《建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)綜合實驗》 教案 3-12彈性式壓力計

彈性式壓力計波紋管壓力計用波紋管作為感受壓力的敏感元件的壓力計，叫作叫做波紋管壓力計。波紋管又稱皺紋箱，它是一種表面有許多同心環(huán)狀波形皺紋的薄壁圓管。波紋管可以分成單層和多層。在總的厚度相同的條件下，多層波紋管的內(nèi)部應力小，能承受更高的壓力，耐久性也有所增加。由于各層間的摩擦，使多層波激紋管的滯后誤差加大。在壓力或軸向力的作用下，波紋管將伸長或縮短，由于它靈敏度較高在軸向容易變形，所以在軸向容易變形靈敏度較高。當波紋管作為壓力敏感元件時，將波紋管開口的一個端面焊接于固定的基座上，壓力由此傳至管內(nèi)，在壓力差的作用下，波紋管伸長或壓縮，一直到壓力與彈性力平衡為止，這時管的自由端就產(chǎn)生一定位移，通過傳動放大機構(gòu)后使指針轉(zhuǎn)動。管的自由端的位移與所測壓力成正比。波紋管對于低壓力比彈簧管和膜片靈敏得多，而且所產(chǎn)生的用以轉(zhuǎn)動指針或記錄筆的力也有所增大，其缺點是遲滯值太大（5%～6%），因而在用作壓力敏感元件時常和剛度比它大5～6倍的彈簧一起使用，這樣可使遲滯值減少至1%，其結(jié)構(gòu)示意如REF_Ref22382\h圖1所示。圖1波紋管壓力計彈簧壓力計REF_Ref12001\h圖2所示為單圈彈簧管壓力計，由彈簧管、齒輪傳動機構(gòu)、指針、刻度盤等組成。彈簧管是彈簧管壓力計的主要元件。各種形式的彈簧管如REF_Ref12057\h圖3所示。彎曲的彈簧管是一根空心管，其自由端封閉，固定端與儀表的外殼固定連接，并與管接頭相通。彈簧管的橫截面呈橢圓形或扁圓形，當它的內(nèi)腔通入被測壓力后，在壓力作用下發(fā)生變形，短軸方向的內(nèi)表面積比長軸方向的大，因而受力也大，當管內(nèi)壓力比管外大時，短軸要變長些，長軸要變短些，管子截面趨于圓而產(chǎn)生彈性變形。由于短軸方向與彈簧管圓弧形的徑向一致，變形后使自由端向管子伸直的方向移動，產(chǎn)生管端位移量，通過拉桿帶動齒輪傳動機構(gòu)，使指針相對于刻度盤轉(zhuǎn)動。當變形引起的彈性力與被測壓力產(chǎn)生的作用力平衡時、變形停止，指針指示出被測壓力值。圖2單圈彈簧管壓力計1——一彈簧管；2——-固定端；3一——接頭一；4——拉桿；5——-扇形齒輪-；6——中心齒輪；7——一指針；8-——游絲圖2單圈彈簧管壓力計（a）單圈彈簧管b）(b)盤旋多圈彈簧管c）(c)S形彈簧管d）(d)螺旋多圈彈簧管圖3彈簧管及其橫截面單圈彈簧管自由端的位移量不大相對較小，一般不超過2~5mm。為了提高彈簧管的靈敏度，并增加自由端的位移量，可采用S形彈簧管或螺旋形彈簧管。齒輪傳動機構(gòu)的作用是把自由端的線位移轉(zhuǎn)換成指針的角位移，使指針能明顯地指示出被測值。它上面還有可調(diào)螺釘，用以改變連桿和扇形齒輪的鉸合點，從而改變指針的指示范圍。轉(zhuǎn)動軸處裝著一根有游絲，用來消除齒輪嚙合處的間隙。傳動機構(gòu)的傳動阻力要盡可能小，以免影響儀器的精度。單圈彈簧管壓力表的精度，普通級為1～4級，精密級為0.1~0.5級。測量范圍0~109Pa。為了保證彈簧管壓力表的正確指示和長期使用，應使儀表工作在正常允許的壓力范圍內(nèi)。對于波動較大的壓力，儀表的示值應經(jīng)常處于量程范圍的1/2附近；被測壓力波動小，儀表示值可在量程范圍的2/3左右，但被測壓力值一般不應低于量程范圍的1/3。另外，還要注意儀表的防振、防爆、防腐等問題，并應定期校驗。膜片式及膜盒式壓力計膜片式壓力計主要用于測量腐蝕性介質(zhì)或非凝固、非結(jié)晶的黏性介質(zhì)的壓力，膜盒式壓力計常用于測量氣體的微壓和負壓。它們的敏感元件分別是膜片和膜盒，膜片和膜盒的形狀如REF_Ref18362\h圖4所示。(a)波紋膜片(b)）波紋膜盒(c)）波紋管圖4膜片和膜盒膜片是一個圓形薄片，它的其圓周被固定起來。通入壓力后，膜片將向壓力低的一面彎曲、其中心產(chǎn)生一定的位移（即撓度）、通過傳動機構(gòu)帶動指針轉(zhuǎn)動、指示出被測壓力。為了增大其產(chǎn)生的中心位移、提高儀表的靈敏度，可以把兩片金屬膜片的周邊焊接在一起，成為膜盒。也可以把多個膜盒串接在一起，形成膜盒組。膜片可分為彈性膜片和撓性膜片兩種。彈性膜片一般由金屬制成，常用的彈性波紋膜片是一種壓有環(huán)狀同心波紋的圓形薄片，其撓度與壓力的關(guān)系主要由波紋的形狀、數(shù)目、深度和膜片的厚度、直徑?jīng)Q定，而邊緣部分的波紋情況則基本上決定了膜片的特性，中部波紋的影響很小。撓性膜片只起隔離被測介質(zhì)的作用，它本身幾乎沒有彈性，是由固定在膜片上的彈簧的彈性力來平衡被測壓力的。