Теоретические основы работы

Дифманометр (дифференциальный манометр) – прибор для изме-рения разности (перепада) давлений; применяется также для измерений уровня жидкостей и расхода жидкости, пара или газа по методу перепада давлений.

По принципу действия дифманометры могут быть:

жидкостными, в которых измеряемое давление или разрежение уравновешивается столбом жидкости;

механическими, в которых давление уравновешивается силами упру-гости различных чувствительных элементов: мембраны, пружины, силь-фона.

Упругая деформация чувствительного элемента – величина, про-порциональная измеряемому давлению.

Жидкостные дифманометры разделяются на трубные, поплавковые, кольцевые и колокольные. Трубные дифманометры бывают двухтруб-ными (U-образными) и однотрубными (с сосудом и вертикальной трубкой и с сосудом и наклонной трубкой, служащей для увеличения точности отсчета при измерении малых величин). Действие двухтрубного дифмано-метра (рис. 4.3) основано на использовании сообщающихся сосудов, заполненных жидкостью, столб которой одновременно является гидравли-ческим затвором и создает гидростатическое давление, противодействую-щее измеряемому.

Один конец заполненной жидкостью U-образной трубки соединяют с замкнутым пространством, в котором нужно измерить избыточное давле-ние р_изб, а второй остается открытым. Разность уровней жидкости в трубках показывает избыточное давление:

,                             (4.3)

где р_абс, р_бар – абсолютное и атмосферное давление соответственно;
h – разность уровней жидкости; ρ – плотность заполняющей жидкости;
g – ускорение свободного падения. Уравнение для однотрубного диф-манометра с сосудом и вертикальной трубкой (рис. 4.4) аналогично уравнению для двухтрубного дифманометра.

Величина перемещения жидкости в трубке однотрубного дифмано-метра прямо пропорциональна измеряемому перепаду давлений и зависит от соотношения квадратов диаметров или площадей сечения трубки и сосуда: f / F = d ²/ D ².

Для исключения погрешности шкала изготавливается с делениями меньше 0,9 мм. Предел измерений U-образных дифманометров до 93 кн/м² при давлении среды составляет 15 Мн/м². Точность отсчета в двух трубках ±1 мм.

Поплавковый дифманометр по принципу действия аналогичен однотрубному с сосудом и вертикальной трубкой, только для измерения служит поплавок, передающий изменение уровня жидкости в сосуде на стрелку прибора. Диапазон измерения перепадов давления 0÷133 кн/м² при давлении среды до 16 Мн/м². Основная приведенная погрешность
±1,5÷2 %.

 

Рис. 4.3. Двухтрубный U-oбразный дифманометр	Рис. 4.4. Дифманометр с сосудом и вертикальной трубкой

 

Кольцевой дифманометр (рис. 4.5) имеет чувствительный элемент в виде полого кольца с перегородкой. В нижней части кольца, заполненного жидкостью (водой, маслом, ртутью), укреплен компенсационный груз. При p ₁ = p ₂ уровень жидкости в обеих частях кольца одинаков, а центр тяжести груза находится на вертикальной оси, проходящей через центр кольца.
Если p ₁ > p ₂, то жидкость в левой части опустится, а в правой поднимется. Усилие, создаваемое действием разности давлений на перегородку, вызывает момент, стремящийся повернуть кольцо по часовой стрелке.

Предел измерения перепадов давлений:

для низкого давления (с водяным заполнением) до 1,6 кн/м² при давлении среды до 150 кн/м²;

для среднего (с ртутным заполнением) – до 33 кн/м² при давлении среды 3,2 Мн/м².

Основная приведенная погрешность ±0,5÷1,5 %.

Колокольный дифманометр (рис. 4.6) представляет собой колокол, погруженный в жидкость и перемещающийся под влиянием разности давлений колокола. Противодействующая измеряемому давлению сила создается утяжелением колокола (гидростатическое уравновешивание) или деформацией пружины, на которой подвешивается колокол (механическое уравновешивание). Диапазон измерения перепада давлений составляет 40 н/м² – 4 кн/м² при давлении среды 10 кн/м² – 0,3 Мн/м².

 

Рис. 4.5. Схема кольцевого дифманометра	Рис. 4.6. Схема колокольного дифманометра

 

Механические дифманометры разделяются на мембранные с плоской упругой металлической мембраной (рис. 4.7), с неметаллической мембраной и сильфонные.

 

 

Рис. 4.7. Дифманометр с упругой мембраной

и электрической передачей показаний

 

В мембранных дифманометрах упругая металлическая мембрана прогибается под влиянием измеряемого давления, и давление определяют по величине прогиба. В некоторых конструкциях дифманометра мембрана служит только для разделения камер. Противодействующую силу при деформации создает спиральная пружина, которая разгружает мембрану. Некоторые мембранные дифманометры имеют защиту от односторонней перегрузки и могут применяться для измерения не только перепадов, но и избыточных давлений.

Мембранные дифманомеры имеют верхний предел измерения от 1,6 кПа до 0,63 МПа при статическом давлении 6,3; 25 и 63 МПа, класс точности дифманометров 1; 1,5.

Основная приведенная погрешность ±1,5 %. Дифманометры с неметаллическими мембранами (из резины и подобных материалов) имеют только цилиндрическую спиральную пружину, не воспринимают изгибающих моментов и сжимающих усилий и работают исключительно на растяжение. Для увеличения перемещения они изготавливаются гофрированными и имеют жесткий центр, образованный двумя металлическими дисками. Предел измерения перепада давлений до 133 кн/м² при давлении среды до 6,4 Мн/м². Основная приведенная погрешность ± 1÷2 %.

Сильфонные дифманометры имеют чувствительный элемент – гофрированную металлическую коробку (сильфон) с тарированной цилиндрической спиральной пружиной. Сильфон разделяет полость дифманометра на две камеры. Большее давление подводится в полость над сильфоном, а меньшее – внутрь. Под действием разности давлений сильфон прогибается на величину, пропорциональную измеряемому давлению. Предел измерений до 25 кн/м² при давлении среды до 32 Мн/м². Основная приведенная погрешность ±(0,5 – 1) %.