Какие устройства могут измерить давление?

Давление характеризуется силой, действующей на поверхность тела. Это важная характеристика, оказывающая, как и температу­ра, влияние на многие технологические и другие процессы. В на­стоящее время применяют несколько единиц давления. В Международной системе единиц (СИ) единицей давления является паскаль (Па), равный давлению силы в 1 Н (ньютон) на площадь 1 м2, где Н - сила, сообщающая массе 1 кг ускорение 1 м/с. Для высоких давлений иногда используют кгс/м2 и бар; для низких - миллиметр ртутного или водяного столба (мм рт. ст. и мм вод. ст ).

Барометр

При помощи барометра можно измерить давление атмосферы.

Различают давление атмосферное, избыточное, вакуумметрическое, абсолютное. Приборы для измерения давления называют ма­нометрами. В зависимости от вида и значения измеряемого давления, используют разновидности манометров: барометры, вакуум­метры и др.

Атмосферное давление (барометрическое), оказываемое атмосфе­рой Земли, измеряют барометрами. Избыточное давление, являющееся превышением давления среды над атмосферным, -  манометра­ми, мановакууметрами, дифференциальными манометрами. Вакуумметрическое давление (вакуум, разрежение), недостающее до атмосферного, -  вакууметрами. Абсолютное давление среды, отсчитываемое от абсолютного нуля, т. е. от абсолютного вакуума, может измеряться одним из вышеуказанных разновидностей манометров в зависимости от того, выше оно атмосферного, ниже или равно ему. В технике в большинстве случаев измеряют избыточное давление. Манометры для его измерения разделяют на жидкостные и деформационные.

Двухтрубный манометр

Рисунок 1. Двухтрубный манометр.

В  жидкостных манометрах давление измеряется по высоте столба жидкости, уравновешивающего это давление. Приборы обычно выполняются в виде двух сообщающихся стеклянных сосудов, залитых рабочей жидкостью (ртутью, дистиллированной водой, этиловым спиртом и др.).

Один конец сосуда соединяется со средой, где измеряется давление, второй - остается открытым. Под действием давления измеряемой среды жидкость начинает перемещаться из одного колена в другое до тех пор, пока давления среды и столба жидкости в колене не уравновесятся. Разность уровней, отсчитываемая по шкале, пропорциональна измеряемому избыточному давлению н), которое равно

Рн = Hpg

Жидкостный манометр

Рисунок 2. Жидкостный манометр.

где Н - высота столба жидкости; р - плотность жидкости; g - ускорение силы тяжести. Такими манометрами можно измерять также разрежение и разность давлений.

На рис. 1 а показан двухтрубный манометр, которым можно измерять атмосферное, избыточное и вакуумметрическое давление. Его недостатком является большая погрешность при измерении пульсирующих давлений. В этом случае используют однотрубные манометры (рис. 1 б), в которых одно колено сообщающегося сосуда имеет гораздо больший диаметр по сравнению с другим. Широкое колено (чашка) соединяется с измеряемой средой, давле­ние которой перемещает жидкость в узкое колено. При измерении учитывается только высота столба узкого колена, так как изменение уровня жидкости в чашке настолько незначительно, что им можно пренебречь. Для измерения небольших избыточных давлений при­меняют однотрубные микроманометры с наклонной трубкой (рис. 1 в). Уменьшение угла наклона трубки позволяет повысить точность отсчета, так как при этом увеличивается длина столба жидкости.

Отдельную группу представляют жидкостные манометры, в кото­рых перемещение жидкости в сосуде передается чувствительному элементу - поплавку 1 (рис. 2 а), колоколу 2 (рис. 2 б) или кольцу 3 (рис. 2 б), связанному со стрелкой - указателем давления. Достоинства этих приборов - возможность регистрации показаний на диаграмме и их дистанционная передача.

Пружинный, мембранный и сильфонный манометры

Рисунок 3. Пружинный, мембранный и сильфонный манометры.

В технике более широко применяются деформационные манометры, принцип действия которых основан на деформа­ции упругого чувствительного элемента, возникающей под влия­нием измеряемого давления. Упругая деталь связана с отсчетным устройством, проградуированным непосредственно в единицах дав­ления. По виду упругого элемента различают пружинные, мембран­ные и сильфонные манометры.

В пружинных манометрах упругой деталью является металлическая трубка овального сечения (пружи­на), изогнутая по окружности и соединенная через передаточный ме­ханизм со стрелкой.

Измеряемое давление подается внутрь трубки, в результате чего сечение стремится принять форму круга, пружи­на 1 раскручивается - и указательная стрелка перемещается по шкале (рис. 3а).

В мембранных манометрах упругой деталью является плоская мембрана 2, которая под действием давления прогибается и через передаточный механизм действует на стрелку. Мембрана может быть выполнена также в виде коробки 3, что повышает чувствительность и точность прибора за счет большего ее прогиба при одинаковом давлении (рис. 3б).

Дифференциально ­трансформаторный преобразователь

Рисунок 4. Дифференциально ­трансформаторный преобразователь.

В сильфонных манометрах (рис. 3в) упругой деталью является сильфон 4, представляю­щий собой тонкостенную гофрированную трубку, в которую пода­стся измеряемое давление. Под его влиянием сильфон растягивается в длину и через передаточный механизм перемещает стрелку при­бора.

Мембранные и сильфонные манометры применяют для измерения небольших избыточных давлений и разрежений благодаря малой жесткости упругого элемента. Причем при использовании для измерения разрежения (вакуума) их называют тягомерами, избыточного давления - напоромерами, а разрежения и избыточ­ного давления - тягонапоромерами.

Тензорезистор

Рисунок 5. Тензорезистор.

Одно из важных достоинств деформационных манометров по сравнению с жидкостными - возможность автоматической записи и дистанционной передачи показаний.

Это осуществляется преоб­разованием деформации упругого элемента в электрический выход­ной сигнал, который фиксируется вторичными электроизмеритель­ными приборами, проградуированными в единицах давления (миллиамперметра­ми, потенциометрами и др.).

Такие манометры называют деформационными электрическими. Наиболее распростране­ны дифференциально-трансформаторные, магнитомодуляционные и тензометрические преобразователи.

Принцип действия дифференциально ­трансформаторного преобразователя основан на изменении силы индукционно­го тока в зависимости от давления.

Грузопоршневый манометр

Рисунок 6. Грузопоршневый манометр.

В манометрах с таким преобразователем (рис. 4) трубчатая пружина 1 перемещает не стрелку, а стальной сердечник 2 в катушке трансформатора, в результате чего меняется сила индукционного тока, который через электронный усилитель сигнала 4 подается на электроизмерительный прибор 3.

В магнито­модуляционных преобразователях давление преобразуется в сигнал постоянного тока в результате перемещения магнита, связанного с упругим чувствительным элементом. При движении магнит оказы­вает влияние на магнитомодуляционный преобразователь (ММП) и после усиления в полупроводниковом усилительном устройстве сиг­нал подается на вторичные приборы постоянного тока.

Тензометрические преобразователи основаны на зависимости электросопротив­ления металла или полупроводника тензорезисторов от деформации. Тензорезисторы 1 (рис. 5) закрепляются непосредственно на упру­гом чувствительном элементе манометра. Изменение их сопротивле­ния преобразуется в электрический выходной сигнал, фиксируемый вторичными приборами.

Для измерения высоких и сверхвысоких давлений в лаборатор­ной практике, а также для проверки промышленных деформационных манометров используют грузопоршневые манометры.

http://youtu.be/TsnYLDR_B3U

Их действие основано на уравновешивании давления измеряемой среды силой, создаваемой калиброванным грузом 1 (рис. 6), действующей на поршень 2.

КОММЕНТАРИИ
  • Добавить комментарий

Top