《建筑环境与能源应用工程专业综合实验》 教案 3-12弹性式压力计

弹性式压力计波纹管压力计用波纹管作为感受压力的敏感元件的压力计，叫作叫做波纹管压力计。波纹管又称皱纹箱，它是一种表面有许多同心环状波形皱纹的薄壁圆管。波纹管可以分成单层和多层。在总的厚度相同的条件下，多层波纹管的内部应力小，能承受更高的压力，耐久性也有所增加。由于各层间的摩擦，使多层波激纹管的滞后误差加大。在压力或轴向力的作用下，波纹管将伸长或缩短，由于它灵敏度较高在轴向容易变形，所以在轴向容易变形灵敏度较高。当波纹管作为压力敏感元件时，将波纹管开口的一个端面焊接于固定的基座上，压力由此传至管内，在压力差的作用下，波纹管伸长或压缩，一直到压力与弹性力平衡为止，这时管的自由端就产生一定位移，通过传动放大机构后使指针转动。管的自由端的位移与所测压力成正比。波纹管对于低压力比弹簧管和膜片灵敏得多，而且所产生的用以转动指针或记录笔的力也有所增大，其缺点是迟滞值太大（5%～6%），因而在用作压力敏感元件时常和刚度比它大5～6倍的弹簧一起使用，这样可使迟滞值减少至1%，其结构示意如REF_Ref22382\h图1所示。图1波纹管压力计弹簧压力计REF_Ref12001\h图2所示为单圈弹簧管压力计，由弹簧管、齿轮传动机构、指针、刻度盘等组成。弹簧管是弹簧管压力计的主要元件。各种形式的弹簧管如REF_Ref12057\h图3所示。弯曲的弹簧管是一根空心管，其自由端封闭，固定端与仪表的外壳固定连接，并与管接头相通。弹簧管的横截面呈椭圆形或扁圆形，当它的内腔通入被测压力后，在压力作用下发生变形，短轴方向的内表面积比长轴方向的大，因而受力也大，当管内压力比管外大时，短轴要变长些，长轴要变短些，管子截面趋于圆而产生弹性变形。由于短轴方向与弹簧管圆弧形的径向一致，变形后使自由端向管子伸直的方向移动，产生管端位移量，通过拉杆带动齿轮传动机构，使指针相对于刻度盘转动。当变形引起的弹性力与被测压力产生的作用力平衡时、变形停止，指针指示出被测压力值。图2单圈弹簧管压力计1——一弹簧管；2——-固定端；3一——接头一；4——拉杆；5——-扇形齿轮-；6——中心齿轮；7——一指针；8-——游丝图2单圈弹簧管压力计（a）单圈弹簧管b）(b)盘旋多圈弹簧管c）(c)S形弹簧管d）(d)螺旋多圈弹簧管图3弹簧管及其横截面单圈弹簧管自由端的位移量不大相对较小，一般不超过2~5mm。为了提高弹簧管的灵敏度，并增加自由端的位移量，可采用S形弹簧管或螺旋形弹簧管。齿轮传动机构的作用是把自由端的线位移转换成指针的角位移，使指针能明显地指示出被测值。它上面还有可调螺钉，用以改变连杆和扇形齿轮的铰合点，从而改变指针的指示范围。转动轴处装着一根有游丝，用来消除齿轮啮合处的间隙。传动机构的传动阻力要尽可能小，以免影响仪器的精度。单圈弹簧管压力表的精度，普通级为1～4级，精密级为0.1~0.5级。测量范围0~109Pa。为了保证弹簧管压力表的正确指示和长期使用，应使仪表工作在正常允许的压力范围内。对于波动较大的压力，仪表的示值应经常处于量程范围的1/2附近；被测压力波动小，仪表示值可在量程范围的2/3左右，但被测压力值一般不应低于量程范围的1/3。另外，还要注意仪表的防振、防爆、防腐等问题，并应定期校验。膜片式及膜盒式压力计膜片式压力计主要用于测量腐蚀性介质或非凝固、非结晶的黏性介质的压力，膜盒式压力计常用于测量气体的微压和负压。它们的敏感元件分别是膜片和膜盒，膜片和膜盒的形状如REF_Ref18362\h图4所示。(a)波纹膜片(b)）波纹膜盒(c)）波纹管图4膜片和膜盒膜片是一个圆形薄片，它的其圆周被固定起来。通入压力后，膜片将向压力低的一面弯曲、其中心产生一定的位移（即挠度）、通过传动机构带动指针转动、指示出被测压力。为了增大其产生的中心位移、提高仪表的灵敏度，可以把两片金属膜片的周边焊接在一起，成为膜盒。也可以把多个膜盒串接在一起，形成膜盒组。膜片可分为弹性膜片和挠性膜片两种。弹性膜片一般由金属制成，常用的弹性波纹膜片是一种压有环状同心波纹的圆形薄片，其挠度与压力的关系主要由波纹的形状、数目、深度和膜片的厚度、直径决定，而边缘部分的波纹情况则基本上决定了膜片的特性，中部波纹的影响很小。挠性膜片只起隔离被测介质的作用，它本身几乎没有弹性，是由固定在膜片上的弹簧的弹性力来平衡被测压力的。