Головна Інформація Манометри на основі мембран, мембранних коробок, сильфонів
У механічних манометрических приладах, призначених для вимірювання малих значень тиску, в більшості випадків використовують мембрани, мембранні коробки або сильфони. Деякі конструкції манометрических приладів передбачають застосування мембран і мембранних коробок для вимірювання і контролю середніх тисків (до 4 МПа). Відповідно, такі прилади можуть називатися мембранними або сильфони манометрами.
Згідно / 2-22 / мембранний манометр - це деформаційний манометр, в якому чутливим елементом є мембрана або мембранна коробка.
Відповідно сільфонний манометр - це також деформаційний манометр, але в якому чутливим елементом є сильфон.
Представляють інтерес безпосередньо конструкції мембран і мембранних блоків. На ріс.2.60 представлена схема (а) і вид (б) гофрованої металевої мембрани на жорсткій платформі.
Рис.2. 60. Схема (а) і вид (б) мембрани, згуртованою на жорсткій платформі: 1 - жорстка платформа; 2 - мембрана;
3 - приєднувальний штуцер.
На жорсткої платформі 1, яка виготовляється, як правило, з металевого листа певної товщини кріпиться, в залежності від сполучених матеріалів, пайкою або зварюванням мембрана 2. В результаті, жорстка платформа 1 і мембрана 2 утворюють між собою герметичну ємність. Підведення вимірюваного середовища проводиться через приєднувальний штуцер 3.
Різновидом конструкції мембрани на жорсткій платформі є мембрана, закріплена між двома фланцями (ріс.2.61а). Мембрана 1 нерухомо фіксується між фланцями 2 і 3. Вплив вимірюваного середовища на одну або на обидві сторони, але з різним тиском, призводить до переміщення центру цієї мембрани. Конструкції приладів, що функціонують на таких мембранах, наведені нижче.
У деяких конструкціях вимірників переміщення центру однієї мембрани, встановленої на жорсткій платформі, недостатньо для забезпечення його працездатності. Тут можуть мати місце два чинники: подальше переміщення центру мембрани не має лінійної залежності або подальше переміщення може призвести до незворотних пластичних деформацій.
Для конструкцій приладів, для яких необхідний більш значний хід (переміщення) центру мембрани можуть застосовуватися мембранні коробки (Ріс.2.61б) або блоки мембранних коробок (ріс.2.61в), у яких прямолінійний ділянку переміщення центру крайней мембрани в залежності від вимірюваного тиску пропорційний кількості мембран в пристрої.
Рис.2.6 1. Схема плоскою мембрани, закріпленої між фланцями (а), мембранної коробки (б) і блоку мембранних коробок (в): 1 - мембрана; 2,3 - фланці; 4 - мембрана;
5 - приєднувальний штуцер; 6 - з'єднувач.
Мембранні коробки застосовуються в ряді конструкцій промислових приладів з підвищеною точністю. Для еталонних систем застосовні блоки мембранних коробок.
Мембрани, що функціонують на малих тисках, дуже чутливі до перевантажень і найбільш часто навіть після незначних перевищень граничного допустимого тиску можуть змінювати свою геометрію і, відповідно, характеристики. Тому розробляються різні пристрої, що запобігають необоротну деформацію мембран, найбільш часто асоційовану з перевантаженнями вимірюваним тиском.
Необоротна пружна деформація вимірювальних мембран може бути виключена шляхом виготовлення відповідних цим мембран профільованих поверхонь обмежують фланців (ріс.2.62). У такому пристрої нижній (2) і верхній (3) фланці, які кріплять мембрану, виготовляються з поверхнею, що відповідає профілю вимірювальної мембрани.
Рис.2.6 2. Схема пристрою з узгодженими поверхнями фланців: 1 - мембрана; 2 і 3 - нижній і верхній фланці, відповідно; 4 - приєднувальний штуцер.
Зазор між фланцями 2 і 3 забезпечує переміщення центру мембрани в межах, що задаються вимірюваним тиском. Таким чином, при перевищенні гранично допустимого тиску мембрана своєї профільованою поверхнею спирається на відповідну поверхню верхнього фланця 3 і не допускає необоротну пружну деформацію вимірювального елемента.
Нижній фланець 2 виготовляється з прилеглою поверхнею, що відповідає профілю мембрани, у випадках, коли мембрана може бути схильна до вакуумметричного й надлишкового тисків, яке по абсолютній величині перевищує допустимі межі.
Відомі конструкції мембранних коробок, в яких з метою забезпечення їх працездатності після вишепредельних перевантажень в підвідному штуцері монтуються запобіжні клапани (ріс.2.63).
Рис.2.6 3. Схема пристрою з перекриттям підводиться тиску: 1 - мембрана; 2 - підвідний штуцер; 3 - майданчик; 4 - шток; 5,6 - упори; 7,8 - ущільнювальні кільця; 9 - прохідна перегородка.
У такій конструкції на внутрішній поверхні зовнішньої мембрани (1) мембранної коробки, протилежної подводящему штуцера (2) монтується майданчик (3) для кріплення штока (4), на якому кріпляться упори (5 і 6) з кільцями ущільнювачів (7 і 8) і розташовуються по обидва боки прохідних перегородок (9) підводить штуцера (2). При перевищенні тиску вище гранично допустимого відбувається переміщення верхньої мембрани 1 із закріпленим на ньому штоком 4. Відповідно переміщається упор 5 з кільцем ущільнювача 7, забезпечує перекриття каналу підводиться вимірюваного тиску.
Мембрани виготовляються з різних бронз, нержавіючих сталей.
Прилади, що функціонують на основі мембран і мембранних коробок, описані нижче.
У напоромери, тягоміри, тягонапороміри НМП-100, ТмМП -100, ТНМП-100 (рис. 2.64) в якості чутливого елемента використовується мембранна коробка 1. закріплена на підставі 2 каркаса 3. Вимірюється тиск ризм подається через підвідний штуцер 4 всередину мембранної коробки, що викликає переміщення її закріплене жорсткого центру, яке передається на тягу 5 і пускає в хід коромисло 6. Довжиною тяги також регулюється нульове показання приладу. Від коромисла через плече 7 переміщення надходить на шибер 8. допомогою якого лінійне рух перетвориться в кутовий зсув осі 9. на якій закріплена стрілка 10. У такий спосіб величина вимірюваного тиску відстежується переміщенням кінця стрілки на шкалі приладу 11.
Мал. 2.6 4. Мембранний манометрический прилад типу НМП:
а - вид вимірювальної частини; б - схема; 1 - мембранна коробка; 2 - підстава; 3 - каркас; 4 - підвідний штуцер; 5 - тяга; 6 - коромисло; 7- плече; - шибер; 9 - вісь; 10 - стрілка; 11 - шкала; 12 - корпус; 13 - скло; 14 - стопорне кільце; 15 - упор
Прилад монтується в міцному литому з алюмінієвого сплаву корпусі 12. Каркас кріпиться в корпусі за допомогою підвідного штуцера. Скло 13 фіксується стопорним кільцем 14.
Упор 15 призначений для виключення необоротної деформації мембранної коробки при впливі тиску, вище гранично допустимого.
Звертає на себе увагу той факт, що зміщення-осьової передавальний механізм, що складається з тяги, коромисла, плеча і шибера, не досконалий для сьогоднішнього рівня технологій з великим запасом люфтів і настроювальних гвинтів. Тому клас точності мембранних манометрів типу НМП не вище ніж 1,5, а кут повороту указательной стрілки - кут розмаху шкали - не перевищує 90 о.
Різновидом конструкції напоромери НМП є модель з корпусом прямокутної форми (72 '144мм), в якому (рис. 2.65) кут повороту указательной стрілки менше 90 °. але через фронтального розміщення шкали її інформативність значно зростає. Мембранна коробка 1 закріплена на підставі 2. Центр верхньої твірної мембранної коробки і коромисло 3 пов'язані тягою 4. Плече коромисла з'єднане тягою 5 з плечем 6 осі 7. яка також служить віссю обертання стрілки 8. Для забезпечення стійкості стрілки вона оснащена противагою 9. Відлік показань приладу проводиться за шкалою 10.
Мал. 2.6 5. Мембранний напоромір типу НМП в корпусі
прямокутної форми:
1 - мембранна коробка; 2 - підстава; 3 - коромисло; 4, 5 - тяга;
6 - плече; 7 - вісь; 8 - стрілка; 9 - противагу; 10 - шкала; 11 - підбиваючи щая лінія
Вимірюване середовище тиском ризм через лінію підведення 11 надходить у внутрішню порожнину мембранної коробки. Під його впливом переміщається центр коробки і через систему важелів і тяг 4, 3, 5 і 6 це переміщення перетвориться в поворот осі, на якій встановлена стрілка.
У більшості випадків нелінійність статичних характеристик мембранних коробок не перевищує 10-15% і усувається зміною довжин тяг, а також кутів їх зачеплень.
В даний час заслужили більш активне використання мембранні манометрические прилади з компактним центрально-осьовим передавальним механізмом (рис. 2.66), вироблені в корпусах малих (63 мм), середніх і великих діаметрів (100 і 160 мм відповідно).
Мал. 2.6 6. Схема (а) і види загальнотехнічних показують манометрических приладів на основі мембрани з компактним центрально-секторних механізмом: б - тягонапоромір ТНП63; в - напоромір НП100; г -тягомер Тп100; д - манометр МП100; е - напоромір торцевої НП63; 1 - мембрана; 2 - майданчик; 3 - передавальний механізм; 4 - тримач; 5 - стрілка
Мембрана 1 герметично припаяна до майданчика 2. з якою утворює робочу порожнину чутливого елемента (ріс.2.66). Центр мембрани має зовні поліровану майданчик, з якою стикається кульова опора передавального механізму 3. представляє собою компактний пристрій з мініатюрним важеля секторних механізмом, більш детальна схема якого представлена на рис. 2.67.
Мал. 2.6 7. Схема (а) і вид (б) центрально-осьового передавального механізму: 1 - підстава; 2 - поворотна вісь; 3 - кульова опора; 4 - упор; 5 - зубчастий сектор; 6 - трібка; 7 - спіральна пружина; 8 - плата верхня; 9 - стійка
На підставі 1 рухомо встановлена поворотна вісь 2 із закріпленою на ній кульовою опорою 3. На осі 2 також змонтований упор 4, який утворює з кульовою опорою 3 кутовий важіль. Таким чином, лінійне переміщення кульової опори 3 перетвориться в переміщення кінця упору 4, впливає на зубчастий сектор 5, який, в свою чергу, через зубчасте зачеплення з трібкой 6 надає їй кутове переміщення. Відповідно, встановлюється на трібке 6 стрілка може відображати на шкалі вимірюється тиск.
Сучасні технології механічної обробки дозволяють виготовляти такі центрально-осьові механізми з високою точністю, що забезпечує їх працездатність при вимірюванні тисків з високою точністю (до 0,25%).
Таким чином, показує манометрический прилад на основі мембрани з компактним трібко-секторних механізмом функціонує наступним чином. Вимірюється тиск (ріс.2.66а) через підвідний штуцер держателя 4 надходить в робочу порожнину чутливого елемента, переміщаючи центр мембрани 1. Цей зсув передається через кульову опору центрально-осьового передавальному механізму і, відповідно, яка б показала стрілкою.
Центрально-осьової трібко-секторний передавальний механізм (рис. 2.67) використовується в ряді типів мембранних манометрических приладів. На підставі 1 (рис. 2.67а) встановлена поворотна вісь 2 з закріпленими на ній під кутом приблизно 90 ° кульовою опорою 3 і упором 4. Кінець упору стикається з нижньою частиною зубчастого сектора 5. встановленого в парі з трібкой 6. На осі трібкі закріплена спіральна пружина 7. усуває вібрації при прямому і зворотному ході.
Верхня плата 8 зі стійками 9 забезпечує додаткову опору трібке і осі зубчастого сектора.
Механізм працює наступним чином. Вплив на кульову опору призводить допомогою осьового зміщення поворотною осі до повороту упору. Останній переміщує сектор, який зубчастим зачепленням передає трібке круговий обертальний рух.
Центрально-осьової передавальний механізм конструктивно нескладний, але при виготовленні вимагає досить високих прецизійних технологій обробки металу.
Мембранні блоки в комплекті з передавальним механізмом є основою манометричного приладу для малих тисків. На ріс.2.68а показана схема з'єднання первинного перетворювача - коробчатой мембрани 1 з передавальним механізмом 2. Кріплення механізму 2 на платформі мембрани 1 проводиться гвинтами 3. Гвинт 4 має подвійну функцію: він закріплює вільну сторону мембрани з механізмом, але має можливість регулювання по висоті . Шляхом закручування гвинта 4 або його відвернення завдяки пружині 5 варіюється відстань між мембраною і передавальним механізмом. Паз гвинта через отвір в циферблаті приладу доступний для його повороту в одну або іншу сторону і позначається на шкалі приладу, як коректор нуля.
Мембрани знайшли застосування в якості чутливих елементів при вимірюванні малого і середнього тиску особливо в'язких і забруднених середовищ. Такі прилади менш чутливі до вібрацій і пульсацій вимірюваного середовища, застосовні при відповідному захисті мембрани для роботи з агресивними середовищами. Малий хід мембрани (1,5 ... 2 мм) у таких приладів зумовлює підвищені вимоги до передавального трібко-секторному механізму. Підвищена вартість манометрів з плоскою мембраною щодо загальнопромислових приладів компенсується підвищеною працездатністю в різних неординарних умовах.
Діапазон вимірюваного тиску напоромери, тягонапоромеров, тягоміри визначається властивостями мембран і обмежується для таких конструкцій, як правило, в межах від 0 до 1,6 ... 40 кПа. При цьому клас точності може становити 1,5; 1,0; 0,6; 0,4, а в ряді випадків 0,25 при розмаху шкали до 270 о. а в окремих випадках до 330 о.
Ріс.2.68. Вид коробчатой мембрани з передавальним механізмом (а) і вид робочого напоромери (б): 1 - коробчатая мембрана; 2 - центрально-осьової трібко-секторний передавальний механізм; 3 - гвинти кріплення; 4 регулювальний гвинт; 5 - пружина.
Основне застосування мембранні манометри з відкритою мембраною, як зазначалося вище, знайшли при вимірюванні рідких середовищ з підвищеною в'язкістю або різними вкрапленнями, в технологічних лініях, де періодично потрібно гігієнічна обробка обладнання і виключається наявність «застійних» зон робочої речовини.
Мембранні манометри використовуються для вимірювання як малих (від 0 до 1 ... 40 кПа), так і середніх тисків (від 0 до 0,06 ... 4,0 МПа). Необхідні високі тягові зусилля в таких приладах обумовлюють великі площі безпосередньо мембран, що призводить до обмеження вимірюваних тисків (не більше 4 М п а). Виготовлення внутрішнього профілю присоединительного фланця, який повторює геометрію мембрани, забезпечує працездатність таких приладів навіть при істотних перевантаженнях (до 50, а в деяких моделях до 200%).
Мембранні манометрические прилади стійко працюють на пульсуючих середовищах, коли амплітуда розмаху і частота таких розмахів вимірюваного тиску перевищує допустимі значення для приладів з трубчастими чутливими елементами. Така стійкість багато в чому пояснюється демпфирующим ефектом, який досягається звужує пристроєм, роль якого виконує приєднувальний штуцер, і ресивером, в якості якого можна розглядати обсяг між приєднувальних штуцером і робочої мембраною.