Поверка и колибровка

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования

<<АКАДЕМИЯ СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (учебная) >>

Кафедра    Метрология

Группа №

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема   Поверка и колибровка ________________________________________________________________________________
______________________

Слушатель

Цель работы: ознакомление с техническими манометрами и методами их поверки.

ОПИСАНИЕ МАНОМЕТРОВ

Приборы для измерений давлений классифицируют в зависимости от вида измеряемого давления, принципа действия и назначения.

По виду измеряемого давления приборы подразделяются на манометры абсолютного давления, барометры, манометры, вакуумметры, мановакуумметры, дифференциальные манометры.

Барометры предназначаются для измерения атмосферного давления, манометры избыточных давлений, дифманометры - перепада давлений.

Все приборы для измерения давления, независимо от его вида, можно разделить по принципу действия на жидкостные, пружинные, грузовые, электрические и прочие.

По назначению манометры делят на манометры масла, бензина или другого жидкого топлива, воды, пара, воздуха, кислорода, ацетилена и т.д.

Среди большого разнообразия приборов, применяемых для измерения давления, простейшими и вместе с тем самыми точными являются U-образные жидкостные манометры, основные разновидности которых представлены на рис.1.

Верхним пределом разности давлений (P1-P2) измеряемой U-образными манометрами с визуальным отсчетом показаний считается величина 1,96·105 Н/м2 (2 кг/см2).

Рис.1

Эта величина определяется прочностью стеклянных трубок, условиями получения герметичности в соединениях стекла с металлом или резиной.

U-образный манометр (рис.1а) представляет собой две сообщающиеся трубки, заполненные до половины затворной жидкостью (вода, ртуть, спирт, трансформаторное масло). Отсчет производят по шкале, имеющей нулевую отметку в равновесном состоянии. Разность уровней H определяет измеряемое избыточное давление P1.

где, j - удельный вес затворной жидкости. Основным недостатком U-образных манометров является необходимость снятия при каждое замере двух отсчетов. Этот недостаток частично устранен в чашечном манометре (рис.1б), состоящем из сосудов разного диаметра. Измеряемое давление подается к широкому сосуду, а тонкая трубка сообщается с атмосферой.

Разность уровней H2 в чашечном манометре в основном определяется перемещением мениска в тонкой трубке. Действительно разность уровней

( 1 )

где, h1 и h2 - соответственно перемещение менисков в широком и узком колене.

Учитывая, что , где S1 и S2 - площади поперечного сечения соответственно широкого, и узкого колен, выражение ( 1 ) можно записать в форме

Так как  , то  и  ( 2а ).Это позволяет при замерах ограничиваться только одним отсчетом по тонкой (измерительной) трубке.

При точных измерениях небольших избыточных давлений и разряжений применяют специальные чашечные манометры с наклонной измерительной трубкой (рис. 1в). Линейное перемещение мениска в измерительной трубке такого манометра связано с величиной h соотношением:

( 2б )

где,  - угол наклона измерительной трубки. Так как , то , благодаря чему увеличивается точность отсчета. Минимальный угол наклона трубки 8-10°.

Работа пружинных приборов основана на уравновешивании давления среды силами, возникающими при упругой деформации специальных элементов. Пружинные манометры и вакуумметры отличаются простотой устройства, надежностью действия, широким измерительным диапазоном и достаточно высокой точностью.

Пружинные приборы давления можно классифицировать по виду пружины, преобразующей давление или усилие в перемещение. По этому признаку можно разделить пружинные приборы давления на следующие группы:

1. Приборы с трубчатой манометрической пружиной (рис. 2а; 2б).

2. Мембранные приборы, в которых преобразование давления в перемещение осуществляется упругой мембраной (рис. 2в), анероидной или манометрической мембранной коробкой (рис. 2г; 2д), блоком анероидных или манометрических коробок (рис. 2е, 2ж).

3. Сильфонные приборы, где упомянутое преобразование осуществляется сильфоном (рис. 2з).

4. Приборы, в которых импульсное давление преобразуется в усилие, действующее на стержневую пружину того или иного типа. Из числа распространенных приборов к этой группе относятся:

а) пружинно-поршневые (рис. 2и);

б) пружинно-мембранные приборы с гибкой мембраной (рис. 6.2к);

в) пружинно-колокольные (рис. 2л),

г) пружинно-сильфонные приборы (рис. 2м).

В одновитковых и многовитковых пружинных манометрах измеряемое давление подается во внутреннюю полость пружины. Один конец пружины, соединенный с нипелем, неподвижен, а другой, запаянный - свободен и соединен с показывающей системой. Пружины изготавливаются из латуни и других медных сплавов, а для высоких давлений - из стали. Поперечное сечение пружины представляет собой эллипс, большая ось которого "a" перпендикулярна к плоскости витка пружины. При повышении давления поперечное сечение пружины "округляется" и при этом малая ось "b" эллипса увеличивается, а угол закручивания  пружины уменьшается. Изменения этих величин и связаны между собой отношением

( 3 )

Таким образом, изменение угла закручивания пружины пропорционально начальному значению угла и деформации малой оси сечения трубки.

Рис 2.

Шкала пружинного манометра равномерная, так как пружина работает в зоне пропорциональности между напряжением и деформацией.

Перемещение свободного конца одновитковой пружины невелико (менее 5-8 мм), поэтому для увеличения угла поворота стрелки манометра применяют передаточные механизмы -- рычажный или зубчатый (секторный).

Манометры с одновитковой пружиной изготавливаются образцовые, контрольные и технические; классы точности от 0,2 до 4. Их помещают в корпусах диаметром 60, 80, 100, 150, 200 и 500 мм. Пределы измерения от 1 до 10.000кг/см2. На базе одновитковых пружинных манометров выпускаются вакуумметры и мановакуумметры.

Многовитковая трубчатая пружина представляет собой последовательное соединение 6-9 одновитковых пружин, благодаря чему она имеет сравнительно большое перемещение свободного конца и развивает значительное усилие. В связи с этим многовитковые пружины широко применяются в самопишущих манометрах.

В лабораторных манометрах упругим элементом является упругая металлическая мембрана, мягкая мембрана (например, резиновая) с дополнительной пружиной. Мембранные манометры применяются для измерения давлений агрессивных и вязких сред; и этом случае упругая мембрана защищается прокладкой.

Недостатками мембранных манометров являются малая чувствительность системы, трудность регулировки, изменение характеристик во времени из-за "усталости" мембраны.

Гармоникообразная мембрана обладает высокой чувствительностью, в связи с чем она широко применяется в технических приборах (сильфонные манометры типа МС, вторичные приборы в пневматической агрегатной системе АУС). Сильфонные манометры типа МС применяются для измерений давлений до 5 кг/см2, класс точности 1,5 для манометров и 2,5 для вакуумметров и мановакуумметров.

Принцип действия поршневых манометров основан на уравновешивании измеряемого давления калиброванным грузом.

Рис. 3

Они применяются для измерения высоких давлений (до 10000кг/см2 и в качестве образцовых и контрольных приборов, классы точности  приборов 0,02; 0,05; 0,2. Применение поршневых манометров для технических измерений крайне ограничено.

Устройство образцового нанометра с простым неуплотненным поршнем показано на рис. 3. В цилиндрическом канале  колонки 1 находится стальной поршень 2, на верхнем конце которого имеется площадка 3 для съемных грузов 4. Канал колонки сообщается с полостью цилиндра винтового пресса 8 и с двумя штуцерами 6. Канал колонки и штуцер снабжены запорными угольчатыми вентилями 7. Сливной канал запирается вентилем 9. Каналы манометра заполняют рабочей жидкостью обычно трансформаторным или вазелиновым маслом.

Рабочее давление в сосуде определяется выбором величины груза 4:

( 4 )

где, G - вес груза и поршня

S - сумма площади поршня и половины площади зазора.

Описанные методы и приборы пригодны для измерения быстро меняющихся и очень высоких давлений и разряжений. В этом случае прибегают главным образом к использованию электрических приборов, работа которых основана на зависимости электрических характеристик чувствительного элемента от давления. К числу таких приборов следует отнести пьезоэлектрические манометры, емкостные и индуктивные манометры ионизационные и электрические вакуумметры с термосопротивлением.

У пьезоэлектрического манометра при приложении давления на металлических обкладках, соприкасающихся с кварцевыми пластинами (либо с пластинами изсегнетовой соли или турмалина), возникает заряд q , величина которого связана с давлением Р соотношением:

( 5 )

Уде, S -площадь пластинки;

К - пьезоэлектрическая постоянная, для кварца К=2,1 • 10-11к/кг.

Измерительный прибор подключают к зажимам пьезоэлектрического манометра через электронный усилитель. Достоинством пьезоэлектрического манометра является малая инерционность

Действие электрического манометра сопротивления основано на зависимости электропроводности некоторых сплавов от давления среды, окружающей проводник. В качестве материала проводника обычно применяется манганин. Сопротивление проводника в зависимости от давления изменяется по линейному закону:

( 6 )

где,  сопротивление проводника при нормальном атмосферном давлении;

- сопротивление проводника при избыточном давлении Р;

К - пьезокоэффициент, для манганина в пределах от  до см2/кг.

Периодичность поверки технических манометров с одновитковой трубчатой пружиной - 1 раз в год, мембранных, сильфонных - 1 раз в два года. Поверка должна проводиться при температуре окружающего воздуха 30˚С.

Результаты измерений(табл. 1)

Таблица 1

Показания образцового приборакг/см2	Показания проверяемого прибора кг/см2
прямой ход	обратный ход
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26	4 8 11,5 15,5 20 24 27 31 34 39 42 46 50 53 56,5 60 64 67 70,5 75 78 82 86,5 89,5 93 97	4,5 8,5 12,5 16,5 20 24 28 31 35 39 42 46 50 53,5 56 60,5 64 68,5 71 74,5 78,5 82,5 86,5 90 93 97