Слайд 28. Деформационные манометры

 

Принцип действия деформационных манометров основан на упругой деформации чувствительных элементов под действием измеряемого давления. Благодаря высокой точности, простоте конструкции, надежности и низкой стоимости деформационные манометры получили широкое распространение в промышленности для измерения давления, разряжения и разности давлений. Они выпускаются показывающими, регистрирующими и могут оснащаться преобразователями в унифицированный сигнал измерительной информации для дистанционной передачи показаний.

В качестве чувствительных элементов в деформационных манометрах применяют трубчатые пружины, сильфоны и мембраны. Трубчатая пружина (манометрическая пружина, или трубка Бурдона) представляет собой упругую криволинейную металлическую полую трубку, один конец которой имеет возможность перемещаться, а другой жестко закреплен. Трубка в свободном состоянии в сечении имеет форму эллипса (разрез А-А). При повышении давления внутри трубки она начинает раскручиваться. Это связано с тем, что под действием давления трубка "округляется", т.е. малая ось эллипса увеличивается, в то время как длина пружины остается неизменной. 

     Под действием измеряемого давления Р_изм трубка Бурдона деформируется в поперечном сечении, принимая форму, изображенную на рисунке пунктиром. Продольные волокна элемента пружины растягиваются наиболее значительно у малой полуоси. В продольных волокнах наружного радиуса трубки Бурдона будет возникать растяжение, а в волокнах внутреннего радиуса – сжатие. Вследствие того, что волокна стремятся сохранить свою первоначальную длину, трубка Бурдона будет разгибаться. При этом свободный конец трубки совершит некоторое линейное перемещение λ. Кривизна трубки уменьшится на угол ∆γ = γ – γ₁, а малая ось эллипса увеличится на ∆b. С учетом неизменности длины пружины можно записать

                                                    ;                                                 

                                                          ,                                                

где R , r и R ₁ , r ₁ – внешний и внутренний радиус трубок соответственно до и                            после деформации. Вычитание дает равенство

                                              ,                                   причем , а . С учетом того, что , а ,

                                                        .                                              

Это выражение представляет собой уравнение шкалы манометра с трубчатой пружиной. Трубчатый манометр тем чувствительнее, чем больше радиус кривизны R трубки и чем меньше толщина δ ее стенок. Чувствительность пружины Бурдона, а также ее жесткость в сильной степени зависят от отношения а/ b осей поперечного сечения и формы сечения (массы металла) вблизи концов большой оси. Пружина круглого сечения практически нечувствительна к давлению, т. к. ее поперечное сечение не деформируется при воздействии давления.

Манометр с трубчатой пружиной со­стоит из трубчатой пру­жины 1, один конец кото­рой впаян в отверстие держателя 2, а другой конец на­глухо запаян и несет на себе тягу 3. По­лость пружины связана с измеряемой средой через канал в держателе. Перемещение свободного конца пружины передается зубчатому сектору 4 и шестерне 5, на оси которой насажена стрелка прибора 6 для отсчета показаний на шкале 7. Прибор устанавливается на технологическом объекте с помощью штуцера 8. Верхний предел измерения таких манометров 10³ МПа.

 

Слайд 29. Сильфон

 

     Сильфон представляет собой тонкостенную трубку с кольцевыми гофрами на боковой поверхности. Его упругость определяется материалом и толщиной стенки, числом гофр и их кривизной. Сильфоны изготавливают из бронзы, нержавеющей стали и т.д.

Под действием разности давлений сильфон 1, расположенный в плюсовой камере дифманометра, сжимается и кремнийорганическая жидкость, заполняющая внутреннюю полость сильфона 1, частично вытесняется во внутреннюю полость сильфона 2, находящегося в минусовой камере дифманометра. При этом перемещается шток 3, жестко соединенный с дном сильфона 2. Со штоком соединен конец рычага 4, на который насажена стрелка прибора 5 для отсчета показаний по шкале 6. Для увеличения жесткости сильфонов внутри них могут быть установлены винто­вые пружины.  

Сильфоны более чувствительны к изменению давления, чем трубчатые пружины. Поэтому сильфонные манометры применяют для измерения сравнительно небольших разрежений и давлений.

В сильфонных манометрах суммарная жёсткость пружины и сильфона К_М определяется как

 ,                                     

где К_П – жесткость пружины; К_С – жесткость одного гофра; n – число гофр. Противодействующее усилие F_пр, создаваемое пружиной и сильфоном при их сжатии на величину h, равно

.                                

Верхний предел измерений сильфонных манометров – 0,4 МПа.

Сильфоны также применяются в качестве гибких соединений трубопроводов, компенсаторов температурных удлинений, упругих разделителей сред и т. п.

 

Слайд 30. Мембрана

 

Мембраны (или пластинчатые пружины) представляют собой гибкие плоские или гофрированные диски, способные получать прогиб под действием давления. Статическая характеристика плоских мембран изменяется нелинейно с увеличением давления, поэтому в качестве рабочего участка используют небольшую часть возможного хода. Гофрированные мембраны могут применяться при бóльших прогибах, чем плоские, так как имеют значительно меньшую нелинейность характеристики. При этом чем больше глубина гофр, тем линейность статической характеристики выше. Различают упругие и эластичные мембраны. Упругие мембраны выполняются из стали, бронзы, латуни и др. Эластичные мембраны изготавливаются из прорезиненной ткани, тефлона и т.п. и предназначены для измерения малых давлений и разности давлений. Для увеличения перестановочного усилия и уменьшения нелинейности характеристики применяют эластичные мембраны с жестким центром, представляющим собой два металлических диска, закрепленных с двух сторон на мембране.

В мембранных манометрах перестановочное усилие эластичной мембраны

где F_эф – эффективная площадь мембраны (принимается равной

          приблизительно F_общ/3);

D – диаметр мембраны.

Если мембрана имеет жесткий центр, то

где d – диаметр жесткого центра.

 В мембранном манометре мембрана 1 зажимается или приваривается по краю между двумя фланцами 2. Давление, действующее на мембрану, вызывает ее прогиб, в результате которого изогнутый шток 3 совершает вертикальное перемещение. Перемещение штока передается зубчатому сектору 4 и шестерне 5, на оси которой насажена стрелка прибора 6 для отсчета показаний на шкале 7. Прибор устанавливается на технологическом объекте с помощью штуцера 8. 

 В результате кольцеобразного крепления мембраны менее восприимчивы к вибрациям по сравнению с трубчатыми пружинами, однако погрешность показаний при изменениях температуры у них больше. Благодаря опорам для мембран достигается повышенная стойкость к перегрузкам. Покрытия или фольга, наносимые на поверхность мембран обеспечивают защиту от коррозийных измеряемых сред. Широкие соединительные отверстия или открытые соединительные фланцы, а также возможности по промывке делают мембраны особенно пригодными при работе с высоковязкими, загрязненными или кристаллизующимися веществами.

При необходимости получения большого прогиба мембраны соединяются в так называемые мембранные коробки, а также блоки, собранные из нескольких коробок. Манометры с мембранной коробкой особенно пригодны для измерений давления газообразных сред. При измерении атмосферного давления получили распространение гофрированные мембранные коробки, из внутренней полости которых удален воздух.

Верхний предел измерений мембранных манометров – 2,5 МПа.

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: