Деформационни манометри

Измервателна техникаСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 3, 2006

 

Метрологични и конструктивни специфики на манометри с тръбна пружина, силфонни и мембранни манометри

Принадлежността на налягането към най-широко измерваните физични величини определя и разнообразието от технически методи, които се използват за определянето му. Контролът и управлението на производствените процеси в индустрията изисква разработването на прецизни и надеждни технически средства за измерване на налягане. Според познатата дефиниция, налягането е величина, която характеризира нормално разпределената сила, с която едно тяло оказва въздействие върху единица повърхност от друго тяло. Съществуват различни методи за преобразуване на въздействието, което налягането оказва върху съответния чувствителен елемент - директно в показания или в пропорционални изменения на друга физическа величина. В течение на времето са били разработени и са намерили практическо приложение различни като принцип на работа манометри - хидростатични, бутални, деформационни, електрически и топлинни и др. С настоящата статия нямаме за цел да ви върнем във времето на следването, когато сте усвоявали основите при измерването на физическите величини, а да ви обърнем внимание върху редица специфики на видовете деформационните манометри. Надяваме се, че чрез статията ще ви помогнем да се ориентирате по-добре в разнообразието от предлагани средства за измерване на налягане, предлагайки ви и кратка информация за модели манометри, които бихте могли да намерите на българския пазар.

Зоната на еластична деформация определя обхвата

Принципът на работа на деформационните манометри се основава на присъствието в конструкцията им на чувствителен елемент, който под действието на налягането се деформира. За да се измери налягането, на базата на деформационния принцип е необходимо да съществува ясна пропорционална зависимост между степента на деформация на чувствителния елемент и текущата стойност на налягането. При повечето конструкции деформационни манометри за определяната стойност на налягането се съди по съответстващото му преместване на определена работна точка от чувствителния елемент на уреда. Често, когато се говори за деформационни манометри, се забравя, че работният диапазон на един уред зависи от областта на преместване на работната точка, в която деформацията е еластична. От статичната характеристика на един деформационен манометър, информация за която производителят би следвало да предостави на клиента, при закупуването на уреда може да се види областта на пропорционалност, в която деформацията на чувствителния елемент е еластична и областта, в която деформациите вече са пластични.

Видът на статичната характеристика,

т.е. формата и наклонът й се определят от три основни фактора - конструкцията на чувствителния елемент, материала от който е изработен той и температурата на средата, за която се прави измерването. Когато се избира деформационен манометър, работният му обхват не просто трябва да попада в границите на еластичната деформация на чувствителния елемент, но е необходимо и да се предвиди определен запас, в случай на претоварване. От теорията е известно, че коефицента на еластичност на един материал се пресмята по зависимостта: kf=F/d, където F (N) e силата, действаща върху чувствителния елемент, d(m) - преместването на работната точка на елемента, а kf (N/m) - коефициентът на еластичност.

Ако в горната зависимост силата F се замени с F = p.Ae, където p (Pa) е налягането, Ae (m2) - ефективна площ на чувствителния елемент, за коефициента на еластичност ще се получи kf=p.Ae/d.

Следователно, експериментирайки с ефективната площ на чувствителния елемент и интервала на преместване на работната му точка, производителите разработват манометри с различен обхват на измерване и чувствителност на прибора. Всеобщ е стремежът към създаване на конструкции с подобрена статична характеристика, осигуряваща линейна зависимост между действащото върху еластичния елемент налягане и преместването на работната му точка. Метрологична специфика на деформационните манометри е

наличието на хистерезис,

дължащ се на несъвършенствата в еластичните характеристики на материалите, от които се изработва чувствителният елемент. При работа с деформационен манометър трябва да се отчитат два важни фактора - температурата на работната среда и промяната в метрологичните характеристики на уреда през периода на използването му. В случаи, че манометърът, който търсите, ще работи при високи температури, постарайте се да се снабдите с модел, чувствителният елемент на който е защитен от въздействието на температурата на работната среда. Причината е, че между еластичността на чувствителните елементи и температурата съществува обратнопропорционална зависимост. Следователно, с повишаването на температурата намалява еластичността на чувствителния елемент. Това рефлектира в промяна на статичната характеристика на уреда. Друга причина за изменение на статичната характеристика е стареенето на чувствителния елемент. В процеса на експлоатация на деформационния манометър се натрупват пластични деформации, изместващи и променящи наклона на статичната характеристика. Разбира се, съвременните модели деформационни манометри разполагат с възможности за решаване на изброените проблеми, съпътстващи работата им. Въпреки това, за да си осигурите висока точност и повторяемост в показанията на уреда през целия му експлоатационен живот, обърнете внимание на корекциите, с които разполага, както и на възможностите за качествено сервизиране на изделията.

Групата на деформационните манометри

обхваща широко разнообразие от видове, основните от които са тръбни пружини, силфонни и мембранни. Манометрите с тръбна пружина, наричани още с бурдонова тръба, са сред най-широко използваните средства за измерване на налягане. Чувствителният елемент представлява тръба, най-често с елипсовидно сечение. В единия си край тръбната пружина се закрепва неподвижно към носач. Другият й край е свободен. Обикновено свободният край на тръбната пружина е свързан чрез зъбен механизъм със стрелката на прибора. През неподвижно свързания край на чувствителния елемент се подава флуида, чието налягане се измерва. Под действието на разликата в двете налягания - измерваното и атмосферното, напречното сечение на тръбната пружина се деформира и свободният й край се премества. За корекция на статичната характеристика на уреда се променя разстоянието - от точката на свързване на чувствителния елемент със зъбния сектор до делителния му диаметър. Въпреки, че и до днес

едновитковите пружинни манометри

се използват широко, конструкцията им е послужила като основа за разработването на други усъвършенствани модели уреди за измерване на налягане. Предлагат се пружинни манометри, предназначени за сигнализация при достигане на определени гранични стойности. През годините са се наложили и конструкции, при които традиционният, изцяло механичен пружинен манометър, е заменен с уреди с електрически, хидравличен или пневматичен изходен сигнал, със силова или магнитна компенсация. При всички случаи, обаче, ако изборът ви се е спрял на пружинен манометър се поинтересувайте от материала, от който е изработен чувствителният елемент. Съвсем естествено, колкото по-високи са наляганията за които ще се използва уредът, толкова по-специфичен ще бъде и материалът на чувствителния елемент. При измерване на високи налягания обикновено се използват легирани стомани или никелови сплави. Измервателният обхват и точността на пружинния манометър зависят от конкретното конструктивно изпълнение. Друг широко използван вид деформационни манометри са

силфонните,

при които чувствителният елемент представлява тънкостенна тръбичка с напречни гофри. Принципът на работа на силфонните диференциални манометри се базира създадената разлика в налягането в двете камери на силфонния манометър, която води до деформация на силфона и изтласкване на определено количество флуид от камерата с по-високо към камерата с по-ниско налягане. Процесът е съпроводен с преместване на определен елемент, свързан неподвижно с дъното на силфона. Еластичността на силфона се определя от комплекс фактори, сред които дебелина на стената на тръбата, броя на гофрите, радиус на закръглението им, материал от които е изработен силфонът, външния и вътрешния му диаметър и др. За разлика от пружинните маноменти, силфонните се отличават с доста по-тесен измервателен обхват. По-големите възможности, които предлагат за увеличаване на ефективната площ, им позволяват да се използват за измерване на малки свръхналягания и разреждания.

Силфонните средства за измерване на налягане се използват широко като диференциални манометри и вакуумметри. Освен в чисто механично изпълнение, силфонни манометри се предлагат във вид на електрически и пневматични преобразуватели на налягане. Широко разнообразие от конструктивни изпълнения предлагат

мембранните деформационни манометри

През годините традиционно използваната плоска мембрана, представляваща твърда пластинка, закрепена неподвижно по окръжност претърпява съществено развитие в посока гофрирани мембрани и мембранни кутии. Причината е в основния недостатък на плоската мембрана във функцията й на чувствителен елемент - нелинейността на зависимостта между преместването на центъра на мембраната и текущата стойноста на измерваното налягане. Посредством гофриране на мембраната е възможно чувствително да се линеаризира статичната й характеристика. Съществува право пропорционална зависимост между дълбочината на гофриране и линейността на статичната характеристика на този вид деформационни манометри. Мембранните кутии се използват по-широко от гофрираните мембрани и представляват пакети от мембрани, запоени или заварени по външния си ръб. Широко приложение мембранните деформационни манометри намират в уредите за измерване на напор*. Работата на един механичен напорометър се базира на преобразуване на преместването на центъра на мембранна кутия в съответстващия му ъгъл на завъртане на ос, на която е закрепена показващата стрелка. Традиционното конструктивно решение, чрез което се осъществява връзката между мембранната кутия и показващия мехинъзъм е лостова предавка.

При мембранните диференциални манометри

се използват мембранни блокове. Принципът им на работа е в голяма степен аналогичен на описания при диференциалните силфонни манометри. Разработени са и конструкции мембранни манометри, при които мембраната се изработва от специална тъкан, върху която е нанесен слой от гума или пластмаса. В този случаи, ролята на чувствителен елемент обикновено изграе винтова пружина, опряна в центъра на мембраната.

В конструктивно отношение мембранните манометри също са претърпели съществено развитие през последните години. Например, все по-широко се използват индуктивни и капацитивни преобразуватели, чрез които физическото преместване на центъра на мембраната се преобразува в електрически сигнал.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top