Каталог
Ваш город: Москва другой город
+7 (495) 730-20-20, +7 (800) 1000-818 пн - пт, с 9:00 до 17:30 info@jumas.ru
Выберите город:

Россия

Москва Волгоград Екатеринбург Иркутск Йошкар-Ола Казань Краснодар

 

Красноярск Кемерово Кострома Нижний Новгород Пенза Самара Саратов

 

Саранск Тюмень Хабаровск Чебоксары Ярославль

Казахстан

Актау Алматы

Беларусь

Минск

Украина

Киев
Наши издания
«Механические приборы измерения и контроля давления» «Манометры»
Автор: Юрий Владимирович Мулёв, генеральный директор НПО «ЮМАС», доктор технических наук, профессор.

2.1.2. Виды и материалы упругих чувствительных элементов

 В качестве упругих чувствительных элементов в механических приборах измерения и контроля давления манометрических приборов наиболее часто используются (рис. 2.2):

  • одновитковая трубчатая пружина (трубка Бурдона);
  • многовитковая пружина;
  • винтовая пружина;
  • спиральная пружина;
  • упругая мембрана как плоская, так и гофрирован-
    ная или мембрана вялая с жестким центром и без него;
  • мембранная коробка (коробчатая мембрана) или сильфон.
рис 2.2.jpg

Рис. 2.2. Типы упругих чувствительных элементов манометрических приборов: а – одновитковая трубчатая пружина; б – многовитковая трубчатая пружина; в – винтовая трубчатая пружина (геликоид); г - спиральная пружина; д – упругая мембрана как  плоская,  так и гофрированная,  вялая с жестким  центром и без него; е – мембранная коробка; ж – сильфон

Выбор между трубчатой пружиной, сильфоном и мембраной базируется на анализе следующих основных критериев:

· величина перемещения рабочей точки деформационного преобразователя при воздействии измеряемого давления и развиваемое тяговое усилие;

· минимальная остаточная деформация УЧЭ и работоспособность в диапазоне допустимых напряжений;

· минимальная металлоемкость и технологичность изготовления.

Одновитковые трубчатые пружины(рис.2.2а и 2.3а), называемые зачастую по имени владельца первого патента трубками Бурдона и изготавливаемые с плоскоовальной и эллиптической формами поперечного сечения - являются наиболее распространенными чувствительными элементами показывающих манометров для малых и средних давлений. Другие формы поперечного сечения УЧЭ, применяемые в практике манометрии, более детально представлены в разделе 2.2.1.

Многовитковые, объединяющие под своим названием 1,5- и 2,5-витковые трубчатые пружины, производятся из круглых трубок (рис. 2.2б и 2.3б) с практически не контролируемым профилем изгиба. Наиболее широко применяются в показывающих манометрах высоких и сверхвысоких давлений.

Винтовая трубчатая пружина (геликоид) (рис.2.2в), которой свойственны большие перемещения свободного конца, нашла применение в качестве чувствительного элемента в самопишущих приборах. В большинстве приборов изготавливается из плоскоовальных трубок. 

Спиральная пружина (рис.2.2г и 2.3в) выполняется из плющенной трубы и используется наиболее часто в качестве чувствительного элемента манометров-индикаторов с малыми диаметрами корпусов – 20…40 мм. Такие преобразователи успешно используются некоторыми производителями в конструкциях манометрических термометров.

Трубчатые чувствительные элементы по сравнению с сильфонами, мембранами и мембранными коробками  из-за существенно различающейся эффективной площади обладают малой тяговой силой. В производимых показывающих манометрических приборах эффективная площадь деформационных чувствительных элементов выбирается как достаточная для преодоления сопротивления со стороны передаточного механизма, вызываемого силами трения в посадочных гнездах осей вращения трибки и сектора, инерционностью массы указательной стрелки, а также для преодоления противодействия волосковой спиральной пружины.

Мембраны (рис. 2.2д, 2.3г) широко применяются в качестве чувствительных элементов приборов, измеряющих низкие значения давления. При малых и средних давлениях мембраны нашли применение в конструкциях приборов (раздел 2.3.1) для измерения давления вязких и загрязненных сред. Мерой давления в таких приборах является прогиб центра мембраны, трансформируемый на указательную стрелку с помощью различных механизмов.

Мембраны могут также выполнять роль разделительной перегородки в специальных устройствах (разделителях), применяемых в комплекте с общепромышленными приборами, для измерения давления сред с особыми физическими свойствами, например агрессивных,   кристаллизующихся, высоковязких. Конструкции разделителей представлены в разделе 5.1.

Измерители низкого давления, такие как напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, также функционируют на основе мембран (рис. 2.2г), мембранных коробок
(рис. 2.2д) или сильфонов (рис. 2.2е).

Сильфоны (рис.2.2е) представляют собой осесимметричную трубчатую гофрированную оболочку. Наличие гофров обеспечивают под воздействием давления значительные перемещения. Такие устройства могут обеспечивать существенные тяговые усилия. Сильфоны нашли применение, как отмечалось выше, в приборах измерения малых давлений, а также дифференциальных манометрах, разделителях.

фото из разд 2.1.jpg

а)

фото из разд 2.1-1.jpg

б)

             

фото из разд 2.1-2.jpg   2.3г.jpg

в)                                                               г)

Рис. 2.3. Вид пружинных чувствительных элементов: а – трубчатые одновитковые пружины Бурдона; б – многовитковые чувствительные элементы; в – спиральный чувствительный элемент; г – упругая плоская мембрана 

При выборе измерительного средства необходимо обращать внимание на материал упругого элемента, его инертность по отношению к измеряемой среде, физические свойства анализируемой среды, геометрию чувствительного элемента прибора, конструкцию измерительного прибора. Так, например, несовместимы медные сплавы с аммиачной средой. Ряд сред проявляют агрессивность даже по отношению к нержавеющей стали. К большим погрешностям также могут приводить измерения быстро изменяющегося давления высоковязкой среды с прибором с установленным демпферным устройством. Кристаллизующиеся, а также изменяющие текучесть или даже фазовое состояние жидкости могут нарушить функционирования трубчатой пружины или коробчатой мембраны измерителя и сделать невозможным их последующее использование.

Трубчатые пружины являются чувствительными элементами наиболее распространенных показывающих манометрических приборов. Простота конструкции, высокая надежность в работе, относительно низкая себестоимость изготовления, удобство в эксплуатации предопределили их широкое распространение.

Материалы, применяемые большинством производителей манометрических приборов, следующие:

-          для общепромышленных приборов – медные сплавы

ЛАНКМц, Л63, CuSn8, CuBe2 и др.;

- для приборов имеющих контакт с агрессивной измеряемой средой – 36НХТЮ, 42НХТЮ, 1.4571 (316) и др.

    Следует отметить, что некоторые отечественные приборостроительные предприятия широко применяют марки сплавов ЛАНКМц и Л63 из-за их невысокой стоимости. Но, к сожалению, качество заготовок для трубчатых пружин оставляет желать лучшего. Так, например, заготовки отечественного производителя трубок для чувствительных элементов даже для высоких давлений в ряде случаев при незначительной формовке растрескивались по производственному шву.

    Кроме того, ГОСТ 2405-88 [2-5] регламентирует работу манометрических приборов, изготовленных из вышеуказанных сплавов в диапазоне температур –50.. +50 оС окружающего воздуха и измеряемой среды. Понятно, что при установлении  диапазона температур для точного функционирования прибора в первую очередь учитываются свойства упругого чувствительного элемента.

    В соответствии с ГОСТ 10994-74 [2-6] детали, произведённые из сплава марки 42НХТЮ, могут работать при температуре до 100 оС, в то время как сплав  36НХТЮ обеспечивает работоспособность до 250 оС.

    Таким образом, в условиях конкуренции на современном производстве манометрических приборов необходимо повышать как качество производства приборов, так и качество используемых комплектующих. Вполне естественно, что со временем свойства металла морально устаревают и на его смену приходят более новые, с улучшенными свойствами и качествами. Поэтому при производстве общетехнических приборов необходимо использовать медный сплав марки CuSn8, а для приборов устойчивых к воздействию агрессивной среды – 36НХТЮ или европейский сплав 1.4571.

   Кроме того, латунь имеет меньшую температуру плавления по сравнению с медью, бронзой и нержавеющей сталью, поэтому будет разумным использование чувствительных элементов из латуни до 100-120 оС. Но для более чёткого и ясного представления температурных возможностей данных сплавов необходимо провести исследования на воздействие температуры измеряемой и окружающей сред.

     Более детальное описание материалов, применяемых для изготовления УЧЭ, представлено в /2-3,2-7,2-8 и др./.


Наверх