для измерения какого параметра применяют мембранные манометры
Мембранные манометры
Упругие элементы – мембрана или мембранная коробка:
ü гофрированная мембрана;
ü мембранная коробка.
Наиболее широкое применение нашли дифманометры, напоромеры и тягонапоромеры, построенные на этом принципе действия.
Пример дифманометра, снабженного дифференциально-трансформаторным преобразователем перемещения в напряжение переменного тока.
Мембранный блок состоит из двух сообщающихся мембранных коробок, заполненных жидкостью. Перепад давлений в камерах дифманометра вызывает деформацию мембранных коробок.
При этом сжатие нижней коробки больше и жидкость вытесняется из нее в верхнюю мембранную коробку, вызывая тем самым ее расширение.
Деформация верхней мембраны передается жестко связанному с ней плунжеру дифференциально-трансформаторного преобразователя.
Дифманометр устанавливают для измерения перепада давлений до 0,63 МПа при статическом давлении до 63 МПа. Выпускаются дифманометры с промежуточными преобразователями, имеющими унифицированный токовый или пневматический сигналы.
Для манометров тензорезистор устанавливают на жесткой измерительной мембране, для дифманометров тензорезистор крепится к блоку неупругих мембран, соединенных между собой штоком.
Смещение штока 1под действием перепада давлений приводит к изгибу рычага 2 и деформации измерительной мембраны 3.
Для измерения агрессивных сред применяются датчики, снабженные защитной мембраной, изготовленной из коррозийно-стойкого материала. Тогда измеряемое давление передается к измерительной мембране через силиконовое масло, которым заполнена внутренняя полость датчика.
Примеры способов защиты материалов датчика от агрессивных сред.
1. Разделительные сосуды.
Полость сосуда заполнена жидкостью, инертной по отношению к материалу прибора, соединительных трубок и сосуда. Она не должна взаимодействовать с измеряемой средой и смешиваться с ней. Обычно это – глицерин, эфирные масла.
2. Мембранные разделители.
Измеряемая среда отделена от прибора мембраной с малой жесткостью из нержавеющей стали или фторопласта. Для переджачи давления верхнее полость заполняется жидкостью.
Мембранные манометры
Мембранные манометры, т.е. напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры предназначены для измерения малых давлений и разрежений, в том числе напоромеры — для измерения избыточного давления до 40 кПа.
Мембранный манометр — это деформационный манометр, в котором чувствительным элементом является мембранная коробка (рис.5). Мембранная коробка стоит из двух латунных гофрированных дисков, спаянных по окружности.
а) Мембранный напоромер
Устройство мембранного напоромера (а) и тягонапоромера (б):
1 — мембранная коробка; 2 — штифт; 3 — стрелка; 4- шкала; 5, 13 — пружины;
6 — кронштейн; 7, 9, 12 — рычаги; 8 — тяга; 10 — ось; 11 — регулирующий винт;
14 — корректор нуля.
Принцип действия мембранного манометра прибора основан на уравнивании избыточного давления силами упругой деформации мембранной коробки.
Выпускаются приборы следующих типов:
НМП — напоромер мембранный показывающий,
ТМП — тягомер мембранный показывающий,
ТНМП — тягонапоромер мембранный показывающий.
Мембранные манометры выпускаются по классу точности 1,5 — 2,5 %.
Эксплуатация мембранных манометров:
• проверка исправности манометра посадкой стрелки на «0» не реже 1 раза в смену,
• проверка работы манометра контрольным манометром, имеющим такую же шкалу и класс точности не реже 1 раза в 6 месяцев,
• поверка осуществляется не реже 1 раза в год с установкой клейма на стекле прибора,
• эксплуатация технических манометров должна производиться при температуре окружающей среды от +5°С до +60°С и влажности воздуха — не более 80 %.
2.3.1. Манометры на основе мембран, мембранных коробок, сильфонов
В манометрических приборах, предназначенных для измерения малых значений давления, в большинстве случаев используют мембраны, мембранные коробки или сильфоны. Соответственно эти приборы могут называться мембранными или сильфонными манометрами.
Согласно /16/ мембранный манометр – это деформационный манометр, в котором чувствительным элементом является мембрана или мембранная коробка.
Соответственно сильфонный манометр – это также деформационный манометр, но в котором чувствительным элементом является сильфон.
В серии приборов напоромеров, тягомеров, тягонапоромеров НМП-100, ТмМП-100, ТНМП-100 (рис. 2.18) в качестве чувствительного элемента используется мембранная коробка 1, закрепленная на основании 2 каркаса 3. Измеряемое давление ризм подается через подводящий штуцер 4 внутрь мембранной коробки, что вызывает перемещение ее незакрепленного жесткого центра, которое передается на тягу 5 и приводит в действие коромысло 6. Длиной тяги также регулируется нулевое показание прибора. От коромысла через плечо 7 перемещение поступает на шибер 8, посредством которого линейное движение преобразуется в угловой сдвиг оси 9, на которой закреплена стрелка 10. Таким образом величина измеряемого давления отображается перемещением стрелки на шкале прибора 11.
Рис. 2.18. Мембранный манометрический прибор типа НМП:
а – вид измерительной части; б – схема; 1 – мембранная коробка; 2 – основание;
3 – каркас; 4 – подводящий штуцер; 5 – тяга; 6 – коромысло; 7 – плечо;
8 – шибер; 9 – ось; 10 – стрелка; 11 – шкала; 12 – корпус; 13 – стекло; 14 – стопорное кольцо; 15 – упор
Прибор монтируется в прочном литом из алюминиевого сплава корпусе 12. Каркас крепится в корпусе с помощью подводящего штуцера. Стекло 13 фиксируется стопорным кольцом 14.
Упор 15 предназначен для исключения необратимой деформации мембранной коробки при воздействии давления, выше предельно допустимого.
Разновидностью конструкции напоромера МП является модель с корпусом прямоугольной формы (72х144мм), в котором (рис. 2.19) угол поворота указательной стрелки менее 90°, но из-за фронтального размещения шкалы ее информативность значительно возрастает. Мембранная коробка 1 закреплена на основании 2. Центр верхней образующей мембранной коробки и коромысло 3 связаны тягой 4. Плечо коромысла соединено тягой 5 с плечом 6 оси 7, которая также служит осью вращения стрелки 8. Для обеспечения устойчивости стрелки она оснащена противовесом 9. Отсчет показаний прибора производится по шкале 10.
Рис. 2.19. Мембранный напоромер типа МП в корпусе прямоугольной формы:
1 – мембранная коробка; 2 – основание; 3 – коромысло; 4, 5 – тяга;
6 – плечо; 7 – ось; 8 – стрелка; 9 – противовес; 10 – шкала; 11 – подводящая линия
Измеряемая среда давлением ризм через подводящую линию 11 поступает во внутреннюю полость мембранной коробки. Под его воздействием перемещается центр коробки и через систему рычагов и тяг 4, 3, 5 и 6 это перемещение преобразуется в поворот оси, на которой установлена стрелка.
В большинстве случаев нелинейность статических характеристик мембранных коробок не превышает 10-15 % и устраняется изменением длин тяг, а также углов их зацеплений.
Многие зарубежные, а также некоторые отечественные фирмы производят мембранные манометрические приборы с компактным центрально-осевым передаточным механизмом (рис. 2.20).
Рис. 2.20. Показывающий манометрический прибор на основе мембраны:
1 – мембрана; 2 – площадка; 3 – передаточный механизм; 4 – держатель; 5 – стрелка
Мембрана 1 герметично припаяна к площадке 2, с которой образует рабочую полость чувствительного элемента. Центр мембраны имеет снаружи полированную площадку, с которой соприкасается шарик передаточного механизма 3, представляющего собой компактное устройство с миниатюрным рычажно-секторным механизмом, более детальная схема которого представлена на рис. 2.21
Рис. 2.21. Схема( а ) и вид ( б ) центрально-осевого передаточного механизма:
1 – основание; 2 – поворотная ось; 3 – шаровая опора; 4 – упор;
5 – зубчатый сектор; 6 – трибка; 7 – спиральная пружина; 8 – плата верхняя; 9 – стойка
Измеряемое давление через подводящий штуцер держателя 4 поступает в рабочую полость чувствительного элемента, перемещая центр мембраны 1. Этот сдвиг передается центрально-осевым передаточным механизмом на стрелку 5 (см. рис.2.20).
Встречаются конструкции со сдвоенными мембранами, как это имеет место у дифманометров с мембранными коробками, показанными на рис. 2.23. В таких случаях обеспечивается более высокий класс точности измерения.
Мембраны изготовляются из различных бронз, нержавеющей стали.
Приборы выпускаются в корпусах малых (63 мм), средних и больших диаметров (100 и 160 мм).
Верхняя плата 8 со стойками 9 обеспечивает дополнительную опору трибке и оси зубчатого сектора.
Механизм работает следующим образом. Воздействие на шаровую опору приводит посредством осевого смещения поворотной оси к повороту упора. Последний перемещает сектор, который зубчатым зацеплением поворачивает трибку.
Центрально-осевой передаточный механизм конструктивно несложен, но при изготовлении требует достаточно высоких технологий обработки металла.
Мембраны нашли применение в качестве чувствительных элементов при измерении малого и среднего давления особенно вязких и загрязненных сред. Такие приборы менее чувствительны к вибрациям и пульсациям измеряемой среды, применимы при соответствующей защите мембраны для работы с агрессивными средами. Главным недостатком является малый ход мембраны (1,5…2 мм), что предопределяет повышенные требования к передаточному трибко-секторному механизму.
На рис. 2.22 показана схема манометра, в котором мембрана 1 герметично приварена к фланцу 2. В центре мембраны закреплен шток 3, соединенный с рычагом зубчатого сектора 4. В контакте с зубьями сектора находится трибка 5, на оси которой установлена стрелка 6. Шток состоит из двух частей и крепежного винта, обеспечивающего фиксацию оптимальной его длины при настройке прибора.
Рис. 2.22. Мембранный манометр для измерения давления вязких и загрязненных сред, а также виды присоединительных фланцев:
а – с открытой мембраной; б – с подводящим штуцером; в – с дополнительным фланцем; 1 – мембрана; 2 – фланец; 3 – шток; 4 – зубчатый сектор; 5 – трибка; 6 – стрелка; 7 – крепежные отверстия
Измеряемое давление ризм воздействует на мембрану, в результате чего перемещается ее центр, и через шток, зубчатый сектор этот сдвиг преобразовывается в поворот указательной стрелки.
Крепежные отверстия 7 предназначены для монтажа прибора к соответствующему фланцу, приваренному к технологическому трубопроводу.
Мембранные манометры могут выполняться как с открытой мембраной (рис. 2.22, а ), так и с подводящим штуцером (рис. 2.22, б ), а также с дополнительным фланцем (рис. 2.22, в ).
Основное применение мембранные манометры с открытой мембраной нашли при измерении жидких сред с повышенной вязкостью или различными вкраплениями, в технологических линиях, где периодически требуется промывать оборудование и исключаются «застойные» зоны рабочего вещества.
Мембранные манометры используются для измерения как малых (от 0 до 1…25 кПа), среднего давления (от 0 до 0,04…2,5 МПа). Большая площадь мембраны также ограничивает возможность перегрузочных давлений (не более 4 МПа), хотя внутренний профиль присоединительного фланца повторяет профиль мембраны и обеспечивает сохранение его формы при незначительных перегрузках.
Уважаемый пользователь. Уведомляем Вас о том, что персональные данные, которые Вы можете оставить на сайте, обрабатываются в целях его функционирования. Если Вы с этим не согласны, то пожалуйста покиньте сайт. В противном случае это будет считаться согласием на обработку Ваших персональных данных.
Политика конфиденциальности
2.4.2. Манометры на основе мембран, мембранных коробок, сильфонов
В механических манометрических приборах, предназначенных для измерения малых значений давления, в большинстве случаев используют мембраны, мембранные коробки или сильфоны. Некоторые конструкции манометрических приборов предусматривают применение мембран и мембранных коробок для измерения и контроля средних давлений (до 4 МПа). Соответственно, такие приборы могут называться мембранными или сильфонными манометрами.
Согласно /2-22/ мембранный манометр – это деформационный манометр, в котором чувствительным элементом является мембрана или мембранная коробка.
Соответственно сильфонный манометр – это также деформационный манометр, но в котором чувствительным элементом является сильфон.
Представляют интерес непосредственно конструкции мембран и мембранных блоков. На рис.2.60 представлена схема (а) и вид (б) гофрированной металлической мембраны на жесткой платформе.
3 – присоединительный штуцер.
На жесткой платформе 1, которая изготавливается, как правило, из металлического листа определенной толщины крепится, в зависимости от сопрягаемых материалов, пайкой или сваркой мембрана 2. В результате, жесткая платформа 1 и мембрана 2 образуют между собой герметичную емкость. Подвод измеряемой среды производится через присоединительный штуцер 3.
Разновидностью конструкции мембраны на жесткой платформе является мембрана, закрепленная между двумя фланцами (рис.2.61а). Мембрана 1 неподвижно фиксируется между фланцами 2 и 3. Воздействие измеряемой среды на одну или на обе стороны, но с разным давлением, приводит к перемещению центра этой мембраны. Конструкции приборов, функционирующих на таких мембранах, приведены ниже.
В некоторых конструкциях измерителей перемещения центра одной мембраны, установленной на жесткой платформе, недостаточно для обеспечения его работоспособности. Здесь могут иметь место два фактора: дальнейшее перемещение центра мембраны не имеет линейной зависимости или дальнейшее перемещение может привести к необратимым пластическим деформациям.
Для конструкций приборов, для которых необходим более значительный ход (перемещение) центра мембраны могут применяться мембранные коробки (Рис.2.61б) или блоки мембранных коробок (рис.2.61в), у которых прямолинейный участок перемещения центра крайней мембраны в зависимости от измеряемого давления пропорционален количеству мембран в устройстве.
5 – присоединительный штуцер; 6 – соединитель.
Мембранные коробки применяются в ряде конструкций промышленных приборов с повышенной точностью. Для эталонных систем применимы блоки мембранных коробок.
Мембраны, функционирующие на малых давлениях, очень чувствительны к перегрузкам и наиболее часто даже после незначительных превышений предельного допустимого давления могут изменять свою геометрию и, соответственно, характеристики. Поэтому разрабатываются различные устройства, предотвращающие необратимую деформацию мембран, наиболее часто ассоциируемую с перегрузками измеряемым давлением.
Зазор между фланцами 2 и 3 обеспечивает перемещение центра мембраны в пределах, задаваемых измеряемым давлением. Таким образом, при превышении предельно допустимого давления мембрана своей профилированной поверхностью опирается на соответствующую поверхность верхнего фланца 3 и не допускает необратимую упругую деформацию измерительного элемента.
Нижний фланец 2 изготавливается с прилегающей поверхностью, соответствующей профилю мембраны, в случаях, когда мембрана может быть подвержена вакуумметрическому давлению, которое по абсолютной величине превышает допустимые пределы.
Известны конструкции мембранных коробок, в которых с целью обеспечения их работоспособности после вышепредельных перегрузок в подводящем штуцере монтируются предохранительные клапаны (рис.2.63).
В такой конструкции на внутренней поверхности внешней мембраны (1) мембранной коробки, противоположной подводящему штуцеру (2) монтируется площадка (3) для крепления штока (4), на котором крепятся упоры (5 и 6) с уплотнительными кольцами (7 и 8) и располагаемыми по обе стороны проходных перегородок (9) подводящего штуцера (2). При превышении давления выше предельно допустимого происходит перемещение верхней мембраны 1 с закрепленным на нем штоком 4. Соответственно перемещается упор 5 с уплотнительным кольцом 7, обеспечивает перекрытие канала подводимого измеряемого давления.
Мембраны изготовляются из различных бронз, нержавеющих сталей.
Приборы, функционирующие на основе мембран и мембранных коробок, описаны ниже.
а – вид измерительной части; б – схема; 1 – мембранная коробка; 2 – основание; 3 – каркас; 4 – подводящий штуцер; 5 – тяга; 6 – коромысло; 7- плечо; – шибер; 9 – ось; 10 – стрелка; 11 – шкала; 12 – корпус; 13 – стекло; 14 – стопорное кольцо; 15 – упор
Прибор монтируется в прочном литом из алюминиевого сплава корпусе 12. Каркас крепится в корпусе с помощью подводящего штуцера. Стекло 13 фиксируется стопорным кольцом 14.
Упор 15 предназначен для исключения необратимой деформации мембранной коробки при воздействии давления, выше предельно допустимого.
прямоугольной формы:
1 – мембранная коробка; 2 – основание; 3 – коромысло; 4, 5 – тяга;
6 – плечо; 7 – ось; 8 – стрелка; 9 – противовес; 10 – шкала; 11 – подводя щая линия
Измеряемая среда давлением ризм через подводящую линию 11 поступает во внутреннюю полость мембранной коробки. Под его воздействием перемещается центр коробки и через систему рычагов и тяг 4, 3, 5 и 6 это перемещение преобразуется в поворот оси, на которой установлена стрелка.
В большинстве случаев нелинейность статических характеристик мембранных коробок не превышает 10-15 % и устраняется изменением длин тяг, а также углов их зацеплений.
В настоящее время заслужили более активное использование мембранные манометрические приборы с компактным центрально-осевым передаточным механизмом (рис. 2.66), производимые в корпусах малых (63 мм), средних и больших диаметров (100 и 160 мм соответственно).
а)
Мембрана 1 герметично припаяна к площадке 2, с которой образует рабочую полость чувствительного элемента (рис.2.66). Центр мембраны имеет снаружи полированную площадку, с которой соприкасается шаровая опора передаточного механизма 3, представляющего собой компактное устройство с миниатюрным рычажно-секторным механизмом, более детальная схема которого представлена на рис. 2.67.
На основании 1 подвижно установлена поворотная ось 2 с закрепленной на ней шаровой опорой 3. На оси 2 также смонтирован упор 4, образующий с шаровой опорой 3 угловой рычаг. Таким образом, линейное перемещение шаровой опоры 3 преобразуется в перемещение конца упора 4, воздействующего на зубчатый сектор 5, который, в свою очередь, через зубчатое зацепление с трибкой 6 придает ей угловое перемещение. Соответственно, устанавливаемая на трибке 6 стрелка может отображать на шкале измеряемое давление.
Современные технологии механообработки позволяют изготавливать такие центрально-осевые механизмы с высокой точностью, что обеспечивает их работоспособность при измерении давлений с высокой точностью (до 0,25%).
Таким образом, показывающий манометрический прибор на основе мембраны с компактным трибко-секторным механизмом функционирует следующим образом. Измеряемое давление (рис.2.66а) через подводящий штуцер держателя 4 поступает в рабочую полость чувствительного элемента, перемещая центр мембраны 1. Этот сдвиг передается через шаровую опору центрально-осевому передаточному механизму и, соответственно, показывающей стрелке.
Центрально-осевой трибко-секторный передаточный механизм (рис. 2.67) используется в ряде типов мембранных манометрических приборов. На основании 1 (рис. 2.67а) установлена поворотная ось 2 с закрепленными на ней под углом примерно 90 ° шаровой опорой 3 и упором 4. Конец упора соприкасается с нижней частью зубчатого сектора 5, установленного в паре с трибкой 6. На оси трибки закреплена спиральная пружина 7, устраняющая вибрации при прямом и обратном ходе.
Верхняя плата 8 со стойками 9 обеспечивает дополнительную опору трибке и оси зубчатого сектора.
Механизм работает следующим образом. Воздействие на шаровую опору приводит посредством осевого смещения поворотной оси к повороту упора. Последний перемещает сектор, который зубчатым зацеплением передает трибке круговое вращательное перемещение.
Центрально-осевой передаточный механизм конструктивно несложен, но при изготовлении требует достаточно высоких прецизионных технологий обработки металла.
Мембранные блоки в комплекте с передаточным механизмом являются основой манометрического прибора для малых давлений. На рис.2.68а показана схема соединения первичного преобразователя – коробчатой мембраны 1 с передаточным механизмом 2. Крепление механизма 2 на платформе мембраны 1 производится винтами 3. Винт 4 имеет двойную функцию: он закрепляет свободную сторону мембраны с механизмом, но имеет возможность регулировки по высоте. Путем вворачивания винта 4 или его отворачивания благодаря пружине 5 варьируется расстояние между мембраной и передаточным механизмом. Паз винта через отверстие в циферблате прибора доступен для его поворота в одну или другую сторону и обозначается на шкале прибора, как корректор нуля.
Мембраны нашли применение в качестве чувствительных элементов при измерении малого и среднего давления особенно вязких и загрязненных сред. Такие приборы менее чувствительны к вибрациям и пульсациям измеряемой среды, применимы при соответствующей защите мембраны для работы с агрессивными средами. Малый ход мембраны (1,5…2 мм) у таких приборов предопределяет повышенные требования к передаточному трибко-секторному механизму. Повышенная стоимость манометров с плоской мембраной относительно общепромышленных приборов компенсируется повышенной работоспособностью в различных неординарных условиях.
в)
Коррозионностойкие напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры (рис.2.70) имеют агрессивноустойчивые материалы на держателе, мембранной коробке, корпусе и изготавливаются в корпусах 63, 100, 160 мм. Вид мембранной коробки, изготовленной из коррозионностойкой стали, представлена на рис. 2.68а.
Рис.2.70. Вид коррозионностойких напоромеров: а – НП63НН; б – НП100НН.
Мембраны могут также использоваться в качестве УЧЭ в конструкциях некоторых моделей манометров, мановакуумметров, вакуумметров. Такие конструкции приборов более устойчивы к вибрационным, пульсационным и ударным нагрузкам.
На рис. 2.71 показана схема манометра, в котором мембрана 1 герметично приварена к фланцу 2. В центре мембраны закреплен толкатель 3, соединенный с рычагом зубчатого сектора 4. В контакте с зубьями сектора находится трибка 5, на оси которой установлена стрелка 6. Толкатель на мембране неподвижно фиксируется в посадочном гнезде.
Измеряемое давление ризм воздействует на мембрану, в результате чего перемещается ее центр. Линейное перемещение центра мембраны через толкатель передается на рычаг зубчатого сектора и затем преобразовывается в угловое перемещение указательной стрелки.
Крепежные отверстия 7 предназначены для монтажа прибора к соответствующему фланцу, приваренному к технологическому трубопроводу.
Рис. 2.71. Мембранный манометр для измерения давления вязких и загрязненных сред, а также виды присоединительных фланцев:
а – с открытой мембраной; б – с подводящим штуцером, закрытая: в – с дополнительным фланцем; 1 – мембрана; 2 – фланец; 3 – толкатель; 4 – зубчатый сектор; 5 – трибка; 6 – стрелка; 7 – крепежные отверстия
Применение мембран из нержавеющей стали обеспечивает устройству дополнительную функцию разделителя, обеспечивающего работоспособность прибора при измерении давления агрессивных сред.
Мембранные манометры могут выполняться как с открытой мембраной (рис. 2.71а), так и с подводящим штуцером (рис. 2.71б), а также с дополнительным фланцем (рис. 2.71в). Вид таких манометров показан на рис.2.72.
в)
Основное применение мембранные манометры с открытой мембраной, как отмечалось выше, нашли при измерении жидких сред с повышенной вязкостью или различными вкраплениями, в технологических линиях, где периодически требуется гигиеническая обработка оборудования и исключается наличие «застойных» зон рабочего вещества.
Мембранные манометры используются для измерения как малых (от 0 до 1…40 кПа), так и средних давлений (от 0 до 0,06…4,0 МПа). Требуемые высокие тяговые усилия в таких приборах обуславливают большие площади непосредственно мембран, что приводит к ограничению измеряемых давлений (не более 4 М п а). Изготовление внутреннего профиля присоединительного фланца, повторяющего геометрию мембраны, обеспечивает работоспособность таких приборов даже при существенных перегрузках (до 50, а в некоторых моделях до 200%).
Мембранные манометрические приборы устойчиво работают на пульсирующих средах, когда амплитуда размаха и частота таких размахов измеряемого давления превышает допустимые значения для приборов с трубчатыми чувствительными элементами. Такая устойчивость во многом объясняется демпфирующим эффектом, достигаемый сужающим устройством, роль которого выполняет присоединительный штуцер, и ресивером, в качестве которого можно рассматривать объем между присоединительным штуцером и рабочей мембраной.
Уважаемый пользователь. Уведомляем Вас о том, что персональные данные, которые Вы можете оставить на сайте, обрабатываются в целях его функционирования. Если Вы с этим не согласны, то пожалуйста покиньте сайт. В противном случае это будет считаться согласием на обработку Ваших персональных данных.
Политика конфиденциальности