Приборы для измерения давления

Приборы для измерения давления классифицируются по различным признакам.

По виду измеряемого давления различают:

· приборы для измерения атмосферного давления – барометры;

· приборы для измерения избыточного давления – манометры избыточного давления,

· манометры для измерения малых избыточных давлений

(до 40 кПа) – напоромеры;

· приборы для измерения вакуумметрического давления – вакуумметры (по ГОСТ 8.271-77: вакуумметр – манометр для измерения давления разреженного газа);

· вакуумметры для измерения малых вакуумметрических давлений

(до - 40 кПа) – тягомеры;

· приборы для измерения избыточного и вакуумметрического давления – мановакуумметры;

· приборы для измерения абсолютного давления – манометры абсолютного давления;

· приборы для измерения разности давлений – дифференциальные манометры;

· приборы для измерения малого избыточного и вакуумметрического давления– микроманометры.

По принципу действия для измерения давления различают приборы:

· жидкостные;

· деформационные;

· грузопоршневые;

· электрические (датчики давления);

· комбинированные и др.

По назначению манометры делятся на:

· технические (рабочие), все измерительные приборы, служащие для непосредственных измерений давления жидкости или газа в различных установках и сетях;

· эталонные, имеющие более высокий класс точности и используемые для поверки технических манометров.

Класс точности средства измерения - обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как правило, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. (РГМ 29-99)

Рассмотрим устройство и принципы действия приборов для измерения избыточного и вакуумметрического давления, примененные в учебной установке.

Простейшим прибором для этих целей является пьезометр (жидкостный мановакуумметр) – вертикальная трубка из прозрачного материала, через стенки которой можно наблюдать уровень жидкости (пьезометр – от греческого «пьеза» – давлю). Во избежание больших погрешностей измерения из-за мениска, внутренний диаметр трубки должен быть не менее 5…8 мм.

Схема измерения избыточного и вакуумметрического давления с помощью пьезометрической трубки представлена на рис.2. Если пренебречь понижением уровней жидкости в емкостях из-за подъема ее в трубке, то, как для избыточного давления (рис.2а), так и для вакуумметрического давления (рис.2б), подсчет производится по одной и той же формуле (4), где h_и – соответствует избыточному давлению, а h_вак – вакуумметрическому давлению.

а б

Рис.2. Схема измерения.

а – избыточного давления, б – вакуумметрического давления

Пьезометрические трубки обеспечивают высокую точность измерения, однако пределы их применения ограничены приемлемой для данного помещения высотой трубок, поэтому используются при небольших значениях давления.

Для измерения избыточного и вакуумметрического давления в широком диапазоне применяют деформационные приборы, которые имеют простое устройство, компактны и универсальны. Наиболее распространёнными являются манометры избыточного давления и вакуумметры с одновитковой трубчатой пружиной и, в значительно меньшей степени, манометры с мембранной пружиной.

а б в

Рис. 3. Устройство деформационных манометров избыточного давления:

а – трубка Бурдона, б - трубчато - пружинный манометр,

в – мембранный манометр.

На рис. 3 показано устройство манометров избыточного давления с трубчатой и мембранной пружинами. Основным элементом манометра с трубчатой пружиной является изогнутая по окружности полая трубка 1 эллиптического или овального сечения (см. рис.3а, 3б). Большая ось эллипса перпендикулярна радиусу закручивания трубки. По имени изобретателя она называется трубкой или пружиной Бурдона. Трубки Бурдона изготавливаются обычно из латуни, бериллиевой бронзы (до 250 кгс/см²) и из стали (свыше 250 кгс/см²). Один конец предварительно изогнутой трубки Бурдона соединен с держателем, с помощью которого измеряемое давление p подаётся внутрь трубки, а другой свободный заглушенный конец этой трубки через систему тяг 2 связан с зубчатым сектором 3, входящим в зацепление с шестерёнкой 4, на оси которой закреплена стрелка 5. Для устранения «свободного хода» шестеренка подпружинена кольцевой волосковой пружиной 6.

При подаче давления внутрь трубчатой пружины Бурдона (Рис. 3а), под действием внутреннего давления овальное сечение трубки деформируется, стремясь принять форму круга: большая ось овала уменьшается, малая увеличивается. При такой деформации каждого сечения длина одной части (А₂В₂) материала трубки должна увеличиваться, а другой (А₁В₁) – уменьшаться. Так как благодаря реакции материала, на возникающие в материале стороны А₂В₂- растягивающие напряжения, а в материале стороны А₁В₁- сжимающие напряжения, длины дуг А₁В₁ и А₂В₂ остаются практически постоянными, и появляется момент М, разгибающий пружину (уменьшающий угол закручивания ), т.е. свободный конец трубки перемещается на некоторое расстояние. Через передаточный механизм перемещение свободного конца трубки передается стрелке, которая поворачивается на некоторый угол пропорциональный давлению, поданному внутрь трубки Бурдона.

Более подробно описание принципа изменения геометрии трубчатой пружины Бурдона, при подаче давления внутрь трубки, смотрите в приложении 2.

Вакуумметр с трубчатой пружиной устроен аналогично трубчато-пружинному манометру избыточного давления. Внутренняя часть пружины Бурдона сообщается с зоной вакуумметрического давления. По степени её деформации определяют величину вакуумметрического давления. Отличие от пружинного манометра избыточного давления – стрелка перемещается в обратном направлении.

Устройство манометра с мембранной пружиной понятно из рис. 3в. Основным элементом является гофрированная мембрана. Под действием избыточного давления p она прогибается. Соответственно прогибу, посредством передаточного механизма, перемещается и стрелка.

Манометры избыточного давления и вакуумметры тарируются в различных единицах давления: килопаскалях, мегапаскалях, барах, технических атмосферах. Несмотря на то, чтоочного давления и вакуумметры тарируются в различных единицах давления: килопаскалях, мегапаскалях, барах, технических атмосферах. Несмотря на то, что техническая атмосфера является внесистемной единицей измерения давления, ее применение допустимо в технических измерениях в силу традиций, привычки, а во многих случаях благодаря удобству пользования.

Трубчато - пружинные манометры выпускаются на давления 0,6…10000 кгс/см², мембранные – не более 25 кгс/см².

Трубчато - пружинные манометры и вакуумметры, как и другие приборы, различаются по классам точности.

ГОСТ 2405–88 регламентирует для значений класса точности манометров соответствующие пределы основной допускаемой погрешности, определяемой в процентах для манометров и вакуумметров от верхнего предела измерений и для мановакуумметров в процентах от абсолютного значения всего диапазона измерений. По величине основная допускаемая относительная погрешность равна классу манометра.

return false">ссылка скрыта

Таким образом, для манометров максимальная основная допустимая абсолютная погрешность принимается одной одинаковой для всей шкалы прибора, а основная относительная погрешность для разных точек шкалы своя и на конце шкалы равна классу манометра.

Изготовляются так же манометры со шкалой дифференцированной на 3 сектора (0-25%, 25-75%, 75-100%) с различными классами точности. Например, 0,6 – 0,4 - 0,6.

Класс точности прибора обозначается на его циферблате в виде числа; для рассматриваемых приборов – от 0,15 до 4,0.

Пружинные манометры и вакуумметры класса точности 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 – технические, деления на них наносятся с обозначением цифр в единицах давления в порядке возрастания, например, от 0 до 10 кгс/см²;

а класса точности 0,15; 0,25; 0,4 - эталонные, шкалы которых разбиты на условные деления, чаще всего на 100 или 250, а на поле циферблата обозначено предельное значение давления, которое соответствует величине шкалы.