Деформационные манометры получили широкое распространение для измерения избыточного давления жидкости, пара и газа. Конструкция их проста и надежна, имеют небольшие размеры и хорошую наглядность показаний. Деформационные манометры имеют широкий диапазон измерений, возможность дистанционной передачи и автоматической записи показаний.
Принцип действия основан на использовании деформации упругого элемента под действием измеряемого давления. Метод измерения основан на зависимости деформации от величины давления. Значение деформации передается отсчетному устройству прибора, проградуированному в единицах давления. Большинство чувствительных элементов преобразуют давление в пропорциональное перемещение рабочей точки.
Основные виды чувствительных элементов приведены на рис.35
Это пружины, сильфоны, плоские и гофрированные мембраны, мембранные коробки, вялые пружины с жестким центром.
1. Пружины - металлическая упругая трубка овального сечения, изогнутая по окружности. Один конец закреплен неподвижно, к нему подводится измеряемое давление. Второй конец заглушен и может перемещаться. Под действием измеряемого давления сечение деформируется (стремится к форме круга) и пружина частично раскручивается.
2. Сильфон – это тонкостенная трубка с поперечными кольцевыми гофрами на боковой поверхности. Жесткость зависит от материала, из которого изготовлен сильфон.
3. Мембрана – гибкая тонкая пластина, закрепленная по окружности. Под влиянием разности давлений снизу и сверху, центр мембраны перемещается. Бывают плоские и гофрированные. Плоские имеют малые перемещения рабочей точки и нелинейную упругую характеристику. Для улучшения статической характеристики применяют гофрированные мембраны и мембранные коробки.
4. мембранная коробка – сваренные или спаянные по краю мембраны, жесткость коробки в 2 раза ниже жесткости каждой мембраны. Используют мембранные блоки из 2 и более коробок.
5. вялые мембраны с жестким центром применяют для измерения малых давлений. Их изготавливают из бензомаслостойкой прорезиненной ткани, в центре крепят металлические пластины, в одну из которых упирается винтовая пружина, выполняющая роль упругого элемента.
В соответствии с типом чувствительного элемента различают трубчато-пружинные, сильфонные и мембранные манометры. Кроме этого манометры могут быть выполнены показывающими и с дистанционной передачей показаний.
Рассмотрим трубчато-пружинный манометр (рис.36). Это наиболее распространенный вид для измерения избыточного давления. Изготавливают такие манометры с одновитковой трубчатой пружиной, выполненной из упругой металлической трубки овального сечения. Один конец пружины запаян, другой жестко закреплен и соединен с измеряемой средой. Под действием давления сечение стремится принять форму круга и пружина частично раскручивается. Зависимость перемещения конца пружины от величины давления прямолинейная. Но это сохраняется до определенного предела, называемого пределом пропорциональности. После этого из-за остаточной деформации конец пружины перемещается значительно быстрее и манометр будет давать неточные показания. Предел пропорциональности - важнейшая характеристика манометра.
На точность показаний влияет также упругое последствие трубки – разность между перемещениями конца трубки при одинаковом давлении при прямом обратном ходе. Упругое последствие исчезает через определенное время и является одним из основных недостатков манометров этого типа. Оно определяет класс точности прибора.
При установке трубчато-пружинных манометров необходимо:
1. Выбирать конечное значение шкалы в 2 раза больше измеряемого, начальное – в 3 раза меньше конечного.
2. Исключать влияние температуры измеряемой и окружающей среды на пружину (устанавливать в помещение с температурой не более 40 , использовать u-образную сифонную трубку, образующую гидравлической затвор из остывшей жидкости, рис. 37).
3. Устанавливать манометр в местах, где нет вибрации, штуцером вниз или вбок
4. Соединительная линии должна быть не более 50 м, плотной, минимальной по расстоянию, с плавными изгибами.
5. При рабочем давлении 2,5МПа применяют трехходовой кран (манометр сообщается с измеряемой средой, при отключении или поверке – с атмосферой, через кран производится продувка). При давлении выше 2,5МПа – трехходовой вентиль (можно регулировать, служит для включения манометра и продувки сифонной трубки).
При эксплуатации следует медленно включать и выключать манометр, не превышать конечного значения шкалы (для исключения остаточной деформации). Измерение переменного давления после насосов, компрессоров и т.д. вызывает износ и затрудняет правильный отсчет показаний. Поэтому в соединительной линии устанавливают дроссель или частично прикрывают вентиль. Прикрывать краны у манометров, измеряющих давление в КА, запрещено.
После продувки соединительной линии повторно включать прибор в работу можно после охлаждения жидкости в сифонной трубке.
При работе на показания вводятся следующие поправки:
- основная (определяется по свидетельству манометра)
- на расположение манометра относительно места отбора давления
- на температуру прибора
Жидкостные манометры при исправном состоянии и правильной установке достаточно точные и поэтому не требуют поверки. Деформационные – требуют периодической поверки, а при возрастании погрешности – переградуировки шкалы (чувствительный элемент постепенно теряют упругие свойства из-за остаточной деформации). Для поверки используют грузопоршневые манометры.