Файл: Бошняк, Л. Л. Измерения при теплотехнических исследованиях.pdf

плотненный поршень обладает многими ценными свойствами. При малых зазорах и вязкой жидкости перепад давления на длине за­ зора затрачивается главным образом на преодоление вязких сил тре­ ния, благодаря чему возникает своеобразное гидравлическое уплот­ нение; при правильном выборе параметров поршневой системы и вязкости рабочей жидкости утечка жидкости через зазор ничтожно мала. Силы жидкостного трения в зазоре поршневых систем также малы, в большинстве случаев применения они определяются лишь давлением и не зависят от вязкости жидкости. А это обстоятельство позволяет вместо уравнения (IX.5) использовать выражение

где 5 эф — эффективная площадь; Sa — площадь кольцевого зазора между поршнем и цилиндром. Ради стабилизации 5эф глубина по­ гружения поршня в цилиндр должна быть во всех случаях одина­ кова; для этой цели служат поршневой насос и указатель глубины погружения. Кроме того, для исключения контакта поршня с ци­ линдром при измерении поршень с тарелкой вращается от руки или с помощью специального привода.

Образцовые грузо-поршневые манометры в нормальных условиях эксплуатации обеспечивают измерение давлений с основной допу­ стимой погрешностью от ±0,05 до ±0,2% . Неуплотненные поршне­ вые пары, кроме того, широко используются в качестве точных преобразователей давлений в силы или сил в давления в различных схемах манометров, силомеров и других измерительных приборов.

3. Манометры и датчики с упругими элементами

Манометры с уравновешиванием сил действия измеряемого давления силами упругого противодействия выполняются с чув­ ствительными элементами в виде манометрических трубчатых пру­ жин, сильфонов и мембран. Выбор типа этих элементов при разра­ ботке какой-либо конкретной конструкции подчинен ряду противо­ речивых требований, главные из которых следующие. Линейность рабочей характеристики давление—прогиб элемента достигается только в пределах упругих деформаций. Упругое последействие при­ водит к двузначности характеристик и должно быть исключено выбо­ ром материала и назначением допустимых прогибов (хода). Уменьше­ ние рабочего хода затрудняет использование последующих преобра­ зователей, так как требует повышения коэффициента усиления.

При использовании механических передач для привода стрелок или электрических преобразователей реостатного или контактного принципов действия приходится выбирать чувствительные элементы пониженной жесткости ради обеспечения относительно больших прогибов чувствительных элементов. Поэтому в манометрах с меха­ ническими передачами чаще используются трубчатые пружины, сильфоны и вялые мембраны, чем плоские жесткие мембраны.

267

Однако снижение жесткости упругого элемента влечет за собой снижение собственной частоты этого элемента.

При необходимости измерений переменных давлений собствен­ ная частота упругого элемента должна быть минимум в 3—5 раз выше верхней измеряемой частоты пульсаций давления. Поэтому в мало­ инерционных манометрах необходимо применять достаточно жесткие упругие элементы, обладающие малой величиной прогиба. А отсюда следует невозможность использования в таких манометрах механи­ ческих передаточных устройств или электрических преобразователей относительно больших перемещений.

Плоскоовальное

Параметры и характеристики упругих элементов манометров под­ робно исследованы В. И. Феодосьевым [132]; воспользуемся некото­ рыми основными соотношениями, существенными при выборе типа, наладке и эксплуатации манометров. Для тонкостенной трубчатой манометрической пружины эллиптического сечения (рис. 86) отно­ сительный угол раскручивания равен

Ш~ + 1

где величина безразмерного параметра % определяется в зависи­ мости от к по кривой на рис. 86, в.

268

Расчет тягового усилия трубчатых пружин при ограничении хода (х = 0) производится по формулам табл. 28. Изменение внутреннего объема тонкостенной манометрической трубки под действием давле­ ния р рассчитывается по формуле

где п =f(a/b) . Значения всех коэффициентов, зависящих от alb, приведены в табл. 29. Больший угол раскручивания получается при

269

использовании винтовых манометрических пружин цилиндриче­ ского или плоского типа с числом полных витков k. Расчетные соот­ ношения, приведенные выше, действительны для таких пружин при условии, что ув = 360° k -j- у, где у — исходный угол послед­ него витка. Для измерения вы­ соких давлений используются либо толстостенные трубки спе­ циального профиля [88], либо трубки, скрученные относи­ тельно продольной оси, пло­ ского или звездообразного сече­

ния [134].

На рис. 87 представлена расчетная схема сильфона. Разность наружного и внутреннего давлений Лр создает растягивающую силу

Под действием силы Р тонкостенный сильфон, для которого

ч

270