Ознакомление с основными типами и характеристиками приборов для измерения давления и изучение принципов их действия

Цель работы: ознакомится с основными типами и характеристиками приборов для измерения давления и изучение принципов их действия.

1 Характеристика приборов для измерения давления

Давлением жидкости называется отношение нормальной силы, действующей на элемент к площади этого элемента:                  P = dF / dS,                                                               (1.1)

где  dF – нормальная сила, действующая на элемент;

                      dS – площадь элемента.

При равномерном распределении силы F по поверхности S давление измеряется по формуле:                                                           P = F / S,                                                     (1.2)

где F – сила давления жидкости, Н;

                     S – площадь поверхности.

За единицу давления в системе СИ принят Паскаль (Па), имеющий размерность Н/м². В расчетах используется кратные значения Паскаля (Па): килопаскаль                        1 кПа = 10³ Па; мегапаскаль 1 МПа = 10⁶ Па.

В технике находят широкое применение внесистемные единицы давления – техническая атмосфера и бар:                     1 атм. = 1 кгс / см².                                                             (1.3)

Соотношение между этими единицами и единицей давления в системе СИ следующее: 1 атм. = 1 кгс / см² = 0,981 бар = 9,81· 10⁴ Па.

В зависимости от принятого начала отсчета различают абсолютное и относительное давления (рисунок 1.1).

     

Превышение давления над атмосферным называется избыточным давлением (точка Б), а недостаток давления до атмосферного (точка А) вакуумметрическим.

Давление измеряется специальными приборами:

1)  манометры – для измерения избыточного давления;

2)  вакуумметры – для измерения вакуумметрического давления;

3)  барометры – для измерения абсолютного атмосферного давления.

Основными характеристиками приборов для измерения давления являются:

1)  диапазон измеряемых давлений;

2)  точность;

3)  чувствительность;

4)  быстродействие;

5)  дистанционность.

Точность прибора характеризуется классом точности. Классом точности прибора называется отношение максимальной погрешности к максимальному значению шкалы прибора, выраженное в процентах и округленное до стандартной величины.

Под чувствительностью прибора понимается приращение разности его показателей к приращению давления.

Быстродействие прибора характеризует запаздывание его показаний от значений измеряемого давления.

Дистанционность обусловлена возможностью регистрации давления с помощью приборов на значительном удалении от места непосредственного замера.

По конструкции приборы для измерения давления можно разделить на следующие группы:

1)  жидкостные приборы;

2)  механические манометры с упругими чувствительными элементами;

3)  электрические манометры.

Жидкостные приборы для измерения давления

Принцип действия жидкостных приборов состоит в уравновешивании измеряемого давления столбом жидкости. Высота столба жидкости при известной ее плотности характеризует давление, которое можно определить по формуле:

                                                               P = ρgh,                                                        (1.4)

где ρ – плотность жидкости, кг/м³;

      g – ускорение свободного падения, м/с²;

      h – высота столба жидкости, м.

На рисунке 1.2 представлены варианты конструкций приборов.

               

Основным достоинством жидкостных приборов является точность, высокая чувствительность, простота и дешевизна в изготовлении.

Недостатком жидкостных приборов является малая величина измеряемых давлений (не более 0,5 МПа для ртутных манометров), инерционность, обусловленная временем перетекания и успокоения манометрической жидкости, хрупкость и громоздкость.

Механические манометры с упругими и чувствительными элементами

Манометры с упругими и чувствительными элементами имеют широкий диапазон измеряемых давлений (до 1000 МПа), компактны, просты по устройству, обладают большим, по сравнению с жидкостными приборами, быстродействием.

В качестве упругих элементов применяются трубчатые пружины различной конструкции, мембраны, сильфоны. Деформация упругих элементов передается при помощи кинематических механизмов, оптических устройств и стрелочными указателями или самописцами.

Примеры конструкции механических манометров с упругими и чувствительными элементами показаны на рисунке 1.3.

                  

Работа трубчато-пружинного манометра (рисунок 1.3, а) основана на принципе деформации трубки под действием давления. Возникающее при этом напряжение создает раскручивающий момент, вследствие чего конец трубки перемещается, поворачивая через передаточный механизм стрелку прибора.

Электрические манометры

Жидкостные и механические манометры не пригодны для измерения быстродействующего давления. Помимо этого, часто необходимо измерить давление в труднодоступных местах, где невозможно поместить манометр или оттуда нецелесообразно вести трубку к нему.

Для измерения давления в этих случаях применяют электрические манометры, состоящие из датчика давления и вторичного электрического прибора. В датчике давления перемещение или деформация чувствительного элемента обуславливается изменением тока, протекающего в электрической цепи манометра. Это изменение фиксируется вторичным прибором манометра.

                            

Принцип работы такого манометра показан на рисунке 1.4, а.

Основным достоинством электрических манометров является высокое быстродействие, чувствительность и неограниченная дистанционность.

К недостаткам относят сравнительно низкую точность, сложность в использовании.