Механические чувствительные элементы (сенсоры) давления и манометры на их основе

Механические чувствительные элементы (сенсоры) давления включают в себя сильфоны, мембраны и трубки Бурдона.

Каждое из этих устройств преобразует давление жидкости или газа в силу. Если нет механических ограничений, то элемент за счёт своей упругости будет производить движение, пропорциональное приложенному давлению:

Сильфон напоминает аккордеон, построенный из пружинистого металла вместо ткани. Увеличение давления в сильфоне заставляет его удлиняться.

Фотография сильфона показана на следующей фотографии:

Диафрагма — не что иное, как тонкий диск материала, который выгибается под влиянием давления.

Большинство диафрагм изготавливаются из металла с пружинными свойствами.

Некоторые диафрагмы построены из материалов с незначительным пружинным эффектом. Они используются в приборах с малыми пределами измерения. При их применении необходимо обязательно использовать механизм для ограничения перемещения такой диафрагмы, чтобы предотвратить повреждение от прикладываемого давления.

Следующая фотография показывает механизм миниатюрного манометра, использующего диафрагму из сплава меди как сенсорный элемент:

Трубки Бурдона изготавливаются из сплавов, имеющих пружинные свойства. Изделия из таких сплавов после деформации из-за приложенной силы при снятии нагрузки принимают прежнюю форму. Но деформация не должна быть больше, чем позволяет коэффициент упругой деформации для конкретного сплава.

Трубка Бурдона представляет собой отрезок прямоугольной в сечении трубы, запаянной с одной стороны и изогнутой по дуге окружности.

Под влиянием внутреннего давления, трубка Бурдона «пытается» выпрямиться и через передаточный механизм приводит в движение стрелку, с помощью которой по шкале производится отчет приложенного давления.

В подавляющем большинстве применяемых в технологии показывающих манометрах используется трубка Бурдона в качестве чувствительного к давлению элемента.

Иногда используется трубка Бурдона спиральной формы для увеличения диапазона движения, что приводит к увеличению разрешения прибора.

Типичный механизм манометра с-образный трубкой Бурдона показан на следующем рисунке:

Фотография механизма манометра с-образный трубкой Бурдона (вид сзади со стороны механизма, с другой стороны прибора расположены указатель и шкала):

Следующая фотография показывает трубку Бурдона спиральной формы:

Следует отметить, что сильфоны, диафрагмы и трубчатые пружины (трубки Бурдона) могут использоваться не только для измерения избыточного давления, но и разностного (дифференциального) и абсолютного давления. Все, что необходимо для этого, подать давление на обе стороны чувствительного элемента (для дифманометра) или соединить одну из сторон с вакуумной камерой (при измерении абсолютного давления).

Следующий набор иллюстраций показывает, как сильфоны, диафрагмы, и трубчатые пружины манометра (трубки Бурдона) могут использоваться как элементы, чувствительные к дифференциальному давлению: