Приборы для измерения давления и расхода

Для измерения давления газов широко применяют U-образные мано­метры (напоромеры), манометры других типов, вакуумметры и др.

Напоромеры (рис. ниже), обычно используемые для измерения давления воздуха выше атмосферного, неагрессивных газов до 0,1 МПа и вакуума до 0,101 МПа, представляют собой открытую с двух сторон стеклянную трубку, изогнутую по форме буквы U и до половины заполненную рабочей жидкостью, уровни которой можно отсчитывать по специальной шкале.

U-образный манометр:

1 - стеклянная трубка, 2 - шкала, 3 - рабочая жидкость

Измеряемое давление (разрежение или разность давлений) уравновешивается и определяется столбом h рабочей жидко­сти, представляющим собой сумму столбов h1 и h2 в обоих коленах трубки. Для измерения давления выше атмосферного правое колено трубки соединяют с газовой средой объекта, а левое оставляют откры­тым, сообщающимся с атмосферой. Давление ниже атмосферного изме­ряют, подключая колена трубки наоборот, т.е. левое соединяют с газовой средой объекта, а правое оставляют открытым. Разность давлений изме­ряют, подключая правое колено к большему давлению, а левое — к мень­шему.

Рабочей жидкостью U-образных манометров может быть вода (внут­ренний диаметр трубки при этом должен быть не менее 8—10 мм, так как иначе нельзя точно определить уровень жидкости), спирт, ртуть. Обычно измеренное такими приборами давление выражают в миллимет­рах столба рабочей жидкости, а для перевода в паскали пользуются следующей формулой: p=hg(p - р_с), где g - ускорение свободного падения, м/с²; h - разность уровней, м; р — плотность рабочей жидко­сти, кг/м³; р_с — плотность среды над рабочей жидкостью, кг/м³.

Точность измерения давления U-образным манометром при строго вертикальной его установке составляет ± 2 мм столба рабочей жидкости.

Манометры, мановакуумметры, вакуумметры-приборы с упругими чувствительными элементами (сильфонами и одновитковыми трубчатыми пружинами) - имеют одинаковое устройство.

Технические манометры, мановакуумметры, вакуумметры выпус­каются классов точности 1; 1,5; 2,5 и 4 и могут иметь трубчатые пружины эллиптического и плоскоовального сечения или с эксцентриковым каналом. Тонкостенные пружины эллиптического сечения (пружины Бурдона) имеют приборы для измерения как низкого (до 0,1 МПа), так и высокого (до 6 МПа) давления, толстостенные пружины овального сечения - приборы для измерения высокого давления (до 20-160 МПа), а пружины с эксцентриковым каналом — приборы для измерения сверхвысоких давлений (1000 МПа и выше).

Рассмотрим показывающий манометр с одновитковой трубчатой пружиной Бурдона (рис. ниже).

Пружинный манометр: 1 - стрелка, 2 - триб, 3, 5 – спиральная и трубчатая пружины, 4 - сектор, 6 - поводок, 7 - держатель, 8 - штуцер

Один конец этой пружины 5 закреплен к корпусу прибора держателем 7, имеющим штуцер 8 с шестигранником под ключ и резьбу для ввертывания в магистраль, в которой необходимо измерить давление. Другой свободный конец трубчатой пружины, закрытый пробкой с серьгой и герметично запаянный, соединен поводком 6 с сектором 4, который своим зубчатым венцом находится в зацеплении маленькой шестеренкой (трибом) 2. На оси триба 2 закреплена стрелка 1. Спиральная пружина 3 прижимает зубья триба к зубьям сектора и выводит эту систему из крайних положений.

Манометр работает следующим образом. Под действием измеряемого давления трубчатая пружина деформируется, увеличиваясь в поперечном сечении, и тянет за собой поводок, поворачивающий зубчатый сектор, триб и стрелку, которая показывает на шкале значение давления. Так как перемещение свободного конца трубчатой пружины и угол поворота стрелки пропорциональны измеряемому давлению, шкалы подобных приборов равномерны. Ход стрелки регулируют изменением длины плеча сектора со стороны поводка.

При измерении манометром давления ниже атмосферного трубчатая пружина скручивается и ее свободный конец перемещается не вверх, как при измерении высокого давления, а вниз. Следовательно, стрелка будет двигаться справа налево и прибор будет работать как вакуумметр. Если необходимо, можно изменить движение стрелки, установив трубча­тую пружину с правой стороны.

Мановакуумметры отличаются от рассмотренных приборов наличи­ем двусторонней шкалы: слева от нуля измеряют давление от 0,1 до 0 МПа, а справа - от 0,06 до 2,4 МПа.

При выборе прибора с одновитковой трубчатой пружиной необходи­мо, чтобы рабочий предел измерения был не менее ¾ шкалы при изме­рении постоянного и переменного давлений.

Термопарный манометрический преобразователь ПМТ (рис. ниже) предназначен для измерения давлений от 2•10¹ до 10^-1 Па и состоит из стеклянной трубки 1, заполненной газопоглотителем, которой он присоединяется к вакуумной системе, стеклянного баллона 2 и цоко­ля 5 с четырьмя штырьками 6. Внутри баллона расположены находящие­ся в тепловом контакте платиновый подогреватель 3 и хромель-копелевая термопара 4. Преобразователь имеет два ввода подогревателя и два ввода термопары. Подогрева­тель питается от измерительного блока вакууммет­ра постоянным током.