1.2.2. Манометры с упругим элементом.

Общим принципом для этой группы манометров является уравновешивание сил давления среды силой упругости чувствительного элемента прибора. Линейность рабочей характеристики давление – прогиб элемента этих приборов обеспечивается только в пределах упругих деформаций.

А). Манометры с трубчатой пружиной.

Рис. 4. Манометр с трубчатой пружиной.

Трубчатая пружина представляет собой полую трубку овального или эллиптического сечения, согнутую по дуге окружности. Свободный конец пружины запаян и соединен через систему поводков со стрелкой, второй конец пружины впаян в основание манометра с ниппелем. Из измеряемого объема среда попадает в полость пружины, и она под действием давления этой среды раскручивается и через систему поводков поворачивает стрелку. Перемещение свободного конца пружины а, следовательно, и угол поворота стрелки, практически будут пропорциональны созданному в ней давлению.

Явление раскручивания трубчатой пружины можно объяснить, если принять во внимание, что с ростом избыточного давления в трубчатой пружине малая ось эллипса пружины увеличивается в размерах, и если допустить, что длина пружины после деформации не меняется, т.е. длины дуг bа=b₁a₁ и a’b’=a₁’b₁'. Тогда R=ob’, r’=ob, j=b'oa'. Малая ось эллипса х=R – r. После деформации R’=ob’, r’=ob, j’=b₁’oa₁’, x’=R’ – r’, если мы положили, что длина пружины неизменна, то тогда: Rj=R’j’ и rj=r’j’. Вычтем одно из другого (R-r)j=(R’-r’)j’. Т.к. после деформации x’>x, то тогда xj>x’j’ и, следовательно, если x’>x, то j>j’, т.е. с ростом внутреннего избыточного давления в трубчатой пружине она будет раскручиваться: x’=x+Δx и j’=j – Δj.

Xj=(x+Δx)(j - Δj) или Δj=Δxj/(x+Δx)

Изменение угла Δj будет тем больше, чем больше первоначальный угол закрутки пружины j и чем меньше малая ось эллипса пружины х. Трубчатая пружина может использоваться для измерения давления от 0,03 до 10³МПа, сами пружины изготавливают из латуни и стали. Недостаток – в упругом последействии. Конец пружины после снятия нагрузки приходит в начальное положение лишь по прошествии некоторого промежутка времени, а не сразу.

Б). Мембранные манометры.

В качестве упругого элемента используется гофрированная стальная мембрана, зажатая между фланцами. Верхний фланец является частью корпуса манометра, а нижний представляет собой единое целое с ниппелем. Стрелка посредством передаточного механизма соединена с мембраной. Прогиб мембраны мод действием давления очень мал и достигает максимум 1,5-2мм, что делает прибор малочувствительным. Пределы давлений мембранных манометров ограничены в пределах 0,02 – 3 МПа.

Мембранные манометры удобны к применению в тех случаях, когда необходимо измерять давление вязких или агрессивных сред. В последнем случае мембрана изолируется от агрессивной среды за счет покрытия ее нижней стороны фольгой из коррозионностойкого материала.

В). Сильфонные манометры.

В этих приборах в качестве упругого элемента применяется гармошковая пружина (сильфон). Последняя представляет собой гофрированный цилиндр, выдавленный из тонкой металлической трубки. Ход гармошковой пружины практически пропорционален приложенному давлению. Для увеличения силы такой пружины внутрь нее помещают противодействующую винтовую пружину. Вследствие этого измеряемое давление уравновешивается силой упругой деформации гармошковой и винтовой пружин.

Манометры сильфонного типа применяют для измерения давлений от 0,05 до 0,5 МПа.