Диференциални манометри - книгата "МАНОМЕТРИ" от NPO "UMAS"
Манометри диференциални силфонни показващи (диференциални манометри) тип DSP-160 са широко използвани в ОНД. Принципът на тяхното действие се основава на деформацията на два автономни силфонни блока, които са под въздействието на "плюс" и "минус" налягане. Тези деформации се превръщат в движение на показалеца на устройството. Движението на стрелката се извършва до установяване на баланс между маншона "плюс", от една страна, и "минуса" и цилиндричната пружина, от друга.
Силфони "плюс"1и "минус"2(фиг. 2.23,b) са свързани помежду си с прът3, функционално свързан с лоста4, който от своя страна е фиксиран неподвижно върху оста на торсионния изход5. Към края на пръта на изхода на "минус" силфона е закрепена цилиндрична пружина6, фиксирана от долната основа върху компенсатора7и работеща на опън. Всяко номинално диференциално налягане съответства на определена пружина.
Маншонът "плюс" се състои от две части. Първата му част (компенсатор7, състоящ се от три допълнителни гофри и равнинни клапани8) е предназначена да намали температурната грешка на устройството поради промяна в обема на пълнителя поради променящата се температура на околната среда. Когато температурата на околната среда и съответно работният флуид се промени, нарастващият му обем преминава през плоския клапан на техническия манометър във вътрешната кухина на силфона. Втората част на маншона "плюс" е работеща и е идентична по конструкция с маншона "минус".
Към основата9са закрепени "плюс" и "минус" маншони, върху които са монтирани капаци10и 11, образуващи заедно с маншони“плюс” и “минус” камери със съответните входове за налягане 12p +иp –.
Фиг. 2.23. Диференциален маншонен габарит:
а– схема за задвижване на стрелката;b– блок на първична трансформация;1– „положителен” маншон;2– „отрицателен“ маншон;3– стъбло;4– лост;5– торсионен изход;6– винтова пружина;7– компенсатор;8– пластинчат клапан;9– основа;10и11– корици;12– входен фитинг;13– маншет;14– дроселиращ канал;15– клапан;16– лостова система;17– трико-секторен механизъм;18– стрелка;19– регулиращ винт;20– опъваща пружина;21– корк;22- уплътнителен гумен пръстен
Вътрешните обеми на маншона, както и вътрешната кухина на основата9са запълнени с: течност PMS-5 за нормални и устойчиви на корозия версии; състав PEF-703110 - в кислородна версия; дестилирана вода - във версията за хранително-вкусовата промишленост и течност PMS-20 - за газовата версия.
В конструкции на диференциални манометри, предназначени за измерване на налягането на газа, на стеблото се поставя маншет13, движението на средата се организира през дроселиращ канал14. Чрез регулиране на размера на проходния канал с помощта на клапан15се осигурява степента на затихване на измервания параметър.
Диференциалният манометър работи по следния начин. Среди с "положително" и "минус" налягане влизат през входните фитинги съответно в "плюс" и "минус" камери. "Плюс" налягането влияе в по-голяма степен на маншона1, компресирайки го. Това води до изтичане на течността вътре в "минус" маншона, коеторазтяга и отпуска спиралната пружина. Такава динамика възниква докато силите на взаимодействие между "плюс" маншон и двойката - "минус" маншон - спирална пружина се балансират. Мярката за деформация на маншона и еластичното им взаимодействие е преместването на пръта, което се предава на лоста и съответно на оста на торсионния изход. На тази ос (фиг. 2.23,а) е фиксирана лостова система16, която осигурява прехвърлянето на въртене на оста на торсионния изход към механизма на зъбно колело17и стрелката18. По този начин ударът върху един от силфоните води до ъглово изместване на оста на торсионния изход и след това до завъртане на индексната стрелка на устройството.
Регулиращият винт19и опъващата пружина20регулират нулевата точка на устройството.
Запушалките21са предназначени за продухване на импулсни линии, промиване на измервателните кухини на силфонния блок, източване на работната среда, запълване на измервателните кухини с разделителна течност при пускане на устройството в експлоатация.
При едностранно претоварване на една от камерите, силфонът се компресира и прътът се движи. Клапанът под формата на уплътнителен гумен пръстен22се намира в гнездото на основата, блокира изтичането на течност от вътрешната кухина на силфона и по този начин предотвратява неговата необратима деформация. При кратки претоварвания разликата между налягането "плюс" и "минус" върху силфонния блок може да достигне 25 MPa, а при някои видове устройства не надвишава 32 MPa.
Устройството може да се произвежда както в общотехническо, така и в амонячно (А), кислородно (К), устойчиво на корозия хранително (Pp) изпълнение.
Устройствата, базирани на мембрани и мембранни кутии, са доста широко разпространени. В една от опциите (фиг. 2.24)мембранната кутия1, вътре в която влиза "положително" налягане през входния фитинг на държача2, е чувствителен елемент на диференциалния манометър. Под въздействието на това налягане подвижният център на мембранната кутия се измества.
Фиг. 2.24. Диференциален манометър на базата на диафрагмена кутия:
1– мембранна кутия;2– държач за положително налягане;3– държач за отрицателно налягане;4– тяло;5– предавателен механизъм;6– стрелка;7– циферблат
„Минусовото“ налягане през входния фитинг на държача3се подава в херметизирания корпус4на устройството и действа върху мембранната кутия отвън, създавайки съпротивление на движението на подвижния й център. Така наляганията "плюс" и "минус" се балансират взаимно, а движението на подвижния център на мембранната кутия показва големината на диференциала - диференциално налягане. Това изместване се предава чрез предавателен механизъм към стрелката6, която на скалата на циферблата7показва измереното диференциално налягане.
Диапазонът на измереното налягане се определя от свойствата на мембраните и като правило е ограничен в диапазона от 0 до 0,4 ... 40 kPa. В този случай класът на точност може да бъде 1,5; 1.0; 0,6; 0,4, а в някои устройства 0,25.
Задължителната структурна херметичност на корпуса определя високата защита срещу външни въздействия и се определя основно от нивото на IP66.
Берилий и други бронзи, както и неръждаема стомана, се използват като материал за чувствителни елементи на устройства, медни сплави, устойчиви на корозия сплави, включително неръждаема стомана, се използват за фитинги, трансмисионни механизми.
Могат да се правят устройствав случай на малък (63 mm), среден (100 mm) и голям (160 mm) диаметър.
За измерване на малки стойности на диференциално налягане се използват мембранни уреди за диференциално налягане (фиг. 2.25-2.27), както и устройства с мембранни кутии. Отличителна черта е стабилната работа при високо статично налягане.
Диференциален манометър с вертикална мембрана (фиг. 2.25) се състои от "плюс"1и "минус"2работни камери, разделени от чувствителна гофрирана мембрана3. Под въздействието на натиск мембраната се деформира, в резултат на което нейният център се премества заедно с предавателната пръчка4, фиксирана върху нея. Линейното преместване на пръта в трансмисионния механизъм5се преобразува в аксиално въртене на зъбното колело и съответно стрелката, отчитайки измереното налягане по скалата на уреда.
Фиг. 2.25. Мембранни диференциални манометри с вертикална диафрагма:1– “плюсова” камера;2– “минус” камера;3– чувствителна гофрирана мембрана;4– предавателна щанга;5– предавателен механизъм;6- предпазен клапан
Осигурен е отварящ се предпазен клапан6, за да поддържа чувствителния силфон в действие, когато максимално допустимото статично налягане е превишено. Освен това дизайнът на тези клапани може да бъде различен. Съответно такива устройства не могат да се използват, когато не е разрешен контакт между медиите от камерите "плюс" и "минус".
Фиг.2.26. Мембранен диференциален манометър с хоризонтална диафрагма:1– “плюсова” камера;2– “минус” камера;3– входен блок;4- чувствителна гофрирана мембрана;5– тласкач;6– сектор;7– племе;8– стрелка;9– циферблат;10– разделителен маншон
Диференциален манометър с хоризонтална чувствителна мембрана е показан на фиг. 2.26. Входящият блок3се състои от две части, между които е монтирана нагъната мембрана4. В центъра му е фиксиран тласкач 5, който предава движение от мембраната, през сектора6, пиньона7към стрелката8. В тази предавателна връзка линейното движение на тласкача се преобразува в аксиално въртене на стрелката8, която проследява измереното налягане върху скалата на циферблата9. В тази конструкция се използва силфонна система за отстраняване на тласкача от зоната на работното налягане. Разделителният маншон10с основата си е херметично закрепен към центъра на чувствителната мембрана, а горната му част също е херметично закрепена към входния блок. Този дизайн елиминира контакта между измерваното и околната среда.
Конструкцията на входния блок осигурява възможност за промиване или продухване на камерите "плюс" и "минус" и осигурява използването на такива устройства за работа дори в замърсена работна среда.
В конструкцията на устройството, показано на фиг. 2.27. Измерените потоци на средата са насочени към "плюс"1
Фиг.2.27. Мембранен двукамерен показващ диференциален манометър:
1– “плюс” камера;2– “минус” камера;3– предавателна щанга;4– сектор;5– племе;6– рокер
и "минус"2работни камери, чиито основни функционални елементи са независими чувствителни мембрани. Преобладаването на едно налягане над друго води до линейно движение на предавателния прът3, което чрезкобилицата6се предава съответно на сектора4, пиньона5и стрелковата система за индикация на измервания параметър.
Диференциалните манометри с двукамерна измервателна система се използват за измерване на ниски диференциални налягания при големи статични натоварвания, вискозни среди и среди с твърди включвания.
Фундаментално различен показващ диференциален манометър е показан на фиг. 2.28. Ротационен магнит1, на края на който е монтирана стрелка2, е поставен в корпус3от немагнитен метал. Магнитното бутало, уплътнено с PTFE уплътнение5, може да се движи в работния канал6. Магнитното бутало4от страната на налягането „минус“ се поддържа от щепсела7, който от своя страна се притиска от диапазонната пружина8.
Фиг. 2.28. Диференциален манометър с магнитен преобразувател:
1– въртящ се магнит;2– стрелка;3– тяло;4– магнитно бутало;5– PTFE жлеза;6– работен канал;7– корк;8– пружина на диапазона;9– блок електрически контакти
Средата под налягане действа върху магнитното бутало през съответния входен фитинг и го измества заедно със запушалката7по канала6, докато това изместване се балансира от противоположните сили - "минус" налягане и диапазонна пружина. Движението на магнитното бутало води до аксиално въртене на въртящия се магнит и съответно стрелката. Това изместване е пропорционално на движението на стрелката. Пълната координация се постига чрез избор на еластичните характеристики на пружината.
В диференциалния манометър с магнитен преобразувател е предвиден блок9, който затваря и отваря съответните контакти при преминаване близо до магнитното си бутало.
Устройствата с магнитен преобразувател са устойчиви на статично налягане (до 10 MPa). Те осигуряват относително ниска грешка (около 2%) в работния диапазон до 0,4 MPa и се използват за измерване на налягането на въздух, газове и различни течности.