Деформаційні прилади

Деформаційні прилади широко застосовуються в сучасній техніці. Основні їх переваги – простота, надійність, компактність, великий діапазон вимірюваних тисків при достатній точності вимірювання.

За видом пружинного чутливого елементу деформаційні прилади поділяються на прилади:

-з трубчастою пружиною (трубка Бурдона) (рис. 2а);

-з трубчастою багатовитковою (гелікоїдальною) пружиною (рис. 2б);

-мембранні, чутливим елементом яких може бути плоска або гофрована мембрана (рис. 2 в);

-мембранна коробка (рис. 2г);

-блок мембранних коробок (рис. 2д);

-пружинно-мембранні (рис. 2е);

-сильфонні, чутливим еелментом яких є сильфон – гофрована тонкостінна циліндрична трубка (рис. 2ж),

-пружинно-сильфонні (рис. 2з).

Найбільшого поширення набули прилади з одновитковою трубчастою пружиною (рис. 3). Остання являє собою трубку 1 овального або еліптичного перерізу попередньо зігнуту по дузі кола на 270. При цьому велика вісь еліпса розміщена перпендикулярно до площини рисунка, а мала вісь паралельно. Один кінець трубчастої пружини жорстко з’єднується з джерелом 2, який прикріплений до корпусу манометра 3.

Держак 2, має різьбовий ніпель 4 і призначений для під’єднання приладу до об’єкту вимірювання. Вільний кінець трубчастої пружини 1 наглухо заварений і зв’заний повідцем 5 з передавальним механізмом 6, який складається з зубчастого сектора і шестерні, на вісь якої насалжена стрілка 7.

Для виключення люфта в передавальному механізмі 6 використовується спіральна пружина (волосок) 8. Внутрішній кінець волоска закріплюється на осі стрілки 7, а зовнішній – на нерухомій платі механізму.

Під дією тиску вимірювального середовища трубчаста пружина розкручується. Це обумовлюється тим, що під дією тиску її еліптичний переріз наближається до круглої форми. Оскільки довжина пружини залишається незмінною, а один її кінець жорстко закріплений, в пружині виникають внутрішні напруження, які приводять до розкручування і відповідно переміщення її вільного кінця. Воно пропорційне до вимірювального тиску

l=к×Р і перетворюється в кут повороту стрілки 7 відносно шкали 9 за допомогою повідця 5 і передавального механізму 6.

Чутливість пружинних манометрів і, відповідно, діапазон вимірювання залежить ід відношення а/в осей перерізу трубки, модуля пружності матеріалу трубчастої пружини, товщини її стінок і радіуса дуги згину трубки. Збільшення а/в підвищує чутливість приладу. Для тисків менших 10 МПа використовуються трубки виготовлені з мідних сплавів (латунь, бронза). Для більш високих тисків, а також для вимірювання тисків речовин, які хімічно реагують зі сплавами міді (аміак), використовують манометри зі сталевими пружинами. Чим вище верхня границя вимірювань, тим більша товщина стінок трубки, а форма перерізу її ближча до кола.

Манометри з трубчастими пружинами виготовляються з діапазонами вимірювань від 0…0,06 МПа до 0…10 МПа, а вакууметри від -0,1 до 0 МПа.

Манометри і вакууметри з одновитковою трубчастою пружиною за призначенням поділяються на робочі, контрольні і взірцеві.

Робочі прилади використовуються для вимірювання тисків рідин, газів і парів у виробничих умовах. Класи точності робочих манометрів – 1,5; 2,5.

Контрольні прилади класу точності 0,5 або 1,0 призначені для перевірки робочих манометрів і вакууметрів на місцях їх встановлення.

Взірцеві манометри і вакууметри призначені для перевірки робочих і контрольних приладів та для високоточних вимірювань тисків в лабораторних умовах. Класи точності таких приладів – 0,16; 0,25; 0,4.

Манометри з багатовитковою пружиною (рис. 2б) мають більш високу чутливість. Кількість витків в трубчастій пружині дорівнює 6 … 9. Максимальний тиск вимірюваний такими приладами – 160 МПа.

В мембранних манометрах (рис. 2в, г, д, е) чутливим елементом є плоска гофрована мембрана. Гофрування мембран робиться для одержання лінійної залежності переміщення мембрани і тиском, який діє на неї. При цьому збільшується її жорсткість і зменшується чутливість. Для збільшення чутливості мембрани з’єднують попарно в мембранні коробки (рис. 2г), а коробки – в мембранні блоки (рис. 2д).

В модифікації мембранного манометра (рис. 2е) вимірюваний тиск зрівноважується пружньою силою звичайної, наприклад, плоскої пружини. При цьому мембрана виконується в’ялою, тобто виготовляється з непружного матеріалу. Така конструкція дозволяє майже усунути нелінійність залежності

l=f (P), яка характерна для пружних мембранних чутливих елементів. Діапазон вимірювань таких мембранних тяго- і напоромірів – (-0,08…+40) КПа.

В сильфонних манометрах чутливим елементом служить гофрована циліндрична трубка – сильфон (рис. 2ж). Під дією тиску змінюється довжина сильфона. Для зниження нелінійності і гістерезису, а також збільшення діапазону вимірювання сильфон підсилюють пружиною (рис. 2з). Сильфонні манометри мають високу чутливість. Верхня границя діапазону вимірювань – 60 МПа. Сильфони виготовляють з бронзи, нержавіючої сталі, алюмінійових сплавів діаметром від 8…10 до 80…100 мм і товщиною стінки 0,1…0,3 мм.

Пружні манометри виготовляють показуючими без додаткових пристроїв, а також з контактними пристроями, електричними або пневматичними перетворювачами для дистанційної передачі уніфікованого сигналу.