Висока точність, простота конструкції, надійність і низька вартість є основними факторами, що обумовлюють велике поширення деформаційних приладів для вимірювання тиску в промисловості і наукових дослідженнях.
Досить поширеним видом деформаційних приладів, які використовуються для визначення надлишкового тиску, є трубчасто-пружинні манометри, що відіграють винятково важливу роль у технічних вимірюваннях. Ці манометри виготовляються з одновитковою трубчастою пружиною, що являє собою вигнуту по колу металеву пружну трубку овального перетину. Під дією вимірювального тиску усередині трубки вона частково розкручується внаслідок деформації її перетину, що прагне набрати форми кола.
Вимірювальні прилади з одновитковою трубчастою пружиною призначені для вимірювання надлишкового тиску і розрідження неагресивних рідких і газоподібних середовищ. Прилади цього типу випускаються тільки показуючими у звичайному, вібростійкому, антикорозійному, вогне- і вибухозахищеному виконаннях.
Однією з основних характеристик деформаційного чутливого елемента зазначених приладів є залежність переміщення ? робочої точки від діючого тиску Р або різниці тисків. Ця характеристика ?=f(Р), яка називається статичною, може бути лінійною або нелінійною. Хід статичної характеристики в межах пружної деформації неоднозначний і утворює петлю гістерезису. Значення гістерезису визначає систематичну похибку деформаційних засобів вимірювання.
Крім відзначеного недоліку, чутливі елементи мають властивість пружної післядії, суть якого полягає в тому, що після припинення зміни тиску деформація продовжує зменшуватися, асимптотично наближаючись до межового значення. Поряд із пружною післядією при експлуатації чутливих елементів має місце залишкова деформація, яка полягає в тому, що після зняття тиску чутливий елемент не повертається у вихідне положення. При багаторазових вимірюваннях залишкова деформація накопичується, що приводить до значних похибок.
Викладені особливості деформаційних чутливих елементів пояснюють той факт, що для технічних манометрів верхня межа вимірювання обмежується половиною тиску, що відповідає межі пропорційності статичної характеристики, у той час як для зразкових приладів межа вимірювання обмежується четвертою частиною тиску, що відповідає межі пропорційності.
Для передачі переміщення вільного кінця деформаційного чутливого елемента до покажчика манометра приєднані секторні і важільні передавальні механізми. За допомогою передавального механізму переміщення вільного кінця трубчастої пружини в кілька градусів або міліметрів перетвориться в кутове переміщення стрілки на 270—300°.
Важільний передавальний механізм застосовується в тих випадках, коли від манометра не потрібна висока точність вимірювання і він зазнає вібрації. Секторний передавальний механізм застосовується в зразкових приладах і в приладах, де за умовами експлуатації виключена вібрація.
На рис.5.4 показана конструкція манометра із секторним передавальним механізмом. Прилад складається із трубчастої пружини 5, один кінець якої впаяний в отвір утримувача 1, а інший (рухливий) кінець наглухо запаяний і несе на собі наконечник 10. Порожнина пружини пов'язана з вимірювальним середовищем через канал в утримувачі 1, об’єднаному з радіальним штуцером 14. Утримувач приладу оснащений платою 2, на якій монтується трибко-секторний механізм. Останній включає зубчасте колесо (трибку) 8 і зубчастий сектор 9. Для виключення люфту в передавальному механізмі використовується спіральна пружина 7, один кінець якої за допомогою штифта кріпиться на осі трибки, а інший - до колонки 6, укріпленої на платі 2. До хвостовика сектора 9 за допомогою гвинта 12 кріпиться тяга 11. За допомогою тяги переміщення вільного кінця пружини передається зубчастому сектору, що має вісь обертання 13. Обертання зубчастого сектора передається на трибку, на осі якої насаджена стрілка 4 для відліку показань на шкалі 3. Шкала манометра рівномірна, тому що переміщення вільного кінця пружини пропорційне вимірювальному тиску. Регулювання ходу стрілки проводиться гвинтом 12.
Вакуумметр із одновитковою трубчастою пружиною конструктивно ідентичний розглянутому манометру. Відмінність полягає тільки у шкалі і напрямку переміщення стрілки. У вакуумметрах переміщення стрілки може відбуватися як за годинниковою стрілкою, так і проти. Відмінною рисою мановакуумметра є шкала, що виконується з нулем у середній частині. Шкала, розміщена ліворуч від нуля, служить для вимірювання вакууму, а шкала, розміщена праворуч, - для вимірювання надлишкового тиску.
Діапазони вимірювання манометрів від 0-0,1 МПа до 0-103 МПа; вакуумметрів— від -0,1 до 0 МПа. Класи точності приладів: 0,4(0,5); 0,6; 1,0; 1,5(1,6); 2,5; 4,0.
Поряд з розглянутими приладами, оснащеними однаковою трубчастою пружиною, у практиці вимірювання тиску і розрідження дістали великого поширення манометри і вакуумметри, оснащеними електроконтактними сигналізувальними пристроями. Ці засоби вимірювання тиску мають назву електроконтактних. Клас точності електроконтактних манометрів і вакуумметрів 1,5. Похибка спрацьованості сигналізувального пристрою ±2,5%.
Загальний вигляд манометра-сигналізатора електроконтактного типу показаний на рис.5.5. Прилад містить вказівну стрілку 1, сигнальні (мінімального і максимального тиску) стрілки 2 і 3, які установлюються на задані значення тисків за допомогою ключа, і коробку 4 із затискачами для приєднання до приладу ланцюга сигналізації. Механізм манометра вмонтований у корпус 5. Прилад контактує з вимірювальним середовищем через штуцер 6.
При досягненні кожного із заданих граничних тисків контакт, пов'язаний із вказівною стрілкою, стикається з контактом, розміщеним на відповідній сигнальній стрілці, і замикає ланцюг сигналізації. Зазначені манометри придатні для вимірювання плавно змінюючих тисків. Контактний пристрій їх живиться від мережі постійного або змінного струму напругою 220 В. Розривна потужність контактів 10 В·А.
Вимірювальні прилади із сильфонним чутливим елементом. Прилади цього типу призначені для вимірювання надлишкового тиску, розрідження і різниці тисків. Їх виконують показуючими і самописними. Схема самописного сильфонного манометра показана на рис.5.6. Вимірювальний тиск через штуцер 11 подається в камеру 10, де розміщений деформаційний чутливий елемент — сильфон 9. Для збільшення твердості сильфона всередині нього розміщена гвинтова пружина 8. Під дією тиску сильфон деформується, і дно його піднімає шток 7, жорстко з’єднаний із двоплечим важелем 6, останній через систему важелів 5, 4, 3 повертає вісь 12 і укріплений на ній П-подібний важіль 2. До П-подібного важеля прикріплена стрілка 1 з пером. Запис вимірювального тиску виконується на дисковій діаграмі, привід якої здійснюється за допомогою синхронного двигуна або годинникового механізму. Верхня межа вимірювання сильфонних приладів обмежена тисками 0,025-0,4 МПа. Класи точності сильфонних манометрів надлишкового тиску, вакуумметрів і мановакуумметрів 1,5; 2,5.
Для вимірювання різниці тисків і витрати рідких і газоподібних середовищ широкого застосування набули сильфонні дифманометри. Граничні номінальні перепади тисків становлять 0,0063-0,25 МПа. Граничний припустимий робочий надлишковий тиск 6,3, 16 і 32 МПа. Класи точності сильфонних показуючих і самописних дифманометрів 1,0 і 1,5.
Зразкові манометри типу МО (рис.5.7) застосовуються для перевірки промислових манометрів, а також для виконання точного вимірювання тиску в лабораторних установках. Прилади мають трубчасту пружину і зубчасто-секторний передавальний механізм, розміщені в металевому корпусі діаметром 160 або 250 мм. У зразкових манометрах застосовується пружина високої якості і ретельно виконаний передавальний механізм. Прилади випускаються з кінцевим значенням шкали 1-600 кгс/см2. Шкала має 100 умовних поділок із цифровими поділками через кожні 5 поділок. Для переведення умовних поділок у кгс/см2 зразкові манометри забезпечуються перевідною таблицею або графіком. Кінцеве значення тиску зазначається на циферблаті приладу. Клас точності манометрів діаметром 250 мм — 0,16 і 0,25, а діаметром 160 мм — 0,4. Користування приладами допускається при температурі навколишнього повітря 10-35°С і відносної вологості до 80%.
Вимірювальні прилади з мембранним чутливим елементом. Ці прилади призначені для вимірювання атмосферного і надлишкового тисків і розрідження. Через малі зусилля, що розвиваються деформаційним чутливим елементом, мембранні прилади випускаються в основному показуючими. Принцип дії приладів полягає в перетворенні вимірювального тиску або розрідження в переміщення твердого центра мембранного чутливого елемента, що за допомогою передатного трибко-секторного механізму перетворюється в обертовий рух покажчика. Максимальний діапазон вимірювання мембранних манометрів 0-2,5 МПа, вакуумметрів — від -0,1 до 0 МПа. Класи точності приладів 1,5 і 2,5. Крім розглянутих приладів, випускаються мембранні тягоміри, напороміри і тягонапороміри класів точності 1,5; 2,5.
На рис.5.4 показана конструкція манометра із секторним передавальним механізмом. Прилад складається із трубчастої пружини 5, один кінець якої впаяний в отвір утримувача 1, а інший (рухливий) кінець наглухо запаяний і несе на собі наконечник 10. Порожнина пружини пов'язана з вимірювальним середовищем через канал в утримувачі 1, об’єднаному з радіальним штуцером 14. Утримувач приладу оснащений платою 2, на якій монтується трибко-секторний механізм. Останній включає зубчасте колесо (трибку) 8 і зубчастий сектор 9. Для виключення люфту в передавальному механізмі використовується спіральна пружина 7, один кінець якої за допомогою штифта кріпиться на осі трибки, а інший - до колонки 6, укріпленої на платі 2. До хвостовика сектора 9 за допомогою гвинта 12 кріпиться тяга 11. За допомогою тяги переміщення вільного кінця пружини передається зубчастому сектору, що має вісь обертання 13. Обертання зубчастого сектора передається на трибку, на осі якої насаджена стрілка 4 для відліку показань на шкалі 3. Шкала манометра рівномірна, тому що переміщення вільного кінця пружини пропорційне вимірювальному тиску. Регулювання ходу стрілки проводиться гвинтом 12.
При досягненні кожного із заданих граничних тисків контакт, пов'язаний із вказівною стрілкою, стикається з контактом, розміщеним на відповідній сигнальній стрілці, і замикає ланцюг сигналізації. Зазначені манометри придатні для вимірювання плавно змінюючих тисків. Контактний пристрій їх живиться від мережі постійного або змінного струму напругою 220 В. Розривна потужність контактів 10 В·А.
Вимірювальні прилади із сильфонним чутливим елементом. Прилади цього типу призначені для вимірювання надлишкового тиску, розрідження і різниці тисків. Їх виконують показуючими і самописними. Схема самописного сильфонного манометра показана на рис.5.6. Вимірювальний тиск через штуцер 11 подається в камеру 10, де розміщений деформаційний чутливий елемент — сильфон 9. Для збільшення твердості сильфона всередині нього розміщена гвинтова пружина 8. Під дією тиску сильфон деформується, і дно його піднімає шток 7, жорстко з’єднаний із двоплечим важелем 6, останній через систему важелів 5, 4, 3 повертає вісь 12 і укріплений на ній П-подібний важіль 2. До П-подібного важеля прикріплена стрілка 1 з пером. Запис вимірювального тиску виконується на дисковій діаграмі, привід якої здійснюється за допомогою синхронного двигуна або годинникового механізму. Верхня межа вимірювання сильфонних приладів обмежена тисками 0,025-0,4 МПа. Класи точності сильфонних манометрів надлишкового тиску, вакуумметрів і мановакуумметрів 1,5; 2,5.
Зразкові манометри типу МО (рис.5.7) застосовуються для перевірки промислових манометрів, а також для виконання точного вимірювання тиску в лабораторних установках. Прилади мають трубчасту пружину і зубчасто-секторний передавальний механізм, розміщені в металевому корпусі діаметром 160 або 250 мм. У зразкових манометрах застосовується пружина високої якості і ретельно виконаний передавальний механізм. Прилади випускаються з кінцевим значенням шкали 1-600 кгс/см2. Шкала має 100 умовних поділок із цифровими поділками через кожні 5 поділок. Для переведення умовних поділок у кгс/см2 зразкові манометри забезпечуються перевідною таблицею або графіком. Кінцеве значення тиску зазначається на циферблаті приладу. Клас точності манометрів діаметром 250 мм — 0,16 і 0,25, а діаметром 160 мм — 0,4. Користування приладами допускається при температурі навколишнього повітря 10-35°С і відносної вологості до 80%.