Манометры с трубкой бурдона реферат

Обновлено: 18.05.2024

Трубка Бурдона — эластичный элемент в контрольно-измерительных приборах, позволяющий контролировать давления всех уровней, применяемых в промышленности. Она улавливает изменения давления и преобразуют эти изменения в механическое движение. Трубка Бурдона обычно подсоединена к манометру, с помощью которого и отображается изменение давления на градуированной шкале.
С-образная трубка Бурдона

Трубка Бурдона не является самостоятельным измерительным прибором, но вспомогательным элементом, который устанавливается в измерительный прибор. Она позволяет создать перепад давления, необходимый для измерения расхода потока жидкости, газа или пара. Манометры с трубкой Бурдона являются самыми распространенными измерительными приборами по причине своей низкой стоимости, универсальности и высокой надежности.

Изготавливается из различных металлов, в том числе из бронзы, латуни, нержавеющей стали. Выбора материала обусловлен средой применения и уровнем измеряемого давления: чем выше давление, тем прочней материал.

Манометры с упругими чувствительными элементами

В любом технологическом процессе одними из основных процедур являются различные измерения. Они необходимы для того, чтобы на производственных линиях выпускалась продукция действительно высокого качества, а для этого совершенно необходима та информация, которую предоставляют обслуживающему персоналу различные измерительные приборы.

Подавляющее большинство используемых сейчас манометров в своей конструкции имеют так называемые деформационные чувствительные элементы. Их действие основывается на том, что под воздействием давления газов меняется изгибающий момент. Его значение определяется или тем усилием, которое развивает упругий элемент, или же перемещением.

Все манометры, которые разрабатываются и изготавливаются в Российской Федерации, должны соответствовать ГОСТ 8.271-77. Именно в этом стандарте определен принцип действия измерительного прибора, а также основные требования, которым ему надлежит соответствовать.

Манометр стрелочный

Следует заметить, что упругие чувствительные элементы распространены в технике весьма широко, и их можно встретить в самых разнообразных конструкциях и приборах. Например, они являются практически обязательными компонентами электромагнитных, тензометрических, емкостных измерителях давления, причем они считаются, по сути дела, их первичными элементами. Именно с их помощью осуществляется восприятие давления, а также такой важный процесс, как линейное перемещение. Оно, в свою очередь, нередко преобразуется в электрический сигнал.

Характеристики упругих элементов, применяемых в манометрах

Чувствительные элементы, которые используются в манометрах, обладают целым рядом метрологических характеристик. Основными из них являются:

• Нелинейность и постоянство упругой характеристики;

• Рабочий ход элемента;

• Условная линейная характеристика;

Под упругой характеристикой манометра понимается та зависимость, которая имеется между возрастающим или убывающим давлением (при прямом и обратном ходе соответственно), и перемещением заданной точки упругого элемента прибора. Ее нелинейность представляет собой то отклонение упругой характеристики, которое возникает от условной линейной характеристики при прямом ходе.

Рабочий ход представляет собой то расстояние перемещения заданной точки упругого чувствительного элемента, которое образуется тогда, когда он нагружается номинальным давлением.

Под чувствительностью манометров понимается то значение, которое образует отношение приращения перемещения некоей точки упругого элемента прибора к приращению приложенного давления.

Что касается такого явления, как гистерезис, то оно является, существенным недостатком который, влияет на характеристики современных манометров. Данное явление присуще всем чувствительным элементам, которые используются в этих приборах. Гистерезис представляет собой вариацию упругой характеристики, являющейся разницей между теми показаниями манометра, которые он демонстрирует при прямом и обратном ходе.

Условной линейной характеристикой манометра является отражение прямо пропорциональной зависимости между такими показателями, как перемещение некоей точки упругого элемента и прилагаемому к нему давлению газовой среды. При этом расчеты производятся для прямого хода, а начальная и конечная точки условной характеристики совпадают с теми, что определены для условной упругой характеристики.

Еще одним важным параметром, который присущ всем современным манометрам, является тяговое усилие. Оно представляет собой характеристику, зависящую от такого показателя, как эффективная площадь деформационного преобразующего элемента. Геометрически она определяется его габаритными размерами, а также теми показателями, которые он демонстрирует под влиянием нагрузки. Тяговое усилие по своему вектору направлено на преодоление сопротивления такого устройства, как передаточный механизм, а также пружин уравновешивания и т.п.

Следует отметить, что для всех современных манометров весьма актуальными является такая проблема, как температурное расширение металла. Поскольку чувствительные элементы закрепляются в корпусах весьма жестко, то этот процесс существенно влияет на точность измерения. Чтобы она была высокой, необходимо произвести согласование коэффициентов температурного расширения различных конструктивных элементов прибора.

В современных манометрах в качестве чувствительных элементов чаще всего используются многовитковые трубчатые пружины; одновитковые пружины Бурдона; спиральные пружины; сильфоны; мембраны различных типов.

Принцип работы трубки Бурдона

Один конец С-образной трубки Бурдона открыт, второй, именуемый наконечником — закрыт. Открытый конец соединяется с муфтой, имеющей впускное отверстие внутрь трубки. Источник давления подсоединяется к муфте, таким образом давление идет от источника через впускное отверстие и попадает в трубку.

При приложении давления трубка Бурдона приходит в движение. В зависимости от конструкции элемента и вида приложенного давления трубка стремится либо выпрямиться, либо свернуться спиралью. Правда, смещение наконечника при приложении давления незначительно, в большинстве случаев оно составляет не более одного сантиметра. При этом величина смещения наконечника пропорциональна величине приложенного давления. Манометр, с которым соединен наконечник, преобразует это небольшое смещение наконечника в движение стрелки, которое может быть считано.

Трубка Бурдона: подробно простым языком

С-образная трубка Бурдона

Параметры манометров

При выборе манометров следует учитывать следующие параметры:

На манометре может быть нанесено несколько шкал, для измерения давления в различных единицах.

На представленном манометре нанесены шкалы для измерения давления в МПа и psi. Прибор показывает давление 250 Bar или 3500 psi.

Виды трубок Бурдона

Помимо С-образной трубки Бурдона существует спиральная трубка Бурдона, принципиальное устройство которой то же, что и у С-образной, за исключением того, что трубка в данном случае имеет форму спирали.

Такая намотка делает возможным распрямление трубки в большей степени, чем С-образной. В конечном итоге смещение наконечника трубки при приложении давления больше, чем у С-образной. Поскольку для некоторых измерительных приборов требуется большее смещение, чем у С-образной трубки, такое увеличение с использованием спиральной трубки считается преимуществом.

Спиральная трубка Бурдона

Также существует винтовая трубка Бурдона, конструкция которой очень сходна с конструкцией С-образной и спиральной трубок. Одно основное отличие заключается в следующем: в винтовой трубке витки намотаны винтообразно вплотную друг к другу. Это делает конструкцию трубки значительно более компактной по сравнению с другими, она может использоваться в ограниченном пространстве. Так же, как и спиральная, винтовая трубка имеет большее смещение наконечника по сравнению с С-образной.

Винтовая трубка Бурдона

Как работает пружинный манометр?

Манометры на основе трубки Бурдона способны измерять давление до сотен МПа, и широко применяются в гидроприводе, пневмоприводах, системах отопления водоснабжения.

Для чего манометр заполняют глицерином?

Что такое образцовый манометр

Образцовые манометры обычно имеют устройства дополнительной настройки и корректировки, например может быть предусмотрена возможность температурной корректировки. К механизмам образцовых манометров предъявляются высокие требования они изготавливаются с высокой точностью.

Виды манометров

Сегодня представлено три вида автомобильных манометров:

механический;
реечный;
цифровой.

Механический. Особенность таких манометров состоит в их простой конструкции и надежности. Стоимость прибора низкая, относительно реечных и цифровых приборов. Главное достоинство — моментальное и точное показание давления, доступность прибора (продается в каждом автомагазине), а также надежность. Единственный недостаток — чувствительность к влаге.

Некоторые механические манометры не только показывают давление, а позволяют выпустить избыток воздуха для достижения необходимых показателей. Для этого на трубке манометра расположена кнопка спуска давления.

Рекомендуется приобретать более дорогие модели с металлическим корпусом, которые отличаются четкими и правильными показателями.

Реечный. Корпус может быть пластиковым или металлическим, штуцер интегрирован в корпус или имеется гибкий шланг около 30 см. Принцип работы схож с механическим манометром, стоимость такая же низкая, однако корпус часто подвержен повреждению.

Цифровой. Удобен тем, что показывает значение давления до сотых. Отличается более четкими показаниями, имеется подсветка дисплея, однако зимой прибор может выдавать значения с погрешностями. Электронный манометр самый компактный, но пластиковый корпус требует аккуратности использования, иначе есть риск раздавить корпус.

Как устроен диафрагменный манометр?

В качестке чувствительного элемента в диафрагменном манометре используется мембрана, которая воздействует на механизм, соединенный со стрелкой. Подводимое к манометру измеряемое давление деформирует мембрану, которая в свою очередь заставляет перемещаться стрелку.

Диапазон измерения диафрагменного манометра зависит от жесткости и площади мембраны.

Диафрагменные манометры пригодны для работы с агрессивными средами, их используют для измерения давления в:

Принцип действия

Простейший механический манометр работает следующим образом: главная деталь — трубка Бурдона, которая при нагнетании давления воздуха двигает стрелку. При подключении к вентилю, давление воздуха действует на латунную трубку, которая стремится разогнутся, за счет чего другой конец трубки действует на тягу, перемещая стрелку. Подобный принцип действия распространяется и на мембранный манометр.

Измерение давления производится с помощью чувствительного элемента - трубки Бурдона, диафрагмы, столба жидкости, тензодатчика и т.д. Наиболее распространены следующие приборы измерения давления:

Рассмотрим принцип действия манометров разных типов.

Как работает пружинный манометр?

Чувствительным элементом пружинных манометров является трубка Бурдона - полая латунная трубка эллиптического или овального сечения, согнутую по дуге и запаянная с одного конца. Другой конец трубки соединяется со штуцером манометра, таким образом внутренняя полость трубки сообщается с областью, в которой измеряется давление.

Давление действует на внутреннюю поверхность трубки Бурдона. Из-за разности площадей, на которые воздействует давление среды, трубка будет стремиться распрямиться. Получается, что при увеличении давления латунная трубка разгибается, а, при уменьшении - сгибается. Это приводит к перемещению запаянного конца трубки, который через тягу соединен с зубчатым сектором, воздействующим на шестерню со стрелкой. Положение стрелки с помощью нанесенной на прибор шкалы интерпретируется в величину показаний избыточного давления.

Для чего манометр заполняют глицерином?

Для снижения вибраций и колебаний, при наличии пульсаций, скачкообразных изменениях давления, манометр заполняют демпфирующей жидкостью - глицерином, а давление к чувствительному элементу подводится через постоянный дроссель.

Что такое образцовый манометр

Образцовый манометр - прибор для измерения давления с высокой точностью, он предназначен для испытаний, тарировки, поверки, калибровки других манометров или датчиков давления, для измерения точного измерения давления, например при проведении научно-исследовательских экспериментов, осуществления тарировки, поверки других манометров.

Образцовые манометры показывают давление с высокой точностью, а диаметр шкалы у этих манометров больше, чем у обычных приборов. Диаметр образцовых манометров с классом точности 0,4 составляет 160 мм, а с классом точности 0,15 или 0,25 - 250 мм.

Как устроен диафрагменный манометр?

Диапазон измерения диафрагменного манометра зависит от жесткости и площади мембраны.

Диафрагменные манометры пригодны для работы с агрессивными средами, их используют для измерения давления в:

Цементных и бетонновых насосах
Системах транспортировки сточных вод
На коксовом производстве

Параметры манометров

При выборе манометров следует учитывать следующие параметры:

Среда, в которой измеряется давление
Область применения
Класс точности манометра
Диаметр, согласно ГОСТ 2405-88. "Манометры, вакуумметры, мановакуумметры" выпускаются манометры диаметром 40, 50, 63, 100, 160, 250 миллиметров
Предел измерений - МПа, Бар, Кгс/см 2
Материал корпуса
Наличие фланца
Присоединительная резьба штуцера
Расположение штуцера - радиальное или осевое

Шкала манометра

На манометре может быть нанесено несколько шкал, для измерения давления в различных единицах.

Условное обозначение манометров

В обозначении прибора указывается:

Функциональное назначение прибора
- ДМ - манометр;
- ДВ - вакуумметр;
- ДА - мановакуумметр;
- ДТ - тягомер;
- ДН - напоромер;
- ДГ - тягонапоромер.
Серийный или порядковый номер манометра
Величина измеряемого давления
Единицы измерения
Класс точности

Например, для манометра с порядковым номером 0001, пределом 100, единицей измерения МПа, классом точности 1, обозначение будет выглядеть:

Производители манометров могут устанавливать свои правила маркировки, однако принцип обозначения и основные параметры, указываемые в шифре остаются аналогичными тем, что показаны в примере.

История создания деформационного трубчатого манометра. Рассмотрение принципа действия прибора. Трубчатая пружина: структурная схема и описание работы. Пример использования промышленного деформационного манометра с одновитковой трубчатой пружиной.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	02.12.2017
Размер файла	387,8 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Государственное учреждение высшего профессионального образования

Деформационный манометр с трубчатой пружиной

Выполнил: студент группы АПГ-17

Герасименко В. А.

Проверил: доцент кафедры Петров П. А.

1. История создания деформационного трубчатого манометра
2. Принцип действия прибора
3. Трубчатая пружина
4. Структурная схема и описание работы
5. Пример промышленного прибора

1. История создания деформационного трубчатого манометра

По мере развития промышленности, особенно в связи с появлением паровых машин и железных дорог, потребовались более удобные, чем жидкостные манометры приборы. Первый деформационный манометр с трубчатым чувствительным элементом был изобретен случайно. Рабочий, при изготовлении змеевика для дистилляционного аппарата, сплющил поперечное сечение цилиндрической трубки, изогнутой по спирали. Тогда, чтобы восстановить форму трубки, один конец ее заглушили, а в другой конец насосом дали давление воды. При этом часть трубки с деформированным сечением приняла цилиндрическую форму, а спираль на этом участке разогнулась. Этот эффект был использован немецким инженером Шинцем, который в 1845 г. применил трубчатый чувствительный элемент для измерения давления. Эту дату и принято считать днем рождения деформационных манометров, хотя идея создания деформационного барометра-анероида еще в 1702 г. была предложена немецким философом и математиком Лейбницем (1646--1716 гг.), а патент на него получен Види в 1844 г. Промышленное производство трубчатых деформационных манометров было организовано французским фабрикантом Бурдоном, получившим в 1849 г. патент на изобретение одновитковой трубчатой пружины, именем которого она до сих пор часто называется („Бурдоновская трубка"). В 1850 г. Простота и компактность деформационных манометров, возможность их применения в различных условиях эксплуатации очень быстро поставили их на первое место в технике измерения давления практически во всех отраслях народного хозяйства. Диапазон измерений деформационных манометров охватывает почти 10 порядков, простираясь от 10 Па (1 мм вод.ст.) до 1-2 ГПа (более 10000 кгс/см2). При этом достигается высокая точность измерений, в отдельных случаях погрешности измерений не превышают 0,02--0,05 %.

2. Принцип действия прибора

Большинство показывающих манометрических приборов с трубчатой пружиной - устройства прямого действия (преобразования), в которых давление последовательно преобразуется в перемещение чувствительного элемента и связанного с ним механически показывающего устройства. Трубчато-пружинным манометром называется деформационный манометр, в котором чувствительным элементом является трубчатая пружина.

В промышленных показывающих манометрах на основе одно- и многовитковой пружин наибольшее распространение получили передаточные механизмы с зубчатым сектором (трибко-секторные) и рычажные (рис. 1.1). Отличительной особенностью манометров с трибко-секторным передаточным механизмом является шкала с углом 270-300о. Такой механизм имеет более высокую стоимость, но обеспечивает повышенную точность показаний измерителя. Он применяется как в промышленных, так и эталонных приборах.

Рис. 1. Упрощенные схемы передаточных механизмов пружинных манометров: а - секторный, б - рычажный; 1 - трубчатая пружина; 2 - тяга (поводок); 3 - зубчатый сектор; 4 - трибка; 5 - стрелка

Принцип работы зубчатого механизма состоит в следующем (рис. 1.1,а). Перемещение свободного конца трубчатой пружины через тягу 2 передается зубчатому сектору 3, который посредством зубчатого зацепления приводит во вращение трибку 4 с закрепленной на ней стрелкой 5. Соответственно величина перемещения свободного конца чувствительного элемента преобразуется в перемещение стрелки.

Манометры с рычажным механизмом (рис.1.1,б) менее сложны в регулировке, обладают малой чувствительностью к вибрациям, просты в изготовлении и имеют меньшую стоимость. Шкала прибора с рычажным передаточным механизмом теоретически может составлять 90°, но на практике не превышает 60-70°. Классы точности манометрических приборов с такими механизмами - 2,5 и 4,0.

Основной целью регулировки прибора является установление близкой к линейной зависимости хода зубчатого сектора - трибки - указательной стрелки от измеряемого давления, а также соответствия начального и конечного значений шкалы задаваемому диапазону измерения давления. Это достигается путем варьирования длины тяги, соединяющей ЧЭ с сектором, и длины рычага зацепления этой тяги на зубчатом секторе. Такая регулировка достаточно трудоемка и требует специальных навыков.

Класс точности манометрического прибора в основном определяется упругими характеристиками трубчатой пружины и качеством зубчатой передачи трибко-секторного механизма. Таким образом, чем выше упругие свойства ЧЭ, качественнее выполнено зубчатое зацепление, тем более высокий класс точности измерителя может быть достигнут.

3. Трубчатая пружина

Рис. 2 Формы сечения одновитковой трубчатой пружины: а - эллиптический; б - плоскоовальный тонкостенный; в - плоскоовальный сдавленный

Трубчатая пружина предопределяет в значительной мере метрологические характеристики и показатели надежности измерительного прибора. Основными параметрами, оказывающими влияние на упругую характеристику, являются ее форма сечения и геометрические размеры. Наибольшее распространение получили трубки Бурдона, имеющие эллиптическую и плоскоовальную формы сечения (рис. 2. а, б). Такие формы выполняются из тонкостенных заготовок. Их основные параметры - ширина 2а, высота 2b, толщина стенки s, радиус овала t. Последний параметр в расчетах и контроле геометрии чувствительного элемента учитывается в меньшей степени. В трубчатых манометрических пружинах распрямление происходит из-за стремления овально-изогнутой формы эллиптического или плоскоовального сечения при повышении давления приобретать округлость. Трубчатая пружина эллиптической формы сечения (рис. 2. а) в определенном диапазоне параметров тем чувствительнее, чем больше радиус ее овала t. Чувствительность пружины плоскоовальной формы сечения (рис. 2. б) возрастает с уменьшением величины 2b. Толщина стенок трубки s связана пропорционально со значением измеряемого давления. Пружина эллиптического сечения отличается повышенной чувствительностью, так как при ее разгибании меньше противодействующих профилей. Такие пружины применяются, большинством производителей, для измерения давлений до 0,1-0,16 МПа, а плоскоовальные - для измерения давления 0,16-6 МПа. Пружины с плоскоовальным сдавленным профилем (рис. 2. в) отличаются повышенной прочностью и могут применяться для измерения высокого давления.

4. Структурная схема и описание работы

Рис. 3 Деформационный манометр с одновитковой трубчатой пружиной

деформационный манометр трубчатый промышленный

Измерительная система манометра содержит одновитковую трубчатую пружину 1, один конец которой герметично соединен с держателем 7, а на другой конец с наконечником 5 смонтирована тяга 6, которая шарнирно соединена с зубчатым сегментом 4. Перемещение наконечника трубчатой пружины преобразуется во вращение оси стрелочного указателя 2 с помощью насаженной на ось трубки 3 указателя, находящейся в зацеплении с зубчатым венцом сегмента 4. При возрастании давления, подаваемого внутрь трубчатой пружины, последняя разгибается, и стрелочный указатель поворачивается по часовой стрелке относительно шкалы 9, нанесенной на циферблат, закрепленный на корпусе 10 манометра. Для корректировки угла поворота указателя относительно шкалы длины плеч шарнирно-рычажного механизма, состоящего из тяги 6 и зубчатого сегмента 4, юстируются зажимными винтами. Штуцером 8 манометр присоединяется к источнику давления.

В зависимости от требуемой точности измерений и назначения степень сложности передаточного механизма и габаритные размеры манометра варьируются в широких пределах. Например, для обеспечения требуемой точности отсчета длина шкалы манометров типа МО классов 0,15--0,25 составляет не менее 500 мм при диаметре корпуса 250 мм, в то время как у манометров классов 2,5--4 диаметр корпуса равен 40-- 60 мм.

5. Пример промышленного прибора

Для измерений избыточного и вакуумметрического давления газообразных и жидких, не сильно вязких и не кристаллизирующихся сред, не агрессивных по отношению к нерж. стали, с преобразованием его в выходной электрический сигнал 4. 20mA. Такие манометры имеют повышенную безопасность и широко применяются в автоматических системах управления насосным и компрессорным оборудованием в фармацевтической промышленности, химической и нефтехимической индустрии, в криогенной технике, в распределительных сетях, системах коммунального снабжения и т.п.

Такие манометры применяются в местах, где требуется местное отображение измеряемой величины давления и одновременно передача электрического выходного сигнала на расстояние для дистанционного управления.

Под воздействием давления деформация трубки Бурдона передается на стрелку и вызывает ее угловое перемещение, пропорциональное значению давления. Электронный сенсор также преобразует значение давления в пропорциональный электрический выходной сигнал 4. 20mA. Диапазон измерений механического прибора автоматически связан с диапазоном выходного сигнала 4. 20 mA и создает сочетание надежности местного отображения давления и удобства передачи электрического сигнала в одной точке отбора давления среды.

Технические характеристики:

-Номинальный диаметр корпуса (НД): 100; 150 (160).

-Класс точности (по ГОСТ 2405-88): 1,0; 1,5.

Дополнительная погрешность при изменении температуры окружающей среды от 20+2°С в диапазоне рабочих температур на каждые 10°С составляет не более +0,4%.

-Диапазоны измерений: -1…0 (1,5, 3, 4, 5, 10, 15, 24), 0 . (0 . 2,5, 4, 6 . 600) бар, кгс/см2, x0.1 МПа или другие эквивалентные единицы давления.

-Допустимые температуры:

Окружающая среда: -40…+65°С.

Измеряемая среда: -40. 100 °С

Рекомендуемые диапазоны измерений давления: Измеряемое давление до 75% от конечного значения шкалы.

-Присоединение: Нержавеющая сталь, штуцер снизу, резьбе M20x1,5; G1/2; 1/2NPT; размер под ключ 22х22.

-Измерительный элемент: Трубчатая пружина Бурдона, нерж. сталь.

-Передаточный механизм: Нержавеющая сталь.

-Циферблат: Алюминий белого цвета, градуировка черного цвета.

-Стрелка: Алюминий черного цвета, корректировка нуля на стрелке.

-Корпус: Нержавеющая сталь, с прочной защитной перегородкой SOLID FRONT и задней выдуваемой стенкой, степень защиты IP54.

-Стекло: Ламинированное безопасное стекло.

-Кольцо: Нержавеющая сталь, зажимное байонетного типа.

-Напряжение питания: 24 B

-Выходной сигнал: 4 . 20 mA, 2-х проводной.

Точность выходного сигнала: +0,5% от диапазона

-Проводное соединение: DIN разъем, возможность поворота на 180°

Подобные документы

Соотношение между единицами измерения давления. Приборы для измерения давления. Жидкостные приборы с видимым уровнем. Схема микроманометра. Сведения и основные свойства упругих чувствительных элементов. Плоская мембрана и ее статическая характеристика.

курсовая работа [1,0 M], добавлен 22.08.2013

Назначение и основные характеристики огневых нагревателей. Расчет процесса горения топлива, расчет коэффициента полезного действия и расхода топлива, тепловой баланс и выбор типоразмера трубчатой печи. Упрощенный аэродинамический расчет дымовой трубы.

курсовая работа [439,0 K], добавлен 21.06.2010

Особенности механического и термического старения стали, изменения ее свойств, протекающие во времени. Исследование деформационного старения стали: измерение электросопротивления, электронная микроскопия, внутреннее трение, механические испытания.

контрольная работа [387,3 K], добавлен 06.07.2013

Расчет процесса горения в трубчатой печи пиролиза углеводородов. Конструктивная схема печи. Поверочный расчет радиантной и конвективной камеры. Гидравлический и аэродинамический расчеты. Определение теоретического и практического расхода окислителя.

курсовая работа [460,1 K], добавлен 13.05.2011

Применение дифференциального манометра для измерения перепадов давления. Классификация приборов по устройству на жидкостные и механические. Ремонт и техническое обслуживание дифференциального манометра, требования безопасности при обращении с ртутью.

Приборы измерения давления - манометры - принадлежат к самой распространенной группе измерительных приборов. Они находят применение в гидравлике, теплотехнике, химии, метеоро¬логии, медицине, словом, - в подавляющем большинстве областей науки и техники. Манометры составляют около половины общего числа из¬мерительных приборов для предприятий химической промышлен¬ности. Широкая область применения манометров связана с разнообразным принципом действия, применяемых в приборах для измерения давления.

Содержание

Введение 4
Устройство прибора. 5
1.2 Принцип действия манометра 7
2. Расчет основных звеньев 9
2.1 Чувствительный элемент 9
2.2 Шарнирная передача. 15
2.3 Зубчатая передача. 18
2.4 Моментная спиральная пружина. 23
3. Выбор шкалы, корпуса и крепления. 26
3.1 Шкала 26
3.2 Корпус и крепление. 28
4. Порядок сборки и разборки 29
5. Расчет погрешностей 30
1. Трубчатая пружина 30
2. Зубчатая передача 30
3. Система отсчета. 31
Заключение 34
Список использованной литературы 35

Прикрепленные файлы: 1 файл

Готовая3.doc

Введение

Приборы измерения давления - манометры - принадлежат к самой распростра ненной группе измерительных приборов. Они находят применение в гидравлике, теплотехнике, химии, метеорологии, медицине, словом, - в подавляющем большинстве областей науки и техники. Манометры составляют около половины общего числа измерительных приборов для предприятий химической промышленности. Широкая область применения манометров связана с разнообразным принципом действия, применяемых в приборах для измерения давления.

Манометр с одновитковой трубчатой пружиной Пружина представляет полую трубку овального или эллиптического сечения, согнутую по дуге круга. Один конец трубки впаян в держатель со штуцером для приключения к источнику давления, а второй конец герметически закрыт и при помощи передаточного механизма соединен со стрелкой прибора, указывающей по шкале давление (разрежение).

Приборы этой конструкции имеют широкое распространение и изготовляются для всех назначений с верхними пределами измерения от 0,6 до 10000 кгс/см2 и 760 мм рт. ст.

Устройство прибора.

В корпусе этих приборов, отвечающем тем или иным специфическим требованиям исполнения, кроме основного узла - упругого чувствительного элемента, имеется также передаточный механизм.

Упругий чувствительный элемент представляет собой трубку, способную деформироваться упруго под влиянием разности между внутренним и внешним давлениями. Величина этой деформации служит мерой разности упомянутых давлений.

Деформация упругого элемента обычно не может достигать сколько-нибудь значительной величины, и ограничена пределами от долей до нескольких миллиметров. Чтобы сделать деформацию наглядной, а показания прибора удобными для пользования, манометры снабжены передаточными механизмами. Последние служат для передачи деформации упругого элемента, увеличенной в необходимое число раз, к движущемуся по шкале указателю.

Наибольшее распространение в настоящее время получили упругие элементы типа трубчатых пружин. Трубчатая одновитковая пружина - это сплющенная трубка чаще всего эллиптического (овального) или овального с прямолинейными участками поперечного сечения (рис. 1, а, б и в), изогнутая по дуге окружности так, чтобы большая ось сечения была перпендикулярна к плоскости изгиба. Один конец трубки закреплен неподвижно в цоколе манометра, через штуцер которого в трубку подается измеряемое давление. Другой свободный конец трубки запаян. Под влиянием избыточного внутреннего давления трубка несколько раскручивается. Перемещения свободного конца трубки, увеличенные передаточным механизмом, дают информацию о величине давления в измеряемом пространстве.

Любой измерительный прибор имеет 3 основных узла: воспринимающий (преобразующий), передающий и исполнительный. В данном манометре давление воспринимается трубчатой пружиной. Преобразующий механизм состоит из шестерни и зубчатого сектора с кривошипно – шатунным механизмом. Роль исполнительного узла выполняет обычное отчетное устройство, состоящее из шкалы и указателя.

Рис. 1. Поперечные сечения трубчатых пружин: а - эллиптическое; б - овальное; в - овальное с прямолинейными участками.

1.2 Принцип действия манометра

В приборах с одновитковой трубчатой пружиной перемещение свободного конца пружины передается на стрелку с помощью секторного передаточного механизма. Этот механизм позволяет выполнять концентрическую шкалу с углом в 270 0 . Имеются отдельные типы приборов с трубчатыми пружинами Бурдона, у которых перемещение свободного конца передается на стрелку с помощью рычажного передаточного механизма, состоящего из поводка и дугообразного рычага. Шкала у приборов, с таким передаточным механизмом, может быть выполнена только эксцентрической с углом 90 0 .

Рис.2 Манометр с одновитковой трубчатой пружиной.

На рис. 2 схематически показано устройство показывающего манометра с одновитковой трубчатой пружиной Бурдона. Один конец трубчатой пружины 1 закреплен в держателе 2, скрепленном с корпусом манометра. Внизу держатель снабжен шестигранной головкой и радиальным штуцером 3 с резьбой для присоединения к объекту, где надлежит измерить избыточное давление среды. Приборы давления изготовляются также с осевым штуцером, располагаемым сзади корпуса прибора. Свободный конец пружины, закрытый пробкой с серьгой и запаянный, соединен с секторным передаточным механизмом, состоящим из поводка 4, сектора 5 и трибки 6, на оси которой укреплена стрелка 7. Спиральная пружина 8, прижимающая зубцы трибки к зубцам сектора, устраняет мертвый ход.

Под влиянием измеряемого избыточного давления пружина деформируется и тянет поводок. Поводок поворачивает зубчатый сектор и соответственно трибку со стрелкой. Передвигающаяся вдоль шкалы стрелка показывает значение измеряемого избыточного давления. Перемещение свободного конца пружины, следовательно, и угол поворота стрелки практически пропорциональны измеряемому давлению, поэтому шкала таких приборов равномерна. Регулировка хода стрелки осуществляется изменением длины плеча сектора со стороны поводка.

2. Расчет основных звеньев

2.1 Чувствительный элемент

Рис. 3. Одновитковая трубчатая пружина эллиптического сечения.

Трубчатые пружины чаще всего выполняются в виде одновитковых, центральная ось которых представляет собой дугу окружности с центральным углом γ, равным 200 – 270 0 (рис.3, а). Из числа этих пружин наиболее широкое применение получили пружины Бурдона эллиптического (рис.3, б) сечения. Большая ось 2а поперечного сечения расположена перпендикулярно радиусу кривизны R_к центральной оси (среднему радиусу) пружины. Один конец пружины Бурдона закрепляют неподвижно, а другой - свободный, закрытый пробкой и запаянный - соединяют с механизмом прибора, передающим преобразователем или другим устройством. Под действием давления, подаваемого во внутреннюю полость трубки, пружина Бурдона деформируется в поперечном сечении, принимая форму, изображенную на рис. 3, б пунктиром. При этом продольное волокно хх элемента пружины, выделенного двумя близкими поперечными сечениями, переходит на дугу большего радиуса в положение х'х', а волокно уу - в положение у'y' на дугу меньшего радиуса (рис.3,д). Вследствие того, что волокна стремятся сохранить свою первоначальную длину, поперечные сечения пружины Бурдона будут поворачиваться против часовой стрелки. Пружина будет разгибаться, и ее свободный конец совершит некоторое линейное перемещение λ. При этом уменьшается кривизна трубки на угол Δγ = γ— γ₁ (рис. 3, а).

Трубчатая пружина тем чувствительнее, чем больше радиус ее кривизны R_к и чем меньше толщина δ (рис.3, б) стенок трубки. Кроме того, чувствительность пружины Бурдона, а также и ее жесткость в сильной степени зависят от отношения a/b осей поперечного сечения и формы сечения вблизи концов большой оси. Чем большую часть сечения занимают участки вблизи концов большой оси сечения, тем значительнее сопротивление, которое будут встречать волокна, расположенные вблизи концов малой оси, в своем стремлении повернуть сечение пружины. Это согласуется и с практикой, например, пружина эллиптического сечения обладает большей чувствительностью и меньшей жесткостью, чем плоскоовального сечения.

Рис. 4.Схема перемещения свободного конца трубчатой пружины.

Относительное изменение центрального угла Δγ/γ тонкостенной пружины Бурдона в зависимости от давления р определяется по формуле

где α и β - коэффициенты, зависящие от отношения a/b;

Е — модуль упругости материала пружины;

δ — толщина стенки;

μ - коэффициент Пуассона;

χ - главный параметр пружины Бурдона, согласно формуле

Остальные обозначения соответствуют принятым на рис.3.

По условию р = 30 МПа.

Выбираем трубчатую пружину из стали марки 50НХФ. Тогда модуль упругости Е = 2,12*10 11 Па/м 2 и коэффициент μ = 0,3.

Выбираем размеры поперечного сечения трубки a = 0,8 см, b = 0,2 см, R_к = 2,5 см.

Толщину трубки выбираем δ=1,25мм и из таблицы (b/δ =1,6) k=1.35.

Из соотношения a/b=4 выбираем пользуясь таблицей, выбираем α=0,437, β = 0,121.

С помощью данных, которые приведены выше, получаем, что относительное изменение центрального угла Δγ/γ тонкостенной пружины Бурдона равна:

Принимая начальный центральный угол γ = 270˚, получим, что деформация пружины: Δγ = γּ0,0367=9.908˚.

Полное перемещение λ свободного конца пружины Бурдона определяется как геометрическая сумма радиального λ_r и тангенциального λ_t перемещений (рис.4):

Направление полного перемещения λ свободного конца пружины, а следовательно, и значение угла φ (рис.4) определяется по формуле

Под влиянием давления р, поперечное сечение трубки деформируется, стремясь при этом принять круглую форму (малая ось увеличивается, а большая - уменьшается). В волокнах материала трубки, расположенных относительно нейтральной оси к центру, возникают напряжения сжатия, а в наружных волокнах - напряжения растяжения. Под влиянием этих напряжений трубка стремится выпрямиться, создавая на свободном конце тяговое усилие: радиальное Q_r и тангенциальное Q_t.

значение этих усилий:

где М - момент, создаваемый пружиной;

ζ и ξ - коэффициенты, зависящие от отношения a/b: ζ = 0,065 и ξ = 0,524.

Исходя из полученных данных, имеем:

Полное тяговое усилие трубки:

В материале трубчатой пружины при деформации эквивалентное напряжение, согласно энергетической теории прочности равное

Полученное эквивалентное напряжение должно обеспечивать нормальную работу прибора, т.е. не превышать предел пропорциональности материала трубки. Для стали он равен от 1500 - 3000 МПа.

Вычисленное значение σ_экв находится в пределах пропорциональности, следовательно, рассчитываемый прибор будет работать нормально.

Чувствительность пружины Бурдона – отношение перемещения её свободного конца к величине избыточного давления:

S_p = λ/p = 1,77*10 -10 м/Па.

Прибор рассчитан на работу во всех климатических условиях. Т.к. по техническим условиям диапазон рабочих температур составляет от +5 до +55 O С. При повышении температуры окружающей среды будут меняться свойства материала трубки, его характеристики и основные параметры, главным из которых является модуль упругости Юнга.

Зависимость модуля упругости стальной трубки от температуры расчитывается по формуле:

где T₁ - верхний предел температуры (T₁ = 55 O С);

T_s – температура плавления (T_s = 1300˚С);

E₀ - модуль Юнга при t = 20 O С (E₀ = 2ּ10 11 Па);

E – искомый модуль упругости;

коэффициенты С₀ = 1,0426; C₁ = - 2,967; C₂ = 11,75, отсюда имеем:

Е = 1,988*10 11 Па.

Из полученного значения Е можно сделать вывод, что при увеличении температуры окружающей среды модуль упругости уменьшается. Следовательно, с изменением модуля упругости изменяется перемещение свободного конца трубчатой пружины λ.

Для этого расчитаем сначала относительное изменение центрального угла Δγ/γ:

Давление — физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности.

3. Манометр с трубкой Бурдона

Манометр с трубкой Бурдона используется для измерения избыточного давления от 0.6 до 70 бар. Он относится к механическим средствам измерения давления и работает без электропитания.

Трубка Бурдона – это кольцеобразная трубка с овальным сечением. Давление измеряемой среды действует на внутреннюю поверхность трубки и вызывает перемещение незакрепленного конца трубки. Это движение является измерением давления и отображается посредством механизма. Это движение является мерой величины давления и отображается посредством механизма.

С-образная трубка Бурдона.

Манометр.

Читайте также: