Назначение манометра. Что такое манометр? Манометр для измерения давления
Вопрос 21. Классификация приборов измерения давления. Устройство электроконтактного манометра, способы его поверки.
Во многих технологических процессах давление является одним из основных параметров, определяющих их протекание. К ним относятся: давление в автоклавах и пропарочных камерах, давление воздуха в технологических трубопроводах и т. п.
Определение величины давления
Давление – это величина, характеризующая действие силы на единицу поверхности.
При определении величины давления принято различать давление абсолютное, атмосферное, избыточное и вакуумметрическое.
Абсолютное давление (р а ) – это давление внутри какой-либо системы, под которым находится газ, пар или жидкость, отсчитываемое от абсолютного нуля.
Атмосферное давление (р в ) создается массой воздушного столба земной атмосферы. Оно имеет переменную величину, зависящую от высоты местности над уровнем моря, географической широты и метеорологических условий.
Избыточное давление определяется разностью между абсолютным давлением (р а) и атмосферным давлением (р в):
р изб = р а – р в.
Вакуум (разрежение) – это такое состояние газа, при котором его давление меньше атмосферного. Количественно вакуумметрическое давление определяется разностью между атмосферным давлением и абсолютным давлением внутри вакуумной системы:
р вак = р в – р а
При измерении давления в движущихся средах под понятием давления понимают статическое и динамическое давление.
Статическое давление (р ст ) – это давление, зависящее от запаса потенциальной энергии газовой или жидкостной среды; определяется статическим напором. Оно может быть избыточным или вакуумметрическим, в частном случае может быть равно атмосферному.
Динамическое давление (р д ) – это давление, обусловленное скоростью движения потока газа или жидкости.
Полное давление (р п ) движущейся среды слагается из статического (р ст) и динамического (р д) давлений:
р п = р ст + р д.
Единицы измерения давления
В системе единиц СИ за единицу давления принято считать действие силы в 1 H (ньютон) на площадь 1 м², т. е. 1 Па (Паскаль). Так как эта единица очень мала, для практических измерений применяют килопаскаль (кПа = 10 3 Па) или мегапаскаль (МПа=10 6 Па).
Кроме того, на практике применяют такие единицы давления:
миллиметр водяного столба (мм вод. ст.);
миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.);
атмосфера;
килограмм силы на квадратный сантиметр (кг·с/см²);
При этом соотношение между этими величинами следующее:
1 Па = 1 Н/ м²
1 кг·с/см² = 0,0981 МПа = 1 атм
1 мм вод. ст. = 9,81 Па = 10 -4 кг·с/см² = 10 -4 атм
1 мм рт. ст. = 133,332 Па
1 бар = 100 000 Па = 750 мм рт. ст.
Физическое объяснение некоторых единиц измерения:
1 кг·с/см² – это давление столба воды высотой 10м;
1 мм рт. ст. – это величина уменьшения давления при подъеме на каждые 10м высоты.
Методы измерения давления
Широкое использование давления, его перепада и разрежения в технологических процессах вызывает необходимость применять разнообразные методы и средства измерения и контроля давления.
Методы измерения давления основаны на сравнении сил измеряемого давления с силами:
давления столба жидкости (ртути, воды) соответствующей высоты;
развиваемыми при деформации упругих элементов (пружин, мембран, манометрических коробок, сильфонов и манометрических трубок);
тяжести грузов;
упругими силами, возникающими при деформации некоторых материалов и вызывающими электрические эффекты.
Классификация приборов измерения давления
Классификация по принципу действия
В соответствии с указанными методами, приборы измерения давления можно разделить, по принципу действия на:
жидкостные;
деформационные;
грузопоршневые;
электрические.
Наибольшее распространение в промышленности получили деформационные средства измерения. Остальные, в большинстве своем, нашли применение в лабораторных условиях в качестве образцовых или исследовательских.
Классификация в зависимости от измеряемой величины
В зависимости от измеряемой величины средства измерения давления подразделяются на:
манометры – для измерения избыточного давления (давления выше атмосферного);
микроманометры (напоромеры) – для измерения малых избыточных давлений (до 40 кПа);
барометры – для измерения атмосферного давления;
микровакуумметры (тягомеры) – для измерения малых разряжений (до -40 кПа);
вакуумметры – для измерения вакуумметрического давления;
мановакуумметры – для измерения избыточного и вакуумметрического давления;
напоротягомеры – для измерения избыточного (до 40 кПа) и вакуумметрического давления (до -40 кПа);
манометры абсолютного давления – для измерения давления, отсчитываемого от абсолютного нуля;
дифференциальные манометры – для измерения разности (перепада) давлений.
Жидкостные средства измерения давления
Действие жидкостных средств измерений основано на гидростатическом принципе, при котором измеряемое давление уравновешивается давлением столба затворной (рабочей) жидкости. Разница уровней в зависимости от плотности жидкости является мерой давления.
U -образный манометр – это простейший прибор для измерения давления или разности давлений. Представляет собой согнутую стеклянную трубку, заполненную рабочей жидкостью (ртутью или водой) и прикрепленную к панели со шкалой. Один конец трубки соединяется с атмосферой, а другой подключается к объекту, где измеряется давление.
Верхний предел измерения двухтрубных манометров составляет 1…10кПа при приведенной погрешности измерения 0,2…2%. Точность измерения давления этим средством будет определяться точностью отсчета величины h(величины разности уровня жидкости), точностью определения плотности рабочей жидкости ρ и не зависеть от сечения трубки.
Жидкостные средства измерения давления характерны отсутствием дистанционной передачи показаний, небольшими пределами измерений и низкой прочностью. В то же время благодаря своей простоте, дешевизне и относительно высокой точности измерений они широко распространены в лабораториях и реже в промышленности.
Деформационные средства измерения давления
Основаны на уравновешивании силы, создаваемой давлением или вакуумом контролируемой среды на чувствительный элемент, силами упругих деформаций различного рода упругих элементов. Эта деформация в виде линейных или угловых перемещений передается регистрирующему устройству (показывающему или самопишущему) или преобразуется в электрический (пневматический) сигнал для дистанционной передачи.
В качестве чувствительных элементов используют одновитковые трубчатые пружины, многовитковые трубчатые пружины, упругие мембраны, сильфонные и пружинно-сильфонные.
Для изготовления мембран, сильфонов и трубчатых пружин применяются бронза, латунь, хромоникелевые сплавы, отличающиеся достаточно высокой упругостью, антикоррозийностью, малой зависимостью параметров от изменения температуры.
Мембранные приборы применяются для измерения небольших давлений (до 40кПа) нейтральных газовых средств.
Сильфонные приборы предназначены для измерения избыточного и вакуумметрического давления неагрессивных газов с пределами измерений до 40кПа, до 400кПа (как манометры), до 100кПа (как вакуумметры), в интервале -100…+300кПа (как мановакуумметрические).
Трубчато-пружинные приборы принадлежат к числу наиболее распространенных манометров, вакуумметров и мановакуумметров.
Трубчатая пружина представляет собой тонкостенную, согнутую по дуге окружности, трубку (одно- или многовитковую) с запаенным одним концом, которая изготавливается из медных сплавов или нержавеющей стали. При увеличении или уменьшении давления внутри трубки пружина раскручивается или скручивается на определенный угол.
Манометры рассмотренного типа выпускаются для верхних пределов измерения 60…160кПа. Вакуумметры выпускаются со шкалой 0…100кПа. Мановакуумметры имеют пределы измерений: от -100кПа до +(60кПа…2,4МПа). Класс точности для рабочих манометров 0,6…4, для образцовых – 0,16; 0,25; 0,4.
Грузопоршневые манометры применяются как устройства для поверки механических контрольных и образцовых манометров среднего и высокого давления. Давление в них определяется по калиброванным грузам, помещаемым на поршне. В качестве рабочей жидкости применяют керосин, трансформаторное или касторовое масло. Класс точности грузопоршневых манометров 0,05 и 0,02%.
Электрические манометры и вакуумметры
Действие приборов этой группы основано на свойстве некоторых материалов изменять свои электрические параметры под действием давления.
Пьезоэлектрические манометры применяют при измерении пульсирующего с высоко частотой давления в механизмах с допустимой нагрузкой на чувствительный элемент до 8·10 3 ГПа. Чувствительным элементом в пьезоэлектрических манометрах, преобразующим механические напряжения в колебания электрического тока, являются пластины цилиндрической или прямоугольной формы толщиной в несколько миллиметров из кварца, титаната бария или керамики типа ЦТС (цирконат-титонат свинца).
Тензометрические манометры имеют малые габаритные размеры, простое устройство, высокую точность и надежность в работе. Верхний предел показаний 0,1…40Мпа, класс точности 0,6; 1 и 1,5. Применяются в сложных производственных условиях.
В качестве чувствительного элемента в тензометрических манометрах применяются тензорезисторы, принцип действия которых основан на изменении сопротивления под действием деформации.
Давление в манометре измеряется схемой неуравновешенного моста.
В результате деформации мембраны с сапфировой пластинкой и тензорезисторами возникает разбаланс моста в виде напряжения, которое с помощью усилителя преобразуется в выходной сигнал, пропорциональный измеряемому давлению.
Дифференциальные манометры
Применяются для измерения разности (перепада) давления жидкостей и газов. Они могут быть использованы для измерения расхода газов и жидкостей, уровня жидкости, а также для измерения малых избыточных и вакуумметрических давлений.
Мембранные дифференциальные манометры являются бесшакальными первичными измерительными приборами, предназначенными для измерения давления неагрессивных сред, преобразующими измеряемую величину в унифицированный аналоговый сигнал постоянного тока 0…5мА.
Дифференциальные манометры типа ДМ выпускаются на предельные перепады давления 1,6…630кПа.
Сильфонные дифференциальные манометры выпускаются на предельные перепады давления 1…4кПа, они рассчитаны на предельно допустимое рабочее избыточное давление 25кПа.
Устройство электроконтактного манометра, способы его поверки
Устройство электроконтактного манометра
Рисунок - Принципиальные электрические схемы электроконтактных манометров: а – одноконтактная на замыкание; б – одноконтактная на размыкание; в – двухконтактная на размыкание–размыкание; г – двухконтактная на замыкание–замыкание; д – двухконтактная на размыкание–замыкание; е – двухконтактная на замыкание–размыкание; 1 – указательная стрелка; 2 и 3 – электрические базовые контакты; 4 и 5 – зоны замкнутых и разомкнутых контактов соответственно; 6 и 7 – объекты воздействия
Типовая схема функционирования электроконтактного манометра может быть проиллюстрирована рисунке (а) . При росте давления и достижении им определенного значения указательная стрелка 1 с электрическим контактом входит в зону 4 и замыкает с помощью базового контакта 2 электрическую цепь прибора. Замыкание цепи в свою очередь приводит к вводу в работу объекта воздействия 6.
В схеме размыкания (рис. б ) при отсутствии давления электрические контакты указательной стрелки 1 и базового контакта 2 замкнуты. Под напряжением U в находится электрическая цепь прибора и объект воздействия. При повышении давления и прохождении стрелкой зоны замкнутых контактов происходит разрыв электрической цепи прибора и соответственно прерывается электрический сигнал, направляемый на объект воздействия.
Наиболее часто в производственных условиях применяются манометры с двухконтактными электрическими схемами: одна используется для звуковой или световой индикации, а вторая – для организации функционирования систем различных типов управления. Так, схема размыкание–замыкание (рис. д ) позволяет по одному каналу при достижении определенного давления разомкнуть одну электрическую цепь и получить сигнал воздействия на объект 7 , а по второму – с помощью базового контакта 3 замкнуть находящуюся в разомкнутом состоянии вторую электрическую цепь.
Схема замыкание–размыкание (рис. е ) позволяет при увеличении давления одну цепь замкнуть, а вторую – разомкнуть.
Двухконтактные схемы на замыкание–замыкание (рис. г ) и размыкание–размыкание (рис. в ) обеспечивают при повышении давления и достижении одних и тех же или различных его значений замыкание обеих электрических цепей или соответственно их размыкание.
Электроконтактная часть манометра может быть как неотъемлемой, совмещенной непосредственно с механизмом измерителя, так и присоединяемой в виде электроконтактной группы, устанавливаемой на передней части прибора. Производители традиционно используют конструкции, в которых тяги электроконтактной группы монтировались на оси трубки. В некоторых устройствах, как правило, устанавливается электроконтактная группа, соединенная с чувствительным элементом через указательную стрелку манометра. Некоторые производители освоили электроконтактный манометр с микровыключателями, которые устанавливаются на передаточном механизме измерителя.
Электроконтактные манометры производятся с механическими контактами, контактами с магнитным поджатием, индуктивной парой, микровыключателями.
Электроконтактная группа с механическими контактами конструктивно наиболее проста. На диэлектрическом основании фиксируется базовый контакт, представляющий собой дополнительную стрелку с закрепленным на нем электрическим контактом и соединенным с электрической цепью. Другой разъем электрической цепи связан с контактом, который передвигается указательной стрелкой. Таким образом, при росте давления указательная стрелка смещает подвижный контакт до момента его соединения со вторым контактом, закрепленным на дополнительной стрелке. Механические контакты, изготовленные в виде лепестков или стоек, производятся из сплавов серебро–никель (Ar80Ni20), серебро–палладий (Ag70Pd30), золото–серебро (Au80Ag20), платина–иридий (Pt75Ir25) и др.
Приборы с механическими контактами рассчитаны на напряжение до 250 В и выдерживают максимальную разрывную мощность до 10 Вт постоянного или до 20 В×А переменного тока. Малые разрывные мощности контактов обеспечивают достаточно высокую точность срабатывания (до 0,5 % полного значения шкалы).
Более прочное электрическое соединение обеспечивают контакты с магнитным поджатием. Их отличие от механических состоит в закреплении на обратной стороне контактов (клеем или винтами) малых магнитов, что усиливает прочность механического соединения. Максимальная разрывная мощность контактов с магнитным поджатием составляет до 30 Вт постоянного или до 50 В×А переменного тока и напряжением до 380 В. Из-за наличия магнитов в системе контактов класс точности не превышает 2,5.
Способы поверки ЭКГ
Электроконтактные манометры, а также датчики давления должны периодически подвергаться поверке.
Электроконтактные манометры в полевых и лабораторных условиях могут проверяться тремя способами:
поверка нулевой точки: при снятии давления, стрелка должна возвращаться к «0» отметке, недоход стрелки не должен превышать половины допуска погрешности прибора;
поверка рабочей точки: к проверяемому прибору подсоединяется контрольный манометр и производится сравнение показаний обоих приборов;
поверка (калибровка): поверка прибора согласно методики на поверку (калибровку) для данного типа приборов.
Электроконтактные манометры и реле давления проверяются на точность срабатывания сигнальных контактов, погрешность срабатывания должна быть не выше паспортной.
Порядок выполнения поверки
Выполнить ТО прибора давления:
Проверить маркировку и сохранность пломб;
Наличие и прочность крепления крышки;
Отсутствие обрыва заземляющего провода;
Отсутствие вмятин и видимых повреждений, пыли и грязи на корпусе;
Прочность крепления датчика (работы на месте эксплуатации);
Целостность изоляции кабеля (работы на месте эксплуатации);
Надежность крепления кабеля в водном устройстве (работы на месте эксплуатации);
Проверить затяжку крепежных элементов (работы на месте эксплуатации);
Для контактных приборов проверить сопротивление изоляции относительно корпуса.
Собрать схему для контактных приборов давления.
Плавно повышая давление на входе, снять показания образцового прибора при прямом и обратном (снижении давления) ходе. Отчеты выполнить в 5 равнорасположенных точках диапазона измерений.
Проверить точность срабатывания контактов согласно уставок.
Многие системы автомобилей работают под давлением. Особенно это актуально для тех моделей машин, которые уже давно были сняты с конвейера и не были оснащены современными электронными устройствами. Ведь сегодня давление в трубопроводах измеряется при помощи специальных электронных датчиков, которые, кроме функциональных особенностей, не имеют ничего общего с таким устройством как механический манометр.
Однако применение последнего остается актуальным и сегодня. Ведь электроника – совсем не надежная вещь, и когда она выходит из строя, автовладельцам приходится возвращаться к использованию старого доброго механического манометра. О том, как работает это устройство, в чем его преимущества, и каковы особенности подключения, мы и поговорим в сегодняшней статье.
1. Как работает механический манометр, и какие существуют разновидности этого устройства?
Во многих технологических процессах возникает необходимость в измерении давления. Для чего нужен этот показатель? В первую очередь для того, чтобы обеспечить безопасную работу установок и осуществлять правильный учет расхода жидкостей в трубопроводе. Делать это при помощи современных приборов очень просто, тем более что их характеристики позволяют получать точные данные о давлении даже в агрессивной среде.
Несмотря на прогресс и постоянную попытку ученых усовершенствовать процесс измерения давления, на сегодняшний день наиболее распространенным прибором для этого является манометр
.
При этом, механический манометр, несмотря на целый ряд недостатков, многие автовладельцы все равно продолжают использовать до сих пор.
Первый был изобретен очень давно, и подтолкнула изобретателей к этому потребность определять, какой уровень давления находится в жидкости или газе. Зачастую манометр используется для измерения избытка давления, после чего уже определяется отличие между абсолютным показателем и барометрическим.
Среди всех манометров выделяют несколько классов или типов по классу точности. В частности, сегодня можно приобрести манометр с такой точностью:
Самый точный манометр – это тот, класс точности которого является наименьшим. В целом манометр – это контрольно-измерительный прибор. Корпус такого прибора зачастую изготавливается из стали. А вот шницель, при помощи которого устройство можно подключать к трубопроводу, изготавливается из латуни. В целом, независимо от применения, внешняя форма манометров практически не отличается: это небольшой циферблат, от которого отходит трубка, при помощи которой и осуществляется измерение давления.
В транспортных средствах широкое применение получили механические манометры. Отличием такого устройства является наличие в корпусе специальной пружины, которая по внешнему виду напоминает свернутую трубку.
Из-за этого механический манометр иногда именуют «трубчатым», хотя у него есть еще одно название – стрелочный. Он является самым распространенным примером механического манометра.
Конечно, очень высокой точностью такой прибор похвастаться не может, но все равно остается наиболее удобным для непрофессионального использования. Однако такое свойство как высокая прочность и небольшие размеры сделали стрелочный манометр популярным и в производстве. Процесс измерения давления при помощи стрелочного механического манометра происходит следующим образом:
- один конец трубки (пружины), который не припаян, соединяется при помощи крана с сосудом, давление жидкости или газа в котором необходимо измерять;
Если давление высокое или начинает расти в процессе снятия показателей, трубка манометра начнет разгибаться и воздействовать на специальный рычаг;
Этот рычаг посредством зубчатки или оси соединен со стрелкой циферблата, которая начнет отклоняться;
Когда давление начинает падать, трубка сгибается обратно, и стрелка возвращается в исходное положение.
Поскольку прибор проходит обязательную регулировку, то на самых точных манометрах пружина начинает сжиматься уже при 0,1 атмосферы, что вы можете проследить на циферблате. По такому же принципу работают и тонометры, при помощи которых измеряется артериальное давление человека.
К слову, согласно виду давления, которое измеряет манометр, все приборы принято делить на таковые:
1. Приборы абсолютного давления. Показатель такого манометра исчисляется от показателя абсолютного нуля.
2. Приборы положительного избыточного давления, благодаря которым измеряется избыточное давление.
3. Вакуумные приборы. Могут измерять давление, которое находится ниже атмосферного. Применяются для измерения давления в разреженной среде.
4. Барометры. Применяются для измерения атмосферного давления.
5. Дифференциальные приборы (дифманометры). Измеряют разницу в давлении, которая возникает в нескольких веществах.
6. Мановакуумные приборы. Позволяют измерять положительное и отрицательное избыточное давление.
7. Микроманометры. Позволяют измерять разницу давлений, значения которых находятся очень близко друг к другу.
Механические манометры также имеют свои разновидности, и наиболее часто встречающимся прибором из этой группы является сильфонный манометр. В таких устройствах вместо обычной пружины используется специальная гофрированная трубка, которая называется сильфон. Его отличие от обычного устройства заключается в том, что он обладает значительно меньшей жесткостью, а значит, и более высокой чувствительностью.
Как результат, полученные при помощи такого прибора измерения отличаются высокой точностью. Но не стоит забывать и о недостатке такого прибора: из-за низкого перепада упругости на сильфоне могут оставаться деформации. Поэтому такое устройство необходимо очень сильно беречь от перезагрузок.
Среди видов механических манометров следует выделить такие:
1. Технические.
2. Контрольные.
3. Образцовые.
2. Плюсы и минусы манометра механического типа действия.
Достоинств у данного прибора достаточно много, иначе бы он не был настолько популярен среди автолюбителей и механиков. В частности, среди плюсов механического манометра стоит назвать следующие:
Доступность. Такой прибор очень легко купить, а чтобы им пользоваться, не нужно получать специальное образование или техническую подготовку.
Недорогой. Купить механический манометр может каждый, независимо от его благосостояния.
Простота использования. Для того чтобы получить результат, вам придется приложить минимум усилий.
Точность. Несмотря на то, что в точности полученных результатов современные электронные датчики давления, конечно же, обходят механический манометр, он все равно остается достаточно точным прибором.
Наличие дополнительных кнопок. К примеру, устройство может быть оборудовано кнопкой спуска воздуха или сбивания полученного результата. Все это делает его еще более практичным.
Но если уже говорить о недостатках механического манометра, то их тоже наберется немало. Однако знать о них обязательно нужно, поскольку большинство недостатков очень важно учитывать в процессе использования прибора:
1.
Прибор очень боится влаги. Поскольку он изготовлен из металлических деталей, в результате перепадов влажности на нем может появиться коррозия, которая может полностью вывести манометр из строя, хотя чаще всего это является причиной неточности получаемых в результате измерения данных.
2. В сравнении с другими типами манометров они менее точны. Во время использования механического манометра рекомендуется делать 2-3 замера подряд, после чего среднее значение всех замеров воспринимать как истинное значение давления в трубопроводе.
3. Некоторые модели манометров изготовляются с очень маленьким и непонятным циферблатом. Это усложняет восприятие результата замеров.
4. Тенденция снижения точности результата с приближением стрелки прибора к самой верхней отметке диапазона циферблата.
Таким образом, если правильно хранить и использовать механический манометр, с его помощью можно осуществлять достаточно точные замеры давления жидкости или газа в трубопроводе.
3. Как пользоваться прибором: установка механического манометра.
Использование данного прибора очень простое. Чаще всего его применяют для того, чтобы узнать давление автомобильных жидкостей – бензина и масла.
Пригодится механический манометр и в том случае, если вам понадобится подкачать автомобильные шины до необходимого уровня давления. Конечно, его можно «измерять» и при помощи интуиции, однако использовать специальный прибор все же надежнее.
Допустим, у вас как раз возникла необходимость измерять давление в шинах, которые вы только что подкачали. Для этого выполняйте следующие действия:
- если на приборе есть кнопка сброса предыдущего показателя, то в первую очередь нажимаем на нее, чтобы стрелка манометра вернулась на показатель «0»;
Присоедините шницель манометра к ниппелю шины и удерживайте в таком положении несколько секунд, внимательно наблюдая за стрелкой на циферблате прибора;
В это время воздух под давлением поступает в изогнутую пружину и немного расправляет ее (в зависимости от того, какое давление);
Снимаем манометр с шины и фиксируем на листке бумаги полученное значение;
Повторяем процедуру еще хотя бы один раз (если значения совпали, то третья проверка будет лишней);
Подкачиваем колеса, если в том есть необходимость и снова делаем замер давления. Оптимально, чтобы в задних колесах давление было равно 1,9 атмосфер, а в передних – 1,8 атмосфер.
Но бывают случаи, когда у автовладельца не просто возникает потребность измерять давление жидкости или газа, а постоянно фиксировать его. В таком случае манометр буквально врезается в трубопровод и надежно крепится к нему. Чтобы соединение было герметичным, можно изначально встроить в трубопровод что-то на подобие ниппеля, и уже к нему крепить манометр. Тогда с такой конструкции прибор можно будет снять и вернуть на место в любое время.
Но все же, установка механического манометра для постоянного контроля за давлением сегодня осуществляется очень редко.
Ведь данные, которые предоставляет устройство, может считать только человек, а после этого ему придется самостоятельно подстраивать все остальные системы под значение давления. В этом плане значительно упрощает задачу электронный датчик давления и , которые могут сделать все без вмешательства человека.
Так что, можем констатировать одно: несмотря на всю ценность и полезность механического манометра, этот прибор уже отживает свой век. Сегодня он используется как портативное устройство, потребность в использовании которого возникает только тогда, когда отказывают электронные датчики.
Подписывайтесь на наши ленты в
Принцип работы
Принцип действия манометра основан на уравновешивании измеряемого давления силой упругой деформации трубчатой пружины или более чувствительной двухпластинчатой мембраны, один конец которой запаян в держатель, а другой через тягу связан с трибко-секторным механизмом, преобразующим линейное перемещение упругого чувствительного элемента в круговое движение показывающей стрелки.
Разновидности
В группу приборов измеряющих избыточное давление входят:
Манометры - приборы с измерением от 0,06 до 1000 МПа (Измеряют избыточное давление - положительную разность между абсолютным и барометрическим давлением)
Вакуумметры - приборы измеряющие разряжения (давления ниже атмосферного) (до минус 100 кПа).
Мановакуумметры - манометры измеряющие как избыточное (от 60 до 240000 кПа), так и вакуумметрическое (до минус 100 кПа) давление.
Напоромеры -манометры малых избыточных давлений до 40 КПа
Тягомеры -вакуумметры с пределом до минус 40 КПа
Тягонапоромеры -мановакуумметры с крайними пределами не превышающими ±20 кПа
Данные приведены согласно ГОСТ 2405-88
Большинство отечественных и импортных манометров изготавливаются в соответствии с общепринятыми стандартами, в связи с этим манометры различных марок заменяют друг друга. При выборе манометра нужно знать: предел измерения, диаметр корпуса, класс точности прибора. Также важны расположение и резьба штуцера. Эти данные одинаковы для всех выпускаемых в нашей стране и Европе приборов.
Также существуют манометры измеряющие абсолютное давление, то есть избыточное давление+атмосферное
Прибор, измеряющий атмосферное давление, называется барометром.
Типы манометров
В зависимости от конструкции, чувствительности элемента различают манометры жидкостные, грузопоршневые, деформационные (с трубчатой пружиной или мембраной). Манометры подразделяются по классам точности: 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 (чем меньше число, тем точнее прибор).
Виды манометров
По назначениям манометры можно разделить на технические - общетехнические, электроконтактные, специальные, самопишушие, железнодорожные, виброустойчивые(глицеринозаполненые), судовые и эталонные (образцовые).
Общетехнические: предназначены для измерения не агрессивных к сплавам меди жидкостей, газов и паров.
Электроконтактные: имеют возможность регулировки измеряемой среды, благодаря наличию электроконтактного механизма. Особенно популярным прибором этой группы можно назвать ЭКМ 1У, хотя он давно снят с производства.
Специальные: кислородные- должны быть обезжирены, так как иногда даже незначительное загрязнение механизма при контакте с чистым кислородом может привести к взрыву. Часто выпускаются в корпусах голубого цвета с обозначением на циферблате О2(кислород); ацетиленовые -не допускают в изготовлении измерительного механизма сплавов меди, так как при контакте с ацетиленом существует опасность образования взрывоопасной ацетиленистой меди; аммиачные-должны быть коррозиестоикими.
Эталонные: обладая более высоким классом точности (0,15;0,25;0,4) эти приборы служат для поверки других манометров. Устанавливаются такие приборы в большинстве случаев на грузопоршневых манометрах или каких-либо других установках способных развивать нужное давление.
Судовые манометры предназначены для эксплуатации на речном и морском флоте.
Железнодорожные: предназначены для эксплуатации на Ж/Д транспорте.
Самопишушие: манометры в корпусе, с механизмом позволяющим воспроизводить на диаграмной бумаге график работы манометра.
Термопроводность
Термопроводные манометры основываются на уменьшении теплопроводности газа с давлением. В таких манометрах встроена нить накала, которая нагревается при пропускании через нее тока. Термопара или датчик определения температуры через сопротивление (ДОТС) могут быть использованы для измерения температуры нити накала. Эта температура зависит от скорости с которой нить накала отдаёт тепло окружающему газу и, таким образом, от термопроводности. Часто используется манометр Пирани, в котором используется единственная нить накала из платины одновременно как нагревательный элемент и как ДОТС. Эти манометры дают точные показания в интервале между 10 и 10−3 мм рт. ст., но они довольно чувствительны к химическому составу измеряемых газов.
[править]Две нити накаливания
Одна проволочная катушка используется в качестве нагревателя, другая же используется для измерения температуры через конвекцию.
Манометр Пирани (oдна нить)
Манометр Пирани состоит из металлической проволоки, открытой к измеряемому давлению. Проволока нагревается протекающим через нее током и охлаждается окружающим газом. При уменьшении давления газа, охлаждающий эффект тоже уменьшается и равновесная температура проволоки увеличивается. Сопротивление проволоки является функцией температуры: измеряя напряжение через проволоку и текущий через неё ток, сопротивление (и таким образом давление газа) может быть определено. Этот тип манометра был впервые сконструирован Марчелло Пирани.
Термопарный и термисторный манометры работают похожим образом. Отличие же в том, что термопара и термистор используются для измерения температуры нити накаливания.
Измерительный диапазон: 10−3 - 10 мм рт. ст. (грубо 10−1 - 1000 Па)
Ионизационный манометр
Ионизационные манометры - наиболее чувствительные измерительные приборы для очень низких давлений. Они измеряют давление косвенно через измерение ионов образующихся при бомбардировке газа электронами. Чем меньше плотность газа, тем меньше ионов будет образовано. Калибрирование ионного манометра - нестабильно и зависит от природы измеряемых газов, которая не всегда известна. Они могут быть откалибрированы через сравнение с показаниями манометра Мак Леода, которые значительно более стабильны и независимы от химии.
Термоэлектроны соударяются с атомами газа и генерируют ионы. Ионы притягиваются к электроду под подходящим напряжением, известным как коллектор. Ток в коллекторе пропорционален скорости ионизации, которая является функцией давления в системе. Таким образом, измерение тока коллектора позволяет определить давление газа. Имеется несколько подтипов ионизационных манометров.
Измерительный диапазон: 10−10 - 10−3 мм рт. ст. (грубо 10−8 - 10−1 Па)
Большинство ионных манометров делятся на два вида: горячий катод и холодный катод. Третий вид - это манометр с вращающимся ротором более чувствителен и дорог, чем первые два и здесь не обсуждается. В случае горячего катода электрически нагреваемая нить накала создаёт электронный луч. Электроны проходят через манометр и ионизуют молекулы газа вокруг себя. Образующиеся ионы собираются на отрицательно заряженном электроде. Ток зависит от числа ионов, которое, в свою очередь, зависит от давления газа. Манометры с горячим катодом аккуратно измеряют давление в диапазоне 10−3 мм рт. ст. до 10−10 мм рт. ст. Принцип манометра с холодным катодом тот же, исключая, что электроны образуются в разряде созданным высоковольтным электрическим разрядом. Манометры с холодным катодом аккуратно измеряют давление в диапазоне 10−2 мм рт. ст. до 10−9 мм рт. ст. Калибрирование ионизационных манометров очень чувствительно к конструкционной геометрии, химическому составу измеряемых газов, коррозии и поверхностным напылениям. Их калибровка может стать непригодной при включении при атмосферном и очень низком давлении. Состав вакуума при низких давлениях обычно непредсказуем, поэтому масс-спектрометр должен быть использован одновременно с ионизационным манометром для точных измерений.
Горячий катод
Ионизационный манометр с горячим катодом Баярда-Алперта обычно состоит из трёх электродов работающих в режиме триода, где катодом является нить накала. Три электрода - это коллектор, нить накала и сетка. Ток коллектора измеряется в пикоамперах электрометром. Разность потенциалов между нитью накала и землёй обычно составляет 30 В, в то время как напряжение сетки под постоянным напражением - 180-210 вольт, если нет опционоальной электронной бомбардировки, через нагрев сетки, которая может иметь высокий потенциал приблизительно 565 Вольт. Наиболее распространенный ионный манометр - это горячим катодом Баярда-Алперта с маленьким ионным коллектором внутри сетки. Стеклянный кожух с отверстием к вакууму может окружать электроды, но обычно он не используется и манометр встраивается в вакуумный прибор напрямую и контакты выводятся через керамическую плату в стене ваккумного устройства. Ионизационные манометры с горячим катодом могут быть повреждены или потерять калибровку если они включаются при атмосферном давлении или даже при низком вакууме. Измерения ионизационных манометров с горячим катодом всегда логарифмичны.
Электроны испущенные нитью накала движутся несколько раз в прямом и обратном направлении вокруг сетки пока не попадут на неё. При этих движениях, часть электронов сталкивается с молекулами газа и формирует электрон-ионные пары (электронная ионизация). Число таких ионов пропорционально плотности молекул газа умноженной на термоэлектронный ток, и эти ионы летят на коллектор, формируя ионный ток. Так как плотность молекул газа пропорциональна давлению, давление оценивается через измерение ионного тока.
Чувствительность к низкому давлению манометров с горячим катодом ограничена фотоэлектрическим эффектом. Электроны, ударяющие в сетку, производят рентгеновские лучи, которые производят фотоэлектрический шум в ионном коллекторе. Это ограничивает диапазон старых манометров с горячим катодом до 10−8 мм рт. ст. и Баярда-Алперта приблизительно к 10−10 мм рт. ст. Дополнительные провода под потенциалом катода в луче обзора между ионным коллектором и сеткой предотвращают этот эффект. В типе извлечения ионы притягиваются не проводом, а открытым конусом. Поскольку ионы не могут решить, какую часть конуса ударить, они проходят через отверстие и формируют ионный луч. Этот луч иона может быть передан нa кружку Фарадея.
Для измерения давления используют манометры и барометры. Барометры используются для измерения атмосферного давления. Для других измерений используются манометры. Произошло слово манометр от двух греческих слов: манос - неплотный, метрео - измеряю.
Трубчатый металлический манометр
Существуют различные типы манометров. Рассмотрим подробнее два из них. На следующем рисунке изображен трубчатый металлический манометр.
Его изобрел в 1848 году француз Э. Бурдон. На следующем рисунке видна его конструкции.
Основные составные части это: согнутая в дугу полая трубка (1), стрелка (2), зубчатка(3), кран(4), рычаг(5).
Принцип действия трубчатого манометра
Один конец трубки запаян. В другой конец трубки, с помощью крана соединяется с сосудом, в котором необходимо измерить давление. Если давление начнет увеличиваться, трубка будет разгибаться, при этом воздействуя на рычаг. Рычаг через зубчатку связан со стрелкой, поэтому при увеличении давления стрелка будет отклоняться, указывая давление.
Если же давление будет уменьшаться, то трубка будет сгибаться, а стрелка двигаться в обратном направлении.
Жидкостный манометр
Теперь рассмотрим другой тип манометра. На следующем рисунке изображен жидкостный манометр. Он имеет форму буквы U.
В его состав входит стеклянная трубка в форме буквы U. В эту трубочку налита жидкость. Один из концов трубки с помощью резиновой трубки соединяют с круглой плоской коробочкой, которая затянута резиновой пленкой.
Принцип действия жидкостного манометра
В исходном положении вода в трубках будет находиться на одном уровне. Если же на резиновую пленку будет оказываться давление, то уровень жидкости в одном колене манометра понизится, а в другом, следовательно, повысится.
Это показано на рисунке выше. Мы давим на пленку пальцем.
Когда мы надавливаем на пленку, давление воздуха, который находится в коробочке, увеличивается. Давление передается по трубке и доходит до жидкости, при этом вытесняя её. При понижении уровня в этом колене, уровень жидкости в другом колене трубки, будет увеличиваться.
По разности уровней жидкости, можно будет судить о разности атмосферного давления и того давления, что оказывается на пленку.
На следующем рисунке показано, как с помощью жидкостного манометра измерить давление в жидкости на различной глубине.
Очень часто в жизни, а особенно на производстве, приходится сталкиваться с таким прибором измерения, как манометр.
Манометр - это прибор для измерения избыточного давления. Из-за того, что эта величина может быть различной, приборы тоже имеют разновидности. Областей применения этих приборов очень много. Применяться они могут в металлургической промышленности, в любом механическом транспорте, жилищном и коммунальном хозяйстве, сельском хозяйстве, автомобилестроении и прочих отраслях.
Виды и конструкция прибора
В зависимости от того, для каких целей приборы используются, они подразделяются на различные типы. Самыми распространёнными являются манометры пружинные. Они имеют свои преимущества:
- Измерение величины в широком диапазоне.
- Хорошие технические характеристики.
- Надёжность.
- Простота устройства.
В пружинном манометре чувствительным элементом является полая внутри изогнутая трубка. Она может иметь сечение в виде овала или эллипсоида. Эта трубка деформируется под воздействием давления . Она запаяна с одной стороны, а с другой находится штуцер, при помощи которого измеряют величину в среде. Конец трубки, который запаян, соединяется с передаточным механизмом.
Конструкция прибора такова:
- Корпус.
- Стрелки прибора.
- Шестерёнки.
- Поводок.
- Зубчатый сектор.
Между зубьями сектора и шестерёнки устанавливается специальная пружина, которая необходима для того, чтобы исключить мёртвый ход.
Измерительная шкала представлена в Барах или Паскалях. Стрелка показывает избыточное давление той среды, в которой проводится замер.
Принцип действия очень прост. Давление от измеряемой среды поступает внутрь трубки. Под его воздействием трубка пытается выровняться, так как площадь внешней и внутренней поверхностей имеет разную величину. Свободный конец трубки совершает движение, при этом стрелка поворачивается на определённый угол благодаря передаточному механизму. Измеряемая величина и деформация трубки находятся в прямолинейной зависимости. Именно поэтому значение, которое показывает стрелка, и является давлением определённой среды.
Разновидности систем для измерения давления
Есть много разных манометров для измерения низкого и высокого давления. Но технические характеристики у них разные. Основным отличительным параметром является класс точности. Манометр будет показывать точнее, если значение будет меньше. Самые точные - цифровые устройства.
По своему назначению манометры бывают следующих видов:
По принципу работы выделяют такие типы:
Жидкостные системы измерения
Величина в этих манометрах измеряется при помощи уравновешивания веса жидкостного столба. Мерой давления является уровень жидкости в сообщающихся сосудах. Этими приборами можно измерять величину
в пределах 10−105 Па. Они нашли своё применение в лабораторных условиях.
По сути, это U-образная трубка, где находится жидкость с большим удельным весом в сравнении с той жидкостью, в которой непосредственно измеряется гидростатическое давление. Такой жидкостью чаще всего является ртуть.
К этой категории можно отнести рабочие и общетехнические приборы типа ТВ-510, ТМ-510. Эта категория наиболее востребована. С их помощью измеряют давление неагрессивных и некристаллизующихся газов и паров. Класс точности этих приборов: 1, 1.5, 2.5. Они нашли своё применение в производственных процессах, при транспортировке жидкостей, в системах водоснабжения и на котельных.
Электроконтактные приборы
В эту категорию можно отнести мановакуумметры и вакуумметры. Предназначаются они для измерения величины газов и жидкости, которые по отношению к латуни и стали являются нейтральными. Конструкция в них такая же, как и у пружинных. Отличие лишь в больших геометрических размерах. Из-за устройства контактных групп корпус электроконтактного прибора большой. Этот прибор на давление в контролируемой среде может воздействовать благодаря размыканию/замыканию контактов.
Благодаря используемому электроконтактному механизму этот прибор можно использовать в системе аварийной сигнализации.
Образцовые измерители
Предназначается это устройство для проверки манометров, которые измеряют величину в лабораторных условиях. Основным их назначением является проверка исправности данных рабочих манометров. Отличительной чертой служит очень высокий класс точности. Он достигается благодаря конструктивным особенностям и зубчатому зацеплению в передаточном механизме.
Эти приборы применяются в различных промышленных отраслях для измерения давления таких газов, как ацетилен, кислород, водород, аммиак и прочие. В основном измерять давление специальным манометром можно только у одного типа газа. На каждом приборе указывается тот газ, для которого он предназначается. Прибор также окрашен в цвет газа, для которого его можно использовать. Пишется и начальная буква газа.
Есть ещё и виброустойчивые специальные манометры, которые способны работать при сильных вибрациях и большом пульсирующем давлении окружающей среды. Если применять обычный манометр в подобных условиях, то он быстро сломается, так как из строя выйдет передаточный механизм. Главным критерием таких приборов является коррозионно-стойкая сталь корпуса и герметичность.
Аммиачные системы должны быть коррозионно-стойкими. В изготовлении измерительного механизма ацетиленовых не допускают сплавов меди. Связано это с тем, что при контакте с ацетиленом есть риск образования ацетиленистой взрывоопасной меди. Кислородные механизмы должны быть обезжиренными. Это связано с тем, что в некоторых случаях даже незначительный контакт чистого кислорода и загрязнённого механизма может вызвать взрыв.
Самопишущие приборы
Отличительной чертой таких приспособлений является то, что они способны на диаграмме записывать измеряемое давление, которое позволит увидеть изменения в определённое время. Своё применение они нашли в промышленности с неагрессивными средствами и энергетике.
Судовые и железнодорожные
Судовые манометры предназначены для того, чтобы измерить вакуумметрическое давление жидкостей (воды, дизельного топлива, масла), пара и газа. Их отличительными чертами является высокая влагозащита, устойчивость к вибрациям и климатическим воздействиям. Применяются в речном и морском транспорте.
Железнодорожные, в отличие от обычных манометров, давление не показывают, а преобразовывают в сигнал прочего типа (пневматический, цифровой и прочие). Для этих целей используются разные методы.
Активно такие преобразователи применяются в системах автоматики, управления технологическими процессами. Но несмотря на своё назначение, их активно используют в отраслях атомной энергетики, химической и нефтедобычи.
Виды измерительных приборов
Приборы для измерения давления подразделяются на такие разновидности:
Большинство импортных и отечественных манометров изготавливаются по всем общепринятым стандартам. Именно по этой причине существует возможность замены одной марки на другую.
При выборе прибора необходимо опираться на такие показатели:
- Расположение штуцера - осевое или радиальное.
- Диаметр резьбы штуцера.
- Класс точности прибора.
- Диаметр корпуса.
- Предел измеряемых значений.
Манометр ионизационный
Манометры ионизационные являются самыми чувствительными приборами измерения для очень маленького давления. Они производят замеры косвенно через измерение тех ионов, которые образуются при бомбардировке газов электронами. Чем меньше плотность газа, тем меньше будет образовано ионов. Калибрование ионизационного манометра нестабильно. Оно зависит от природы газа, который измеряется. А эта природа известна не всегда. Могут быть они откалибрированы через сравнение со значениями манометра Мак Леода, которые от химии независимы и более стабильны.
Термоэлектроды с атомами газа ударяются и регенерируют ионы. Они притягиваются к электроду под напряжением, которое для них подходит (это подходящее напряжение называется коллектором). В коллекторе ток пропорционален скорости ионизации, которая в системе является функцией давления. Именно так при помощи измерений тока коллектора можно определить газовое давление.
Большинство ионных манометров подразделяются на три вида:
Калибрование ионных манометров очень чувствительно к химическому составу измеряемых газов, конструкционной геометрии, поверхностным напылениям и коррозии. Непригодной их калибровка может стать при включении в среде очень низкого или атмосферного давления.
Измерять давление необходимо во многих промышленных отраслях, вот только приборы для этого используют различные. Но независимо от этого данная величина ничем, кроме манометра, не определяется.
