Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский горный университет»

РЕФЕРАТ

по теме

Деформационный манометр с трубчатой пружиной

Выполнил: студент группы АПГ-17

Герасименко В. А.

Проверил: доцент кафедры Петров П. А.

Санкт-Петербург 2017

Оглавление

• 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.

Трубчатая пружина (манометрическая пружина, или трубка Бурдона) представляет собой упругую криволинейную металлическую полую трубку, один конец которой имеет возможность перемещаться, а другой жестко закреплен. Трубка в свободном состоянии в сечении имеет форму эллипса. При повышении давления внутри трубки она начинает раскручиваться. Это связано с тем, что под действием давления трубка «округляется», т.е. малая ось эллипса увеличивается, в то время как длина пружины остается неизменной. Под действием измеряемого давления трубка Бурдона деформируется в поперечном сечении.

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.

Для устранения «свободного хода» передаточного механизма трибка подпружинена с помощью спиральной волосковой пружины.

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

Рис. 4 МАНОМЕТР ДЕФОРМАЦИОННЫЙ С ТРУБЧАТОЙ ПРУЖИНОЙ Тип ДМ (Модификация 4) и электрическим выходным сигналом. [ООО «Прогрессив Северо-Запад »]

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°

Размещено на Allbest.ru