Манометры с упругими чувствительными элементами

В любом технологическом процессе одними из основных процедур являются различные измерения. Они необходимы для того, чтобы на производственных линиях выпускалась продукция действительно высокого качества, а для этого совершенно необходима та информация, которую предоставляют обслуживающему персоналу различные измерительные приборы.

Одной из их многочисленных разновидностей является манометр. Он предназначен для того, чтобы определять те значения давления различных газов, которые превышают атмосферное, или находятся на более низком уровне. Название этого прибора происходит от греческих слов, означающих в переводе на русский язык «измеряю» («метрео») и «неплотный» («манос»).

Подавляющее большинство используемых сейчас манометров в своей конструкции имеют так называемые деформационные чувствительные элементы. Их действие основывается на том, что под воздействием давления газов меняется изгибающий момент. Его значение определяется или тем усилием, которое развивает упругий элемент, или же перемещением.

Все манометры, которые разрабатываются и изготавливаются в Российской Федерации, должны соответствовать ГОСТ 8.271-77. Именно в этом стандарте определен принцип действия измерительного прибора, а также основные требования, которым ему надлежит соответствовать.

Следует заметить, что упругие чувствительные элементы распространены в технике весьма широко, и их можно встретить в самых разнообразных конструкциях и приборах. Например, они являются практически обязательными компонентами электромагнитных, тензометрических, емкостных измерителях давления, причем они считаются, по сути дела, их первичными элементами. Именно с их помощью осуществляется восприятие давления, а также такой важный процесс, как линейное перемещение. Оно, в свою очередь, нередко преобразуется в электрический сигнал.

 

Характеристики упругих элементов, применяемых в манометрах

Чувствительные элементы, которые используются в манометрах, обладают целым рядом метрологических характеристик. Основными из них являются:

• Нелинейность и постоянство упругой характеристики;

• Рабочий ход элемента;

• Чувствительность;

• Гистерезис;

• Условная линейная характеристика;

• Тяговое усилие.

Под упругой характеристикой манометра понимается та зависимость, которая имеется между возрастающим или убывающим давлением (при прямом и обратном ходе соответственно), и перемещением заданной точки упругого элемента прибора. Ее нелинейность представляет собой то отклонение упругой характеристики, которое возникает от условной линейной характеристики при прямом ходе.

Рабочий ход представляет собой то расстояние перемещения заданной точки упругого чувствительного элемента, которое образуется тогда, когда он нагружается номинальным давлением.

Под чувствительностью манометров понимается то значение, которое образует отношение приращения перемещения некоей точки упругого элемента прибора к приращению приложенного давления.

Что касается такого явления, как гистерезис, то оно является, существенным недостатком который, влияет на характеристики современных манометров. Данное явление присуще всем чувствительным элементам, которые используются в этих приборах. Гистерезис представляет собой вариацию упругой характеристики, являющейся разницей между теми показаниями манометра, которые он демонстрирует при прямом и обратном ходе.

Условной линейной характеристикой манометра является отражение прямо пропорциональной зависимости между такими показателями, как перемещение некоей точки упругого элемента и прилагаемому к нему давлению газовой среды. При этом расчеты производятся для прямого хода, а начальная и конечная точки условной характеристики совпадают с теми, что определены для условной упругой характеристики.

Еще одним важным параметром, который присущ всем современным манометрам, является тяговое усилие. Оно представляет собой характеристику, зависящую от такого показателя, как эффективная площадь деформационного преобразующего элемента. Геометрически она определяется его габаритными размерами, а также теми показателями, которые он демонстрирует под влиянием нагрузки. Тяговое усилие по своему вектору направлено на преодоление сопротивления такого устройства, как передаточный механизм, а также пружин уравновешивания и т.п.

Следует отметить, что для всех современных манометров весьма актуальными является такая проблема, как температурное расширение металла. Поскольку чувствительные элементы закрепляются в корпусах весьма жестко, то этот процесс существенно влияет на точность измерения. Чтобы она была высокой, необходимо произвести согласование коэффициентов температурного расширения различных конструктивных элементов прибора.

К его чувствительным элементам манометров предъявляются повышенные требования в том, что касается прочности, технологии и точности обработки. При их изготовлении важно выбрать оптимальные режимы таких процессов, как отжиг и последующая нормализация. Обязательно следует также принимать во внимание и такой неизбежный процесс, как «старение» металла.

В современных манометрах в качестве чувствительных элементов чаще всего используются многовитковые трубчатые пружины; одновитковые пружины Бурдона; спиральные пружины; сильфоны; мембраны различных типов.