Манометры.Общие понятия

Манометры.Общие понятия


Большинство показывающих манометрических приборов функционируют на основе деформационных чувствительных элементов. Действие таких устройств базируется на зависимости деформации или изгибающего момента упругих чувствительных элементов от давления, определяемого перемещением или усилием, развиваемым упругим элементом.


Согласно ГОСТ 8.271-77 деформационный манометр — это манометр, принцип действия которого основан на зависимости деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы от измеряемого давления.


Развитие манометрии на основе деформационных чувствительных элементов началось в XIX в., когда в 1846 г. немецкий ученый Р. Шинц предложил оценивать измеряемое давление по величине отклонения упругой оболочки, на которую оно воздействует. Несколько позже, в 1848 г., французский ученый Э. Бурдон использовал при оценке давления согнутую плоскоовальную трубку, получившую в дальнейшем широкое распространение и названную его именем.


Основная характеристика упругого чувствительного элемента — это зависимость перемещения определенной его точки от воздействующего давления.


В соответствии с типом прибора формируются требования к этой характеристике. Оптимальным является максимальное приближение зависимости к линейному виду. Это обеспечивает упрощение конструкции передаточного механизма и линейность шкалы измерителя.

Упругие чувствительные элементы широко применялись ранее, применяются и в настоящее время, также на их основе разрабатываются различные конструкции. Так, в емкостных, тензометрических, электромагнитных и других измерительных преобразователях давления первичными элементами, воспринимающими измеряемое давление, преобразовывающими его в линейное перемещение, которое, в свою очередь, преобразуется в электрический и иной сигнал, являются упругие мембраны.


К основным метрологическим характеристикам упругих чувствительных элементов, применяемых в манометрии, согласно международным рекомендациям OIML (Международная организация законодательной метрологии), относятся: рабочий ход элемента, нелинейность упругой характеристики, гистерезис, чувствительность, изменение начального положения, постоянство упругой характеристики. Они определяются, когда закончен полный цикл технологической обработки чувствительного элемента и он собран в сборочную единицу, готовую для установки непосредственно в прибор.


Рабочий ход — это перемещение заданной точки упругого чувствительного элемента при его нагружении номинальным давлением.


Упругая характеристика — это зависимость между перемещением заданной точки упругого чувствительного элемента и возрастающим (при прямом ходе) или убывающим (при обратном ходе) давлением.

Деформационные чувствительные элементы (ЧЭ) могут подразделяться на трубчатые, мембранные и сильфонные.

Большинство мембран и сильфонов имеют затухающую характеристику. Отдельные чувствительные элементы обладают возрастающей характеристикой . Преобразователи на основе трубчатой пружины часто характеризуются возрастающе-затухающей зависимостью 3. Идеальная характеристика — линейная.


Условная линейная характеристика — это характеристика, отражающая прямую пропорциональность между перемещением и давлением, начальная и конечная точки которой совпадают с соответствующими точками упругой характеристики при прямом ходе Практически во всех случаях характеристики реальных деформационных чувствительных элементов лишь приближаются к идеальным. Нелинейность упругой характеристики для таких элементов может характеризоваться как величиной отклонения, так и знаком (положительным или отрицательным).

См. также:  Барометр модели Кюи (Kew)

Нелинейность упругой характеристики — это отклонение упругой характеристики при прямом ходе от условной линейной характеристики.

Деформационный чувствительный элемент характеризуется жесткостью , определяемой отношением значения воздействующего давления к величине перемещения характеристической точки этого элемента.


Чувствительность — это отношение приращения перемещения заданной точки упругого чувствительного элемента к соответствующему приращению давления.


В отдельных случаях, например в манометрических контактных реле, применяется выпуклая мембрана с нелинейной скачкообразной характеристикой. Мембрана своей выпуклой образующей располагается в сторону высокого давления. При возрастании давления и достижении определенной его величины (зависит от конструкции, материала и технологии изготовления) она скачком изменяет направленность своей выпуклости, замыкая или размыкая контрольную схему. Выбором конструктивных размеров, материалов, дополнительных устройств и пр. задают давление, при котором «срабатывает» реле, — происходит скачкообразное изменение характеристики и формы мембраны.



Одна из важнейших характеристик деформационного преобразующего элемента — переустановочное (тяговое) усилие, развиваемое упругим элементом и направленное на преодоление сопротивления передаточного механизма, пружин уравновешивания и др. Переустановочное усилие зависит от эффективной площади элемента, определяемой размерами упругого элемента и характером его деформаций под воздействием нагрузки.

Широкое распространение деформационных чувствительных элементов не исключает существенных недостатков. Один из них — явление гистерезиса. Вариация упругой характеристики определяется как разность в показаниях прибора при прямом и обратном ходе. Величина гистерезиса может быть определена как отношение наибольшей разницы между перемещениями заданной точки упругого элемента при прямом и обратном ходе и одинаковом воздействующем давлении к максимальному ее перемещению, выраженное в процентах.