вимірювання тиску

Більш ніж 43 мільйони якісних приладів поставляються в більш ніж 100 країн щорічно. Приблизно 350 мільйонів вимірювальних приладів WIKA використовуються у всьому світі.
Розробка і виробництво манометрів з пружним чутливим елементом на основі трубки Бурдона завжди становили значну частину виробничої програми компанії WIKA. І в даний час компанія пропонує понад 40 типів цих манометрів.

Чим характеризується успіх їх виробництва?

Манометри з пружним чутливим елементом широко поширені в сфері технічних вимірювань тиску завдяки своїй міцності і простоті використання.
Вони містять чутливі елементи, які пружно змінюють свою форму під впливом тиску.
Як правило, чутливі елементи виконуються з мідних сплавів, легованих сталей або зі спеціальних матеріалів, якщо мова йде про специфічні вимірювальних задачах.
Тиск вимірюється по відношенню до вихідного тиску (еталонне тиск). В якості вихідного тиску служить, як правило, атмосферний тиск. Це означає, що манометр вказує наскільки виміряний тиск нижче або вище атмосферного тиску, присутнього в момент вимірювань (манометр надлишкового тиску).
Існує стандартний ряд вимірюваних діапазонів, тиск вказується стрілкою на циферблаті.
Манометри з гідрозаполненіем використовуються для вимірювання тиску в услових сильних пульсацій і / або вібрацій.
Функцію сигналізації можна забезпечити шляхом комбінування манометра з Електроконтакт.

Для автоматизації виробничих процесів манометри комбінуються з датчиком вихідного електричного сигналу, наприклад 4-20 мАТрубчатие пружини є кругообразно зігнуті

Манометр з трубкою Бурдона

трубки з овальнимпоперечним перетином. Тиск вимірюваного середовища впливає на внутрішню сторону цієї трубки, в результаті чого овальне поперечний переріз приймає майже круглу форму.
В результаті викривлення пружинної трубки виникають напруги в кільцях трубки, які розгинають пружину. Незажатий кінець пружини виконує рух, пропорційне величині тиску. Рух передається за допомогою стрілочного механізму на шкалу.
Для вимірювань тиску до 40 або 60 бар застосовуються, як правило, зігнуті з кутом витка близько 2700, колоподібні пружини. Для вимірювань тиску з більш високими значеннями використовуються пружини з декількома лежать один над одним витками і однаковим виткового діаметром (гвинтова пружина) або зі спіралеподібних витками, що лежать в одній площині (плоска спиралевидная пружина).
Трубчасті пружини мають порівняно низьким перестановки зусиллям. Тому їх захист від перевантаження може проводитися тільки з обмеженнями.
Показання устнавліваются в діапазонах від 0..Д6 до 0. 7000 бар при точності показань (класі) від 0,1 до 4,0%.

Подальший розвиток пружних чутливих елементів було пов'язано з розвитком на початку 50-х років минулого століття високих технологій, зокрема, технологій виготовлення пружних елементів з плавленого кварцу.
Це був досить дорогий процес в основному через високу (2400 ° С) температури плавлення і спеціальних методів виробництва, особливо, порожнистих кварцових трубок діаметром менше дюйма.
Однак, корисні властивості плавленого кварцу, а саме - низький коефіцієнт теплового розширення, хімічна інертність, низька термоеластічному і внутрішня в'язкість дозволили застосувати їх в розробленому С. Уорденом гравіметри, який мав можливість за рахунок кварцового чутливого елемента вимірювати відносні варіацію прискорення сили тяжіння в одну десятимільйонну .
Ранні роботи К. Боденштейна, Дж.Дамрела та інших показали можливість виготовлення трубок Бурдона з плавленого кварцу.
Перш ніж С. Уорден почав виготовлення кварцових трубок Бурдона в «Worden Labs» для «Ruska», він побудував кілька моделей низького дозволу для використання в наукових лабораторіях У. Руска, засновника «Ruska».

В1953 році «Texas Instruments» (Tl) придбала лабораторії С. Вордена.
У 1962 році У. Бак запатентував високоточний барометр, який використовував в якості чутливого елемента кварцову трубку Бурдона. Однак доля цього патенту щодо комерційного використання невідома.
У той же час на початку 60-х років роботи в TI Дж.Дамрела і Дж. Фрут привели до створення моделей 140 і 142 і документа «Нові концепції високоточних вимірювань і контролю тиску».
У нових приладах пропонувалися покращене дозвіл, дизайн, гістерезис і переносимість в порівнянні зі звичайними приладами вимірювання тиску. Вирішення цих оригінальних приладів TI становило 1 частина на 100 000.
В основі трубки Бурдона знаходилося кварцове дзеркало, яке використовувалося для визначення положення або відхилення трубки Бурдона при надходженні тиску.
Джерело світла, спрямованого на дзеркало, відбивався назад в пару фотоелементів, що показувало суму кутового відхилення трубки Бурдона.
Механічний цифровий лічильник вказував зміщення від нульового, яке множилося на коефіцієнт масштабування за умови,

що число було пропорційно тиску, прикладеного до трубки Бурдона.
Моделі серії 140 швидко знайшли застосування в калібрувальних лабораторіях, що вимагають високої точності і продуктивності.
Спочатку трубки Бурдона були здатні вимірювати тиск до 500 фунтів на квадратний дюйм і використовувалися для вимірювання надлишкового, абсолютного або диференціального тисків, а також при атмосферному або підвищеному тиску для вимірювань перепаду тиску.
Вимірювання абсолютного тиску досягалися шляхом підключення вакуумного насоса до трубки Бурдона.
Іншою важливою розробкою був високоточний контролер тиску, який забезпечував автоматичний контроль тиску.
Нові моделі Tl LPC50, LPC100 і моделі PSR100 були розроблені, щоб використовуватися в поєднанні з манометрами Tl «Precision».
Модель PSR100 мала найвищі можливості контролю тиску з максимальним виходом в діапазоні від 100 фунтів на квадратний дюйм. Кварцові трубки Бурдона були розроблені з умовою взаємозамінності, щоб користувач міг легко встановлювати і видаляти різні трубки в різних діапазонах тисків.
Tl «Precision» був запатентований в 1966 році і став першим в комерціалізації високоточних трубок Бурдона з плавленого кварцу.
Приблизно в той же час в «Ruska» був розроблений прилад XR-38 з кварцовою трубкою Бурдона, датчик тиску якого був схожий на датчик TI в тому, що був укладений в скляний корпус. Л. Лінтон (головний інженер) об'єднався з «RayWorden» для розробки кварцової трубки Бурдона для наступного покоління продукції «Ruska» - XR-38 - який був представлений на ринок засобів вимірювань тиску в 1968 році.

В кінці 1960-х «Texas Instruments» представила друге покоління приладів з кварцовими трубками Бурдона в вигляді моделей TI-145 (вимірювач) і TI-156 (контролер).
Але далі в зв'язку з труднощами фінансування TI підрозділу по манометричним дослідженням Дж.Фрут прийняв рішення залишити TI і заснував нову компанію, діяльність якої присвячувалася виключно створенню високочних приладів для вимірювання тиску.
Ця нова компанія стала називатися «Mensor». Більшість із засновників «Mensor» працювали в TI в підрозділі засобів вимірювань тиску, включаючи відділи проектування, виробництва і продажів.
«Mensor Corporation» була заснована в 1969 році, щоб підняти виробництво кварцових манометрів на новий рівень продуктивності.
«Mensor» «датчик» був схожий на дизайн капсули TI в тому, що в ньому також використовувалося оптичне зондування з метою усунення будь-яких непорозумінь і теплових ефектів при безпосередньому використанні кварцової трубки Бурдона. Також використовувалися кругові дзеркала, що додаються до кварцової трубці Бурдона, і світло відбивалося назад на фотоелементи. Коли тиск додавалося до кварцової трубці, дзеркало оберталося щодо величини прикладеного тиску і вимірювалося напруга зсуву на фотоелементах. Процес починався з виготовлення порожнистих кварцових трубок високої чистоти (із зовнішнім діаметром - 8 мм і внутрішнім - 6,5 мм). Токарний верстат і безліч полум'яних смолоскипів були використані для виготовлення порожнистих кварцових трубок Бурдона на вуглецевої оправці. Смолоскипи використовувалися для розм'якшення кварцових трубок і формування спіралей для остаточного складання. Точний діапазон тиску визначався розміром трубки.

Різні діапазони тиску мали різні перетину і різну товщину стінок. Коригування для отримання точного діапазону тиску досягалося шляхом травлення кварцу плавиковою кислотою.
Гвинтові кварцова трубка Бурдона потім ставала невід'ємною частиною збірної конструкції, яка включала: кварцове дзеркало, кварцову пружину, монтажний блок, корпус, пневматичні фітинги та скляну капсулу. Складність збірки приладу була на рівні створення творів мистецтва.
Перший кварцовий манометр «Mensor» (QM) був представлений в 1969 році, після чого в 1970 році з'явився і кварцовий манометр / контролер (QM / C).
На початку 1970-х років QM почав використовуватися для метрологічних додатків в основному в калібрувальних лабораторіях, в авіоніки і в наукових дослідженнях. QM першим подав не прямі показання приладу.
Спеціальні діаграми інтерполяції були використані для визначення точних вимірювань тиску.

Датчик тиску «Mensor»

У 1972 році «Mensor» представив перший кварцовий манометрс трубкою Бурдона, який був в змозі забезпечити прямі свідчення тиску в одиницях тиску (мм рт.ст. мбар, кПа і т.д.).
У 1976 році в «Mensor» був розроблений цифровий датчик тиску (мод. 11 600), який також використовував трубку Бурдона з плавленого кварцу.
У той час як QM і QM / C були в знімній капсулі, модель 11600 вже була незнімної.
«Mensor» також використовував трубку Бурдона з плавленого кварцу в своєму другому контролері тиску в 1983 році (модель PCS200).
На початку 1970-х «Ruska» вирішила розвивати своє третє покоління манометрів з використанням кварцової трубки Бурдона. Цей прилад, відомий як DDR-6000, був призначений для точних вимірювань тиску і контролю.
Збірка кварцового DDR-6000 нагадувала збірку гравіметра Вордена з точки зору складності та зовнішнього вигляду.
У 1980-х років TI прийняв рішення про продаж кварцових манометрів з трубкою Бурдона в «Halliburton». Після короткого перебування в «Halliburton» лінія TI «Тиск»

1. інструментальна похибка до 0,004% ІВ;
2. повторюваність до 0,002% ІВ;
3. нелінійність до 0,002%;
4. розширена невизначеність (к = 2, 95%) до 0,01% ІВ.

1944 «Ruska» заснована в Х'юстоні, штат Техас
1940 С. Уорден винайшов кварцовий гравіметр
1953 «Texas Instruments» набуває «Worden Labs»
1960 «Texas Instruments» випускає кварцовий манометр (мод.140)
1960 «Ruska» починає роботи над кварцовими манометрами
1960 «Worden Labs» створює кварцову кручені трубку Бурдона
+1964 «Ruska» набуває «Worden Labs»
1966 П. Дамрел і Дж.Фрут патентують в «Texas Instruments» кварцові манометри

1 968 «Ruska» запускає у виробництво кварцовий манометр (мод. XR-38) і тестер тиску мод. 3820

1969 Заснування компанії «Mensor» в Х'юстоні, штат Техас