Выберите вариант в котором перечислены упругие чувствительные элементы манометров
Перейти к содержимому

Выберите вариант в котором перечислены упругие чувствительные элементы манометров

  • автор:

Упругие чувствительные элементы

К упругим чувствительным элементам относятся пружины, мембраны, сильфоны, манометрические трубки, термобиметаллические элементы, крыльчатки и другие. Эти элементы в основном используются для преобразования давлений, разрежений, усилий, деформаций и моментов в механическое, линейное или угловое перемещение.

Наполненная мембранная коробка

Рис. 6. Наполненная мембранная коробка

Мембрана представляет собой круглую упругую пластину, жестко закрепленную по наружному контуру. Для повышения жесткости мембрану могут подвергать дополнительному натяжению. Наибольшее распространение получили металлические мембраны. Кроме того, применяют мембраны из кварца, резины, пластмасс. По форме различают мембраны плоские, гофрированные, выпуклые. Для повышения чувствительности применяют мембранные коробки, представляющие собой сваренные или спаянные по контуру мембраны. Если внутреннюю полость мембранной коробки соединить с измеряемой средой, то по прогибу ее жесткого центра 1 (рис.6) можно судить о величине избыточного давления Р. В некоторых мембранных коробках полости заполняют газом или жидкостью. Их называют наполненными и используют в качестве чувствительных элементов некоторых термометров и терморегуляторов.

Схема сильфона

Рис. 7. Схема сильфона

Сильфон представляет собой тонкостенную цилиндрическую оболочку с поперечной

гофрировкой (рис.7). Если подать давление Р в полость сильфона со стороны жестко закрепленного конца В, то это вызовет соответствующее перемещение W свободного конца А.

Для увеличения прочности и чувствительности применяют многослойные сильфоны. Их изготавливают из нескольких тонких трубок, плотно вставленных одна в другую.

Манометрические трубчатые пластины используют для измерения избыточных давлений. Они представляют собой тонкостенные трубки вытянутого поперечного сечения (рис. 8).

Трубку располагают таким образом, чтобы малая ось 2В сечения лежала в плоскости изгиба трубки. При заполнении полости трубки жидкостью под давлением происходит деформация сечения в направлении приближения его к круглой форме, а сама трубка разгибается.

Манометрическая трубчатая пластина

Рис. 8. Манометрическая трубчатая пластина

Термобиметаллы применяют в качестве чувствительных элементов температуры в термометрах, тепловых реле, амперметрах, ваттметрах и других. Термобиметалл состоит из двух металлов или сплавов, имеющих различные коэффициенты линейного расширения, обладающих хорошими упругими свойствами, спаяных или сваренных по всей поверхности соприкосновения. При нагревании или охлаждении компоненты биметалла деформируются в равной степени, что вызывает соответствующий изгиб. Изгиб будет тем больше, чем больше разность коэффициентов линейного расширения. Обычно пассивный элемент выполняют из инвара, а активный — из хромоникелевой стали. На рис. 9 показан чувствительный биметаллический элемент термометра. На рис. 10 приведена схема биметаллического контакта.

Биметаллический элемент

Рис. 9. Биметаллический элемент

Биметаллический контакт термометра

Рис. 10. Биметаллический контакт термометра

Крыльчатки применяют для измерения скоростей течения газов и жидкостей (рис. 11). Под влиянием скоростного потока воздуха крыльчатка или вертушка совершает вращательное движение, угловая скорость которого пропорциональна скорости потока.

Пружинные манометры (манометры с упругими чувствительными элементами)

Пружинные манометры, появление которых было вызвано потребностями машиностроения, в настоящее время применяют повсеместно для измерения давлений. Эти приборы просты в эксплуатации, их конструкция отвечает требованиям массового производства. Недостатком пружинных манометров является необходимость индивидуальной тарировки каждого прибора по образцовым приборам: точность ограничена отклонением истинной характеристики материала от идеально-упругой; приборы допускают лишь незначительную перегрузку (без остаточной деформации).

В пружинных манометрах мерой измеряемого давления служит упругое перемещение манометрической пружины, передаваемое на стрелочный механизм. В анероидных и пластинчатых манометрах в качестве упругого элемента применяют мембраны, образующие герметичную коробку, или зажатые между фланцами. Трубчатые пружины в общем случае представляют собой упругую трубку, открытый конец которой укреплен в штуцере, а запаянный конец свободно перемещается под действием давления, подводимого в трубку через штуцер.

Характеристика материалов, применяемых для изготовления манометрических пружин. Плоские мембраны и анероидные коробки, а также металлические трубчатые пружины, применяемые для измерения низких давлений, обычно изготавливают из латуни, фосфористой бронзы или нейзильбера. Для измерения давлений, превышающих 100 бар, трубчатые пружины изготавливают из стали (нелегированной углеродистой и с добавками кремния и марганца). Для малогабаритных манометров, работающих в диапазоне 100. 315 бар, пружины изготавливают из твердых медно- бериллиевых сплавов.

В известных случаях и при измерении малых давлений применяют стальные пружины, например в тех случаях, когда медные сплавы разрушаются контролируемой средой (аммиаком или ртутью). Для измерения высоких давлений используют трубчатые пружины из хромомолибденовой или хромованадиевой стали, содержащей 0,6 % С. Для изготовления трубок, предназначенных для измерений очень высоких давлений, применяют трубчатые пружины из стали с низким содержанием углерода или с добавлением связывающих углерод и образующих карбиды элементов (Cr, V, W, Мо). В устойчивых к воздействию водорода манометрах высокого давления (более 1 кбар) преимущественно применяют трубчатые пружины из улучшенных водородостойких сталей (С—Сг—Ni—Si—Mn—Mo).

Трубчатые пружины, пружины Бурдона. Трубчатые пружины подразделяются на три основные группы (рис. 15.5).

Классификация трубчатых пружин, применяемых в качестве чувствительных

Рис. 15.5. Классификация трубчатых пружин, применяемых в качестве чувствительных

элементов манометров:

  • 1 — трубчатые пружины (разные); 2 — пружины растяжения и сжатия;
  • 3 — пружины изгиба; 4 — торсионные пружины; 5 — гладкие трубки;
  • 6 — гофрированные трубки (сильфоны); 7 — прямые трубки; 8 — изогнутые трубки; 9 — винтовые трубки; 10 — трубки Бурдона; 11 — витые трубки

В пружинах растяжения или сжатия измеряемой физической величиной является удлинение или сжатие трубки, вызываемое действующим на нее снаружи или изнутри давлением; при этом ее ось остается прямой. В манометрах высокого давления применяют гладкие цилиндрические трубчатые пружины; для измерения низких давлений используют сильфоны. В пружинах, работающих на изгиб, мерой давления служит прогиб пружины. К пружинам с прямой осью трубки, работающим на изгиб, относятся манометрические трубки высокого давления с несимметричным сечением канала, в частности трубки с эксцентрично расположенным каналом.

Одновитковые трубчатые пружины с изогнутой осью, так называемые трубки Бурдона, имеют преимущественно овальное сечение. Ось трубки изогнута по спирали или по дуге окружности. При увеличении давления трубка распрямляется и радиус изгиба ее увеличивается. Торсионные или витые трубчатые пружины изготавливают путем скручивания прямой трубки овального сечения вокруг ее оси. Под действием подаваемого в трубку давления угол скручивания уменьшается.

Витые трубки были предложены в первоначальной заявке Бурдона, однако опробованы и исследованы они были значительно позже. Эти трубки с каналами крестообразной или звездообразной формы обладают преимуществом перед трубками с овальным сечением каналов. Из трубчатых пружин всех названных типов на практике применяются только трубки Бурдона, изготавливаемые в больших количествах. Именно поэтому термин «трубчатые пружины» часто означает то же, что и термин «трубка Бурдона».

Форма поперечных сечений и изгиба трубок Бурдона. Овальное сечение лежит в основе работы трубки Бурдона. Как показано на рис. 15.6, под действием подаваемого в трубку давления овальное сечение ее канала стремится приблизиться по форме к кругу. В закрепленных пружинах с изогнутой осью возникают силы (внутри — сжатие, снаружи — растяжение). При освобождении пружины эти силы, стремясь взаимно уравновеситься, распрямляют пружину; при этом центр изгиба пружины перемещается из положения М0 в положение Mv Радиус изгиба пружины увеличивается с г0 до г, а угол закручивания ее уменьшается с i0 до |/.

Принцип действия пружины Бурдона

Рис. 15.6. Принцип действия пружины Бурдона

Свободный конец пружины перемещается и при малом отклонении как бы поворачивается вокруг точки Р. Перемещение свободного конца пружины передается стрелочному механизму. Калибровка с помощью образцового прибора, например грузового манометра, позволяет сопоставить определенные положения стрелки с соответствующими значениями давления.

Передаточные (кинематические) системы показывающих манометров Бурдона. Системы передач, применяемые в показывающих манометрах Бурдона обычно состоят из тяги, зубчатого сектора и трубки, укрепленной на оси указателя (рис. 15.7). В манометрах высокого давления, в которых деформация трубки незначительна, как правило, применяют двухступенчатые рычажные передачи, причем для уменьшения трения оси рычагов укрепляют в миниатюрных шарикоподшипниках или на рубиновых опорах.

Манометры для измерения абсолютного давления и разности давлений. Принципиально с помощью пружинных манометров определяется разность между контролируемым и атмосферным давлениями. Абсолютное давление можно измерять пружинным манометром либо при помещении трубки Бурдона в вакуум, либо при использовании двух трубок Бурдона, в одной из которых создан вакуум, а в другую подается контролируемое давление; абсолютное давление получают в этом случае путем вычитания величин деформаций. В большинстве конструкций дифференциальных пружинных манометров используют две трубчатые пружины, в каждую из которых подается одно из контролируемых давлений; за этим следует кинематическое вычитание деформаций обеих трубок или динамическое вычитание их тяговых усилий.

Конструкция манометра Бурдона

Рис. 15.7. Конструкция манометра Бурдона:

  • 1 — трубчатая пружина; 2 — наконечник пружины; 3 — тяга; 4 — сегмент;
  • 5 — держатель пружины; 6 — циферблат со шкалой; 7 — ось стрелки;
  • 8 — спиральная пружина; 9 — стрелка; 10 — зубчатое зацепление

Температурная компенсация в трубчатых манометрах. Температурные погрешности трубчатых манометров вызываются двумя явлениями: изменением модуля упругости материала трубки при колебаниях температуры (обусловливающим изменение полной деформации трубки); тепловым расширением трубки и элементов системы передачи на стрелку (обусловливающим дрейф нуля). В диапазоне от —50 до +50 °С относительное изменение модулей упругости материалов трубок при изменении температуры на 100 °С составляет для бронзовых трубчатых пружин АЕ/Е = (4,1 ± 0,4) %; для стальных трубчатых пружин АЕ/Е = (2,3 ± 0,4) %.

В манометрах со стальными трубчатыми пружинами смещение нуля составляет (2,9 ± 0,7) % шкалы при изменениях температуры на 100 °С. Для компенсации смещения нуля устанавливают биметаллические компенсаторы на свободном конце трубки. Для компенсации изменения чувствительности, вызываемого колебаниями температуры, также применяется биметаллический компенсатор, изменяющий длину передаточного рычага, если для изготовления пружин не используются материалы, обладающие малым температурным коэффициентом модуля упругости.

Мембранные манометры. Принцип действия мембранных манометров основан на измерении деформации гофрированной мембраны, односторонне нагружаемой контролируемым давлением (рис. 15.8). Максимальный прогиб мембран (1 мм) значительно меньше хода трубчатых пружин (2. 3 мм), вследствие чего кинематическая передача на стрелку прибора должна иметь большее передаточное число. Мембраны обладают значительной жесткостью, поэтому они менее восприимчивы к вибрациям. Защита от агрессивных жидкостей и газов обеспечивается нанесением на мембраны защитных покрытий или пленок.

Конструкция мембранного манометра

Рис. 15.8. Конструкция мембранного манометра:

  • 1 — нижний фланец; 2 — присоединительный штуцер; 3 — мембранная камера; 4 — мембрана; 5 — соединительный болт; 6 — шаровой шарнир;
  • 7 — циферблат; 8 — стрелка; 9 — зубчатое зацепление; 10 — сегмент;
  • 11 — тяга; 12 — верхний фланец

Диапазон измерения мембранных манометров составляет 63. 4000 мм вод. ст. (около 6,3. 400,0 мбар) и 0,6. 25,0 ат. По точности измерения обычно выпускаемые промышленностью мембранные манометры соответствуют классу 1,5 (погрешность не превышает 1,5 % диапазона измерения).

Гофрированные мембраны. Упругие свойства плоских мембран известны и поддаются расчету, однако эти мембраны не могут применяться в качестве чувствительных элементов манометров, так как при малых толщинах их характеристики нелинейны, а положение нуля нестабильно. Влияние гофров исследовано в основном эмпирически. Прогиб равномерно гофрированных мембран практически линейно возрастает с увеличением давления (рис. 15.9, а). При более высоких гофрах влияние внутренних напряжений мембраны становится более заметным и может быть устранено путем нанесения между ними более мелких гофров (рис. 15.9, б). Мембраны, гофрированные в соответствии с рис. 15.9, в и опирающиеся при максимальном давлении на верхний фланец, лучше всего применять для манометров, рассчитанных на большие перегрузки. В мембранах, показанных на рис. 15.9, г, под действием нагрузки сначала прогибается и ложится на опору внешняя часть; при этом центральная часть начинает работать как мембрана меньшего диаметра. Применяют также мембраны с легко изготавливаемыми гофрами треугольной формы (рис. 15.9, б).

Сечения гофрированных мембран

Рис. 15.9. Сечения гофрированных мембран:

а — равномерно гофрированной; б — с мелкими гофрами для устранения внутренних напряжений; в — для больших перегрузок; г — для расширения начальной части шкалы; д — с гофрами треугольной формы

Между деформацией мембраны/, диаметром ее заделки d, ее толщиной h и действующим на мембрану давлением р существует зависимость

где Е* = Е[1 — (1/т 2 )] представляет собой приведенный модуль упругости.

Зависимость F(d/h) в простейшем случае приближенно аппроксимируется показательной функцией. Тогда

Чувствительный элемент датчика манометра

В любом технологическом процессе одними из основных процедур являются различные измерения. Они необходимы для того, чтобы на производственных линиях выпускалась продукция действительно высокого качества, а для этого совершенно необходима та информация, которую предоставляют обслуживающему персоналу различные измерительные приборы.

Одной из их многочисленных разновидностей является манометр. Он предназначен для того, чтобы определять те значения давления различных газов, которые превышают атмосферное, или находятся на более низком уровне. Название этого прибора происходит от греческих слов, означающих в переводе на русский язык «измеряю» («метрео») и «неплотный» («манос»).

Подавляющее большинство используемых сейчас манометров в своей конструкции имеют так называемые деформационные чувствительные элементы. Их действие основывается на том, что под воздействием давления газов меняется изгибающий момент. Его значение определяется или тем усилием, которое развивает упругий элемент, или же перемещением.

Все манометры, которые разрабатываются и изготавливаются в Российской Федерации, должны соответствовать ГОСТ 8.271-77. Именно в этом стандарте определен принцип действия измерительного прибора, а также основные требования, которым ему надлежит соответствовать.

Следует заметить, что упругие чувствительные элементы распространены в технике весьма широко, и их можно встретить в самых разнообразных конструкциях и приборах. Например, они являются практически обязательными компонентами электромагнитных, тензометрических, емкостных измерителях давления, причем они считаются, по сути дела, их первичными элементами. Именно с их помощью осуществляется восприятие давления, а также такой важный процесс, как линейное перемещение. Оно, в свою очередь, нередко преобразуется в электрический сигнал.

Характеристики упругих элементов, применяемых в манометрах

Чувствительные элементы, которые используются в манометрах, обладают целым рядом метрологических характеристик. Основными из них являются:

• Нелинейность и постоянство упругой характеристики;

• Условная линейная характеристика;

Под упругой характеристикой манометра понимается та зависимость, которая имеется между возрастающим или убывающим давлением (при прямом и обратном ходе соответственно), и перемещением заданной точки упругого элемента прибора. Ее нелинейность представляет собой то отклонение упругой характеристики, которое возникает от условной линейной характеристики при прямом ходе.

Рабочий ход представляет собой то расстояние перемещения заданной точки упругого чувствительного элемента, которое образуется тогда, когда он нагружается номинальным давлением.

Под чувствительностью манометров понимается то значение, которое образует отношение приращения перемещения некоей точки упругого элемента прибора к приращению приложенного давления.

Что касается такого явления, как гистерезис, то оно является, существенным недостатком который, влияет на характеристики современных манометров. Данное явление присуще всем чувствительным элементам, которые используются в этих приборах. Гистерезис представляет собой вариацию упругой характеристики, являющейся разницей между теми показаниями манометра, которые он демонстрирует при прямом и обратном ходе.

Условной линейной характеристикой манометра является отражение прямо пропорциональной зависимости между такими показателями, как перемещение некоей точки упругого элемента и прилагаемому к нему давлению газовой среды. При этом расчеты производятся для прямого хода, а начальная и конечная точки условной характеристики совпадают с теми, что определены для условной упругой характеристики.

Еще одним важным параметром, который присущ всем современным манометрам, является тяговое усилие. Оно представляет собой характеристику, зависящую от такого показателя, как эффективная площадь деформационного преобразующего элемента. Геометрически она определяется его габаритными размерами, а также теми показателями, которые он демонстрирует под влиянием нагрузки. Тяговое усилие по своему вектору направлено на преодоление сопротивления такого устройства, как передаточный механизм, а также пружин уравновешивания и т.п.

Следует отметить, что для всех современных манометров весьма актуальными является такая проблема, как температурное расширение металла. Поскольку чувствительные элементы закрепляются в корпусах весьма жестко, то этот процесс существенно влияет на точность измерения. Чтобы она была высокой, необходимо произвести согласование коэффициентов температурного расширения различных конструктивных элементов прибора.

К его чувствительным элементам манометров предъявляются повышенные требования в том, что касается прочности, технологии и точности обработки. При их изготовлении важно выбрать оптимальные режимы таких процессов, как отжиг и последующая нормализация. Обязательно следует также принимать во внимание и такой неизбежный процесс, как «старение» металла.

В современных манометрах в качестве чувствительных элементов чаще всего используются многовитковые трубчатые пружины; одновитковые пружины Бурдона; спиральные пружины; сильфоны; мембраны различных типов.

2.1.2. Виды и материалы упругих чувствительных элементов

В качестве упругих чувствительных элементов в механических приборах измерения и контроля давления манометрических приборов наиболее часто используются (рис. 2.2):

  • одновитковая трубчатая пружина (трубка Бурдона);
  • многовитковая пружина;
  • винтовая пружина;
  • спиральная пружина;
  • упругая мембрана как плоская, так и гофрирован-
    ная или мембрана вялая с жестким центром и без него;
  • мембранная коробка (коробчатая мембрана) или сильфон.

Рис. 2.2. Типы упругих чувствительных элементов манометрических приборов: а – одновитковая трубчатая пружина; б – многовитковая трубчатая пружина; в – винтовая трубчатая пружина (геликоид); г — спиральная пружина; д – упругая мембрана как плоская, так и гофрированная, вялая с жестким центром и без него; е – мембранная коробка; ж – сильфон

Выбор между трубчатой пружиной, сильфоном и мембраной базируется на анализе следующих основных критериев:

· величина перемещения рабочей точки деформационного преобразователя при воздействии измеряемого давления и развиваемое тяговое усилие;

· минимальная остаточная деформация УЧЭ и работоспособность в диапазоне допустимых напряжений;

· минимальная металлоемкость и технологичность изготовления.

Одновитковые трубчатые пружины(рис.2.2а и 2.3а), называемые зачастую по имени владельца первого патента трубками Бурдона и изготавливаемые с плоскоовальной и эллиптической формами поперечного сечения — являются наиболее распространенными чувствительными элементами показывающих манометров для малых и средних давлений. Другие формы поперечного сечения УЧЭ, применяемые в практике манометрии, более детально представлены в разделе 2.2.1.

Многовитковые, объединяющие под своим названием 1,5- и 2,5-витковые трубчатые пружины, производятся из круглых трубок (рис. 2.2б и 2.3б) с практически не контролируемым профилем изгиба. Наиболее широко применяются в показывающих манометрах высоких и сверхвысоких давлений.

Винтовая трубчатая пружина (геликоид) (рис.2.2в), которой свойственны большие перемещения свободного конца, нашла применение в качестве чувствительного элемента в самопишущих приборах. В большинстве приборов изготавливается из плоскоовальных трубок.

Спиральная пружина (рис.2.2г и 2.3в) выполняется из плющенной трубы и используется наиболее часто в качестве чувствительного элемента манометров-индикаторов с малыми диаметрами корпусов – 20…40 мм. Такие преобразователи успешно используются некоторыми производителями в конструкциях манометрических термометров.

Трубчатые чувствительные элементы по сравнению с сильфонами, мембранами и мембранными коробками из-за существенно различающейся эффективной площади обладают малой тяговой силой. В производимых показывающих манометрических приборах эффективная площадь деформационных чувствительных элементов выбирается как достаточная для преодоления сопротивления со стороны передаточного механизма, вызываемого силами трения в посадочных гнездах осей вращения трибки и сектора, инерционностью массы указательной стрелки, а также для преодоления противодействия волосковой спиральной пружины.

Мембраны (рис. 2.2д, 2.3г) широко применяются в качестве чувствительных элементов приборов, измеряющих низкие значения давления. При малых и средних давлениях мембраны нашли применение в конструкциях приборов (раздел 2.3.1) для измерения давления вязких и загрязненных сред. Мерой давления в таких приборах является прогиб центра мембраны, трансформируемый на указательную стрелку с помощью различных механизмов.

Мембраны могут также выполнять роль разделительной перегородки в специальных устройствах (разделителях), применяемых в комплекте с общепромышленными приборами, для измерения давления сред с особыми физическими свойствами, например агрессивных, кристаллизующихся, высоковязких. Конструкции разделителей представлены в разделе 5.1.

Измерители низкого давления, такие как напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, также функционируют на основе мембран (рис. 2.2г), мембранных коробок
(рис. 2.2д) или сильфонов (рис. 2.2е).

Сильфоны (рис.2.2е) представляют собой осесимметричную трубчатую гофрированную оболочку. Наличие гофров обеспечивают под воздействием давления значительные перемещения. Такие устройства могут обеспечивать существенные тяговые усилия. Сильфоны нашли применение, как отмечалось выше, в приборах измерения малых давлений, а также дифференциальных манометрах, разделителях.

Рис. 2.3. Вид пружинных чувствительных элементов: а – трубчатые одновитковые пружины Бурдона; б – многовитковые чувствительные элементы; в – спиральный чувствительный элемент; г – упругая плоская мембрана

При выборе измерительного средства необходимо обращать внимание на материал упругого элемента, его инертность по отношению к измеряемой среде, физические свойства анализируемой среды, геометрию чувствительного элемента прибора, конструкцию измерительного прибора. Так, например, несовместимы медные сплавы с аммиачной средой. Ряд сред проявляют агрессивность даже по отношению к нержавеющей стали. К большим погрешностям также могут приводить измерения быстро изменяющегося давления высоковязкой среды с прибором с установленным демпферным устройством. Кристаллизующиеся, а также изменяющие текучесть или даже фазовое состояние жидкости могут нарушить функционирования трубчатой пружины или коробчатой мембраны измерителя и сделать невозможным их последующее использование.

Трубчатые пружины являются чувствительными элементами наиболее распространенных показывающих манометрических приборов. Простота конструкции, высокая надежность в работе, относительно низкая себестоимость изготовления, удобство в эксплуатации предопределили их широкое распространение.

Материалы, применяемые большинством производителей манометрических приборов, следующие:

— для общепромышленных приборов – медные сплавы

ЛАНКМц, Л63, CuSn 8, CuBe 2 и др.;

— для приборов имеющих контакт с агрессивной измеряемой средой – 36НХТЮ, 42НХТЮ, 1.4571 (316) и др.

Следует отметить, что некоторые отечественные приборостроительные предприятия широко применяют марки сплавов ЛАНКМц и Л63 из-за их невысокой стоимости. Но, к сожалению, качество заготовок для трубчатых пружин оставляет желать лучшего. Так, например, заготовки отечественного производителя трубок для чувствительных элементов даже для высоких давлений в ряде случаев при незначительной формовке растрескивались по производственному шву.

Кроме того, ГОСТ 2405-88 2 регламентирует работу манометрических приборов, изготовленных из вышеуказанных сплавов в диапазоне температур –50.. +50 о С окружающего воздуха и измеряемой среды. Понятно, что при установлении диапазона температур для точного функционирования прибора в первую очередь учитываются свойства упругого чувствительного элемента.

В соответствии с ГОСТ 10994-74 2 детали, произведённые из сплава марки 42НХТЮ, могут работать при температуре до 100 о С, в то время как сплав 36НХТЮ обеспечивает работоспособность до 250 о С.

Таким образом, в условиях конкуренции на современном производстве манометрических приборов необходимо повышать как качество производства приборов, так и качество используемых комплектующих. Вполне естественно, что со временем свойства металла морально устаревают и на его смену приходят более новые, с улучшенными свойствами и качествами. Поэтому при производстве общетехнических приборов необходимо использовать медный сплав марки CuSn 8, а для приборов устойчивых к воздействию агрессивной среды – 36НХТЮ или европейский сплав 1.4571.

Кроме того, латунь имеет меньшую температуру плавления по сравнению с медью, бронзой и нержавеющей сталью, поэтому будет разумным использование чувствительных элементов из латуни до 100-120 о С. Но для более чёткого и ясного представления температурных возможностей данных сплавов необходимо провести исследования на воздействие температуры измеряемой и окружающей сред.

Более детальное описание материалов, применяемых для изготовления УЧЭ, представлено в /2-3,2-7,2-8 и др./.

© 2002 — 2021. НПО ЮМАС
Разработка и производство приборов измерения давления и температуры: манометров, термометров,
напоромеров и клапанов в Москве, Екатеринбурге, Самаре, Санкт-Петербурге, Уфе, Омске, Тюмени и Нижнем Новгороде.
Все права защищены.

Уважаемый пользователь. Уведомляем Вас о том, что персональные данные, которые Вы можете оставить на сайте, обрабатываются в целях его функционирования. Если Вы с этим не согласны, то пожалуйста покиньте сайт. В противном случае это будет считаться согласием на обработку Ваших персональных данных.
Политика конфиденциальности

Устройство и принцип работы манометра

Измерение давления производится с помощью чувствительного элемента — трубки Бурдона, диафрагмы, столба жидкости, тензодатчика и т.д. Наиболее распространены следующие приборы измерения давления:

2.1.2. Виды и материалы упругих чувствительных элементов

В качестве упругих чувствительных элементов в механических приборах измерения и контроля давления манометрических приборов наиболее часто используются (рис. 2.2):

  • одновитковая трубчатая пружина (трубка Бурдона);
  • многовитковая пружина;
  • винтовая пружина;
  • спиральная пружина;
  • упругая мембрана как плоская, так и гофрирован-
    ная или мембрана вялая с жестким центром и без него;
  • мембранная коробка (коробчатая мембрана) или сильфон.

Рис. 2.2. Типы упругих чувствительных элементов манометрических приборов: а – одновитковая трубчатая пружина; б – многовитковая трубчатая пружина; в – винтовая трубчатая пружина (геликоид); г — спиральная пружина; д – упругая мембрана как плоская, так и гофрированная, вялая с жестким центром и без него; е – мембранная коробка; ж – сильфон

Выбор между трубчатой пружиной, сильфоном и мембраной базируется на анализе следующих основных критериев:

· величина перемещения рабочей точки деформационного преобразователя при воздействии измеряемого давления и развиваемое тяговое усилие;

· минимальная остаточная деформация УЧЭ и работоспособность в диапазоне допустимых напряжений;

· минимальная металлоемкость и технологичность изготовления.

Одновитковые трубчатые пружины(рис.2.2а и 2.3а), называемые зачастую по имени владельца первого патента трубками Бурдона и изготавливаемые с плоскоовальной и эллиптической формами поперечного сечения — являются наиболее распространенными чувствительными элементами показывающих манометров для малых и средних давлений. Другие формы поперечного сечения УЧЭ, применяемые в практике манометрии, более детально представлены в разделе 2.2.1.

Многовитковые, объединяющие под своим названием 1,5- и 2,5-витковые трубчатые пружины, производятся из круглых трубок (рис. 2.2б и 2.3б) с практически не контролируемым профилем изгиба. Наиболее широко применяются в показывающих манометрах высоких и сверхвысоких давлений.

Винтовая трубчатая пружина (геликоид) (рис.2.2в), которой свойственны большие перемещения свободного конца, нашла применение в качестве чувствительного элемента в самопишущих приборах. В большинстве приборов изготавливается из плоскоовальных трубок.

Спиральная пружина (рис.2.2г и 2.3в) выполняется из плющенной трубы и используется наиболее часто в качестве чувствительного элемента манометров-индикаторов с малыми диаметрами корпусов – 20…40 мм. Такие преобразователи успешно используются некоторыми производителями в конструкциях манометрических термометров.

Трубчатые чувствительные элементы по сравнению с сильфонами, мембранами и мембранными коробками из-за существенно различающейся эффективной площади обладают малой тяговой силой. В производимых показывающих манометрических приборах эффективная площадь деформационных чувствительных элементов выбирается как достаточная для преодоления сопротивления со стороны передаточного механизма, вызываемого силами трения в посадочных гнездах осей вращения трибки и сектора, инерционностью массы указательной стрелки, а также для преодоления противодействия волосковой спиральной пружины.

Мембраны (рис. 2.2д, 2.3г) широко применяются в качестве чувствительных элементов приборов, измеряющих низкие значения давления. При малых и средних давлениях мембраны нашли применение в конструкциях приборов (раздел 2.3.1) для измерения давления вязких и загрязненных сред. Мерой давления в таких приборах является прогиб центра мембраны, трансформируемый на указательную стрелку с помощью различных механизмов.

Мембраны могут также выполнять роль разделительной перегородки в специальных устройствах (разделителях), применяемых в комплекте с общепромышленными приборами, для измерения давления сред с особыми физическими свойствами, например агрессивных, кристаллизующихся, высоковязких. Конструкции разделителей представлены в разделе 5.1.

Измерители низкого давления, такие как напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, также функционируют на основе мембран (рис. 2.2г), мембранных коробок
(рис. 2.2д) или сильфонов (рис. 2.2е).

Сильфоны (рис.2.2е) представляют собой осесимметричную трубчатую гофрированную оболочку. Наличие гофров обеспечивают под воздействием давления значительные перемещения. Такие устройства могут обеспечивать существенные тяговые усилия. Сильфоны нашли применение, как отмечалось выше, в приборах измерения малых давлений, а также дифференциальных манометрах, разделителях.

фото из разд 2.1.jpg

фото из разд 2.1-1.jpg

фото из разд 2.1-2.jpg 2.3г.jpg

Рис. 2.3. Вид пружинных чувствительных элементов: а – трубчатые одновитковые пружины Бурдона; б – многовитковые чувствительные элементы; в – спиральный чувствительный элемент; г – упругая плоская мембрана

При выборе измерительного средства необходимо обращать внимание на материал упругого элемента, его инертность по отношению к измеряемой среде, физические свойства анализируемой среды, геометрию чувствительного элемента прибора, конструкцию измерительного прибора. Так, например, несовместимы медные сплавы с аммиачной средой. Ряд сред проявляют агрессивность даже по отношению к нержавеющей стали. К большим погрешностям также могут приводить измерения быстро изменяющегося давления высоковязкой среды с прибором с установленным демпферным устройством. Кристаллизующиеся, а также изменяющие текучесть или даже фазовое состояние жидкости могут нарушить функционирования трубчатой пружины или коробчатой мембраны измерителя и сделать невозможным их последующее использование.

Трубчатые пружины являются чувствительными элементами наиболее распространенных показывающих манометрических приборов. Простота конструкции, высокая надежность в работе, относительно низкая себестоимость изготовления, удобство в эксплуатации предопределили их широкое распространение.

Материалы, применяемые большинством производителей манометрических приборов, следующие:

— для общепромышленных приборов – медные сплавы

ЛАНКМц, Л63, CuSn 8, CuBe 2 и др.;

— для приборов имеющих контакт с агрессивной измеряемой средой – 36НХТЮ, 42НХТЮ, 1.4571 (316) и др.

Следует отметить, что некоторые отечественные приборостроительные предприятия широко применяют марки сплавов ЛАНКМц и Л63 из-за их невысокой стоимости. Но, к сожалению, качество заготовок для трубчатых пружин оставляет желать лучшего. Так, например, заготовки отечественного производителя трубок для чувствительных элементов даже для высоких давлений в ряде случаев при незначительной формовке растрескивались по производственному шву.

Кроме того, ГОСТ 2405-88 [2-5] регламентирует работу манометрических приборов, изготовленных из вышеуказанных сплавов в диапазоне температур –50.. +50 о С окружающего воздуха и измеряемой среды. Понятно, что при установлении диапазона температур для точного функционирования прибора в первую очередь учитываются свойства упругого чувствительного элемента.

В соответствии с ГОСТ 10994-74 [2-6] детали, произведённые из сплава марки 42НХТЮ, могут работать при температуре до 100 о С, в то время как сплав 36НХТЮ обеспечивает работоспособность до 250 о С.

Таким образом, в условиях конкуренции на современном производстве манометрических приборов необходимо повышать как качество производства приборов, так и качество используемых комплектующих. Вполне естественно, что со временем свойства металла морально устаревают и на его смену приходят более новые, с улучшенными свойствами и качествами. Поэтому при производстве общетехнических приборов необходимо использовать медный сплав марки CuSn 8, а для приборов устойчивых к воздействию агрессивной среды – 36НХТЮ или европейский сплав 1.4571.

Кроме того, латунь имеет меньшую температуру плавления по сравнению с медью, бронзой и нержавеющей сталью, поэтому будет разумным использование чувствительных элементов из латуни до 100-120 о С. Но для более чёткого и ясного представления температурных возможностей данных сплавов необходимо провести исследования на воздействие температуры измеряемой и окружающей сред.

Более детальное описание материалов, применяемых для изготовления УЧЭ, представлено в /2-3,2-7,2-8 и др./.

ул. Ярцевская, д. 29, корп.2

© 2002 — 2023. НПО ЮМАС
Разработка и производство приборов измерения давления и температуры: манометров, термометров,
напоромеров и клапанов в Москве, Екатеринбурге, Самаре, Санкт-Петербурге, Уфе, Омске, Тюмени и Нижнем Новгороде.
Все права защищены.

Уважаемый пользователь. Уведомляем Вас о том, что персональные данные, которые Вы можете оставить на сайте, обрабатываются в целях его функционирования. Если Вы с этим не согласны, то пожалуйста покиньте сайт. В противном случае это будет считаться согласием на обработку Ваших персональных данных.
Политика конфиденциальности

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *