Деформационные манометры

Измеряемое давление или разность давлений определяется по деформации упругих чувствительных элементов: трубчатых манометрических пружин - одно- и двухвитковых, S-образных, винтовых, геликоидальных, спиральных; плоских и гофрированных мембран; мембранных коробок; сильфонов; цилиндрических трубок и стаканов. Пределы измерения от 10 до 2,5 • 109 Па. Простота преобразования давления в упругую деформацию чувствительного элемента и большое разнообразие удобных в эксплуатации конструкций обусловили широкое применение деформационных манометры в химической промышленности наиболее распространены так называемые пружинные манометры с одновитковым трубчатым чувствительным элементом. Под действием давления деформируется сечение пружины и происходит перемещение ее свободного конца, преобразуемое передаточным механизмом в перемещение стрелки, которая показывает давление по шкале. Диапазон измерения обычно от 0,1 до 2500 MПа, погрешность 0,16-4,0%.

В химии и химической технологии для защиты пружинных манометры от контакта с агрессивными и высокотемпературными средами часто используют т. наз. мембранные разделители давления с закрытой камерой. Внутренняя полость манометрической пружины заполняется минеральным или силиконовым маслом, через которое передается измеряемое давление рабочей среды, непосредственно соприкасающейся с разделительной мембраной. Последнюю изготовляют из нержавеющих сталей и сплавов, в том чсле с высоким содержанием Ni и Мо, а также из титановых сплавов и Та. При измерении давления вязких, полимеризующихся и кристаллизующихся сред применяют так называемые бескамерные манометры с открытым чувствительным или разделительным элементом - сильфоном либо мембраной.

Для измерения небольших давлений (разрежений) и разности давлений применяют манометры с чувствительными элементами в виде сильфонов, гофрированных мембран и мембранных коробок. В зависимости от диаметра, толщины и свойств материала, формы и глубины гофрировки чувствительных элементов можно измерять давление от 100 до 107 Па и более. Погрешность 0,5-2,5%.

В химической промышленности распространены датчики, основанные обычно на принципе электрической (реже - пневматической) компенсации. Диапазон измерения от 100 Па до 1000 MПа, погрешность 0,5-1,5%. Наиболее перспективны приборы, действие которых основано на так называемом тензорезистивном эффекте - изменении электрического сопротивления твердого проводника (чувствительного элемента) в результате его деформации, пропорциональной измеряемому давлению. Эти датчики отличаются простотой конструкции, небольшими габаритами и массой, повышенной виброустойчивостью, высокими динамическими характеристиками и небольшой погрешностью (0,25-0,50%). В СССР разработан комплекс тензорезисторных преобразователей давления (избыточного и абсолютного, а также разрежения) и разности давлений с упругими чувствительными элементами на основе монокристаллических подложек из искусственного сапфира с кремниевыми тензорезисторами. Диапазон измерения от 60 до 108 Па, погрешность обычно не превышает 0,1, 0,25 или 0,5%. В комплекс входят также преобразователи гидростатического давления, предназначенные для получения информации о плотности или уровне жидкостей. которые находятся в открытых либо закрытых резервуарах под давлением. Фланцевое крепление датчика к резервуару с рабочей жидкостью и бескамерная конструкция мембранного измерительного узла позволяют контролировать гидростатическое давление агрессивных, вязких и кристаллизующихся сред при 200-300°С.

В манганиновых датчиках под действием давления изменяется электрическое сопротивление тонкой манганиновой проволоки. Эти датчики обычно используют для измерения давления свыше 100 MПа. Принцип устройства индуктивных датчиков состоит в изменении индуктивности системы при перемещении чувствительного элемента. Индуктивность системы зависит от магнитного сопротивления зазора в магнитопроводе или от реактивного магнитного сопротивления, которое изменяется с введением в зазор электропроводной пластины либо короткозамкнутого витка.

Действие емкостных датчиков основано на преобразовании перемещения чувствительного элемента в изменение емкости конденсатора, зависящее от зазора между обкладками, их площади, материала диэлектрика или диэлектрической проницаемости. Этим датчикам свойственны значительные температурные погрешности. В трансформаторных датчиках входное перемещение чувствительного элемента и соединенного с ним плунжера изменяет коэффициентом индуктивной связи между системами обмоток, одна из которых питается переменным током. Эффективное значение эдс, наводимой в другой обмотке, является выходной величиной датчика. Погрешность обычно 1,5-2,5%.

Принцип действия электронных и ионных датчиков основан на изменении характеристик соответствующих электронных и ионных ламп при взаимном перемещении их электродов, один из которых связан с чувствительным элементом датчика. Действие магнитоупругих датчиков обусловлено свойством ферромагнитных материалов изменять магнитную проницаемость под действием давления. Чувствительный элемент - обмотка с замкнутым магнитопроводом, деформирующимся под влиянием входного перемещения или усилия, пропорционального измеряемому давлению. В пьезоэлектрических датчиках используется эффект появления зарядов на гранях кристалла (обычно кварца) при его сжатии. Величина заряда пропорциональна уд. давлению и площади грани, перпендикулярной к "электрической" оси.

Радиационные датчики обычно состоят из чувствительного элемента, воспринимающего измеряемое давление, источника и приемника лучистой энергии и расположенного между ними экрана. Действие датчиков основано на зависимости от давления интенсивности потока, поступающего от источника излучения к приемнику. При изменении давления чувствительный элемент вызывает пропорциональное перемещение экрана, управляющего интенсивностью потока. Наиболее распространены приборы, использующие видимый свет (оптические датчики) либо проникающее ?- или ?-излучение. Источники излучения видимого света - лампы накаливания, ртутные точечные лампы высокого давления, лампы тлеющего разряда и др.; жестких излучений - рентгеновские трубки, искусственные радиоактивные вещества. Приемники: видимого излучения - вакуумные и газонаполненные элементы с внеш. фотоэффектом, фотосопротивления, вентильные фотоэлементы с фотоумножителями; жестких излучений - ионизационные камеры, счетчики Гейгера-Мюллера, пропорциональные, сцинтилляционные и кристаллические счетчики.