Общие сведения. Давление определяется отношением силы, равномерно распределенной по площади и нормальной к ней, к величине этой площади.

Давление определяется отношением силы, равномерно распределенной по площади и нормальной к ней, к величине этой площади.

Под абсолютным давлением в аппарате понимают полное давление жидкости или газа на его стенки. Разность между абсолютным (Р_абс.) атмосферным (Р_атм.) давлением при Р_абс. > Р_атм. называется избыточным (Р_изб.).

Р_изб. = Р_абс. – Р_атм.

А при Р_абс. < Р_атм. - разряжением Р_раз.

Р_раз. = Р_атм. – Р_абс.

В Международной системе единиц (СИ) единицей давления является Паскаль (Па) - ньютон на квадратный метр (Н/м²).

Допускаются к применению следующие единицы: кГс/см²; мм вод.ст.; мм рт.ст.; (1 кГс/см² = 9, 8 · 10 Н/м²; 1 мм рт.ст. = 133, 3 Н/м²;
1 мм вод.ст. = 9, 8 Н/м²).

В зависимости от измеряемой величины приборы для измерения давления делятся на:

а) манометры - приборы для измерения средних и больших избыточных давлений;

б) вакуумметры - для измерения средних и больших разрежений;

в) мановакуумметры - для измерения средних и больших избыточных давлений и разрежений;

г) напоромеры - для измерения малых (до 5 · 10³ Н/ м² или до
500 мм вод.ст.) избыточных давлений;

д) тягомеры - для измерения малых избыточных давлений и разрежений;

е) дифманометры - для измерения разности (перепада) давлений;

ё) барометры - для измерения атмосферного давления.

По принципу действия приборы для измерения давления делятся на: жидкостные, пружинные, поршневые, электрические, радиоионизационные.

В жидкостных манометрах измеряемое давление и разрежение уравновешиваются гидростатическим давлением столба рабочей жидкости, в качестве которой применяются ртуть, вода, спирт и др. Существует несколько конструктивно отличающихся друг от друга типов жидкостных манометров: двухтрубчатый V-обр., однотрубный чашечный, с наклонной трубкой, поплавковый, колокольный и кольцевой. Они используются для измерения давления при поверочных, наладочных, научно-исследовательских и производственных работах.

В пружинных манометрах измеряемое давление или разрежение уравновешиваются силами упругого противодействия различных чувствительных элементов (трубчатой пружины, мембраны, сильфона и т.д.), деформация которых, пропорциональная измеряемому параметру, передается посредством системы - рычагов на стрелку или перо прибора. При снятии давления - чувствительный элемент вследствие упругой деформации возвращается в свое первоначальное положение. Благодаря простоте к надежности конструкции, наглядности показаний, малым габаритам, высокой точности и широким пределам измерения пружинные манометры нашли широкое применение для измерения и регистрации давления и разрежения.

В поршневых манометрах давление определяется по величине нагрузки, действующей на поршень определенной площади, перемещаемый в заполненном маслом цилиндре. Поршневые манометры имеют высокие классы точности, равные 0, 02; 0, 05; 0, 2, и широкий диапазон измерения 1·10 - 2, 5·10 Н/м² (1-2500 кгс/см²). Применяются для поверки пружинных манометров.

Действие электрических манометров основано на изменении электрических свойств (сопротивления, емкости, индуктивности и т.п.) некоторых материалов при воздействии на них внешнего давления. К ним относятся такие приборы, в которых используется пьезоэлектрический эффект, заключающийся в возникновении электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллов (кварц, сегнетова соль, турмалин).

В радиоионизационных манометрах давление определяется изменением степени ионизации, производимой излучением и рекомбинацией ионов.

Две последние группы приборов применяются для измерения быстро меняющихся и очень высоких давлений (порядка 10⁸ - 10 Н/м² или 10³ -10⁵ кгс/см².

В настоящее время на предприятиях пищевой и рыбной промышленности наибольшее распространение получили пружинные манометры для измерения давления, разрежения и перепада давления.

Устройство и принцип действия манометра МП4-V и вторичного

прибора ПВ 1.3

Манометры типа МП4-V предназначены для измерения давления и преобразования его в унифицированный пневматический сигнал, изменяющийся в диапазоне от 0, 2 кгс/см² до 1 кгс/см².

Рис. 6.1. Принципиальная схема манометра с пневматическим выходным сигналом типа МП4-У

В – питание сжатым воздухом (1, 4 ± 0, 14 кгс/см²);
С – выход (0, 2 – 1 кгс/см²)

Манометры, вакуумметры и мановакуумметры типов МП4-V, ВП4-V и МВП4-V (рис. 6.1.) представляют собой приборы пружинного типа и работают на принципе уравновешивания величины измеряемого давления силой упругой деформации одновитковой манометрической пружины.

Изменение измеряемого давления, поступающего во внутреннюю полость трубчатой пружины, вызывает перемещение ее свободного конца, которое преобразуется - посредством передаточного механизма (тяги 7, рычага 8, трибкосекторной пары 4) в движение стрелки 2 относительно шкалы 3. Одновременное перемещение конца манометрической пружины передается на заслонку 20 пневмопреобразователя посредством тяги 6, рычажного механизма 17 и цилиндрической пружины 18. Заслонка может перемещаться относительно сопла 19.

Действие пневмопреобразователя заключается в следующем: питающий воздух под давлением 1, 4 ± 0, 14 кгс/см², которое контролируется манометром 11, поступает через входное отверстие в усилительное пневмореле 9, в котором он редуцируется шариковым клапаном напора давления 13 до 30-40 мм рт.ст. и через камеру давления командного воздуха " А", а также дроссель 14 поступает в линию сопла 19. При полном открытии сопла 19 заслонкой 20 избыточное давление в линии перед соплом равно нулю, а давление командного воздуха определяется силами пружин 15 и составляет 30-40 мм рт.ст. По мере закрытия сопла 19 заслонкой 20 (в этом случае давление среды, измеряемое прибором, увеличивается), давление воздуха в линии перед соплом будет увеличиваться, и, действуя на мембрану 5, прикрывает шариковым клапаном сброса 16 отверстие для выпуска воздуха в атмосферу, а мембрана 10, действуя на шариковый клапан напора давления 13, открывает входное отверстие питания. При этом в камере давления командного воздуха давление возрастает на величину, пропорциональную величине повышения давления в линии перед соплом; это давление передается во внутреннюю полость трубчатой пружины обратной связи 21 и на выход прибора, давление выхода контролируется по манометру 12.

Под действием давления, поступающего во внутреннюю полость трубчатой пружины обратной связи 21, пружина деформируемся, отводит заслонку 20 от сопла на расстояние, обеспечивающее поддержание давления воздуха в системе, пропорционального измеряемому параметру. Как только движение заслонки прекратился, увеличение давления в камере давления командного воздуха приостанавливается, на дросселе 4 устанавливается прежний перепад давлений, и вся система уравновешивается.

При уменьшении измеряемого прибором давления среды заслонка 20 отходит от сопла 19, что приводит к уменьшению давления в линии перед соплом, а следовательно, и в камере командного воздуха, т.к. мембраны 5 и 10 перемещаются так, что открывается клапан сброса давления 16 и перекрывается клапан напора 13. Сброс давления будет продолжаться до прекращения движения заслонки, т.е. до нового равновесия сил на мембранах.

Уменьшенное давление в камере давления командного воздуха " А" будет передано на выход прибора и внутреннею полость пружины обратной связи 21, которая, деформируясь, приблизил заслонку к соплу на расстояние, обеспечивавшее давление в системе пропорциональным измеряемой величине.

Давление воздуха после усилительного пневмореле являемся выходным сигналом прибора, и изменяется в пределах 0, 2-1, 0 кгс/см² при изменении измеряемого давления среды от нижнего до верхнего предела шкалы прибора.

Вторичный показывающий прибор ПВ-1.3 (рис. 6.2.) предназначен для непрерывного показания по шкале одного параметра, величина которого пропорциональна давлению сжатого воздуха в пределах 19, 6 - 98 кН/м² (0, 2-1, 0 кгс/см²). Действие прибора основано на компенсационном принципе измерения давления, заключающемся в уравновешивании усилий, возникающих на приемном элементе - сильфоне 1 (рис. 6.2.) от входного давления и силовом элементе 5 - давления сжатого воздуха писания, равного 1, 4 · 10 Н/м² (1, 4 кгс/ см²). Последний поступает в пневматическую линию прибора, связывающую сопло 2 с силовым элементом 5.

Измерение измеряемого параметра (в виде давления сжатого воздуха от прибора МП4-V) вызывает перемещение дна сильфона 1 и связанного с ним рычага заслонки 3. При этом изменяется зазор между соплом 2 и заслонкой, находящейся на нижнем конце рычага 3, что приводит к изменению давления сжатого воздуха в линии сопла 2 и в силовом элементе 5. В результате изменяется величина прогиба чашечной мембраны силового элемента 5, что вызывает перемещение рычага 4, связанного посредством тросика и пружины обратной связи с нижним концом рычага 3. Таким образом, на рычаге 3 уравновешиваются усилия, возникающие на приемном и силовом элементах. Изменение величин этих усилий приводит к пропорциональному изменению степени сжатия пружины обратной связи. Так как нижний конец рычага 3 при работе практически не меняет положения, то изменение величин усилий вызывает пропорциональное им перемещение рычага 4, которое передастся на указатель 6 прибора. Длина шкалы прибора 100 мм. Основная допустимая погрешность прибора не превышает = 1 %.

Поверка пружинных манометров - производится сравнением показаний поверяемого прибора с действительным давлением, измеряемым образцовыми пружинными поршневыми или другими манометрами.

Применение того или иного образцового манометра зависит от предела измерения поверяемого прибора. При этом допустимая погрешность образцового манометра должна быть, по крайней мере, в четыре раза меньше допустимой погрешности поверяемого прибора.

Приборы необходимо поверять в том положении, в котором они находятся в рабочем состоянии.

Рис. 6.2. Принципиальная вторичного прибора ПВ-1.3

1 – приемочный сильфон; 2 – сопло; 3 – заслонка; 4 – рычаг; 5 – силовой элемент; 6 – указатель шкалы прибора

Давление, передаваемое на поверяемый и образцовый приборы в соответствии с их пределами измерения, создают обычно грузопоршневым манометром, сжатым воздухом или столбом жидкости.

Проверка производится на всех оцифрованных отметках шкалы поверяемого манометра при прямом и обратном ходе (при повышении и понижении давления).

Определение погрешности и вариации показаний поверяемого манометра выполняются сравнением его показаний с показаниями образцового манометра, принимаемыми за действительные значения измеряемой величины.

Полученные экспериментальные данные позволяют рассчитать абсолютные и приведенные относительные погрешности, а также вариацию прибора.