Приборы для измерения давления барометры манометры

Ни одно современное здание не обходится без отопительной системы. А для ее стабильной и безопасной эксплуатации требуется точный контроль давления теплоносителя. Если давление в пределах гидравлического графика стабильное, то отопительная система работает нормально. Однако при ее повышении появляется риск разрыва трубопровода.

Понижение давления также может привести к таким негативным последствиям, как, например, образование кавитации, то есть в трубопроводе образуются пузырьки воздуха, которые, в свою очередь, могут вызвать коррозию. Поэтому поддерживать нормальное давление крайне необходимо, и благодаря манометру это становиться возможным. Помимо отопительных систем такие приборы применяются в самых различных областях.

Описание и назначение манометра

Манометр представляет собой прибор, измеряющий уровень давления. Существуют такие виды манометров, которые применяются в самых разных отраслях, и, разумеется, для каждой из них предназначен свой манометр. Для примера можно взять барометр — прибор, предназначенный для измерения давления атмосферы. Они широко применяются в машиностроении, в сельском хозяйстве, в строительстве, в промышленности и в других сферах.

Эти приборы измеряют давление, и это понятие растяжимое, по крайней мере, и у этой величины также есть свои разновидности. Чтобы ответить на вопрос о том, какое давление показывает манометр, стоит рассмотреть этот показатель в целом. Это величина, определяющая отношение силы, действующей на единицу площади поверхности, перпендикулярно этой поверхности. Практически любой технологический процесс сопровождается этой величиной.

Виды давления:

• атмосферное — давление атмосферы земли, которое создается массой воздушного столба;
• абсолютное давление —это показатель, отсчет которого с учетом атмосферного, начинается с нуля;
• избыточное — под избыточным подразумевают разность двух показателей атмосферного и абсолютного;
• вакуум или, другими словами, разряженное — наоборот, представляет собой разницу абсолютного и атмосферной или барометрической величины;
• дифференциальное — это разность между двумя измеряемыми показателями, которые не имеют отношения к природным показателям.

Для измерения каждого из перечисленных выше видов показателей существуют определенные типы манометров.

Классификация приборов

Типы манометров различаются по двум признакам: по виду измеряемого ими показателя и по принципу действия.

По первому признаку они подразделяются на:

• приборы, предназначенные для измерения атмосферного давления, иначе они называются барометры;
• приборы, измеряющие избыточное и абсолютное;
• вакуумметры, призваны измерять разность атмосферного и абсолютного давлений;
• напорометры, измеряют малое (до 40 кПа) избыточное давление;
• тагометры, вид вакуумметра, которое измеряет избыточное давление верхнего предела 40 кПа;
• дифференциальные манометры, измеряют разность давлений.

Они работают по принципу уравновешивания разницы давлений определенной силой. Поэтому устройство манометров разное, в зависимости от того, как именно происходит это уравновешивание.

По принципу действия они делятся на:

• жидкостные, уравновешивание разницы давлений в таких приборах происходит за счет гидростатического давления столба жидкости, в устройстве используется принцип сообщающихся сосудов;
• пружинные имеют простую конструкцию, и широко применяются для измерения давления среды в широких диапазонах;
• мембранные, основаны на пневматической компенсации, уравновешивание давления происходит за счет силы упругости мембранной коробки;
• электроконтактные, применяются в автоматических системах контроля и сигнализации, поскольку с их помощью можно регулировать измеряемую среду благодаря встроенному в корпус электроконтактному механизму;
• дифференциальные используются для измерения уровня жидкостей под напором расхода жидкости, пара и газа с помощью диафрагм.

По назначению существуют такие виды манометров, как:

• общетехнические приборы применяются для измерения напора жидкостей, газов и паров, химически нейтральных к сплавам меди;
• кислородные, они производятся в корпусах голубого цвета с указанием О2 на циферблате, применяются для измерения кислородного давления в баллонах или вакуумах;
• ацетиленовые применяются для контроля избыточного давления ацетилена;
• эталонные применяются в целях проверки других приборов, поскольку они обладают большой точностью;
• судовые применяются в судах и морском транспорте;
• железнодорожные используются на железнодорожном транспорте;
• самопишущие имеют встроенный механизм, который позволяет воспроизводить на бумаге результат работы.

Устройство и принцип действия

Устройство манометра может иметь различную конструкцию в зависимости от вида и предназначения. Так, например, устройство, измеряющее напор воды, имеет довольно простую и понятную конструкцию. Она состоит из корпуса и шкалы с циферблатом, которая отображает значение. В корпусе имеется встроенная пружина трубчатая либо мембрана с держателем, трипко-секторным механизмом и упругий элемент. Прибор функционирует по принципу уравнивания давления за счет силы изменения формы (деформации) мембраны либо пружины. А деформация, в свою очередь, приводит в движение чувствительный упругий элемент, действие которого отображается на шкале с помощью стрелки.

Жидкостные манометры состоят из длинной трубки, которую наполняют жидкостью. В трубке с жидкостью находится подвижная пробка, на которую влияет рабочая среда, измерять силу напора следует в зависимости от перемещения уровня жидкости. Манометры могут предназначаться для измерения разницы, такие устройства состоят из двух трубок.

Поршневые — состоят из цилиндра и поршня, расположенного внутри. Рабочая среда, в которой измеряется давление воздействует на поршень и уравновешивается грузом некоторой величины. Когда показатель изменяется, поршень перемешается и приводит в действие стрелку, которая показывает значение давления.

Термопроводные состоят из нити накаливания, которые нагреваются, когда через них пропускается электрический разряд. Принцип работы таких приборов основан на снижении теплопроводности газа с давлением.

Манометр Пирани назван так в честь Марчелло Пирани, который впервые сконструировал устройство. В отличие от термопроводных, состоит из металлической проводки, которая также нагревается во время прохождения через нее тока и охлаждается под воздействием рабочей среды, а именно газа. При уменьшении давления газа снижается и эффект охлаждения, а температура проводки возрастает. Величина измеряется посредством измерения напряжения в проводе во время прохождения через нее тока.

Ионизационные являются самыми чувствительными устройствами, которые используются для вычисления малых давлений. Как следует из названия устройства, его принцип работы основывается на измерении ионов, которые образуются под воздействием электронов на газ. Количество ионов зависит от плотности газа. Однако ионы имеют очень нестабильную природу, которая напрямую зависит от рабочей среды газа или пара. Поэтому для уточнения применяются другой вид манометра Мак Леода. Уточнение происходит за счет сравнения показателей ионизационного манометра, с показаниями прибора Мак Леода.

Существует два вида ионизационных устройств: с горячим и холодным катодом.

Первый вид был сконструирован Баярдом Аллертом, состоит из электродов, которые работают в режиме триода, а в качестве катода выступает нить накала. Самый распространённый вид горячего катода — ионный манометр, в конструкции которого помимо коллектора, нити и сетки встроен небольшой ионный коллектор. Такие приборы очень уязвимы, они могут легко потерять калибровку, в зависимости от условий работы. Поэтому показания этих приборов всегда логарифмичны.

Холодный катод также имеет свои разновидности: интегрированный магнетрон и манометр Пеннинга. Их главное отличие заключается в положении анода и катода. В конструкции этих приборов нет нити накалывания, поэтому им для работы им требуется напряжение до 0,4 кВт. Использовать такие устройства не эффективно при низком уровне давления. Поскольку они могут просто не заработать и не включиться. Принцип их работы основан на выработке тока, что невозможно при полном отсутствии газа, особенно для манометра Пеннинга. Так как устройство работает только в определенном магнитном поле. Оно необходимо для создания нужной траектории движения ионов.

Маркировка по цвету

Манометры, измеряющие давление газа, имеют цветные корпуса, их специально окрашивают в различные цвета. Существует несколько основных цветов, которые используются для окрашивания корпуса. Как, например, манометры, которые измеряют давление кислорода, имеют корпус голубого цвета с условным обозначением О2, аммиачные манометры имеют корпус, окрашенный в желтый цвет, ацетиленовые — белого цвета, водородные — темно-зеленого, хлорные — серого. Приборы, измеряющие давление горючих газов, окрашиваются в красный цвет, а негорючих —черный.

Преимущества использования

В первую очередь, стоит отметить универсальность манометра, который заключается в возможности контролировать давление и поддерживать ее на определенном уровне. Во-вторых, устройство позволяет получить точные показатели нормы, так и отклонение от них. В-третьих, доступность практически любо человек может себе позволить приобрести данный прибор. В-четвертых, устройство способно работать стабильно и бесперебойно на протяжении длительного времени, и не требует специальных условий или навыков.

Использование таких устройств в таких областях, как медицина, химическая промышленность, машино- и автомобилестроение, морской транспорт и других требующих точного контроля давления, значительно облегчает работу.

Класс точности прибора

Манометров очень много, и каждому виду присваивается определенный класс точности согласно предписаниям ГОСТ, под которым понимается допустимая погрешность, выражающаяся в процентном отношении к диапазону измерений.

Существует 6 классов точности: 0,4; 0,6; 1; 1,5; 2,5; 4. У каждого типа манометра они также различаются. Приведенный выше список относится к рабочим манометрам. Для пружинных устройств, к примеру, соответствуют следующие показатели 0,16; 0,25 и 0,4. Для поршневых — 0,05 и 0,2 и так далее.

Класс точности имеет обратно пропорциональную зависимость от диаметра шкалы прибора и от типа прибора. То есть, если диаметр шкалы больше, то точность и погрешность манометра уменьшается. Класс точности условно принято обозначать следующими латинскими буквами KL также можно встретить и CL, которая указывается на шкале прибора.

Значение погрешности можно вычислить. Для этого используется два показателя: класс точности или KL и диапазон измерений. Если класс точности (KL) равен 4, то диапазон измерений составит 2,5 МПа (Мегапаскаль), а погрешность будет равна 0,1 МПа. Вычисляется по формуле произведение класса точности и диапазона измерений, деленное на 100. Поскольку погрешность выражается в процентах, результат нужно переводить в проценты путем деления на 100.

Помимо основного вида, существует и дополнительная погрешность. Если для вычисления первого вида используются идеальные условия или натуральные величины, влияющие на особенности конструкции прибора, то второй вид напрямую зависит от условий. Например, от температуры и вибрации или других условий.

Характеристикой давления является сила, которая равномерно воздействует на единицу площади поверхности тела. Эта сила оказывает влияние на различные технологические процессы. Давление измеряется в паскалях. Один паскаль равен давлению силы в один ньютон на площадь поверхности в 1 м 2 . Применяют приборы для измерения давления.

Виды давления

• Атмосферное давление образуется атмосферой Земли.
• Вакуумметрическое давление – это давление, не достигающее величины атмосферного давления.
• Избыточное давление – это величина давления, превосходящая значение атмосферного давления.
• Абсолютное давление определяется от величины абсолютного нуля (вакуума).

Виды и работа

Приборы, измеряющие давление, называются манометрами. В технике чаще всего приходится определять избыточное давление. Значительный интервал измеряемых величин давлений, особые условия измерения их во всевозможных технологических процессах обуславливает разнообразие видов манометров, которые имеют свои различия по конструктивным особенностям и по принципу работы. Рассмотрим основные из применяемых видов.

Барометры

Барометром называют прибор, измеряющий давление воздуха в атмосфере. Существует несколько видов барометров.

Ртутный барометр действует на основе перемещения ртути в трубке по определенной шкале.

Жидкостный барометр работает по принципу уравновешивания жидкости давлением атмосферы.

Барометр-анероид работает на изменении размеров металлической герметичной коробки с вакуумом внутри, под действием давления атмосферы.

Электронный барометр является более современным прибором. Он преобразовывает параметры обычного анероида в цифровой сигнал, отображающийся на жидкокристаллическом дисплее.

Жидкостные манометры

В этих моделях приборов давление определяется высотой столба жидкости, которое выравнивает это давление. Жидкостные приборы для измерения давления чаще всего выполняют в виде 2-х стеклянных сосудов, соединенных между собой, в которые залита жидкость (вода, ртуть, спирт).

Один конец емкости соединен с измеряемой средой, а второй открыт. Под давлением среды жидкость перетекает из одного сосуда в другой до выравнивания давления. Разность уровней жидкости определяет избыточное давление. Такими приборами замеряют разность давлений и разрежение.

На рисунке 1а изображен 2-х трубный манометр, измеряющий вакуум, избыточное и атмосферное давление. Недостатком является значительная погрешность измерения давлений, имеющих пульсацию. Для таких случаев применяют 1-трубные манометры (рисунок 1б). В них один край сосуда большего размера. Чашка соединена с измеряемой полостью, давление которой передвигает жидкость в узкую часть сосуда.

При замере берется во внимание только высота жидкости в узком колене, так как жидкость изменяет свой уровень в чашке незначительно, и этим пренебрегают. Чтобы произвести замеры малых избыточных давлений используют 1-трубные микроманометры с трубкой, наклоненной под углом (рисунок 1в). Чем больше наклон трубки, тем точнее показания прибора, вследствие увеличения длины уровня жидкости.

Особой группой считаются приборы для измерения давления, в которых движение жидкости в емкости действует на чувствительный элемент – поплавок (1) на рисунке 2а, кольцо (3) (рисунок 2в) или колокол (2) (рисунок 2б), которые связаны со стрелкой, являющейся указателем давления.

Преимуществами таких приборов является дистанционная передача и их регистрация значений.

Деформационные манометры

В технической области приобрели популярность деформационные приборы для измерения давления. Их принцип работы заключается в деформации чувствительного элемента. Эта деформация появляется под действием давления. Упругий компонент связан со считывающим устройством, имеющим шкалу с градуировкой единицами давления. Деформационные манометры делятся на:

Пружинные манометры

В этих приборах чувствительным элементом является пружина, соединенная со стрелкой передаточным механизмом. Давление воздействует внутри трубки, сечение старается принять круглую форму, пружина (1) пытается раскручиваться, в результате стрелка передвигается по шкале (рисунок 3а).

Мембранные манометры

В этих приборах упругим компонентом является мембрана (2). Она прогибается под давлением, и воздействует на стрелку с помощью передаточного механизма. Мембрану изготавливают по типу коробки (3). Это увеличивает точность и чувствительность прибора из-за большего прогиба при равном давлении (рисунок 3б).

Сильфонные манометры

В приборах сильфонного типа (рисунок 3в) упругим элементом является сильфон (4), который выполнен в виде гофрированной тонкостенной трубки. В эту трубку воздействует давление. При этом сильфон увеличивается в длину и с помощью механизма передачи передвигает стрелку манометра.

Сильфонные и мембранные виды манометров используют для замеров незначительных избыточных давлений и вакуума, так как упругий компонент имеет небольшую жесткость. При применении таких приборов для измерения вакуума они получили название тягомеров . Прибор, измеряющий избыточное давление, является напоромером , для измерения избыточного давления и вакуума служат тягонапоромеры .

Приборы для измерения давления деформационного типа имеют преимущество в сравнении с жидкостными моделями. Они позволяют производить передачу показаний дистанционно и записывать их в автоматическом режиме.

Это происходит вследствие преобразования деформации упругого компонента в выходной сигнал электрического тока. Сигнал фиксируется приборами измерений, которые имеют градуировку по единицам давления. Такие приборы имеют название деформационно-электрических манометров. Широкое использование нашли тензометрические, дифференциально-трансформаторные и магнитомодуляционные преобразователи.

Дифференциально-трансформаторный преобразователь

Магнитомодуляционные приборы для измерения давления

В таких приборах усилие преобразуется в сигнал электрического тока вследствие передвижения магнита, связанного с упругим компонентом. При движении магнит воздействует на магнитомодуляционный преобразователь.

Электрический сигнал усиливается в полупроводниковом усилителе и поступает на вторичные электроизмерительные устройства.

Тензометрические манометры

Преобразователи на основе тензометрического датчика работают на основе зависимости электрического сопротивления тензорезистора от величины деформации.

Тензодатчики (1) (рисунок 5) фиксируются на упругом элементе прибора. Электрический сигнал на выходе возникает вследствие изменения сопротивления тензорезистора, и фиксируется вторичными устройствами измерения.

Электроконтактные манометры

В схемах сигнализации, системах авторегулирования технологических процессов, приборах тепловой защиты популярными стали электроконтактные манометры. На рисунке изображена схема и вид прибора.

Упругим компонентом в приборе выступает трубчатая одновитковая пружина. Контакты (1) и (2) выполняются для любых отметок шкалы прибора, вращая винт в головке (3), которая находится на внешней стороне стекла.

При уменьшении давления и достижении его нижнего предела, стрелка (4) с помощью контакта (5) включит цепь лампы соответствующего цвета. При возрастании давления до верхнего предела, который задан контактом (2), стрелка замыкает цепь красной лампы контактом (5).

Классы точности

Измерительные манометры разделяют на два класса:

1. Образцовые.
2. Рабочие.

Образцовые приборы определяют погрешность показаний рабочих приборов, которые участвуют в технологии производства продукции.

Класс точности взаимосвязан с допустимой погрешностью, которая является величиной отклонения манометра от действительных величин. Точность прибора определяется процентным соотношением от максимально допустимой погрешности к номинальному значению. Чем больше процент, тем меньше точность прибора.

Образцовые манометры имеют точность намного выше рабочих моделей, так как они служат для оценки соответствия показаний рабочих моделей приборов. Образцовые манометры применяются в основном в условиях лаборатории, поэтому они изготавливаются без дополнительной защиты от внешней среды.

Пружинные манометры имеют 3 класса точности: 0,16, 0,25 и 0,4. Рабочие модели манометров имеют такие классы точности от 0,5 до 4.

Применение манометров

Приборы для измерения давления наиболее популярные приборы в различных отраслях промышленности при работе с жидким или газообразным сырьем.

Приборы для измерения давления 05а- 5

Тема 05а. Приборы для измерения давления

Гидростатическое давление – модуль сжимающего напряжения, возникающего в покоящейся жидкости.

Свойства : 1) направлено всегда по внутренней нормали к площадке, на которую оно действует;

2) в любой точке жидкости по всем направлениям одинаково.

Приборы для измерения давления

По характеру измеряемой величины :

Барометры – для измерения атмосферного давления .

Манометры – для измерения избыточного давления

(разницы между абсолютным и атмосферным давлением, т.е. ).

Вакуумметры – для измерения вакуумметрического давления (разницы между атмосферным давлением и абсолютным, т.е. ).

Дифференциальные манометры – для измерения разности давлений.

Микроманометры – для измерения малых давлений и малых перепадов давления.

По принципу действия различают приборы

комбинированные и др.

По классу точности образцовые, контрольные и рабочие.

Класс точности численно равен отношению допустимой абсолютной ошибки измерения прибора к верхнему пределу измерения в процентах .

К = 0.25 ; 0.4 ; 0.6 – образцовые и контрольные;

К = 1.0 ; 1.5 ; 2.4 ; 4.0 – рабочие.

К жидкостным приборам для измерения давления относятся пьезометры, манометры, вакуумметры, дифференциальные манометры.

Пьезометры применяются для измерения избыточного и вакуумметрического давления.

Верхний конец пьезометра (стеклянной трубки) сообщается с атмосферой. Избыточное давление определяется по формуле , где – высота поднятия жидкости над измеряемой точкой.

Давление на плоскости 0-0, называемой плоскостью сравнения, обозначим

слева:

справа:

Избыточное давление в сосуде

.

Здесь – плотность жидкости в сосуде, заполняющей левое колено диффманометра. Если это воздух, плотность которого в 800 раз меньше плотности воды, то ею можно пренебречь. Тогда .

Замечание. Использование ртути запрещено не только в учебных учреждениях, но и на производстве.

U‑образный манометр может быть использован как жидкостный вакуумметр

слева

справа

Дифференциальные манометры

применяются для измерения разности давлений в двух точках покоящейся и движущейся жидкости.

слева

справа

.

Разность одинакова для абсолютных и избыточных давлений.

Микроманометры с наклонной трубкой и наклонной шкалой позволяют измерять с большей точностью малые давления газов. Избыточное давление на поверхности жидкости в чашке равно

,

где – плотность жидкости;

– угол наклона трубки к горизонту.

Рисунок 2 – Пружинный манометр:

а – с трубчатой пружиной; б – с мембраной

Из металлических приборов наиболее распространенным на практике является пружинный манометр (см. рис.), принцип действия которого следующий.

Под действием давления жидкости полая пружина 1 частично распрямляется и посредством зубчатого механизма 2 приводит в движение стрелку 3, перемещающуюся относительно шкалы 4. Принцип действия пружинного манометра основан на уравновешивании силы давления жидкости упругой силой пружины. Пружинный манометр показывает избыточное давление.

Основной деталью прибора является согнутая по дуге окружности полая трубка, имеющая в сечении овальную форму (трубка Бурдона). Один из концов трубки запаян. Под действием давления свободный конец трубки поворачивается на некоторый угол, пропорциональный измеряемому давлению. При этом с помощью поводка поворачивается зубчатый сектор, который поворачивает шестеренку, с осью которой жестко связана стрелка.

Недопустимо подавать на манометры с упругим элементом давление больше максимально допустимого по паспорту прибора (и меньше – вакуум). Остаточная деформация упругого элемента неустранима, прибор испорчен.

В грузопоршневых приборах (рисунок 3) величина давления определяется по весу грузов, помещаемых на рабочей площадке поршня, под которым создано измеряемое давление.

Приемным элементом, преобразующим величину деформации упругого элемента, пропорциональную давлению, в тот или иной электрический сигнал, является датчик давления.

индуктивные (дифференциальный трансформатор с подвижн. сердечником),

и датчики сопротивления.

Важно для использования в системах управления и защиты – выходной сигнал электрический.

Точность механических и электрических манометров достигает 0,1 % максимального значения шкалы.

“>