4.3 Манометры и реле давления на основе деформационных чувствительных элементов
Широкое применение для контроля давления нашли приборы на базе деформационных чувствительных элементов. В этих приборах используется зависимость упругой деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы от измеряемого давления.
4.3.1 Конструкции деформационных чувствительных элементов
Наиболее распространенные деформационные чувствительные элементы представлены на рисунке 4.2, к их числу относятся трубчатые пружины (а), сильфоны (б), плоские и гофрированные мембраны (в, г), мембранные коробки (д), вялые мембраны с жестким центром (е). Все они осуществляют преобразование давления Р в пропорциональное перемещение h рабочей точки.
Рисунок 4.2 - Деформационные чувствительные элементы
Полые одновитковые трубчатке пружины (рисунок 4.2а) имеют эллиптическое или плоскоовальное сечение. Один конец пружины, в который поступает измеряемое давление, закреплен неподвижно в держателе, второй (закрытый) может перемещаться. Под действием разности измеряемого внутреннего давления и внешнего атмосферного трубчатая пружина раскручивается и её свободный конец совершает перемещение в 1-3 мм. Для давлений до 5 МПа трубчатые пружины изготовляют из латуни, бронзы, а для более высоких давлений - из легированных сталей и сплавов никеля.
Сильфонные и мембранные чувствительные элементы имеют большую эффективную площадь, что позволяет использовать их для измерения малых избыточных давлений и разрежения.
Сильфон (рисунок 4.2б) представляет собой тонкостенную цилиндрическую коробку с поперечными кольцевыми гофрами на боковой стенке. Жесткость сильфона зависит от материала, наружного и внутреннего диаметров, толщины стенки и формы гофр. Сильфоны бывают цельнотянутыми и сварными. Они получили широкое распространение в манометрах и дифманометрах.
Наиболее разнообразными по конструкции являются мембранные чувствительные элементы. На рисунке 4.2в плоская мембрана представляет собой гибкую тонкую пластину, закрепленную по окружности в корпусе прибора. Плоская мембрана имеет нелинейную статическую характеристику и малые перемещения рабочей точки. Поэтому её в основном применяют для преобразования давления в силу и используют в сочетании с пьезоэлектрическими и тензометрическими выходными преобразователями.
Для улучшения статической характеристики используют гофрированные мембраны и мембранные коробки (рисунок 4.2г, д).
В напоромерах и тягомерах применяются вялые мембраны (рисунок 4.2е), изготовленные из бензомаслостойкой прорезиненной ткани 1. В центре мембраны крепятся металлические пластины 2, в одну из которых упирается винтовая пружина 3, выполняющая функции упругого элемента.
В соответствии с используемым в приборах типом чувствительных элементов деформационные манометры разделяются на трубчато-пружинные, сильфонные и мембранные. Образцы этих типов представлены в данной лабораторной работе.
4.3.2 Электроконтактные манометры
Примером трубчато-пружинного прибора является злектроконтактный манометр ЭКМ. Этот прибор используется для измерения давления, сигнализации предельных отклонений давления в целях защиты и позиционного регулирования. Схема ЭКМ изображена на рисунке 4.3а.
Одновитковая трубчатая пружина 1 с одного конца приварена к держателю 2, прикрепленному к корпусу манометра. Нижняя часть держателя заканчивается штуцером 3, к которому присоединяется трубка, подводящая давление. Свободный конец пружины 1 припаян к пробке 4, которая шарнирно соединяется с поводком 5. При перемещении свободного конца пружины поводок поворачивает зубчатый сектор 6, вызывая поворот шестерни 7 и сидящей на одной оси с ней показывающей стрелки 8. Для использования в системах сигнализации и регулирования прибор снабжен двумя сигнальными контактами 9, связанными с передвижными стрелками 10 и 11. Третий контакт 12 связан с показывающей стрелкой. При выходе измеряемого давления за установленные задающими стрелками пределы контакт 12 замыкается с одним из контактов 10 или 11.
4.3.3 Реле давления с не настраиваемой зоной неоднозначности
Примером мембранных приборов является реле давления типа РД-4. Схема реле показана на рисунке 4.3б.
Рисунок 4.3 а) электроконтактный манометр; б) реле давления РД-4
Основными элементами реле является корпус 13, мембрана 14, уравновешивающая пружина 15, винт задатчика 16, толкатель 17, микропереключатель 18. Реле выпускается с пределами 0,05; 0,1; 0,10; 0,25 и 0,4 МПа. Дифференциал реле 0,005 – 0,02 МПа. Разрывная мощность контактов 500 ВА. Работу реле предлагается разобрать самостоятельно.