Принцип работы трубки бурдона. Трубка Бурдона: подробно простым языком. Правильно ли это объяснение

Практическая работа

Цель работы: изучение пружинных манометров типа ОБМ (устройство, принцип действия, работа).

Пружинный манометр типа ОБМ

Манометр (от греческого manos - редкий, неплотный и metreo-измеряю) - прибор для измерений избыточного давления (давления выше атмосферного) паров, газов или жидкостей, заключенных в замкнутом пространстве. Разновидностью манометра является вакуумметр - прибор для измерений давления, близкого к нулю и мановакуумметр прибор для измерений разряжения и избыточного давления.

Самыми популярными у потребителей являются манометры с трубкой Бурдона или деформационные манометры, конструкцию которых придумал Э. Бурдон в 1849г.

Трубка Бурдона - главный конструктивный элемент манометра, его чувствительный элемент, являющийся первичным преобразователем давления.

Трубка Бурдона выполнена обычно из латуни или фосфористой бронзы, имеет на низкие давления форму полукруга, на средние и высокие давления форму витка. Одним концом трубка соединена с входным штуцером манометра, который является присоединительным элементом к измеряемой среде а второй конец запаян и расположен консольно. Путем применения трубок более сложной формы (спиральной, винтообразной) можно получать приборы с большей чувствительностью, но меньшим пределом измерения.

Принцип действия деформационных манометров.

Под давлением среды консольно расположенный конец трубки Бурдона перемещается - трубка старается распрямиться. Величина этого перемещения пропорциональна величине давления.

Несложная рычажно-зубчатая передача приводит в движение стрелку, указывающую на шкале прибора величину давления. Такое устройство имеют большинство манометров отечественных марок МП, МТП, ДМ ТМ, М 3/1, ОБМ, МТИ, МПТИ, МО, немецкие манометры Wika 111.10, 111.12, 213.53, RCh, RСhg, RChgG и манометры других производителей.

Общий вид пружинного манометра типа ОБМ показан на рис.1.

Рисунок 1 – Пружинный манометр типа ОБМ

Рисунок 2 - Схема устройства манометра с трубкой Бурдона

1-трубка Бурдона, 2-тяга передаточного механизма, 3-зубчатый сектор, 4-стрелка, 5-штуцер

В качестве чувствительных элементов у манометров ис­пользуются трубчатые пружины. Как видно из рис. 3, один конец трубчатой пружины 3 переходит в штуцер 7 для восприятия измеряемого давления. Под действием давления свободный конец манометрической трубки 5 будет деформи­роваться (изгибаться), причем величина упругой деформации пропорциональна измеряемому давлению. В силу этого со­отношения измерительная стрелка 1 за счет перемещения кинематического узла (трибка 2 - сектор 4 - поводок 6) показывает относительно шкалы прибора истинное значение измеряемого давления.

Рисунок 3 – Кинематическая схема манометра с трубкой Бурдона

1-стрелка, 2- трибка, 3 – пружина, 4-зубчатый сектор, 5-датчик давления (манометрическая трубка), 6-поводок, 7-штуцер

Пружинные показывающие и самопишущие манометры ремонтируются силами ремонтных служб метрологического подразделения. Для этого на специальном участке рабочие места должны быть оборудованы резервными стеклами стан­дартного ряда диаметром 60, 100, 160 и 250 мм, стандартны­ми шкалами, специальными съемниками для демонтажа из­мерительных стрелок с осей приборов; струбцинами для крепежа деталей манометров, набором лерок для восстановления забитых резьб штуцеров М 20X1,4, приспособлениями для вычерчивания шкал, наборами пинцетов и часовых луп, на­борами газовых горелок малой величины для пайки чувстви­тельных элементов (пружин).

Наиболее трудоемкими операциями является замена чув­ствительного элемента (трубки) манометра и регулировка кинематического звена «сектор - трибка» (см. рис. 3).

Замену чувствительного элемента прибора производят после его использования для замера давления, превышающе­го максимальное. В результате этого трубка растягивается, возникает остаточная деформация, не подлежащая ремонту. Для ремонта такого прибора производят его полную разбор­ку, штуцер 7 закрепляют в тиски и с помощью газовой горелки демонтируют трубку 5 из платы. После оплавления припоя неисправную трубку извлекают пассатижами, а на ее место после зачистки поверхности устанавливают аналогич­ную манометрическую пружину (на заданный предел измере­ния давления). Место пайки обрабатывают растворителем - канифолью с ацетоном (спиртом) или соляной кислотой.

Измерение давления производится с помощью чувствительного элемента - трубки Бурдона, диафрагмы, столба жидкости, тензодатчика и т.д. Наиболее распространены следующие приборы измерения давления:

• U-образная трубка
• Пружинный манометр на основе трубки Бурдона
• Диафрагменный манометр
• Диафрагменный датчик давления
• Тензометрический датчик давления
• Сильфонный датчик давления
• Пьезо-электрический датчик давления

Рассмотрим принцип действия манометров разных типов.

Как работает пружинный манометр?

Чувствительным элементом пружинных манометров является трубка Бурдона - полая латунная трубка эллиптического или овального сечения, согнутую по дуге и запаянная с одного конца. Другой конец трубки соединяется со штуцером манометра, таким образом внутренняя полость трубки сообщается с областью, в которой измеряется давление.

Давление действует на внутреннюю поверхность трубки Бурдона. Из-за разности площадей, на которые воздействует давление среды, трубка будет стремиться распрямиться. Получается, что при увеличении давления латунная трубка разгибается, а, при уменьшении - сгибается. Это приводит к перемещению запаянного конца трубки, который через тягу соединен с зубчатым сектором, воздействующим на шестерню со стрелкой. Положение стрелки с помощью нанесенной на прибор шкалы интерпретируется в величину показаний избыточного давления.

Манометры на основе трубки Бурдона способны измерять давление до сотен МПа, и широко применяются в гидроприводе, пневмоприводах, системах отопления водоснабжения.

Для чего манометр заполняют глицерином?

Для снижения вибраций и колебаний, при наличии пульсаций, скачкообразных изменениях давления, манометр заполняют демпфирующей жидкостью - глицерином, а давление к чувствительному элементу подводится через .

Что такое образцовый манометр

Образцовый манометр - прибор для измерения давления с высокой точностью, он предназначен для испытаний, тарировки, поверки, калибровки других манометров или датчиков давления, для измерения точного измерения давления, например при проведении научно-исследовательских экспериментов, осуществления тарировки, поверки других манометров.

Образцовые манометры обычно имеют устройства дополнительной настройки и корректировки, например может быть предусмотрена возможность температурной корректировки. К механизмам образцовых манометров предъявляются высокие требования они изготавливаются с высокой точностью.

Образцовые манометры показывают давление с высокой точностью, а диаметр шкалы у этих манометров больше, чем у обычных приборов. Диаметр образцовых манометров с 0,4 составляет 160 мм, а с классом точности 0,15 или 0,25 - 250 мм.

Как устроен диафрагменный манометр?

В качестке чувствительного элемента в диафрагменном манометре используется мембрана, которая воздействует на механизм, соединенный со стрелкой. Подводимое к манометру измеряемое давление деформирует мембрану, которая в свою очередь заставляет перемещаться стрелку.

Диапазон измерения диафрагменного манометра зависит от жесткости и площади мембраны.

Диафрагменные манометры пригодны для работы с агрессивными средами, их используют для измерения давления в:

• Цементных и бетонновых насосах
• Системах транспортировки сточных вод
• На коксовом производстве

Параметры манометров

При выборе манометров следует учитывать следующие параметры:

• Среда, в которой измеряется давление
• Область применения
• Класс точности манометра
• Диаметр, согласно ГОСТ 2405-88. "Манометры, вакуумметры, мановакуумметры" выпускаются манометры диаметром 40, 50, 63, 100, 160, 250 миллиметров
• Предел измерений
• - МПа, Бар, Кгс/см 2
• Материал корпуса
• Наличие фланца
• Присоединительная резьба штуцера
• Расположение штуцера - радиальное или осевое

На манометре может быть нанесено несколько шкал, для измерения давления в различных единицах.

На представленном манометре нанесены шкалы для измерения давления в МПа и psi. Прибор показывает давление 250 Bar или 3500 psi.

Условное обозначение манометров

В обозначении прибора указывается:

1. Функциональное назначение прибора
   • ДМ - манометр;
   • ДВ - вакуумметр;
   • ДА - мановакуумметр;
   • ДТ - тягомер;
   • ДН - напоромер;
   • ДГ - тягонапоромер.
2. Серийный или порядковый номер манометра
3. Величина измеряемого давления
4. Единицы измерения
5. Класс точности

Например, для манометра с порядковым номером 0001, пределом 100, единицей измерения МПа, классом точности 1, обозначение будет выглядеть:

Производители манометров могут устанавливать свои правила маркировки, однако принцип обозначения и основные параметры, указываемые в шифре остаются аналогичными тем, что показаны в примере.

Манометр (от греческого manos – редкий, неплотный и metreo-измеряю) – прибор для измерений избыточного давления (давления выше атмосферного) паров, газов или жидкостей, заключенных в замкнутом пространстве. Разновидностью манометра является вакуумметр – прибор для измерений давления, близкого к нулю и мановакуумметр прибор для измерений разряжения и избыточного давления.

Самыми популярными у потребителей являются манометры с трубкой Бурдона или деформационные манометры, конструкцию которых придумал Э. Бурдон в 1849г.
Трубка Бурдона – главный конструктивный элемент манометра, его чувствительный элемент, являющийся первичным преобразователем давления.
Трубка Бурдона выполнена обычно из латуни или фосфористой бронзы, имеет на низкие давления форму полукруга, на средние и высокие давления форму витка. Одним концом трубка соединена с входным штуцером манометра, который является присоединительным элементом к измеряемой среде а второй конец запаян и расположен консольно. Путем применения трубок более сложной формы (спиральной, винтообразной) можно получать приборы с большей чувствительностью, но меньшим пределом измерения.

Принцип действия деформационных манометров.

Под давлением среды консольно расположенный конец трубки Бурдона перемещается – трубка старается распрямиться. Величина этого перемещения пропорциональна величине давления.
Несложная рычажно-зубчатая передача приводит в движение стрелку, указывающую на шкале прибора величину давления. Такое устройство имеют большинство манометров отечественных марок МП, МТП, ДМ ТМ, М 3/1, ОБМ, МТИ, МПТИ, МО, немецкие манометры Wika 111.10, 111.12, 213.53, RCh, RСhg, RChgG и манометры других производителей.

Схема устройства манометра с трубкой Бурдона

1-трубка Бурдона, 2-тяга передаточного механизма, 3-зубчатый сектор, 4-стрелка, 5-штуцер

Кроме стрелочных манометров, широко применяются бесшкальные манометры (имеющие подобную схему устройства) МЭД с унифицированными электрическими выходными сигналами, используемые в системах контроля, автоматического регулирования и управления различными технологическими процессами.
Существенным недостатком деформационных манометров является гистерезис.
Суть явления: деформируемый элемент трубка Бурдона, подвергнутый воздействию высокого давления, при последующих измерениях будет давать несколько завышенные показания. То же относится и к вакуумметру, который после откачки до глубокого вакуума будет, напротив, занижать показания. Учитывая, что система вакуумного насоса работает в диапазоне давлений от атмосферного до 0,133 Па (10 в -3 мм рт. ст.), такие перепады будут отрицательно сказываться на точности деформационного манометра.

Для предотвращения повреждения деформационных манометров из-за значительных перепадов давления в измерительных системах предусматривается кран или клапан, отключающий прибор в промежутках между измерениями.

Трубка Бурдона - эластичный элемент в контрольно-измерительных приборах, позволяющий контролировать давления всех уровней, применяемых в промышленности. Она улавливает изменения давления и преобразуют эти изменения в механическое движение. Трубка Бурдона обычно подсоединена к манометру, с помощью которого и отображается изменение давления на градуированной шкале.

Трубка Бурдона не является самостоятельным измерительным прибором, но вспомогательным элементом, который устанавливается в измерительный прибор. Она позволяет создать перепад давления, необходимый для измерения расхода потока жидкости, газа или пара. Манометры с трубкой Бурдона являются самыми распространенными измерительными приборами по причине своей низкой стоимости, универсальности и высокой надежности.

Изготавливается из различных металлов, в том числе из бронзы, латуни, нержавеющей стали. Выбора материала обусловлен средой применения и уровнем измеряемого давления: чем выше давление, тем прочней материал.

Принцип работы трубки Бурдона

Один конец С-образной трубки Бурдона открыт, второй, именуемый наконечником - закрыт. Открытый конец соединяется с муфтой, имеющей впускное отверстие внутрь трубки. Источник давления подсоединяется к муфте, таким образом давление идет от источника через впускное отверстие и попадает в трубку.

При приложении давления трубка Бурдона приходит в движение. В зависимости от конструкции элемента и вида приложенного давления трубка стремится либо выпрямиться, либо свернуться спиралью. Правда, смещение наконечника при приложении давления незначительно, в большинстве случаев оно составляет не более одного сантиметра. При этом величина смещения наконечника пропорциональна величине приложенного давления. Манометр, с которым соединен наконечник, преобразует это небольшое смещение наконечника в движение стрелки, которое может быть считано.

Виды трубок Бурдона

Помимо С-образной трубки Бурдона существует спиральная трубка Бурдона, принципиальное устройство которой то же, что и у С-образной, за исключением того, что трубка в данном случае имеет форму спирали.

Такая намотка делает возможным распрямление трубки в большей степени, чем С-образной. В конечном итоге смещение наконечника трубки при приложении давления больше, чем у С-образной. Поскольку для некоторых измерительных приборов требуется большее смещение, чем у С-образной трубки, такое увеличение с использованием спиральной трубки считается преимуществом.

Также существует винтовая трубка Бурдона, конструкция которой очень сходна с конструкцией С-образной и спиральной трубок. Одно основное отличие заключается в следующем: в винтовой трубке витки намотаны винтообразно вплотную друг к другу. Это делает конструкцию трубки значительно более компактной по сравнению с другими, она может использоваться в ограниченном пространстве. Так же, как и спиральная, винтовая трубка имеет большее смещение наконечника по сравнению с С-образной.

Манометр с трубкой Бурдона используется для измерения избыточного давления от 0.6 до 70 бар. Он относится к механическим средствам измерения давления и работает без электропитания.

Трубка Бурдона – это кольцеобразная трубка с овальным сечением. Давление измеряемой среды действует на внутреннюю поверхность трубки и вызывает перемещение незакрепленного конца трубки. Это движение является измерением давления и отображается посредством механизма. Это движение является мерой величины давления и отображается посредством механизма.

Один конец С-образной трубки Бурдона открыт, второй, именуемый наконечником - закрыт. Открытый конец соединяется с муфтой, имеющей впускное отверстие внутрь трубки. Источник давления подсоединяется к муфте, таким образом давление идет от источника через впускное отверстие и попадает в трубку.

При приложении давления трубка Бурдона приходит в движение. В зависимости от конструкции элемента и вида приложенного давления трубка стремится либо выпрямиться, либо свернуться спиралью. Правда, смещение наконечника при приложении давления незначительно, в большинстве случаев оно составляет не более одного сантиметра. При этом величина смещения наконечника пропорциональна величине приложенного давления. Манометр, с которым соединен наконечник, преобразует это небольшое смещение наконечника в движение стрелки, которое может быть считано.

Помимо С-образной трубки Бурдона существует спиральная трубка Бурдона, принципиальное устройство которой то же, что и у С-образной, за исключением того, что трубка в данном случае имеет форму спирали.

Такая намотка делает возможным распрямление трубки в большей степени, чем С-образной. В конечном итоге смещение наконечника трубки при приложении давления больше, чем у С-образной. Поскольку для некоторых измерительных приборов требуется большее смещение, чем у С-образной трубки, такое увеличение с использованием спиральной трубки считается преимуществом.