Манометр

Корисна модель відноситься до області засобів виміру тиску. Конструкція передавального механізму в приладі може бути використаний при проектуванні вимірювальних засобів лінійно-кутового призначення, зокрема високоточних оптичних мікрометрів для виміру довжини. Відомий манометр з трубчастою пружиною описаний у книзі Ю.В. Мулева "Манометри", видавництво МЭИ, 2003, с.47-52. Манометр складається з корпусу усередині який у якості чуттєвого елемента установлена вигнута трубчаста пружина. Під впливом середовища надлишкового тиску (як позитивного так і негативного), трубка прагне до розпрямлення (при вакумметричном до закручуванню). Розпрямлення трубки відбувається звичайно на кут не більш 15°, а переміщення його вільного кінця складає в залежності від розміру чуттєвого елемента до 10мм. Взаємозв'язок чуттєвого елемента з стрілкою манометра здійснюється механічним шляхом через передавальний механізм, що складається з тяги, зубчастого сектора, трибки з закріпленої на ній стрілки. Для усунення вільного ходу передавального механізму трибка підпружинивается за допомогою спіральної волосковой пружиною. Клас точності манометричних приладів з такими механізмами досить низький і складає 2,5-4,0. Він визначається в основному пружними характеристиками трубчастої пружини і якістю виготовлення зубчастої передачі й трибко-секторного механізму. Зубчаста передача є одним з найбільш уразливих ланок манометра з трубчастою пружиною, особливо при пульсуючом тиску, коли його підйоми і падіння мають високу швидкість і частоту. Такі екстремальні умови експлуатації приводять до швидкого зносу, виробленню зубьев як сектора, так і самої трибки і відповідно до недостовірності показань манометра і виходу його з ладу. Високочастотні вібрації приводять до коливань самої стрілки, амплітуда якої може бути соразмерна з ціною поділу шкали манометра, а це утрудняє зняття точного відліку і вносить також відповідну погрішність у показання манометра. Відомий манометр з трубчастою пружиною в якості перетворювача якого використовується электромагнітна система (див. стор.138 того ж автора) на базі диференціально трасформаторного зв'язку. Принцип дії цих перетворювачів базується на здатності манометричної пружини, з'єднуватися з плунжером, переміщати його в електричному полі двох трансформаторних котушок. Ці прилади виключають згадані недоліки однак вони складні по конструкції, а виконання комплектуючи х і вузлів виробляється на більш високому технічному рівні, що приводить до подорожчання приладу в цілому. Найбільш близьким по сукупності ознак і технічної сутності пристрою, що заявляється, можна віднести перетворювачі до оптико-механічних приладів для контролю довжини. До них відносяться оптиметри, ультраоптиметри і оптикатори [див. В.П. Петров. Контроль якості і іспит оптичних приладів. Видавництво "Ма шинобудування", Ленінград 1985, с.75,76]. У цих приладах якості передатного механізма, де здійснюється масштабне перетворення застосовується оптичний важіль, утворений хитним дзеркалом і автоколімацийно трубкою. В оптикаторі відбитий від хитного дзеркала світловий промінь попадає на шкалу по якій можна реєструвати переміщення вимірювального стрижня. Таке рішення дозволяє виключити механічну конструкцію перетворювача, усун ути люфти, підвищити точність вимірів і надійність роботи приладу в цілому. У випадку з манометром необхідно перетворити лінійне переміщення вільного кінця трубчасто ї пружини в кутове відхилення проміня. В основі корисної моделі поставлена задача розробити манометр, підвищеної точності і надійності шляхом виключення в передатній ланці механічних вузлів і з убцюватого зв'язку, а також підвищити точність виконання відліку по шкалі в умовах як стабільного, так і високочастотного перемінного тиску. Для виконання поставленої задачі в манометрі передавальний механізм виконаний у виді тяги з’єднаної з циліндричною лінзою встановленої на шляху спрямованого джерела світла закріпленого в корпусі приладу. Циліндрична лінза зв'язана через тягу з чуттєвим елементом-трубчастою пружиною дозволить виключити люфти які виникают в результаті неточного виготовлення елементів трибкосекторного механізму. Виключення зв'язку трибко-секторного механізму на який установлена стрілка з чуттєвим елементом дозволить підвищити на порядок клас точності приладу. З метою підвищення чутливості приладу, на шляху ви ходу променя з циліндричної лінзи встановлюється оптичне дзеркало, що дозволить розширити кут відхилення променя від ± e до ±2 e . Для підвищення точності відліку по шкалі в корпусі приладу встановлений оптичний мікрометр, шток якого з'єднаний з дзеркалом. Саме дзеркало встановлене на напрямних і може поступово переміщатися відносно падаючому на нього променю. Переміщення дзеркала дозволяє зміщати положення променя на шкалі приладу. Сам зсув променя до ближнього штриха можна вимірити мікрометричним відліковим пристроєм. При високочастотном пульсуючом тиску, положення "відблиску" на шкалі (завдяки зорової пам'яті ока) буде виглядати у виді світлового сектора з двома яскравими крайніми смужками (енергитична освітленість крайніх крапок кілька разів вище середніх), і тому в цих умовах при знятті відліку зручно сполучати середину "світлового бісектора" із ближнім штрихом шкали манометра. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 і Фіг.2 представлені оптико-механічні схеми приладу. На Фіг.1 представлена схема з циліндричною лінзою, на фіг.2 схема з лінзою і жорстко скріпленим до корпуса приладу дзеркалом. На Фіг.3 представлена схема з оптичним мікрометром що дозволяє переміщати положення променя по шкалі до найближчого штриха, а вимір цього переміщення визначати по мікрометричному відліковому пристрою. Розрахунки показують при переміщенні кінця трубчастої пружини і відповідно циліндричної лінзи тільки в одному напрямку на (e = D × r''/ f D =5мм, при фокусному відстані лінзи рівному f=(5-10)мм. кут розчину променя e ) по шкалі може скласти від 28° до 55°, а встановлене додатково оптичне дзеркало дозволить розширити цей кут до 110°. У формулі величина r ' ' =206265 - число секунд у радіані. Манометр складається (див.Фіг.1) з корпусу 1, шкали 2, трубчастої пружини 3, джерела світла з фокусирующей лінзою 4, циліндричної лінзи 5, один кінець якої з'єднаний через шток 6 з трубчастою пружиною 3 а інший з гвинтовою пружиною розтягання 7, що жорстко скріплена з корпусом 1, дзеркала 8 (див.Фіг.2), оптичним мікрометром 9 (див.Фіг.3) і направляючими 10. Корпус приладу 1 може бути виконаний з нержавіючої сталі. Шкала 2 виготовлена з алюмінію, пофарбованого в темний колір. Для гарної видимості відбитого світлового променя смужка поверхні шкали може бути виконана дзеркальної і нахилена до площини шкали на 45°. Як джерело світла 4 можуть бути використані лампи накалювання мініатюрні, типу МН1-МН6, а в якості джерела живлення елементи типа АА в 1,5В. Циліндрична лінза 5 може бути встановлена в оправі, що має можливість поступово переміщатися по направляючим жорстко скріпленим з корпусом приладу. Гвинтова пружина розтягання виконана зі сталі, дозволяє виключити погрішності і люфти які виникають у результаті вільного ходу лінзи. Дзеркало 8 по варіанту 2 (див фіг. 2) жорстко скріплено з корпусом манометра, для виключення "мертвої зони" при відображенні світлового променя від її, вона може мати невеликий нахил щодо площини малюнка, чи розгорнута щодо напрямку ви ходу променя. Мікрометричний гвинт 9 з дзеркалом 8 дозволяє визначити номер до найближчого штриха на шкалі. Він може бути визначений, наприклад, паралельним зсувом дзеркала, що відбиває, або його розворотом. Манометр працює в такий спосіб. Під впливом середовища надлишкового тиску (як позитивного так і негативного) кінець трубчастої пружини 3, через шток 6 надає руху оптичній лінзі 5. Переміщення лінзи 5 у площині перпендикулярній напрямку виходу сфокусированного проміння з джерела 4, приводить до відхилення его на деякий кут ± e . Положення світлового "відблиску" на шкалі 2, дозволяє визначити значення діючого на вході тиску Р. В конструкції з оптичним мікрометром (див.Фіг.3), перед тим як почати вимір, установлюється його відліковий устрій на нуль, а величину відхилення "відблиску" от ближнього штри ха шкали, визначається обертанням голівки мікрометричного гвинта 9.