Групповое занятие 8: «ДЕФОРМАЦИОННЫЕ МАНОМЕТРЫ» Санкт –

Групповое занятие 8: «ДЕФОРМАЦИОННЫЕ МАНОМЕТРЫ» Санкт – Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения Кафедра ВВС Тема № 7 «Средства измерений давления и разрежения» »

Цели занятия: Изучить назначение и основные свойства деформационных манометров (ДМ) Изучить классификацию ДМ Изучить устройство и принцип действия ДМ Изучить порядок выбора, установки и обслуживания ДМ

1)Назначение и классификация деформационных манометров 2)Устройство и принцип действия 3)Установка и обслуживание деформационных манометров

Назначение и классификация деформационных манометров Деформационные манометры - это манометры, у которых контролируемое давление уравновешивается силой деформации упругого элемента. Принцип действия деформационного манометра основан на использовании деформации упругого чувствительного элемента, возникающей под влиянием измеряемого давления. Значение этой деформации передается отсчетному устройству прибора, градуированному в единицах давления. Трубчатые пружины были изобретены в 1845 году немецким инженером Шинцем. В 1848 г. Парижский инструментальщик Бурдон, связанный с Шинцем деловыми отношениями, запатентовал трубку (одновитковая пружина), которая стала называться трубкой Бурдона. Применение сильфонов в качестве чувствительного элемента для измерения давления впервые было предложено Штромейером в 1907 г.

Классификация чувствительных элементов деформационных манометров

Окраска ДМ наносится на корпус или металлическое кольцо держателя стекла: Н2 – темно-зеленый; О2 – голубой (особо взрывоопасен в присутствии незначительных количествах органических веществ); С2Н2 – белый; NН3 – желтый; горючие газы – красный; не горючие газы – черный; СL, фосген – защитный.

Классы точности образцовых приборов: 0,15; 0,25; 0,4. Достоинства: простота эксплуатации, надежность, дешевизна, технологичность. Недостатки: нелинейная характеристика, необходимость индивидуального тарирования, остаточная деформация. В качестве чувствительных элементов используют: одновитковые трубчатые пружины, многовитковые трубчатые пружины, упругие мембраны, упругие мембранные коробки, двойные упругие мембран­ные коробки, пружинно-мембранные с гибкой мембраной, сильфонные и пружинно-сильфонные. Для изготовления мембран, сильфонов и трубчатых пружин применяются: бронза, латунь, хромоникелевые сплавы, отличающие­ся достаточно высокой упругостью, антикоррозийностью, малой зависимостью параметров от изменения температуры.

2. Устройство и принцип действия Распространенным видом деформационных приборов, используемых для определения избыточного давления, являются трубчато-пружинные манометры, играющие исключительно важную роль в технических измерениях. 2.1 Основные свойства трубчато-пружинных манометров

Трубчато-пружинные манометры могут иметь корректор нуля. Для этого к свободному концу трубчатой пружины присоединяется коней небольшой винтовой пружины, закрепленной на кулачке корректора. Устройство показывающего трубчато-пружинного манометра видно из рис. Трубчатая пружина 1 открытым концом жестко соединена с держателем 2, укрепленным в круглом корпусе 3 манометра. Держатель несет на себе штуцер 4 с резьбой, служащий для сообщения прибора с измеряемой средой. Свободный конец пружины закрыт пробкой 5 с шарнирной осью и запаян. Посредством поводка 6 он связан с передаточным механизмом, состоящим из зубчатого сектора 7, сцепленного с шестеренкой (трибкой) 8, сидящей неподвижно на оси вместе с указательной стрелкой 9. Рядом с трибкой расположена плоская спиральная пружинка (волосок) 10, один конец которой сое­динен с трибкой, а другой закреплен неподвижно на стойке, поддерживающей передаточный механизм.

2.2. Мембранные приборы В прямоугольном корпусе (на схеме не показан) при помощи штуцера 1 закреплена упругая коробка 2, состоящая из двух спаянных по краям гофрированных мембран из медного сплава. Полость мембранной коробки посредством трубки 3 сообщается с атмосферой, а полость корпуса прибора — с измеряемой средой. С помощью поводка 4 верхняя часть коробки соединена с фасонным рычагом 5, сидящим на оси 6. Для увеличения жесткости упругой системы ось 6 закреплена на плоской пружине 7.

Под воздействием переменной разности давлений мембранная коробка изменяет степень сжатия, вызывая перемещение рычага 5, тяги 8 и рычага 9, сидящего на оси 10. На этой же оси закреплена стопорным винтом 11 указательная стрелка 12 с противовесом 13. Конец стрелки передвигается вдоль горизонтальной профильной шкалы (на схеме не показана). Максимальный ход мембранной коробки 4 мм, а угол отклонения стрелки 70°. Спиральная пружина (волосок) 14, закрепленная одним концом на оси стрелки и другим на неподвижной части прибора, служит для устранения влияния зазоров в сочленениях рычажного механизма. Применение мембранной коробки вместо одной плоской мембраны позволяет почти вдвое увеличить прогиб упругого элемента при одной и той же разности давлений, что заметно повышает чувствительность и точность прибора. Деформация мембранной коробки и плоской пружины непропорциональна изменению давления и заметно убывает с ростом последнего, поэтому для выравнивания шкалы прибора регулируют начальный угол между рычагом 9 и стрелкой 12. Для установки стрелки на начальную отметку шкалы служит корректор нуля 15, выполненный в виде ходового винта с квадратной муфтой. При вращении винта перемещающаяся по нему муфта изгибает пружину 7 и вызывает передвижение стрелки.

2.3. Сильфонные приборы Сильфонные приборы предназначены для измерения из­ыточного и вакуумметрического давления неагрессивных газов с (сильфон-гофрированная трубка) пределами измерений до 40 кПа, до 400 кПа (как манометры), до 100 кПа (как вакуумметры), в интервале -100 ...+300 кПа (как мановакуумметры). Чувствительным элементом этих приборов является сильфон, представляющий собой тонкостенную цилиндрическую емкость с поперечной гофрировкой, которая изменяет свои линейные размеры при перепаде давлений внутри и вне ее. Сильфоны изготавливают из фосфористой бронзы, нержавеющей стали или медноникелеевого сплава На рис показано устройство чувствительного элемента сильфонного прибора. Чувствительный элемент представляет собой сильфонный блок, состоящий из сильфона 1 с фланцами 2 и 3, крышки 4 с ниппелем для подключения соединительной линии диапазонных цилиндрических пружин 6 и 7, закреплен­ных на опорных тарелках 8 и 9, штока 10 и толкателя 11

3. Установка и обслуживание деформационных манометров 3.1 Выбор и установка трубчато-пружинных манометров При выборе манометра руководствуются, прежде всего, требуемой точностью показаний, учитывая при этом особенности прибора и условия измерения. Исходя из надежности работы манометра, конечное значение шкалы выби­рается с таким расчетом, чтобы оно превышало измеряемую величину при постоянном или плавно изменяющемся давлении в 1,5 раза, а при колеблющемся — в 2 раза. В обоих случаях минимальное измеряемое давление не должно быть меньше 1/3 конечного значения шкалы. Показания трубчато-пружинного манометра зависят от температуры чувствительного элемента, поэтому установка прибора производится таким образом, чтобы по возможности исключить влияние на него температуры измеряемой и окружающей среды. Температура воздуха, окружающего прибор, не должна превышать 40° С, поэтому манометры Установка трубчато-пружинного манометра на паропроводе

Для установки манометра при рабочем давлении среды до 2,5 МПа применяется трехходовой пробковый кран, а выше — трехходовой вентиль. Иногда в соединительной линии располагаются два вентиля: один для отключения прибора и другой — для сообщения его с атмосферой. Общий вид установки показывающего манометра на паропроводе высокого давления приведен на рис. Манометр 1 ввинчи­вается штуцером в трехходовой вентиль 2, соединенный с кольцевой сифонной трубкой 3, приваренной к стенке трубы 4. Правая часть вентиля служит для включения манометра, а левая — для продувки сифонной трубки, высота h которой берется не менее 350 мм. В случае применения трехходового крана манометр может быть сообщен с измеряемой средой, а для отключения прибора или поверки нулевой отметки шкалы — с атмосферой. По­средством этого же крана осуществляется периодическая продувка соединительной линии. Направление каналов в пробке крана указано на торце рукоятки рисками.

Из соображений ограничения запаздывания показаний длина соединительной линии до манометра обычно не превышает 50 м. Внутренний диаметр медной или стальной трубки соединительной линии выбирается в пределах 6— 15 мм в зависимости от ее длины. Соединительная линия должна быть плотной и прокладываться по кратчайшему расстоянию с уклоном 0,1 к манометру, который устанав­ливается выше места отбора давления при измерении давления газа и ниже — при измерении давления жидкости и пара. Если указанная установка манометров невозможна, то при измерении давления газа в нижних точках соединительной линии применяются отстойные сосуды, а при измерении давления жидкости и пара в верхних точках — газосборники. Изгибы линии должны быть плавными. Температура среды в линии перед манометром должна равняться температуре окружающего воздуха. В качестве уплотнительных прокладок при установке манометров служат паронит (до 6 МПа) и отожженная красная медь (свыше 6 МПа).

3.2. Правила измерения трубчато-пружинными манометрами Включение и выключение манометров следует производить медленно во избежание повреждения передаточного механизма. Для предохранения чувствительного элемента от появления остаточной деформации нельзя допускать превышения измеряемым давлением конечного значения шкалы. Измерение быстро меняющегося давления, например, после насосов, компрессоров и т. п., вызывает сильный износ передаточного механизма манометров и затрудняет правильный отсчет показаний, поэтому для уменьшения колебаний указательной стрелки в соединительной линии устанавливают дроссель или частично прикрывают трех­ходовой кран или вентиль. Следует иметь в виду, что прикрывать краны или вентили у манометров, измеряющих давление в котлоагрегатах, категорически запрещается В зависимости от требуемой точности измерения к показаниям деформационных манометров вводятся в общем случае следующие поправки: - основная; - на расположение манометра относительно места отбора давления (если соединительная линия заполнена жидко­стью); - на температуру прибора.

Основная поправка определяется по свидетельству манометра, а дополнительные — на расположение манометра и его температуру — исходя из условий измерения. Поправка на расположение прибора зависит от высоты столба жидкости в соединительной линии и в случае необходимости вводится так же, как и при измерении давления жидкостными манометрами. Увеличение температуры манометра выше нормальной искажает его показания в сторону завышения измеряемого давления. Для точного определения поправки на температуру прибора необходимо знать его температурный коэффициент, значение которого для различных типов манометров колеблется в широких пределах. Приближенно можно принять, что дополнительная погрешность трубчато-пружинного манометра составляет ±0,4% при отклонении температуры окружающего воздуха на ка­ждые ±100С от значения 20 ± 50С в диапазоне темпе­ратур 0—600С. Поправки к показаниям деформационных манометров (в зависимости от требуемой точности) основная на расположение манометра относительно места отбора давления (если соединительная линия заполнена жидкостью на температуру прибора