Измерения давления автомобиля

                                            1 Анализ измерительной задачи

Давление-мера распределения действия силы по поверхности.

Метод измерения - прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Метод измерений реализуется устройством средств измерений.

Средство измерений-техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным.

                                    1.1Характеристика давления

Единица измерения давления - давление, которое производит сила в 1 Н на поверхность в 1 м², действуя перпендикулярно этой поверхности.

Давление газа - газ давит по всем направлениям одинаково, так как молекулы движутся беспорядочно и бьют по стенкам одинаково. При уменьшении объёма газа его давление увеличивается, а при увеличении - уменьшается.

Давление, производимое на жидкость или  газ, передается без изменения в  каждую точку жидкости или газа.

                                1.2 Средства измерения давления

Приборы для измерения давления могут классифицироваться по следующим  характеристикам:

- Виду измеряемого давления

- Принципу действия

- Назначению

- Классу точности

Давление жидкости и газа можно  измерить разными средствами, такими как:

 Манометр - прибор для испытаний поверки, калибровки приборов давления, а так же для точных измерений избыточного давления жидкости и газа.

Сущность действия манометра основана на уравнивании измеряемого давления силой упругой деформации трубчатой  пружины, один конец которой запаян в держатель, а другой через тягу связан с трубкой - секторным механизмом, который преобразует линейное перемещение упругого чувствительного элемента в движение показывающей стрелки. Манометр представлен на рисунке 1.

                                            Рисунок 1- манометр

Вакуумметр - манометр для измерения давления разряженного газа.

По принципу действия можно подразделить на следующие типы:

 Классические - являются обычными манометрами, для измерения малых давлений. В жидкостных вакуумметрах в измерительном колене применяется масло с известной плотностью и по возможности малым давлением пара с тем, чтобы не нарушать вакуум.

 Емкостные - основаны на изменении ёмкости конденсатора при изменении расстояния между обкладками. Одна из обкладок конденсатора выполняется в виде гибкой мембраны. При изменении давления мембрана изгибается и меняет ёмкость конденсатора, которую можно измерить. После градуировки возможно использовать прибор для измерения давлений. Область измеряемых давлений от 1 до 1000 Па.

 Термопарные - принцип действия основан на охлаждении за счёт теплопроводности. Термопара находится в контакте с нагреваемым проводом. Чем лучше вакуум, тем меньше теплопроводность газа, и следовательно выше температура проводника (теплопроводность разрежённого газа прямо пропорциональна его давлению).

 Ионизационные - принцип действия основан на ионизации газа. При понижении давления газа уменьшается число атомов, способных подвергнуться ионизации, и соответственно ионизационный ток, текущий между электродами при данном напряжении. Мановакуумметр - приборы, измеряющие как и вакуумметрическое, так и манометрическое давление. На приборах имеется шкала как и с положительными (абсолютное), так и отрицательными значениями (вакуумметрическое).

Дифференциальный манометр - прибор для измерения перепада давлений, представлен на рисунке 2. Применяется также для измерения уровня жидкостей или их расхода.                

 По устройству различаются:                                                                         Жидкостные дифманометры (трубные, поплавковые, кольцевые и колокольные), в которых измерение осуществляется по высоте столба жидкости. Поплавковый дифманометр представлен на рисунке 2.                                                 

                           Рисунок 2- Дифференциальный манометр

Механические дифманометры (мембранные и сильфонные), в которых измерение осуществляется по упругой деформации чувствительного элемента. Мембранный представлен на рисунке 2. Напоромер - прибор, для измерения малых значений (до 40 кПа) избыточного давления.

                              2 Виды СИ для определения давления

В системе  СИ единицей измерения давления является паскаль, равный одному ньютону на квадратный метр (Н·м-2 или кг·м−1·с-2). Официальное название этой единицы было принято в 1971 году, а до этого давление, согласно СИ, измерялось в Н·м-2. При указании значений давления, в скобках, после единиц измерения, указывается - относительным или абсолютным является значение. Например - 101 кПа (абс.). Такая единица измерения давления, как фунт на квадратный дюйм (psi), до сих пор широко используется в США и Канаде, например, при измерении давления воздуха в шинах. Часто к обозначению этих единиц добавляется буква, которая указывает на точку отсчета измерения: psia для абсолютных значений, psig для относительных, psid для перепада давления, хотя это не приветствуется со стороны Национального института стандартов и технологий. Поскольку традиционно давление измерялось по своей способности изменять высоту столба жидкости в манометре, давление часто измеряется в единицах высоты столба определенной жидкости (например, дюймах водяного столба). Чаще всего используется ртуть (Hg) и вода; вода нетоксична и общедоступна, а плотность ртути позволяет измерять давление при помощи столба меньшего объема (т.е. манометр будет более компактным). Плотность жидкостей и сила тяжести могут изменяться в зависимости от местных факторов, поэтому высота столба жидкости не всегда позволяет измерить давление достаточно точно. Если в настоящее время значение давления указывается где-либо в «миллиметрах ртутного столба» или «дюймах ртутного столба», эти значения не подразумевают существование реального ртутного столба и могут быть представлены в единицах системы СИ. Единицы, основанные на высоте водяного столба, связаны с одним из первоначальных определений килограмма как массы одного литра воды. Несмотря на неодобрение современных специалистов по измерениям, эти единицы измерения давления до сих пор используются во многих областях. Кровяное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба в большинстве стран мира, а давление в легких - в сантиметрах водяного столба. Давление в газопроводах измеряется в дюймах водяного столба, эти единицы указываются как 'inch WC' ('Water Column'). Аквалангисты пользуются простым эмпирическим правилом: давление на глубине 10 метров, приблизительно, равно одной атмосфере. В вакуумных системах давление в основном измеряется в миллиметрах, микрометрах и дюймах ртутного столба. В миллиметрах и микрометрах обычно измеряется абсолютное давление, а в дюймах - относительное. Атмосферное давление обычно указывают в килопаскалях (кПа) или атмосферах, однако, метеорологи в США предпочитают гектопаскали (гПа) и миллибары (мбар). В США и Канаде при инженерных расчетах напряжение часто измеряется в килофунтах (kip - сокращенно от kilopound). Однако напряжение не эквивалентно давлению, поскольку не является скалярной величиной. В системе СГС (сантиметр-грамм-секунда) единица измерения давления называлась «барье» (ba) и равнялась 1дин·см- 2. В системе МТС (метр-тонна-секунда) единицей давления была пьеза, эквивалентная 1 стену на квадратный метр. Также используется много гибридных единиц, таких как мм рт.ст./см² или грамм-силы/см² (иногда как кг/ см² или г/моль2 без указания единиц силы). Использование названий «килограмм-сила», «грамм-сила» недопустимо в системе СИ, поскольку единицей силы в СИ является ньютон (Н).

                   2.1 Характеристика приборов для измерения давления

Для измерения линейного ускорения существует много разновидностей приборов. Наиболее простой  в эксплуатации и подходящий по диапазону измерения расчетных данных - манометр.  Принцип действия манометра основан на уравновешивании измеряемого давления силой упругой деформации трубчатой пружины или более чувствительной двухпластинчатой мембраны, один конец которой запаян в держатель, а другой через тягу связан с трибко - секторным механизмом, преобразующим линейное перемещение упругого чувствительного элемента в круговое движение показывающей стрелки.

Большинство отечественных и импортных  манометров изготавливаются в соответствии с общепринятыми стандартами, в  связи с этим манометры различных  марок заменяют друг друга. При выборе манометра нужно знать: предел измерения, диаметр корпуса, класс точности прибора. Также важны расположение и резьба штуцера. Эти данные одинаковы  для всех выпускаемых в нашей  стране и Европе приборов. Также существуют манометры измеряющие абсолютное давление, то есть избыточное давление + атмосферное.  
Прибор, измеряющий атмосферное давление, называется барометром. 
В зависимости от конструкции, чувствительности элемента различают манометры жидкостные, грузопоршневые, деформационные (с трубчатой пружиной или мембраной). Манометры подразделяются по классам точности: 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 (чем меньше число, тем точнее прибор). 

                                          3. Постановка и целей задач

Цель  моего курсового проекта - измерить и контролировать давления масла в двигатели, чтобы избежать его поломки, и именно таким  прибор необходим в использовании при диагностировании автомобиля. Измерение давления масла в двигателе с помощью механического манометра.

 Выявить гипотонию можно путем измерения давления масла. Зачем измерять давление масла, если в конструкции двигателя предусмотрен датчик давления? Дело в том, что датчик срабатывает тогда, когда давление снизилось до аварийного уровня.  Иногда датчики барахлят и их проверять тоже необходимо. Даже в тех случаях, когда на приборной панели установлен стрелочный прибор, следует иметь в виду, что он так называемого индикаторного типа и его показаниям можно верить с большой оговоркой. 
Фирмы, производящие оборудование для диагностики автомобилей, выпускают специальные приборы для измерения давления масла. Их отличает масло-бензостойкое исполнение и удобный диапазон измерений. Замер давления производится обычно через резьбовое отверстие, в которое вворачивается датчик давления. Конструкции датчиков различны так же, как и параметры резьбы. Чтобы сделать измерители давления универсальными, их снабжают набором переходников или быстросъемных адаптеров разных типоразмеров. 
В технических характеристиках двигателей приводятся данные давления масла. Также указываются обороты, при которых следует выполнять измерения. Если это не оговаривается особо, мерить следует в режиме оборотов холостого хода. На результаты измерений оказывает влияние температура масла, определяющая его текучесть.

                               3.1  Основные функции моторного масла

- Уменьшение трения и износа деталей двигателя.  
- Уплотнение герметичности надпоршневого пространства в месте контакта поршневых колец со стенками цилиндра .  
-Создание давления в смазываемых узлах и устройствах, имеющих гидропривод (натяжители цепи, гидрокомпенсаторы). 
-Отвод тепла от поршней, подшипников скольжения и других деталей. 
-Защита двигателя от коррозии. 
-Предотвращение нагарообразования и лаковых отложений. 
-Нейтрализация кислот, образующихся при окислении масла и сгорании топлива. 
-Предотвращение образования осадков в картере, маслопроводах и т.д.

Двигатель изображен на рисунке 4. 
                                 

                                    Рисунок 4 – Двигатель;

1 - масляный насос; 2 - маслоприемник; 3 - редукционный клапан; 4 - перепускной клапа;   5 - масляный фильтр;  6 - датчик аварийного давления масла 

                                       3.2 Система смазки двигателя

Насос забирает масло через заборный патрубок из картера двигателя и подает его  через масляный фильтр в главную  магистраль. Из главной магистрали по каналам в блоке масло поступает  к коренным подшипникам коленчатого  вала. Смазка шатунных подшипников  чаще всего организуется через коренные шейки по каналам, соединяющим их с шатунными. На нижней головке шатуна, как правило, имеется отверстия для разбрызгивания масла на поверхность цилиндра. В канавках маслосъемных колец расположены отверстия для стекания масла. 
От главной магистрали ответвляется вертикальный смазочный канал, откуда масло подается к опорным подшипником распределительного вала, осей коромысел и гидравлическим компенсаторам клапанов. В системе смазки предусмотрены регулирующие клапаны. На нагнетательной части масляного насоса находится клапан избыточного давления (редукционный клапан). Он срабатывает, когда давление в системе смазки превысит некий критический уровень (обычно 4-5 бар) и сбрасывает часть масла с выхода насоса на вход. Когда непосредственно в систему встраивают перепускной клапан (чаще он бывает расположен в корпусе сменного фильтра). Клапан открывается при засорении фильтра, направляя в систему нефильтрованное масло с продуктами износа. Для оповещения об опасно низком давлении в контуре смазки существует датчик аварийного давления масла. Чаще он располагается на блоке цилиндров рядом с масляным фильтром, иногда - на корпусе головки блока. 
Предмет нашего интереса - хроническая форма болезни, тяжело поддающаяся излечению и имеющая тяжкие последствия. Суть вопроса заключается в том, что очень часто причиной масляной гипотонии является износ подшипников двигателя, прежде всего кривошипно-шатунного механизма. На первый взгляд это звучит очень неожиданно, но факт есть факт. Механизм этого явления таков. Напор в системе смазки создает масляный насос. Давление, которое при этом развивается, определяется гидравлическим сопротивлением масляной магистрали. Звучит мудрено, а если сказать по-простому, то это значит, что чем легче масло будет истекать из системы смазки, тем меньше будет создаваемое в ней давление и наоборот. В исправном двигателе зазоры в подшипниках коленчатого вала составляют 0,03-0,08 мм. Они, с одной стороны, обеспечивают нормальный режим смазки, при котором между шейкой вала и вкладышем проникает достаточное количество масла для создания так называемого масляного клина (благодаря ему трущиеся детали выдерживают большие механические нагрузки с малым для себя ущербом). С другой стороны, небольшие зазоры не позволяют маслу, имеющему высокую вязкость, вытекать из внутренней полости подшипника. 
При износе подшипников зазоры увеличиваются, иногда в несколько раз. Масло начинает активно просачиваться из системы, что приводит к уменьшению давления (на приборной панели загорается или начинает мигать лампочка "давление масла"). Особенно остро этот эффект проявляется на "горячем" двигателе, когда вязкость масла минимальна. В таких случаях говорят, что "подшипники не держат масло". 
Износ подшипников коленчатого вала - беда, которая одна не ходит, а влечет за собой другие неприятности. Уменьшение давления в нижней части системы смазки приводит к масляному голоданию трущихся деталей в головке блока. Так вскоре придется ремонтировать и ее. Вовремя обнаружить этот процесс и принять меры - значит сэкономить на лечении.

4  Классификация и анализ базовых рабочих принципов механического манометра

Механические манометры для измерений избыточного, абсолютного и дифференциального давления с чувствительными элементами в виде пружины Бурдона, гофрированной мембраны, коробчатой или сильфонной пружин. Диапазоны показаний от 0 ... 2,5 мбар до 0 ... 4000 бар. Погрешность показаний составляет до 0,1%. Манометры могут оснащаться механическими, электрическими и электронными дополнительными устройствами и комбинироваться с устройствами передачи давления в различных исполнениях.

                                            5 Типы манометров

                                      5.1 Механические манометры

Манометры с упругим чувствительным элементом широко распространены в сфере технических измерений давления благодаря своей прочности и простоте

обращения. Они содержат чувствительные элементы,

которые упруго меняют свою форму под воздействием давления.

Как правило, чувствительные элементы исполняются из медных сплавов, легированных сталей или из специальных материалов, если речь идет о специфических измерительных задачах. Давление измеряется по

отношению к исходному давлению (эталонное давление).

В качестве исходного давления служит, как правило, атмосферное давление. Это означает, что манометр указывает насколько измеренное давление ниже или

выше атмосферного давления, присутствующего в момент измерений (манометр избыточного давления). Существует стандартный ряд измеряемых диапазонов, давление указывается стрелкой на циферблате. Манометры с гидрозаполнением используются для измерения давления в условиях сильных пульсаций и/или вибраций. Функцию сигнализации можно обеспечить путем комбинирования манометра с электроконтактами. Для автоматизации производственных процессов манометры комбинируются с датчиком выходного электрического сигнала, например 420 мА. По форме пружины и принципам измерений

манометры разделяются на:

                                 5.2 Манометры с трубчатой пружиной

Трубчатые пружины представляют собой кругообразно согнутые трубки с овальным поперечным сечением. Давление измеряемой среды воздействует на

внутреннюю сторону этой трубки, в результате чего овальное поперечное сечение принимает почти круглую форму. В результате искривления пружинной

трубки возникают напряжения в кольцах трубки, которые разгибают пружину. Незажатый конец пружины выполняет движение, пропорциональное величине

давления. Движение передаётся посредством стрелочного механизма на шкалу.

Для измерений давления до 40 или 60 бар применяются, как правило, согнутые с углом витка около 2700, кругообразные пружины. Для измерений давления с более высокими значениями используются пружины с несколькими лежащими друг над другом витками и одинаковым витковым диаметром (винтовая

пружина) или со спиралеобразными витками, лежащими в одной плоскости (плоская спиральная пружина). Трубчатые пружины обладают сравнительно низким перестановочным усилием. Поэтому их защита от перегрузки может проводиться только с ограничениями.

Показания лежат в диапазоне  от 0 ...0,6 до 0 ... 4000 бар при точности показаний (классе) от 0,1 до 4,0%. Манометры с трубчатой пружиной изображен на рисунке 5.

                          Рисунок 5 - Манометры с трубчатой пружиной

                            5.3 Манометры с пластинчатой пружиной

Пластинчатые пружины представляют собой тонкие гофрированные мембраны кругообразной формы, которые зажимаются или привариваются по краю

между двумя фланцами и вступают в соприкосновение с измеряемой средой только с одной стороны. Вызванный в результате такого соприкосновения

прогиб пропорционален величине давления. Движение передаётся посредством стрелочного механизма на шкалу. Пластинчатые пружины обладают сравнительно высоким перестановочным усилием. В результате кольцеобразного крепления пластинчатые пружины менее восприимчивы к вибрациям по сравнению с трубчатыми пружинами, однако погрешность показаний при изменениях температуры у них больше. Благодаря опорам для мембран достигается повышенная стойкость к перегрузкам. Покрытия или фольга, наносимые на поверхность пластинчатых пружин обеспечивают защиту от коррозийных измеряемых сред. Широкие соединителные отверстия или открытые соединительные фланцы, а также возможности по промывке делают пластинчатые пружины, особенно пригодными при работе

с высоковязкими, загрязненными или кристаллизирующимися веществами. Диапазоны показаний лежат в пределах 0 ... 16 мбар и 0...40 бар с классом точности 1,6 и 2,5. Более высокий класс точности обеспечивают манометры с

плоскими пружинами в специальном  исполнении.

                    Рисунок 6 - Манометры с пластинчатой пружиной

                              5.4 Манометры с коробчатой пружиной

Давление измеряемой среды воздействует на внутреннюю сторону коробки, состоящей из двух кругообразных, гофрированных, герметично

прилегающих друг к другу мембран. Возникающее под давлением поступательное движение пропорционально величине давления. Движение передается на шкалу с помощью стрелочного механизма. Манометры с коробчатой пружиной особенно пригодны для измерений давления газообразных

сред. Защита от перегрузки возможна только в определенных границах. Для повышения чувствительности в манометре может устанавливаться ряд

коробчатых пружин ("пакет" коробчатых пружин). Диапазоны показаний лежат в пределах от 0 ... 2,5мбар до макс. 0 ... 0,6 бар с классом точности от 0,1до 2,5. Манометры с коробчатой пружиной изображен на рисунке 6.

                    Рисунок 6 - Манометры с коробчатой пружиной

                               5.5 Манометры абсолютного давления

Данные приборы используются для измерений давления независимо от колебаний атмосферного давления окружающей среды. В соответствии с различными сферами применения и диапазонами показаний, манометры для измерений абсолютного давления изготавливают согласно принципам измерений и формам чувствительных элементов, которые применяются в манометрах для измерений относительного давления. Давление измеряемой среды определяется по отношению к базовому давлению, которое равняется абсолютному давлению с величиной 0 (= абсолютный вакуум). Это означает, что на стороне измерительного элемента, не соприкасающейся с измеряемой средой, должно присутствовать базовое давление. Присутствие базового давления при использовании соответствующей формы пружин достигается по

средством вакуумирования и герметизации соответствующей измерительной камеры или облегающего корпуса. Передача движения измерительного элемента и индикация давления осуществляются аналогично выше описанным манометрам относительного давления. Манометры абсолютного давления изображен на рисунке 7.

                             Рисунок 7 - Манометры абсолютного давления

                            5.6 Манометры дифференциального давления

Приборы дифференциального давления применяются для измерений разницы между двумя отдельными давлениями. Базовым давлением является то, которое присутствует на стороне, взятой за эталонную. В качестве чувствительных элементов используются пружины тех же форм, что и в манометрах относительного давления. Как правило, чувствительные элементы подвергаются воздействию давления с обеих сторон. Установленная таким образом разность

давлений передается с помощью стрелочного механизма непосредственно на шкалу. Если измеряемые давления одинаковы, измеряемый элемент остается неподвижным и показания прибора отсутствуют. Измерение низких разностных давлений возможно даже при высоком статическом давлении. Защита от высоких перегрузок обеспечивается с помощью пластинчатых чувствительных элементов.

При выборе манометра следует учитывать допустимое статическое (рабочее) давление, а также максимально допустимую перегрузку со стороны

+ и  .  Для преобразования деформации чувствительного элемента в показания стрелки используются принципы, аналогичные принципам действия манометров избыточного давления. Диапазоны показаний лежат в пределах от 0 ... 16 мбар до макс. 0 ... 25 бар с классом точности от 0,6 до 2,5.

Области применения: оснащение фильтров (контроль состояния фильтра)

измерения уровня заполнения резервуаров, находящихся под давление измерение расхода (падение давления надиафрагме). Манометр дифференциального давления изображен на рисунке 7.

             Рисунок 7 - Манометр дифференциального давления

                                       5.2 Современные манометры

Современными манометрами являются:

• Жидкостные манометры
• Поршневые манометры
• Деформационные манометры

                                     5.2.1  Жидкостные манометры

Честь первооткрывателя принадлежит крупнейшему итальянскому художнику и ученому Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.), который впервые применил пьезометрическую трубку для измерения давления воды в трубопроводах. К сожалению, его труд „О движении и измерении воды" был опубликован лишь в XIX веке. Поэтому принято считать, что впервые жидкостный манометр был создан в 1643 г. итальянскими учеными Торричелли и Вивиани, учениками Галилео Галилея, которые при исследовании свойств ртути, помещенной в трубку обнаружили существование атмосферного давления. Так появился ртутный барометр. В течение последующих 10—15 лет во Франции (Б. Паскаль и Р. Декарт) и Германии (О. Герике) были созданы различные разновидности жидкостных барометров, в том числе и с водяным заполнением. В 1652 г. О. Герике продемонстрировал весомость атмосферы эффектным опытом с откачанными полушариями, которые не могли разъединить две упряжки лошадей  (знаменитые „магдебургские полушария"). Дальнейшее развитие науки и техники привело к появлению большого количества жидкостных манометров различных типов, применяемых до настоящего времени во многих отраслях. Однако, в силу ряда специфических особенностей принципа действия жидкостных манометров их удельный вес по сравнению с манометрами других типов относительно невелик и, вероятно, будет уменьшаться и в дальнейшем. Тем не менее при измерениях особо высокой точности в области давлений, близких к атмосферному давлению, они пока незаменимы. Не потеряли своего значения жидкостные манометры  в ряде областей:микроманометрии, барометрии, метеорологии, при физико-технических исследованиях.

                                       5.2.2 Поршневые манометры

 Поршневые манометры появились позже жидкостных. Впервые поршневой манометр был применен для измерения давления в 1833 г. Парротом и Ленцсм (Российская Академия наук) при изучении сжимаемости воздуха и других свойств газов, причем значение давления для того времени было очень большим (10 МПа). Однако, в принципе, открытие поршневого метода могло бы произойти значительно раньше. Если О. Герике в своем опыте с откачанными „магдебургскими полушариями" довел число лошадей в каждой упряжке до количества, необходимого Для разъединения полушарий, то он смог бы определить атмосферное давление в, .Лошадиных силах" на площадь поперечного сечения шара еще в 1652 г. Широкое распространение поршневые манометры получили благодаря Амага (Франция) и Рухгольцу (Германия), и особенно последнему, который в 1883 г. организовал промышленный выпуск этих приборов. Дальнейшее развитие поршневой манометрии шло, в основном, в сторону увеличения точности и верхних пределов измерений, а начиная с тридцатых годов текущего столетия поршневые манометры стали вытеснять жидкостные и при точных измерениях давлений, близких к атмосферному давлению. Большой вклад в развитие поршневой манометрии внесли проф. М.К. Жоковский, который впервые разработал целостную теорию приборов с неуплотненным поршнем, П.В. Индрик, В.Н. Граменицкий и многие другие их последователи. В настоящее время в нашей стране и за рубежом поршневые манометры играют ведущую роль при поверке и испытаниях манометрических приборов в широком диапазоне давлений от 1 кПа до десятков тысяч МПа и находят все большее применение в качестве национальных государственных эталонов давления. 

                                 5.2.3 Деформационные манометры

 По мере развития промышленности, особенно в связи с появлением паровых машин и железных дорог, потребовались более удобные, чем жидкостные манометры приборы. Первый деформационный манометр с трубчатым чувствительным элементом был изобретен случайно. Рабочий, при изготовлении змеевика для дистилляционного аппарата, сплющил поперечное сечение цилиндрической трубки, изогнутой по спирали. Тогда, чтобы восстановить форму трубки, один конец ее заглушили, а в другой конец насосом дали давление воды. При этом часть трубки с деформированным сечением приняла цилиндрическую форму, а спираль на этом участке разогнулась. Этот эффект был использован немецким инженером Шинцем, который в 1845 г. применил трубчатый чувствительный элемент для измерения давления. Эту дату и принято считать днем рождения деформационных манометров, хотя идея создания деформационного барометра-анероида еще в 1702 г. была предложена немецким философом и математиком Лейбницем (1646—1716 гг.), а патент на него получен Види в 1844 г. Промышленное производство трубчатых деформационных манометров было организовано французским фабрикантом Бурдоном, получившим в 1849 г. патент на изобретение одновитковой трубчатой пружины, именем которого она до сих пор часто называется („Бурдоновская трубка"). В 1850 г. Примавези и Шеффер изобрели мембранный манометр, а несколько позже в 1881 г. Клейманом получен патент на сильфонный манометр. Простота и компактность деформационных манометров, возможность их применения в различных условиях эксплуатации очень быстро поставили их на первое место в технике измерения давления практически во всех отраслях народного хозяйства. Диапазон измерений деформационных манометров охватывает почти 10 порядков, простираясь от 10 Па (1 мм вод.ст.) до 1-2 ГПа (более 10000 кгс/см²). При этом достигается высокая точность измерений, в отдельных случаях погрешности измерений не превышают 0,02—0,05 %.

                                               6. Виды манометра

                      6.1 Деформационных механических манометров

В деформационных манометрах используется зависимость деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы отизмеряемого давления. Пропорциональная давлению деформация или сила преобразуются в показания или соответствующие изменения выходного сигнала. Большинство деформационных манометров и дифманометров содержат упругие чувствительные элементы, осуществляющие преобразование давления в пропорциональное перемещение рабочей точки. Наиболее распространенные упругие чувствительные элементы представлены на рис. 8. К их числу относятся трубчатые пружины, сильфоны, плоские и гофрированные мембраны, мембранные коробки, вялые мембраны с жестким центром.

    Рис. 8. Упругие чувствительные элементы деформационных манометров;

  а - трубчатые пружины; б – сильфоны; в, г - плоские и гофрированные мембраны; д - мембранные коробки; е - вялые мембраны с жестким центром

Статической (упругой) характеристике чувствительного элемента, связывающей  перемещение рабочей точки с  давлением, присуще наличие начальной  зоны пропорциональных перемещений, в которой имеют место упругие деформации, и нелинейной области, в которой возникают пластические деформации. Несовершенство упругих свойств материалов чувствительных элементов обусловливает наличие гистерезиса статической характеристики и упругое последействие. Последнее проявляется в запаздывании перемещения рабочей точки по отношению к приложенному давлению и медленном возвращении ее в начальное положение после снятия давления. Форма и крутизна статической характеристики зависят от конструкции чувствительного элемента, материала, температуры. Рабочий диапазон выбирается в области упругих деформаций с обеспечением запаса на случай перегрузки чувствительного элемента давлением. Полые одновитковые трубчатые пружины имеют эллиптическое или плоскоовальное сечение. Один конец пружины, в который поступает измеряемое давление, закреплен неподвижно в держателе, второй (закрытый) — может перемещаться. Под действием разности измеряемого внутреннего давления и внешнего атмосферного трубчатая пружина деформируется: малая ось сечения трубки увеличивается, большая уменьшается, при этом пружина раскручивается и ее свободный конец совершает перемещение в 1 ...3 мм. Для давлений до 5 МПа трубчатые пружины изготовляют из латуни, бронзы, а для более высоких давлений — из легированных сталей и сплавов никеля. Сильфонные и мембранные чувствительные элементы имеют более широкие возможности для увеличения эффективной площади с целью получения требуемого перестановочного усилия, что позволяет использовать их для измерения малых избыточных давлений и разрежения. Сильфон - это тонкостенная трубка с поперечными кольцевыми гофрами на боковой стенке. Жесткость сильфона зависит от материала, наружного и внутреннего диаметров, толщины стенки заготовки, радиуса закругления гофр r и угла их уплотнения a, числа гофр. Сильфоны бывают цельнотянутыми и сварными. Благодаря значительному прогрессу в технологии изготовления сильфонов, они получили широкое распространение в манометрах и дифманометрах с силовой компенсацией. Наиболее разнообразными по конструкции являются мембранные чувствительные элементы. Представленная на рис. 1 в, плоская или пластинчатая мембрана представляет собой гибкую тонкую пластину, закрепленную по окружности. Под влиянием разности давлений, действующих с обеих сторон на мембрану, ее центр перемещается. Плоская мембрана имеет нелинейную упругую характеристику и малые перемещения рабочей точки, в связи с чем ее в основном применяют для преобразования давления в силу (пьезоэлектрические преобразователи), поверхностные деформации (тензопреобразователи) и малые перемещения (емкостные и резонансные преобразователи). Преобразователи с такими чувствительными элементами рассмотрены в разделе электрических манометров. Для улучшения статической характеристики используют гофрированные мембраны и мембранные коробки.  Профили мембран могут быть пильчатыми, трапецеидальными, синусоидальными. Гофрирование мембраны приводит к увеличению ее жесткости, спрямлению статической характеристики и увеличению зоны пропорциональных перемещений рабочей точки. Более широко используются мембранные коробки, которые представляют собой сваренные или спаянные по внешней кромке мембраны. Жесткость коробки вдвое ниже жесткости каждой из мембран. В дифманометрах, чувствительных элементах регуляторов прямого действия используются мембранные блоки, включающие две коробки и более. Для измерения малых давлений применяются вялые мембраны изготовленные из бензомаслостойкой прорезиненной ткани. В центре мембраны крепятся металлические пластины, в одну из которых упирается винтовая пружина, выполняющая функции упругого элемента. Упругие свойства материалов чувствительных элементов зависят от температуры. Так, у трубчатых пружин температурный коэффициент снижения жесткости при росте температуры достигает 3 * 10 ^-4°С. Это определяет необходимость защиты приборов от воздействия высоких температур измеряемой среды. С течением времени у упругих чувствительных элементов накапливаются пластические деформации и уменьшаются упругие, это приводит к снижению крутизны статической характеристики прибора и ее смещению. Процесс изменения статической характеристики ускоряется при повышенной температуре и пульсации измеряемого давления. Конструкция деформационных манометров и дифманометров обычно предусматривает возможность коррекции отклонений показаний или выходного сигнала, вызванных старением упругого чувствительного элемента. В соответствии с используемым в приборах типом рассмотренных чувствительных элементов деформационные манометры подразделяются на пружинные, сильфонные и мембранные, разновидности этих групп приборов показывающих и с дистанционной передачей показаний рассмотрены ниже.