МАНОМЕТР ПОКАЗЫВАЮЩИЙ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения давлений газообразных или жидких веществ, используемых в различных производственных процессах.
Известна конструкция манометра показывающего с одновитковой трубчатой пружиной для измерения давлений объемного потока газообразного носителя, включающего цилиндрический корпус со шкалой [1].
Недостаток известного устройства проявляется в значительной материалоемкости изготовления деталей, которые сопровождаются высокими затратами на последующую сборку. Отсутствие единой унифицированной технологии изготовления сборочных единиц и деталей манометра снижает воспроизводимость и повторяемость точностных параметров при серийном производстве приборов одного типоряда с различным типоразмером трибко-секторных передаточных механизмов и чувствительных элементов.
Ближайшим техническим решением принятым в качестве прототипа является конструкция манометра показывающего с одновитковой трубчатой пружиной для измерения давлений, включающего цилиндрический корпус с циферблатом и шкалой, смонтированные в корпусе посредством держателя, трибко-секторный передаточный механизм с показывающей стрелкой с возвратной пружиной, защитное стекло [2].
Недостаток прототипа также проявляется в недостаточной точности производимых измерений, большой металлоемкости сборочных единиц и деталей, не совершенности технологических операций производства ряда деталей и сборки, не оптимальности размеров деталей.
В основу полезной модели положена задача повышения точности измерений путем изготовления трубчатой пружины увеличенного диаметра навивки со смещением центра навивки относительно оси трибки трибко-секторного передаточного механизма, а так же снижения металлоемкости сборочных единиц и деталей, совершенствования технологических операций, оптимизация размеров комплектующих деталей.
Поставленная задача достигается тем, что в манометре показывающем с трубчатой пружиной включающем корпус с циферблатом и шкалой, смонтированные в корпусе
посредством держателя, укомплектованные защитным стеклом и связанный тягой с наконечником и трубчатой пружиной, верхняя и нижняя платы трибко-секторного передаточного механизма, между которыми размещены сектор и трибка, на ведомой оси которой установлена показывающая стрелка с возвратной пружиной, согласно полезной модели трубчатая пружина изготовлена увеличенного диаметра навивки со смещением центра навивки относительно оси трибки трибко-секторного передаточного механизма.
Увеличенность диаметра определяется из следующих соотношений, приведенных в табл.1.
Таблица 1.
Модель механизма
М40
М60
М100
Диаметр навивки пружины традиционный, мм
26
37
62
Диаметр навивки пружины предлагаемый, мм
30-60
38-70
65-200
Таким образом, увеличивая диаметр навивки пружины при сохранении требуемого хода ее свободного конца, достигается снижение деформационных нагрузок на чувствительный элемент и, соответственно, уменьшается гистерезис, являющийся одним из основных факторов, влияющих на точность работы показывающих манометров.
Повышенный диаметр навивки трубчатой пружины может быть проиллюстрирован следующим. Так, например, на манометре с диаметром корпуса 100 мм может использоваться механизм М60 с диаметром навивки 37 мм. Для повышения точности, например при изготовлении манометра для измерения малых давлений применяется трубка с диаметром навивки 54 мм.
Построение манометров со смещенными осями передаточного механизма и диаметра навивки трубчатой пружины обеспечивают применение в различных типоразмерных рядах корпусов показывающих манометров один типоразмерный ряд передаточных механизмов. Так, например, используя метод допуска смещенных осей, один и тот же механизм может быть установлен на манометрах с диаметрами корпусов 40, 50, 63, 100, 160, 250 мм. Обеспечивается высокая степень точности проводимых таким манометром измерений.
В предлагаемой модели трибко-секторный передаточный механизм для каждого типоразмерного ряда корпуса манометров может быть значительно уменьшен, т.е. для текущего манометра может использоваться трибко-секторный передаточный механизм от предыдущего типоразмерного ряда манометра. Так, наиболее типовые характеристики передаточных механизмов манометров приведены в табл.2.
Таблица 2.
Диаметр корпуса
40
63
100
Передаточное число мех-ма (П.Ч.)
1:9
1:11,5
1:10
Диаметр трибки, мм (Ктр)
2,0
2,8
4,5
Число Юма
4,5
4,1
2,3
Число ЮМа=П.Ч./Ктр. (1) Здесь П.Ч. - передаточное число механизма, Rтр - радиус трибки.
Снижение металлоемкости, унификация типоразмерного ряда трибко-секторных передаточных механизмов производится принятием характеристик механизма из табл.3.
Таблица 3.
Диаметр корпуса
50
63
100
160
250
Число Юма
4,2-5,1
4,2-5,1
2,6-4,8
2,6-4,8
2,6-4,8
Сборка трибко-секторных передаточных механизмов требует высокой технологичности. Так, одним из существенных параметров, определяющих во многих случая надежность манометра, является степень зацепления зубчатого сектора и трибки. Эта величина обязательно контролируется при нулевом показании манометра. Визуальная оценка, контроль степени зацепления в предлагаемой модели реализуется путем изготовления в верхней плате и зубчатом секторе отверстий, соосность которых обеспечивает контроль установки начального зубчатого зацепления при сборке механизма, его регулировке и что, соответственно, также повышает надежность работы манометра.
+0.01-0.1 м
В отличии от прототипа в предлагаемом трибко-секторном передаточном механизме уменьшаются колонки, что приводит к снижению габаритов сборочной единицы и, соответственно, металлоемкости сборки, а трибка выполняется удлиненной, свободный конец которой выходит за габариты нижней платы и на этом конце монтируется колодка со спиральной пружиной. Свободный конец спиральной пружины крепится на отогнутом язычке платы, а второй конец этой пружины устанавливается в продольный паз, выполняемый с допуском Sм, где S - толщина спирали и точечными ударами по стенке паза закрепляется в этом пазе.
В отличии от прототипа, где держатель манометра изготавливается горячей штамповкой в предлагаемой модели держатель манометра изготавливается механообработкой из типового проката. Применяется токарная обработка, фрезеровка.
С целью повышения экономичности изделия, повышения автоматизацияпригодности, снижения металлоемкости непосредственно держатель чувствительного элемента изготавливается из латунного квадрата, размеры которого для каждого размерного ряда корпуса манометра приведены в табл.4.
Таблица 4.
Диаметр корпуса
50
63
100
160
250
Размер квадрата, мм
12×12
12×12
14×14
14×14
14×14
Допустимое отклонение размерности квадрата составляет+0,9 мм. Повышение экономичности применения таких размеров квадрата может быть проиллюстрировано следующим примером. Внешний максимальный размер штуцера крепления трубчатой пружины в прототипе - манометре с диаметром корпуса 160 мм, изготовленном методом горячей штамповки составляет около 22 мм. В предлагаемой модели используется квадрат 14×14 мм, что существенно снижает расход металла на изделие.
Использование проката с уменьшенными размерами приводит к занижению резьбы присоединительного штуцера держателя. Для соблюдение требуемых нормативными документами выходных присоединительных размеров штуцера на конце держателя монтируется переходник с требуемыми присоединительными размерами.
В отличии от прототипа, в котором механизм к держателю крепится одними винтами, а циферблат крепится другими в предлагаемой модели трибко-секторный механизм и циферблат через два автономных отверстия, которые расположены в механизме и автономно в циферблате крепятся к держателю одними стойками, запрессовываемыми в тело держателя.
Для устранения неровностей, которые имеют место на поверхности верхней платы от расчеканки колонок и устранения возможной деформации циферблата между передаточным трибко-секторным механизмом и циферблатом устанавливается дистанциирующая прокладка.
С целью повышения точности при настройке манометра, обеспечения дополнительных регулировок одна стойка имеет на своей оси кулачок, позволяющий своим поворотом регулировать угол наклона верхней платы механизма и, соответственно, изменять угол зацепления передаточного механизма и корректировать начальную точку настройки манометра.
Для повышения экономичности производимого манометра держатель изготавливается составным из основания крепления трубчатой пружины, выходного присоединения и соединяемой их вставки. В предлагаемой конструкции непосредственно держатель, а точнее верхняя его часть, является основанием для крепления чувствительного элемента, которое осуществляется в основном пайкой, трибко-секторного передаточного механизма и с обратной стороны к нему крепится корпус прибора. Уменьшение его размеров, а точнее изготовление отдельной малогабаритной детали (в отличие от длинного штуцера) обеспечивает сокращение энергопотребления при пайке. Соединение непосредственно держателя чувствительного элемента и присоединительного штуцера производится дополнительным элементом, как то металлическая трубка, пластмассовая вставка и др. Методы соединения - резьбовое, пайка, плотная посадка с дополнительным уплотнением различными герметиками, клеями.
В предлагаемой модели переходника - присоединительный штуцер с требуемыми присоединительными размерами изготавливается удлиненным и запускается своей верхней частью внутрь корпуса и крепится к корпусу автономно от держателя с целью исключения его проворачивания и повышения надежности при монтаже манометра.
Традиционно для изготовления держателя применяется латунь. Для уменьшения затрат переходник изготавливается из стали, алюминиевых и других облегченных сплавов, пластмасс.
В отличии от прототипа, где наконечник изготавливается методом штамповки с вытяжкой и последующей сварки в предлагаемом манометре наконечник изготавливается плоскостной вырубкой из листового проката без дополнительных операций вытяжки с одним гибом места крепления тяги на 90° и монтируется, не так, как у прототипа снаружи свободного конца трубки, а устанавливается внутри трубчатой пружины, обжимается и опаивается. Хвостовик имеет вытянутую форму и обеспечивает возможность изменением своего положения дополнительно регулировать длину тяги.
В отличии от прототипа, в котором тяга состоит из двух взаимноперемещаемых планок и двух винтовых фиксаторов, обращенных к фронтовой части прибора, в предлагаемой конструкции винтовые фиксаторы обращены внутрь корпуса, что обеспечивает регулировку узла манометра с рабочим циферблатом и исключением необходимости работы с установочным циферблатом и последующей его заменой на постоянный, что, из-за регулировки прибора в полном рабочем комплекте приводит к повышению точности последующих измерений.
В предлагаемой конструкции для обеспечения устойчивого положения стрелки на нулевой отметке и обеспечения соприкосновения стрелки с упором последний устанавливается на крайней верхней точке предельной погрешности нуля шкалы, что не нарушает точности проводимых измерений и обеспечивает устойчивое положение стрелки в нулевом положении.
Предлагаемая модель прибора снабжена дополнительной стрелкой, например окрашенной в красный цвет, которая крепится на циферблате или на стекле прибора и обеспечивает визуальную индикацию достижения предельно-допустимых значений измеряемого параметра. Такая стрелка может перемещаться с помощью дополнительных усилий и устанавливаться на контрольные значения, определяемые технологическими параметрами процесса.
Кроме фиксированных по расположению стрелок в манометре смонтированы дополнительные упорные максимальная или минимальная перемещающиеся стрелки. Дополнительная стрелка монтируется на циферблате или стекле прибора и обеспечивает ее перемещение (отодвигание) основной стрелкой и предлагает визуальную индикацию максимального достигнутого значения измеряемого параметра, которое было за определенный промежуток прошедшего времени. Подобная стрелка, снабженная механизмом ее перемещения, может служить для отслеживания минимальных значений измеряемого параметра за определенный промежуток прошедшего времени.
Пластмассовое стекло для установки в корпус имеет выступ крепления, выполненный как цельным кольцом, так и разделенных на несколько частей. Таким образом происходит защелкивание стекла в корпус.
Стойки, запрессовываемые в держатель для крепления механизма, изготавливаются с посадочной рифленой поверхностью, что усиливает плотность посадки и повышает надежность крепления. Кроме этого, стойки изготавливаются из более мягкого, по сравнению с держателем, материала, например алюминиевого сплава.
В предлагаемой конструкции циферблат изготавливается методом литья под давлением с утолщением по краям, что обеспечивает плоскостность изделия.
В предлагаемой модели манометра задняя стенка корпуса прибора изготавливается с ребрами жесткости, обеспечивающими дополнительную жесткость корпуса и приводящими в конечном счете к повышению точности измерений.
Крепление корпуса к держателю осуществляется винтами, имеющими шрус под крестообразную отвертку.
Повышение надежности работы, соблюдения эстетического вида манометра достигается окраской корпуса порошковой эмалью и высушиванием при температуре 100-200°С. С целью повышения надежности в предлагаемой модели применены винты самоконтрящиеся, обеспечивающие устойчивость резьбового соединения даже при существенных вибрационных нагрузках.
Для обеспечения устойчивой работы прибора при возможных ударных нагрузках манометр заключается в резиновый кожух.
Для повышения безопасности эксплуатации манометра в предлагаемой конструкции между чувствительным элементом и циферблатом располагается дополнительная разделительная стенка, обеспечивающая безопасность при возможном разрыве чувствительного элемента.
Повышение надежности работы манометра также достигается путем установки кольцевой прокладки на поверхности резьбы присоединительного штуцера. Прокладка, точнее кольцо изготавливается из фторопласта, резины или другого эластичного материала и имеет в профиле круглую, прямоугольную, трапециадальную, ромбовидную форму. Гильза, предназначенная для крепления стрелки и посадки укомплектованной стрелки на трибку, изготавливается из алюминиевого сплава, что обеспечивает плотный контакт и посадку, включая электрический потенциал, трибки и гильзы.
Стрелка, вырубаемая из листового материала, устанавливается на цилиндрическую часть гильзы с посадкой +0,01...0,5 мм и спрессовывается на месте установки отдельными точечными позициями.
В предлагаемой трубчатая пружина устанавливается в держатель с П-образным пазом, горизонтальные стенки которого образуют с вертикальной плоскостью держателя угол 0...45° в зависимости от диаметра навивки трубчатой пружины.
С целью снижения металлоемкости в верхней плате передаточного механизма манометра изготавливаются несколько технологических отверстий.
В предлагаемой модели в задней стенке корпуса изготавливается клапан безопасности в виде отверстия, закрытого снаружи листовой прокладкой, один конец которой закреплен крепежными винтами корпуса. При разрыве чувствительного отверстия среда через аварийное отверстие выбрасывается в обратную от наблюдателя сторону.
Снижение металлоемкости передаточного механизма достигается изготовлением дистанциирующих верхнюю и нижнюю платы колонок из трубки.
На задней стенке изготавливается упорная площадка, исключающая прогиб верхней платы и передаточного механизма, при установке, зачеканке показывающей стрелки.
Стекло изготавливается с выступающим по краям буртом, что снижает повреждаемость стекла при транспортировке, монтаже и эксплуатации манометра.
Трибка и сектор трибко-секторного механизма изготавливаются из более твердого по сравнению с материалом плат (латунью) металлом, например сталью.
Для лучшего понимания полезная модель поясняется чертежами, где фиг.1 - Общий вид манометра. фиг.2 - Вид трубчатой пружины с держателем и передаточным механизмом. Фиг.3 - Общий трибко-секторного передаточного механизма Фиг.4 - Вид трибко-секторного передаточного механизма сбоку. Фиг.5 - Общий спиральной пружины с колодкой Фиг.6 - Вид манометра сбоку. Фиг.7 - Вид присоединения свободного конца трубчатой пружины к передаточному механизму.
Манометр показывающий с трубчатой пружиной 1 (фиг.1) включающем корпус 2 с циферблатом 3 и шкалой 4, смонтированные в корпусе посредством держателя 5, укомплектованные защитным стеклом 6 и связанный тягой 7 с наконечником 8 и трубчатой пружиной 1, верхняя и нижняя платы 9 и 10 соответственно трибчато-секторного передаточного механизма 11, между которыми размещены сектор 12 и трибка 13, на ведомой оси которой установлена показывающая стрелка 14 с возвратной пружиной 15.
Трубчатая пружина 1, как видно из фиг.2, изготовлена увеличенного диаметра навивки со смещением центра навивки относительно оси трибки трибко-секторного передаточного механизма. Таким образом, увеличивая диаметр навивки пружины при сохранении требуемого хода ее свободного конца, достигается снижение деформационных нагрузок на чувствительный элемент и, соответственно, уменьшается гистерезис, являющийся одним из основных факторов, влияющих на точность работы показывающих манометров.
сект
тр
Передаточное число П.Ч. определяется как отношение (фиг.3) радиуса R сектора 16 к радиусу R трибки 13. Число ЮМа, определяемое по соотношению (1), принимается равным для каждого типоразмерного ряда корпуса манометра из табл.3.
Сборка трибко-секторного передаточного механизма 11 требует высокой технологичности. Контроль зацепления зубчатого сектора 16 и трибки 13 производится по совпадению отверстия 17 верхней платы 9 и отверстий 18 зубчатого сектора 16. Совпадение отверстия 17 с одним и крайних отверстий 18 зубчатого сектора 16 свидетельствует о, например, крайне-допустимых или рекомендуемых точках зубчатого зацепления передаточного механизма.
+0,01-0,1 м
В трибко-секторном передаточном механизме 11 уменьшаются колонки 19 (фиг.4), что приводит к снижению габаритов сборочной единицы и, соответственно, металлоемкости сборки, а трибка 13 выполняется удлиненной, свободный конец которой выходит за габариты нижней платы 10 и на этом конце монтируется колодка 20 со спиральной пружиной 21. Свободный конец спиральной пружины крепится на отогнутом язычке 22 платы 10, а второй конец этой пружины устанавливается в продольный паз колодки 20 (фиг.5), выполняемый с допуском sм, где S - толщина спирали и зачеканивается в этом пазе механическим воздействием на края паза.
Держатель 5 (фиг.1) манометра изготавливается механообработкой из типового проката. Наиболее целесообразно использовать латунный квадрат, размеры которого для каждого размерного ряда корпуса манометра приведены в табл.3. Для соблюдения требуемых нормативными документами выходных присоединительных размеров штуцера на конце держателя 5 монтируется переходник 23 с требуемыми присоединительными размерами.
В предлагаемой модели трибко-секторный механизм 11 и циферблат 3 через два автономных отверстия, которые расположены в механизме и автономно в циферблате крепятся к держателю 5 одними стойками 24(фиг.6).
Для устранения неровностей, которые имеют место на поверхности верхней платы 9 от расчеканки колонок 19 и устранения возможной деформации циферблата 3 между передаточным трибко-секторным механизмом 11 и циферблатом 3 устанавливается дистанциирующая прокладка 25.
С целью повышения точности при настройке манометра, обеспечения дополнительных регулировок одна стойка имеет на своей оси кулачок 26 (фиг.1), позволяющий своим поворотом регулировать угол наклона верхней платы 10 механизма 11 и, соответственно, изменять угол зацепления передаточного механизма 11 и корректировать начальную точку настройки манометра.
Для повышения экономичности производимого манометра держатель 5 изготавливается составным из основания 27(фиг.6) крепления трубчатой пружины 1, выходного присоединения 28 и соединяемой их вставки 29.
В предлагаемой модели переходник 23 изготавливается удлиненным и запускается своей верхней частью внутрь корпуса 2 и крепится к нему автономно от держателя 5 (фиг.6).
В предлагаемом манометре наконечник 8 изготавливается плоскостной вырубкой из листового проката без дополнительных операций вытяжки с одним гибом места крепления тяги на 90° и монтируется внутри трубчатой пружины 1 (фиг.7).
Тяга 7 состоит из двух взаимноперемещаемых планок 30 и 31 и двух винтовых фиксаторов 32, обращенных к фронтовой части прибора (фиг.7).
В предлагаемой конструкции для обеспечения устойчивого положения стрелки 14 (фиг.1) на нулевой отметке упором 33 устанавливается на крайней верхней точке предельной погрешности нуля шкалы. Это обеспечивает гарантированное соприкосновение стрелки с упором.
Предлагаемая модель прибора снабжена дополнительной стрелкой 34, которая крепится на циферблате 3 или на стекле прибора 6 (фиг.1).
В манометре смонтированы дополнительные упорные максимальная перемещающаяся стрелка 35, монтируемая на циферблате 3 или стекле 6(фиг.1).
Пластмассовое стекло 6 для установки в корпус имеет выступ крепления 36, выполненный как цельным кольцом, так и разделенных на несколько частей.
Стойки 24, запресовываемые в держатель5 для крепления механизма 11, изготавливаются с посадочной рифленой поверхностью, что усиливает плотность посадки и повышает надежность крепления
В предлагаемой конструкции циферблат 3 изготавливается методом литья под давлением с утолщением по краям.
В предлагаемой модели манометра задняя стенка корпуса 2 прибора изготавливается с ребрами жесткости 37 (фиг.1).
Крепление корпуса 2 к держателю 5 осуществляется винтами 38 (фиг.6), имеющими шрус под крестообразную отвертку.
Для обеспечения устойчивой работы манометра при возможных ударных нагрузках манометр заключается в резиновый кожух 39.
Для повышения безопасности эксплуатации манометра в случае разрыва чувствительного элемента в предлагаемой конструкции между чувствительным элементом 1 и циферблатом 3 располагается дополнительная разделительная стенка 40.
На поверхности резьбы присоединительного штуцера - переходника 23 устанавливается промежуточная кольцевая прокладка 41, которая при заворачивании штуцера в соединении резьба-резьба уплотняет посадку.
Гильза 42 предназначена для крепления стрелки и посадки укомплектованной стрелки 14 на трибку 13 изготавливается из более мягкого сплава.
Трубчатая пружина 1 устанавливается в держатель 5 с П-образным пазом, горизонтальные стенки которого образуют с  горизонтальной плоскостью держателя угол 0...45° (фиг.2).
В верхней плате 9 передаточного механизма 11 манометра изготавливаются несколько технологических отверстий 43 (фиг.3), обеспечивающих снижение металлоемкости.
В задней стенке корпуса 2 изготавливается клапан безопасности в виде отверстия 44, закрытого снаружи листовой прокладкой 45, один конец которой закреплен крепежными винтами 46.
Снижение металлоемкости передаточного механизма достигается изготовлением дистанциирующих верхнюю 9 и нижнюю 10 платы колонок 19 из трубки.
На задней стенке корпуса 2 изготавливается упорная площадка 47, которая обеспечивает устойчивое положение трибко-секторного передаточного механизма при его креплении на одной верхней плате. Это исключает прогиб верхней платы и передаточного механизма при установке, зачеканке показывающей стрелки 14.
Стекло 6 изготавливается с выступающим по краям буртом, что снижает повреждаемость стекла при транспортировке, монтаже и эксплуатации манометра.
Манометр показывающий для измерения давления в газообразных и жидких носителей работает путем его включения в технологическую линию посредством присоединительного штуцера - переходника 23. Изменение избыточного давления, например газообразного носителя, в технологической линии воспринимается чувствительным элементом - трубчатой пружиной 1, которая изменяет свою кривизну под действием внутреннего давления. Не защемленный конец трубчатой плоской пружины 1 при этом через трибко-секторный передаточный механизм 11 передает вращение трибке 13 и стрелке 14 показывающей величину изменения давления на мерительной шкале 4 циферблата 3. После снятия давления в сети под действием возвратной спиральной пружины 21 показывающая стрелка 14 возвращается в исходное состояние.
Новая конструкция манометра концептуально решает задачу расширения технологических возможностей путем использования единого неразрывного однородного технологического процесса изготовления манометра, снижения материалоем кости технологии и унифицирования использования одного типоразмера передаточного механизма для интервального типоряда размера корпуса манометр.
На дату подачи заявки большее количество пунктов заявки внедрено в серийное производство. Остальные находятся на стадии промышленного освоения.
Источники информации:
1. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. - М.: Энергия, 1978, с.379.
2. Мулев Ю.В. Манометры.: Изд-во МЭИ, 2003. - 280 с.