Изучение приборов измерения давления

ИЗУЧЕНИЕ ПРИБОРОВ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ (лаб 4)

Общие сведения

Давлением называют отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности. Различают следующие виды давления: атмосферное, абсолютное, избыточное и вакуум (разрежение).

Атмосферное (барометрическое) давление – давление, создаваемое массой воздушного столба земной атмосферы.

Абсолютное давление – давление, отсчитанное от абсолютного нуля. За начало отсчета абсолютного давления принимают давление внутри сосуда, из которого полностью откачан воздух.

Избыточное давление – разность между абсолютным и барометрическим давлениями.

Вакуум (разрежение) -  разность между барометрическим и абсолютным давлениями.

Для измерения давления принимаются различные единицы: паскаль (1Па= 1Н/м² = 1кг/м·с² , так как 1Н=1кг·м/с²), а также бар, так называемая техническая атмосфера (1кгс/см²), физическая атмосфера (760 мм рт.ст.), миллиметр ртутного или водного столба. Наряду с паскалем употребляются более крупные единицы – килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (мПа). Соотношения между различными единицами давления приведены в таблице.

Таблица 1

Единицы	Па	бар	кгс/см2	мм.рт.ст.	мм.вод.ст.
1 Па	1	10-5	1,02·10-5	7,5·10-3	0,102
1 бар	105	1	1,02	7,5·102	1,02·104
1 кгс/см2	9,81·104	0,981	1	735	104
1 мм.рт.ст.	133	1.33·10-3	1,36·103	1	13,6
1 мм.вод.ст	9,81	9,81·10-5	10-4	7,35·10-2	1

Средства измерений давления классифицируются по виду измеряемого давления и принципу действия. По виду измеряемого давления средства измерения подразделяют на:

·  Манометры избыточного давления – для измерения избыточного давления;

·  Манометры абсолютного давления – для измерения давления отсчитанного от абсолютного нуля;

·  Барометры – для измерения атмосферного давления;

·  Вакуумметры – для измерения вакуума (разряжения);

·  Мановакуметры – для измерения избыточного давления и вакуума (разряжения)

Кроме перечисленных средств измерений в практике измерений получили следующие названия приборов измерения давлений:

·  Напоромеры – манометры малых избыточных давлений (до 40 кПа)

·  Тягомеры - вакуумметры малых разрежений с верхнем пределом измерений не более –40 кПа

·  Тягонапоромеры – мановакуумметры малых избыточных давлений и разрежений с диапазоном  измерений ‑20 ÷ +20 кПа

·  Дифференциальные манометры – средства измерения разности давлений.

По принципу действия средства измерения давления подразделяют на: жидкостные, поршневые, деформационные (пружинные), ионизационные, тепловые, электрические. К жидкостным средствам измерения давления относятся поплавковые и колокольные дифманометры.

Деформационные средства измерений давленияПринцип действия деформационных средств измерения давления основан на использовании упругой деформации чувствительного элемента (ЧЭ). Различают три основные формы ЧЭ, поучивших распространение в практике измерения: трубчатые пружины, сильфоны и мембраны.

Трубчатая пружина (манометрическая трубка, пружина Бурдона) – упругая криволинейная металлическая полая трубка, один из концов которой имеет возможность перемещаться, а другой – жестко закреплен и имеет сообщение с измеряемой средой. (Рис.1.а)

При подаче давления во внутреннюю полость трубки свободный конец ее перемещается за счет двух составляющих сил. Первая составляющая представляет разность сил, действующих на внешнюю и внутреннюю поверхности трубки. Вторая составляющая силы представляет разность упругих сил, которые возникают за счет изменения малого диаметра овала трубки. В связи с этим длина дуги внешнего радиуса (R+b) должна увеличиться, а длина дуги внутреннего радиуса (R-b) уменьшиться, что невозможно. Поэтому возникает компромисс между упругими силами вызывающие эти деформации.

Сильфон – тонкая цилиндрическая оболочка с поперечными гофрами и закрытым концом (рис.1б). При подачи давления во внутреннюю полость сильфона  закрытая поверхность его перемещается пропорционально поданному давлению.

Мембрана – это гибкая плоская или гофрированная пластина способная получать прогиб под действием давления (рис.1в,г,д). В этих устройствах для получения линейной характеристики используется только небольшая часть возможного хода перемещения.

К электрическим преобразователям давленияотносятся индуктивные, емкостные пьезометрические и тензометрические преобразователи. Эти преобразователи преобразуют деформацию, как правило, мембраны в соответствующий параметр измерения (изменение индуктивности, емкости или сопротивления). Из этих приборов наибольшее распространение получили тензорезисторные преобразователи давления.

Тензометрические датчики используют зависимость электрического сопротивления металлического проводника от деформирующей этот проводник силы. Это сопротивление преобразуется в электрический ток или напряжение. Промышленность выпускает тензометрические датчики типа «Сапфир-22М» и «Метран» с унифицированным сигналом системы ГСП для измерения давлений, разрежений, разности давлений.