3.2.1. Манометры с трубчатыми пружинами - кругообразно согнутыми трубками с овальным поперечным сечением.
Рис.3.5. Конструкция манометра с трубкой Бурдона. а) принципиальное устройство; б) конструкция: 1 – трубка Бурдона, 2 – тяга, 3 – механизм(сектор, шестеренка),
4 – шкала.
Давление измеряемой среды воздействует на внутреннюю сторону этой трубки, в результате чего овальное поперечное сечение принимает почти круглую форму. В результате деформации возникают напряжения в трубке, которые разгибают пружину. Не зажатый конец пружины выполняет движение, пропорциональное величине давления. Движение передаётся зубчатым сектором шестеренке и стрелке, движущейся по шкале.
Для измерений давления до 60 бар применяются кругообразные пружины с углом около 270°. Для измерений больших давлений используются пружины с несколькими лежащими друг над другом витками и одинаковым витковым диаметром (винтовая пружина) или со спиралеобразными витками, лежащими в одной плоскости (плоская спиральная пружина). Манометры с трубчатыми пружинами применяются для давлений от 0 до 7000 бар при точности показаний (классе) от 0,1 до 4%. Класс точности манометра - относительная погрешность измерения давления от максимума диапазона измерений. Например, класс точности 0,1-одну десятую процента и 2,5% от диапазона в 100 бар, абсолютная погрешность в первом случае: погрешность составляет 0,001*100 =0,1 бар, во втором 0,0025*100=0,25 бар.
3.2.2. Манометры с пластинчатой пружиной - гофрированные мембраны круглой формы зажимают или приваривают по краю между двумя фланцами, давление измеряется только с одной стороны. Прогиб мембраны пропорционален величине давления. Движение передаётся стрелочным механизмом на шкалу. Благодаря опорам для мембран достигается повышенная стойкость к перегрузкам. На поверхность мембран наносят защиту от коррозийных сред. Диапазоны показаний от 0 до 40 бар с классом точности 1,6 и 2,5.
Рис.3.6. Манометр с пластинчатой пружиной. 1- пружина(мембрана), 2 – верхняя часть камеры, 3 – нижняя часть камеры(измерительная), 4 – циферблат, 5- тяга.
3.2.3. Манометры с коробчатой пружиной. Давление действует на внутреннюю сторону коробки, состоящей из двух круглых, герметичных мембран, поступательное движение пропорционально величине давления. Движение передается на шкалу с помощью стрелочного механизма. Применяются для газообразных сред. Диапазоны показаний лежат в пределах от 0 ... 2,5 мбар и от 0 ... 0,6 бар, класс точности от 0,1 до 2,5.
3.2.4. Манометры абсолютного давления измеряют давление по отношению к базовому, за которое принят абсолютный ноль давления (абсолютный вакуум). На стороне измерительного элемента, не соприкасающегося с измеряемой средой, должен быть вакуум. Это достигается вакууммированием и герметизацией верхней камеры и корпуса.
Рис.3.7. Манометр для измерения абсолютного давления
Гидростатика-2
3.3. Определение давления жидкости в любой точке сосуда
На рис.3.8 ось Оу находится в плоскости площадки, а ось Ох направлена перпендикулярно оси Оу от точки пересечения О с пьезометрической плоскостью.
Рис.3.8. Положение пьезометрической плоскости и определение давления в точке сосуда. а) Р0=Ратм, б)Р0>Ратм, в)Р0<Ратм. h1- расстояние от свободной поверхности до точки измерения, hc – расстояние от П.П. до ц.т. площадки, С – центр тяжести площадки.
Давление жидкости в любой точке стенки может быть определено по основному закону гидростатики.
1) Если над свободной поверхностью давление атмосферное Р0=Рат, то избыточное давление над свободной поверхностью равно нулю Р0и = 0, пьезометрическая плоскость проходит по свободной поверхности, давление в любой точке и в ц.т. площадки(рис.3.1а)
Рс = ρghс,
где h – пьезометрическая высота, расстояние от пьезометрической плоскости свободной поверхности) с атмосферным давлением (П.П.) до точки.
2) Если над свободной поверхностью абсолютное давление Р0>Рат жидкость в пьезометре поднимается на высоту h0u=P0u/ρg, где Р0и - избыточное давление над свободной поверхностью, пьезометрическая плоскость над свободной поверхностью. Избыточное давление в любой точке и в ц.т. площадки(рис.3.1б) равно
Рс = ρghс = ρg(h0и+h1)= Р0и+ ρgh1=(Р0-Ратм)+ ρgh1,
где h1 – расстояние от свободной поверхности до точки 1, hс= h0и+h1.
3) Если над свободной поверхностью абсолютное давление Р0<Рат, жидкость в пьезометре опускается относительно свободной поверхности на высоту h0в= - P0в/ρg, где Р0в - величина разряжения над свободной поверхностью, это давление недостаточное до атмосферного, пьезометрическая плоскость находится на высоте h0в под свободной поверхностью. Разряжение (вакуум, давление недостаточное до атмосферного) в любой точке, например, в точке 1(рис.3.1в) равно
Р = ρghс = ρg(-h0и +h1)= - Р0в + ρgh1= =(Ратм-Р0)+ ρgh1,
где h1 – расстояние от свободной поверхности до точки 1, h - пьезометрическая высота.