювання тиску одержали назву електроконтактних. Клас точності електроконтактних манометрів і вакуумметрів 1,5. Похибка спрацьовування пристрою, що сигналізує, ±2,5%.

Загальний вигляд манометра-сигналізатора електроконтактного типу показаний на рис.5.5. Прилад містить вказівну стрілку 1, сигнальні (мінімального і максимального тиску) стрілки 2 і 3, які установлюються на задані значення тисків за допомогою ключа, і коробці 4 із затискачами для приєднання до приладу ланцюга сигналізації. Механізм манометра вмонтований у корпус 5. Прилад контактує з вимірювальним середовищем через штуцер 6. При досягненні кожного із заданих граничних тисків контакт, пов'язаний із вказівною стрілкою, стикається з контактом, розташованим на відповідній сигнальній стрілці, і замикає ланцюг сигналізації. Зазначені манометри придатні для вимірювання тисків, що плавно змінюються. Контактний пристрій їх живиться від мережі постійного або змінного струму, напругою 220 В. Розривна потужність контактів 10 В·А.

Вимірювальні прилади із сильфоним чутливим елементом

Прилади цього типу призначені для вимірювання надлишкового тиску, розрідження і різниці тисків. Їх виконують показуючими і самописними. Схема самописного сильфонного манометра показана на рис.5.6. Вимірювальний тиск через штуцер 11 подається в камеру 10, де розташований деформаційний чутливий елемент — сильфон 9. Для збільшення твердості сильфона всередині нього розташована гвинтова пружина 8. Під дією тиску сильфон деформується і дно його піднімає шток 7, жорстко з’єднаного із двоплечим важелем 6, останній через систему важелів 5, 4, 3 повертає вісь 12 і укріплений на ній П-подібний важіль 2. До П-подібного важеля прикріплена стрілка 1 з пером. Запис вимірювального тиску виконується на дисковій діаграмі, привод якої здійснюється за допомогою синхронного двигуна або годинного механізму. Верхня межа вимірювання сильфоних приладів обмежений тисками 0,025…0,4 МПа. Класи точності сильфоних манометрів надлишкового тиску, вакуумметрів і мановакуумметрів: 1,5; 2,5.