Механические приборы для измерения давления¶

Механические приборы для измерения давления — устройства, предназначенные для определения величины избыточного, абсолютного или дифференциального давления жидкости, газа или пара без применения электронных компонентов. Действие таких приборов основано на прямом преобразовании усилия, создаваемого давлением, в механическое перемещение чувствительного элемента, которое затем отсчитывается по шкале. К этой группе относят манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры и тягомеры, а также дифференциальные манометры. Механические приборы получили широкое распространение благодаря простоте конструкции, надёжности, независимости от источников питания и возможности работы в агрессивных и взрывоопасных средах.

¶Принцип действия

Основой любого механического прибора является чувствительный элемент, деформирующийся под действием давления. Возникающее перемещение через передаточный механизм преобразуется в угловое движение стрелки относительно градуированной шкалы. Отсчёт ведётся либо в единицах давления (паскалях, барах, килограмм-силах на квадратный сантиметр, миллиметрах ртутного столба), либо в условных единицах.

В зависимости от типа чувствительного элемента различают несколько принципов действия, что определяет конструкцию и область применения прибора.

¶Классификация по чувствительному элементу

¶Жидкостные приборы

Простейший тип, основанный на уравновешивании измеряемого давления столбом жидкости. К ним относятся U-образные манометры, чашечные и поплавковые приборы. Давление определяется по высоте столба рабочей жидкости (вода, ртуть, спирт). Такие устройства применяют в лабораторной практике и при малых избыточных давлениях; их отличают высокая точность и простота, но громоздкость и ограниченный диапазон.

¶Деформационные (пружинные) приборы

Наиболее массовая группа. Чувствительным элементом служит упругая деталь, деформирующаяся под давлением:

• Трубчатая пружина (трубка Бурдона) — изогнутая полая трубка, свободный конец которой раскручивается при подаче давления. Применяется в большинстве стрелочных манометров.
• Мембрана — гибкая пластина, прогибающаяся под давлением; используется в мембранных манометрах и напоромерах.
• Сильфон — гофрированная цилиндрическая оболочка, изменяющая длину при деформации; применяется для измерения малых давлений и в дифманометрах.

¶Поршневые приборы

Давление уравновешивается усилием на поршень известной площади. Грузопоршневые манометры служат эталонными средствами измерений и применяются для поверки и калибровки других приборов.

¶Устройство стрелочного манометра

Типовой пружинный манометр включает следующие узлы:

Передаточный механизм обычно выполнен в виде зубчатой передачи (сектор — трибка), что обеспечивает компактность и достаточный угол поворота стрелки.

¶Основные характеристики

• Диапазон измерений — от сотен паскалей (напоромеры) до сотен мегапаскалей (высокого давления).
• Класс точности — нормируемая погрешность, выражаемая в процентах от диапазона; типичные значения 0,5; 1,0; 1,5; 2,5.
• Рабочая среда — вода, пар, газ, нефтепродукты, агрессивные жидкости (для последних применяют разделители и коррозионностойкие материалы).
• Температурный диапазон — определяется материалом упругого элемента и условиями эксплуатации.

¶Применение

Механические приборы используются в системах отопления и водоснабжения, на компрессорных и насосных станциях, в газовом хозяйстве, на транспорте (манометры шин, тормозных систем), в медицине (тонометры для измерения артериального давления), в пищевой и химической промышленности. Отдельная ниша — взрывоопасные производства, где применение электрических датчиков ограничено, а механические приборы безопасны по определению.

¶Достоинства и ограничения

К преимуществам относятся независимость от электропитания, устойчивость к помехам и перегрузкам, наглядность показаний, низкая стоимость и простота обслуживания. Ограничения связаны с механическим износом передаточного механизма, вибрационной неустойчивостью стрелки, невозможностью дистанционной передачи сигнала без дополнительных преобразователей и относительно невысокой точностью по сравнению с электронными средствами.

¶Поверка и эксплуатация

Механические манометры подлежат периодической поверке или калибровке с использованием эталонных грузопоршневых или цифровых задатчиков давления. При эксплуатации учитывают влияние вибрации, температуры и агрессивности среды; для защиты применяют демпферы, сифонные трубки и разделительные мембраны. Срок службы прибора определяется ресурсом упругого элемента и состоянием кинематики.