Как работает манометр давления воздуха?

Манометр. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Манометр – это компактное механическое устройство для измерения давления. В зависимости от модификации оно может работать с воздухом, газом, паром или жидкостью. Существует много разновидностей манометров, по принципу снятия показаний давления в измеряемой среде, каждый из которых имеет свое применение.

Сфера использования
Манометры являются одним из самых распространенных приборов, которые можно встретить в различных системах:
  • Котлах отопления.
  • Газопроводах.
  • Водопроводах.
  • Компрессорах.
  • Автоклавах.
  • Баллонах.
  • Баллонных пневматических винтовках и т.д.

Внешне манометр напоминает невысокий цилиндр различного диаметра, чаще всего 50 мм, который состоит из металлического корпуса со стеклянной крышкой. Сквозь стеклянную часть просматривается шкала с отметками в единицах измерения давления (Бар или Па). Сбоку в корпус входит трубка с внешней резьбой для ввинчивания в отверстие системы, в которой необходимо провести измерение давления.

При нагнетании давление в измеряемой среде газ или жидкость сквозь трубку прижимает внутренний механизм манометра, что приводит к отклонению угла стрелки, которая указывает на шкалу. Чем выше создаваемое давление, тем больше отклоняется стрелка. Цифра на шкале, на которой остановится указатель, и будет соответствовать давлению в измеряемой системе.

Давление, которое может измерить манометр
Манометры являются универсальными механизмами, которые могут применяться для измерения различных значений:
  • Избытка давления.
  • Вакуумного давления.
  • Разницы давлений.
  • Атмосферного давления.

Применение этих приборов позволяет контролировать различные технологические процессы и предотвращать аварийные ситуации. Манометры предназначенные для эксплуатации в особых условиях могут иметь дополнительные модификации корпуса. Это может быть взрывозащищенность, устойчивость к коррозии или повышенной вибрации.

Разновидности манометров

Манометры используется во многих системах, где присутствует давление, которое должно находиться на четко заданном уровне. Применение прибора позволяет вести за ним контроль, поскольку недостаточное или избыточное воздействие может навредить различным технологическим процессам. Кроме этого, превышение нормы давления является причиной разрыва емкостей и труб. В связи с этим создано несколько разновидностей манометров рассчитанных под определенные условия работы.

Они бывают:
  • Образцовые.
  • Общетехнические.
  • Электроконтактные.
  • Специальные.
  • Самопишущие.
  • Судовые.
  • Железнодорожные.

Образцовый манометр предназначен для поверки другого подобного измерительного оборудования. Такие устройства определяют уровень избыточного давления в различных средах. Подобные приборы оснащены особо точным механизмом, дающим минимальную погрешность. Класс точности у них составляет от 0,05 до 0,2.

Общетехнические применяются в общих средах, которые не замерзают в лед. Такие приборы имеют класс точности от 1,0 до 2,5. Они устойчивы к вибрации, поэтому могут устанавливаться на транспорте и системах отопления.

Электроконтактные предназначены специально для контроля и предупреждения о достижении верхней отметки опасной нагрузки, способной разрушить систему. Такие приборы используются с различными средами, такими как жидкости, газы и пары. Данное оборудование имеет встроенный механизм управления электроцепями. При появлении избыточного давления манометр подает сигнал или механическим способом отключает снабжающее оборудование, нагнетающее давление. Также электроконтактные манометры могут включать специальный клапан, который сбрасывает давление до безопасного уровня. Такие приборы предотвращают аварии и взрывы на котельных.

Специальные манометры предназначены для работы с определенным газом. Такие приборы обычно имеют цветные корпуса, а не классические черные. Цвет соответствует газу, с которым может работать данный прибор. Также на шкале применяется специальная маркировка. К примеру, манометры для измерения давления аммиака, которые обычно устанавливается в промышленных холодильных установках, окрашены в желтый цвет. Подобное оборудование имеет класс точности от 1,0 до 2,5.

Самопишущие применяются в сферах, где требуется не только вести визуальный контроль за давлением системы, но и фиксировать показатели. Они пишут диаграмму, по которой можно просматривать динамику давления в любой промежуток времени. Подобные устройства можно встретить в лабораториях, а также на тепловых электростанциях, консервных заводах и прочих пищевых предприятиях.

Судовые включают широкий модельный ряд манометров, которые имеют защищенный корпус от атмосферного воздействия. Они могут работать с жидкостью, газом или паром. Имена их можно встретить на уличных газовых распределителях.

Железнодорожные манометры предназначены для контроля за избыточным давлением в механизмах, которые обслуживают рельсовый электротранспорт. В частности, их применяют на гидравлических системах, передвигающих рельсы при разведении стрелы. Подобные устройства имеют повышенную стойкость к вибрации. Они не только устойчиво переносят встряску, но при этом указатель на шкале не реагирует на механическое воздействие на корпус, точно отображая уровень давления в системе.

Разновидности манометров по механизму снятия показаний давления в среде
Манометры различаются и по внутреннему механизму, приводящему снятие показаний давления в системе, к которой подключаются. В зависимости от устройства они бывают:
  • Жидкостные.
  • Пружинные.
  • Мембранные.
  • Электроконтактные.
  • Дифференциальные.

Жидкостный манометр предназначен для измерения давление столба жидкости. Такие приборы работают по физическому принципу сообщающихся сосудов. Большинство устройств имеют видимый уровень рабочей жидкости, из которой они снимают показания. Эти приборы одни из редко используемых. В связи с контактом с жидкостью их внутренняя часть пачкается, поэтому постепенно прозрачность теряется, и визуально определить показания становится сложно. Жидкостные манометры были придуманы одними из самых первых, но еще встречаются.

Пружинные манометры самые часто встречаемые. Они имеют простую конструкцию, которая пригодна для ремонта. Пределы их измерения обычно составляют от 0,1 до 4000 Бар. Непосредственно сам чувствительный элемент такого механизма представляет собой трубку овального сечения, которая под действием давления ужимается. Давящая на трубку сила передается по специальному механизму на стрелку, которая проворачивается под определенным углом, указывая на шкалу с разметкой.

Мембранный манометр работает по физическому принципу пневматической компенсации. Внутри прибора имеется специальная мембрана, уровень прогиба которой зависит от воздействия создаваемого давлением. Обычно применяется две спаянных между собой мембран, образовывающих коробку. По мере изменения объема коробки чувствительный механизм отклоняет стрелку.

Электроконтактные манометры можно встретить в системах, которые автоматически контролируют давление и проводят его регулировку или сигнализируют о достижении критического уровня. В приборе имеется две стрелки, которые можно двигать. Одна устанавливается на минимальное давление, а вторая на максимальное. Внутри прибора вмонтированы контакты электрической цепи. Когда давление достигает одного из критических уровней, проводится замыкание электроцепи. В результате создается сигнал на пульт управлении или срабатывает автоматический механизм для экстренного сброса.

Дифференциальные манометры являются одними из самых сложных механизмов. Они работают по принципу измерения деформации внутри специальных блоков. Данные элементы манометра восприимчивы к давлению. По мере деформации блока специальный механизм передает изменения на стрелку, указывающую на шкалу. Движение указателя происходит до тех пор, пока перепады в системе не прекратятся и не остановятся на определенном уровне.

Класс точности и диапазон измерения

Любой манометр имеет технический паспорт, на котором указывается его класс точности. Показатель имеет цифровое выражение. Чем ниже цифра, тем прибор точнее. Для большинства приборов нормой является класс точности от 1,0 до 2,5. Они применяются в тех случаях, когда небольшое отклонение не имеет особого значения. Самую большую погрешность обычно дают приборы, которые используют автомобилисты для измерения давления воздуха в шинах. Их класс нередко опускается до отметки 4,0. Лучший класс точности имеют образцовые манометры, самые совершенные из них работают с погрешностью 0,05.

Каждый манометр рассчитан для работы в определенном диапазоне давления. Слишком мощные массивные модели не смогут зафиксировать минимальные колебания. Очень чувствительные устройства при избыточном воздействии выходят из строя или разрушаются, приводя к разгерметизации системы. В связи с этим при выборе манометра следует обращать внимание на этот показатель. Обычно на рынке можно найти модели, которые способны фиксировать перепады давления в пределах от 0,06 до 1000 мПА. Также существуют специальные модификации, так называемые тягомеры, которые предназначены для измерения разрежения давления до уровня -40 кПа.

Принцип работы манометров и область применения

Манометры представляют собой компактные механические устройства, измеряющие показатели давления. Разные модификации таких приборов позволяют им работать с жидкостями или газами, в том числе с паром и воздухом.

Измерение давления такими приборами необходимо в разных сферах, в том числе в водо- и газопроводах, отопительных котлах и компрессорах, автоклавах, баллонах со сжатым газом (в том числе и в пневматических винтовках). Большинство таких устройств универсально: они могут предназначаться для замеров разных показаний: избытка или разницы давлений, атмосферного давления, а также могут применяться в качестве вакуумметров.

Виды манометров

Везде, где нужно контролировать уровень давления, необходима установка таких приборов. В противном случае не избежать нарушений технологических процессов, что, в свою очередь, может спровоцировать критическую ситуацию. Выделяют 7 групп манометров в зависимости от ожидаемых условий работы.

Образцовые манометры

  • Для проверки измерительного оборудования (других манометров).
  • Работают с минимальной погрешностью в разных средах.
  • Класс точности – от 0,05 до 0,2.

Электроконтактные

  • Обеспечивают контроль и предупреждение о достижении критического уровня разрушающей нагрузки.
  • Работают со встроенным механизмом управления электросетями: при достижении критических нагрузок отключают оборудование или сбрасывают давление до безопасного уровня через клапан.
  • Могут применяться в жидких и газообразных средах.

Общетехнические

  • Могут использоваться в незамерзающих средах.
  • Отличаются хорошей устойчивостью к вибрации.
  • Монтируются на транспортных и отопительных системах.
  • Класс точности – 1,0-2,5.

Самопишущие

  • Обеспечивают визуальный контроль состояния системы, а также фиксацию показателей.
  • Записывают данные в виде диаграммы, по которой можно проследить уровень давления в динамике.
  • Используются в основном на предприятиях пищевой промышленности и тепловых электростанциях.

Специальные

  • Для работы со специальными газами (например, аммиаком, аргоном)
  • Выпускаются в цветных корпусах, что позволяет отличить их от других устройств.
  • Класс точности – от 1,0 до 2,5.

Железнодорожные

  • Для механизмов, обслуживающих рельсовый электротранспорт.
  • Отличаются повышенной стойкостью к вибрации.
  • Постоянное механическое воздействие на корпус не приводит к искажению полученных данных.

Судовые

  • Поставляются в корпусе, защищенном от внешнего воздействия и атмосферных осадков.
  • Могут устанавливаться не только на судах, но и на уличных газовых распределителях.
  • Подходят для жидких и газообразных сред.
Читайте также  Как уменьшить давление в котле Бакси?

Область применения манометров

Манометры различаются не только по области использования, но и по типу механизма для снятия показаний давления в среде. Здесь выделяют пять стандартных групп приборов.

Электроконтактные

  • Подходят для систем автоматического контроля давления и его регулировки.
  • В основе конструкции прибора – две подвижные стрелки, которые нужно установить на минимальные и максимальные допустимые показатели.
  • При достижении одной из граничных величин электроцепь замыкается, и пульт управления получает сигнал для сброса давления или отключения системы.

Жидкостные

  • Работают по физическому принципу сообщающихся сосудов.
  • Для измерения давления в столбе жидкости.
  • Работают в контакте с жидкостной средой, из-за чего часто загрязняются и делают неточные замеры.
  • На сегодняшний день используются все реже.

Пружинные

  • Наиболее популярные приборы с простой и надежной конструкцией.
  • Могут выполнять измерения в пределах 0,1-4000 Бар.
  • В механизме предусмотрен чувствительный элемент в виде трубки овального сечения, которая сжимается как пружина и передает силу воздействия на измерительный модуль.

Дифференциальные

Эти манометры считаются сложными механизмами и работают по принципу деформации внутренних блоков. Эти элементы конструкции восприимчивы к давлению и по мере деформирования передают показания на измерительный блок. Указатель будет двигаться до тех пор, пока перепады давления не сменятся стабильными значениями.

Мембранные

  • Работают по физическому принципу пневматической компенсации.
  • Основным элементом прибора считается специальная мембрана, которая изгибается под действием давления.
  • Чувствительный механизм отслеживает эти изменения и выдает величину давления.

Класс точности манометров

Эта характеристика обязательно указывается в техническом паспорте на прибор. Выражается класс точности в цифрах: чем ниже цифровое значение в маркировке, тем выше точность. Существует три стандартные категории:

  • С большой погрешностью. Класс точности 4,0. Эти приборы обычно используются на автомобильных СТО для проверки уровня давления воздуха в шинах.
  • Стандартные, в диапазоне 1,0-2,5 (нормальный класс точности для большинства моделей);
  • Высокоточные (образцовые), работающие с погрешностью 0,05.

Класс точности влияет не только на погрешность измерений. От него зависит и возможность эксплуатации приборов в том или ином диапазоне. Так, мощные модели не способны уловить минимальные колебания, а сверхчувствительные весьма восприимчивы к высоким «критическим» показателям.

В ассортименте современных моделей есть устройства, способные проводить измерения в диапазоне 0,06-1000 мПа, а также модификации для измерения разрежения давления до уровня -40кПа.

Компания Измеркон , Санкт-Петербург, реализует манометры цифрового типа, с ЖК-дисплеем, на котором показывают измеренные величины. Такие устройства работают с высокой точностью, в пределах 0,5-0,025%. Среди предложений компании есть и модели с дополнительными опциями – например, во взрывозащищенном исполнении.

Манометр — виды, принцип действия и характеристики

Общая информация

Прибор для измерения давления газов или жидкостей в замкнутом пространстве называется манометром. Его принцип действия основан на равенстве измеряемого давления и силы упругости (деформации) трубчатой пружины (пружинный механизм). В некоторых моделях применяется чувствительная двухпластинчатая мембрана (мембранный тип). Один ее конец запаян в держатель, а другой через тягу взаимодействует с трибко-секторным механизмом, который преобразует перемещение элемента в круговое движение стрелки.

Измерители давления, несмотря на одинаковый принцип действия, применяются для различных условий эксплуатации и имеют разные схемы исполнения. Одни показывают величину давления жидкости, а другие работают только с газом. Некоторые из них применяются в контрольно-измерительной аппаратуре для определения точных показателей давления.

Физический смысл давления

Давление (Р) является физической величиной, которая равна силе (Fn), действующей перпендикулярно на единицу площади поверхности. Иными словами, величина давления в произвольном элементе поверхности определяется таким образом: отношение нормальной составляющей силы (dFn), которая действует на участок поверхности площадью dS. Соотношение имеет следующий вид: P = dFn / dS. Если необходимо вычислить среднее значение величины P, то следует воспользоваться формулой: Pср = F / S.

Единицей измерения является паскаль (Па). Международное обозначение — Pa. Для упрощения расчетов используются единицы измерений с приставками: 1 кПа = 1000 Па, 1 МПа = 1000 кПа = 1000000 Па и т. д. Физический смысл 1 Па: сила, равная 1 Н, равномерно распределена по нормальной поверхности, площадь которой равна 1 метру квадратному. Существуют и другие единицы измерения: бар, килограмм-сила на кв. см., техническая атмосфера, миллиметр ртутного столба, миллиметр и метр водяного столба.

Типы приборов

Приборы, которые измеряют величину избыточного давления и разрежение (ниже атмосферного), имеют определенные разновидности. Они классифицируются следующим образом:

  1. Манометры.
  2. Вакуумметры.
  3. Мановакуумметры.
  4. Напоромеры.
  5. Тягомеры.
  6. Тягонапоромеры.
  7. Барометры.
  8. Тонометры.

Отличие первой группы от всех заключается в диапазоне измерений. Он колеблется от 0,06 до 1000 МПа. Измеряется положительная разность между абсолютным и барометрическим значениями. Вакуумметры измеряют разрежение, т. е. величину ниже атмосферного давления. Третья группа приборов является комбинированной, поскольку измеряет избыточное и вакуумметрическое давление. В первом случае диапазон измерений находится в пределах от 60 до 240000 кПа.

Напоромеры — приборы для измерения величин, значения которых не превышают 40 кПа. Пятая группа измеряет низкие значения (до -40 кПа). Тягонапоромеры являются комбинированными устройствами, измеряющими давление в пределах от -40 кПа до 40 кПа. Барометры показывают величину атмосферного давления. Тонометры применяются в медицине для измерения значений кровяного давления человека.

Классификация манометров по конструкции осуществляется следующим образом: жидкостные, грузопоршневые и деформационные. Последний тип включает в свою конструкцию чувствительный элемент. Он представляет собой трубчатую пружину. В моделях с высоким классом точности применяется мембрана. Класс точности также влияет на классификацию приборов (чем меньше величина, тем он точнее): 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5 и 4.

Виды манометров

Приборы делятся на определенные виды. Это зависит от функций, которые они выполняют, а также сферы применения. Их можно разделить таким образом:

  1. Общетехнические.
  2. Электроконтактные.
  3. Специальные.
  4. Самопишущие.
  5. Железнодорожные.
  6. Виброустойчивые.
  7. Судовые.
  8. Эталонные.
  9. Автомобильный.

Специалисты рекомендуют каждый из приборов применять только для целей и условий, указанных в руководстве по эксплуатации манометра. Невыполнение требований, указанных в документации, может привести к выходу измерителя из строя. Кроме того, в результате этого возможны грубые нарушения техники безопасности, которые приводят к несчастным случаям.

Общетехнические и электроконтактные

Общетехнические приборы используются для измерения в неагрессивных средах жидкостей, газов и паров. Они бывают радиальными и осевыми. Главным условием эксплуатации является следующее: любое вещество, которое находится в жидком и газообразном состояниях, не реагирующее со сплавами меди.

Электроконтактные приборы имеют, как правило, 2 электрических контакта. Первая группа соответствует минимальной величине давления, а вторая — максимальной. Контакты настраиваются на определенные значения. Принцип действия приборов довольно прост. При снижении величины давления на предельно допустимый уровень, который настраивается, происходит размыкание цепи. Таким же образом работает и верхняя граница.

Возможность замыкания и размыкания контактов можно отключить. Для этого следует установить значение низкой границы на 0, а высокой — на максимальное значение шкалы прибора. Они получили применение в промышленности. Можно использовать также сразу две границы, установив одну стрелку на минимальное значение, а другую — на предельно допустимую величину, на которую рассчитано оборудование.

Для использования одной границы следует установить минимальную в положение 0, а максимальный уровень на необходимое значение. Аналогично устанавливается только нижняя граница, но в этом случае нужно установить стрелку на нужное минимальное значение. Высокий предел поставить на максимальное значение.

Например, в угольной промышленности для охлаждения электродвигателя на конвейере применяется манометр для измерения давления воды. При понижении ее давления до определенного значения двигатель невозможно запустить, что помогает сохранить оборудование от перегрева. Кроме того, выставляется верхний предел. Это нужно для того, чтобы давление воды не вывело из строя систему охлаждения.

Манометры с электрическими контактами не применяются для точных измерений, поскольку стрелочный механизм при взаимодействии с одной из контактных групп показывает значения со значительной погрешностью. При загазованности пространства следует применять модели с взрывозащитой.

Специальные измерители

Специальные манометры делятся на три типа: кислородные, ацетиленовые и аммиачные. Первый тип должен монтироваться на обезжиренные трубы агрегатов, поскольку незначительное загрязнение может привести к взрыву прибора и другого электрооборудования. Они выпускаются в корпусах голубого цвета. На шкале прибора указывает маркировка химической формулы кислорода (O2).

Второй вид применяется в устройствах и механизмах для измерения показаний давления ацетилена. «Внутренняя начинка» измерителя содержит специальный металлический сплав, который не реагирует с газом. Необходимо отметить, что замена деталей на медные недопустима. При взаимодействии газа с медными сплавами может образоваться взрывоопасная ацетиленистая медь. Аммиачные приборы должны быть устойчивыми к коррозийным процессам, поскольку возможно повреждение корпуса с последующей утечкой газа.

Самопишущие регистраторы

Самопишущие регистраторы давления являются сложными электронными устройствами с пишущим механизмом, который состоит из специального пера и устройства подачи чернил. Во время работы прибора выполняется регистрация показаний давления в определенный промежуток времени в виде диаграммы.

Они обладают погрешностью, которая связана со скольжением пера по бумаге. Этот недостаток устранен в современных моделях. При этом применяется специальный порт для подключения струйного или лазерного принтера. Такое усовершенствование позволяет применять самопишущие манометры не только для контроля показания давления, но и для тестирования и точных измерений для разработки различного оборудования.

Железнодорожные и виброустойчивые

Существуют модели, которые применяются в условиях вибраций. Железнодорожные манометры применяются в аппаратуре контроля работы двигателя поездов. Наиболее распространенными моделями считаются МП-2 стрелочного и дискового типов. Манометр с вращающимся диском применяется для измерения Р в неагрессивных средах. Для удобного снятия показаний в состав устройств включена подсветка шкалы.

Диапазоны показаний приборов:

  1. Без диска: от 0 до 16 кгс / кв. см.
  2. С диском: от 0 до 10 кгс / кв. см.

Приборы обладают классами точности 1,5 и 2,5 и могут выдержать вибрации от 5 до 25 Гц с амплитудными значениями, равными 0,1 мм. Виброустойчивые приборы применяются в условиях эксплуатации при высоких значениях вибраций. Некоторые виды измерителей считаются устойчивыми к вибрациям и комбинированными. Например, манометры, которые устанавливаются на выходе мощных шахтных насосных установках.

Читайте также  Расчет перепада давления в трубопроводе

Эталонные и судовые

Цифровые эталонные (образцовые) манометры применяются для измерения величины давления жидкостей и веществ, которые находятся в газообразном состоянии. Они отличаются высоким классом точности и оснащаются специальным цифровым дисплеем. На нем отображается текущая величина давления в системе, а также превышение номинального уровня (нормальных показателей). Эталонные манометры обладают некоторыми особенностями по сравнению с обыкновенными аналоговыми моделями:

  1. Проверкой и калибровкой других манометров.
  2. Применением в системах безопасности.
  3. Возможностью сохранения показаний.
  4. Выявлением пиковых уровней и помещением этих значений в память.

Очень часто предприятия отправляют измерители давления в метрологические организации для выявления дефектов приборов и их калибровки. Это очень важно, поскольку существенно влияет на сроки эксплуатации оборудования и предупреждение несчастных случаев. Кроме того, эталонные манометры выявляют утечку газов и жидкостей. Если на предприятии установлены такие приборы, то это позволяет существенно снизить появление нештатных ситуаций.

Образцовые манометры эксплуатируются на любых объектах коммунального комплекса, заводах, газопроводах, предприятиях угледобывающей и нефтеперерабатывающей промышленностях. Кроме того, они являются универсальными, поскольку применяются для работы с жидкостями, газами и парами. Их можно применять в агрессивных и неагрессивных средах. Корпус является герметичным, и надежно защищен от попадания жидкостей, пыли и грязи.

Судовые приборы применяются для эксплуатации на речном и морском видах транспорта. Они устойчивы к вибрациям и агрессивным средам. Достигается это при помощи герметичного корпуса и виброзащиты.

Автомобильная разновидность

Основное предназначение автомобильных манометров — измерение давления воздуха внутри шин автотранспорта. В некоторых моделях машин они включены в стандартную комплектацию. Приборы бывают двух типов: аналоговые (механические) и цифровые. Первые имеют цифровую шкалу со стрелочным указателем. Они считаются более надежными, чем цифровые. Приборы имеют некоторую особенность: при приближении уровня давления к верхней границе его погрешность увеличивается.

Цифровой манометр оснащен жидкокристаллическим дисплеем, на который выводится результат измерения. Измеритель обладает большим классом точности, чем аналоговый. Существенным недостатком приборов этого типа считается наличие источника питания (постоянно нужно иметь запасные батарейки или аккумуляторы). Кроме того, любой тип автомобильного манометра нельзя протирать салфеткой, поскольку это увеличивает погрешность измерений.

Рекомендации по выбору

Все модели манометров изготавливаются по определенным государственным стандартам. Следовательно, они являются взаимозаменяемыми. Выбор манометра для отдельного измерения или изготовления манометрических систем необходимо осуществлять по его техническим характеристикам и условиям эксплуатации. Следует обратить внимание на такие характеристики приборов:

  1. Габариты и масса.
  2. Диапазон измерений (максимальная величина).
  3. Вид.
  4. Класс точности.
  5. Степень защиты.
  6. Устойчивость к вибрациям.
  7. Срок службы.
  8. Среда эксплуатации.
  9. Диапазон рабочих температур.
  10. Резьба.

Перед выбором прибора-измерителя следует определить его основные функции в какой-либо системе. Например, нет смысла переплачивать деньги за образцовый манометр для измерения давления в шинах или использования в масляных станциях.

Таким образом, для выбора манометра следует руководствоваться его основными техническими характеристиками и условиями эксплуатации в различных системах. Очень важно придерживаться основных критериев, поскольку это позволит избежать различных неблагоприятных ситуаций.

Манометр

Манометр (греч. manos — редкий, неплотный, разрежённый) — прибор, измеряющий давление жидкости или газа [1] .

Содержание

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, самопишущие, 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 проверки 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 неё 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.

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 неё 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 ионизируют 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 распространённый 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 вакуумного 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.

Читайте также  Как выровнять давление воды в квартире?

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.

Холодный катод

Существует два вида манометров с холодным катодом: манометр Пеннинга (введённый Максом Пеннингом), и инвертированный магнетрон. Главное различие между ними состоит в положении анода относительно катода. Ни у одного из них нет нити накаливания, и каждому из них требуется напряжение до 0,4 кВ для функционирования. Инвертированные магнетроны могут измерять давления до 10 −12 мм рт. ст.

Такие манометры не могут работать если ионы, генерируемые катодом рекомбинируют прежде, чем они достигнут анод. Если средняя длина свободного пробега газа меньше, чем размеры манометра, тогда ток на электроде исчезнет. Практическая верхняя граница измеряемого давления манометра Пеннинга 10 −3 мм рт. ст.

Точно так же манометры с холодным катодом могут не включиться при очень низких давлениях, так как почти полное отсутствие газа мешает устанавливать электродный ток — особенно в манометре Пеннинга, который использует вспомогательное симметричное магнитное поле, чтобы создать траектории ионов порядка метров. В окружающем воздухе подходящие ионые пары формируются посредством воздействия космической радиации; в манометре Пеннинга приняты меры, чтобы облегчить установку пути разряда. Например, электрод в манометре Пеннинга обычно точно сужается, для облегчения полевой эмиссии электронов.

Циклы обслуживания манометров с холодным катодом вообще измеряются годами, в зависимости от газового типа и давления, в котором они работают. Используя манометр с холодным катодом в газах с существенными органическими компонентами, такими как остатки масла насоса, может привести к росту тонких углеродистых плёнок в пределах манометра, которые в конечном счете замыкают электроды манометра, или препятствуют гереации пути разряда.

Применение манометров

Манометры применяются во всех случаях, когда необходимо знать, контролировать и регулировать давление. Наиболее часто манометры применяют в теплоэнергетике, на химических, нефтехимических предприятиях, предприятиях пищевой отрасли.

Цветовая маркировка

Довольно часто корпуса манометров, служащих для измерения давления газов, окрашивают в различные цвета. Так манометры с голубым цветом корпуса предназначены для измерения давления кислорода. Жёлтый цвет корпуса имеют манометры на аммиак, белый – на ацетилен, тёмно-зелёный – на водород, серовато-зелёный – на хлор. Манометры на пропан и другие горючие газы имеют красный цвет корпуса. Корпус чёрного цвета имеют манометры, предназначенные для работы с негорючими газами.

Манометры для измерения давления воды – устройство, виды и отличия от манометров для воздуха

Манометр – это прибор, позволяющий измерить давление в водной системе или среде. С помощью этого простого устройства можно получить точные показатели давления в любой точке трубопровода или насосного агрегата. Ниже изучим конструкцию, принцип работы и отличия между разными видами манометров.

Устройство манометра для измерения давления воды

Манометр для измерения давления воды в водопроводе обладает очень простой конструкцией. Прибор состоит из корпуса и шкалы, на которой указывается измеряемая величина. Внутри корпуса может быть расположена трубчатая пружина или двухпластинчатая мембрана. Также внутри устройства находится держатель, трибко-секторный механизм и упругий чувствительный элемент.

Принцип действия прибора основывается на уравновешивании показателей давления посредством силы деформации мембраны или пружины. В результате этого процесса упругий чувствительный элемент смещается, что приводит в действие показывающую стрелку устройства.

Классификация манометров по принципу работы

В наши дни работающие в условиях давления устройства используются практически во всех сферах жизнедеятельности человека. Следовательно, вместе с ними применяются и манометры, дающие точную информацию о показателях давления. При этом измерительные приборы могут отличаться между собой по конструкции и принципу действия. Имеющиеся на рынке устройства делятся на такие виды:

  • Поршневые манометры – в их устройство входит цилиндр, внутри которого располагается поршень. При работе на одну часть поршневого насоса действует рабочая среда – газ или жидкость, а с другой – давление груза определенной величины. Вместе с перемещением бегунка в действие приводится стрелка на шкале прибора;
  • Жидкостные манометры – в их конструкцию входит трубка, внутри которой находится жидкость и подвижная пробка. В процессе использования жидкостного манометра рабочая жидкость воздействует на пробку, в результате чего меняется уровень жидкости внутри трубки. В этот момент начинает двигаться стрелка прибора;
  • Деформационные манометры – внутри таких приборов располагается мембрана, деформация которой приводит в действие указательную стрелку над шкалой устройства.
  • Современные манометры также делятся между собой на механические и электронные устройства. Механический манометр для насоса или системы водоснабжения имеет простую конструкцию, однако не может достаточно точно измерить давление. В конструкцию электронного прибора входит контактный узел, который более точно измеряет давление рабочей среды.

    По способу использования манометры делятся между собой на такие виды:

    • Стационарные – такие приборы монтируются и применяются только на определенном агрегате без возможности демонтажа измерительного устройства. Зачастую на используемом агрегате также применяется регулятор давления для воды с манометром;
    • Переносные – эти измерительные приборы могут демонтироваться и использоваться для работы с разными агрегатами и в различных системах. Переносной прибор обладает меньшими габаритами.

    Каждый из перечисленных видов приборов нашел свое активное применение. Многие из современных моделей используются в системе отопления частного дома или в квартире, другие – применяются для обслуживания крупных промышленных предприятий.

    Чем отличается манометр для воды от манометра для воздуха?

    Не знакомые с измерительными приборами люди часто не могут отличить манометр давления воды в системе водоснабжения от прибора, который используется для измерения давления воздуха и газа. Внешне оба эти устройства практически не отличаются друг от друга. Тем не менее, различие между ними все-таки есть.

    Разница между манометром для воды и воздуха заключается в конструкции и принципе их действия. В приборах для воды роль чувствительного элемента играет мембрана и сосуд с жидкостью. В воздушных манометрах чувствительным элементом служит трубчатая пружина, которая при работе заполняется газом или воздухом.

    Как проверить давление воды без манометра?

    Узнать показатели давления воды в трубопроводе можно без помощи манометра. Все, что для этого требуется – это использовать самодельное приспособление из прозрачного 2-метрового шланга, которое очень просто изготовить своими руками.

    В основном, шланг применяется с целью получения замеров давления воды на выходе из крана. Чтобы узнать нужные показатели, один конец шланга вставляется в кран, а второй закупоривается пробкой. После этого в шланг нужно впустить немного воды.

    Прежде, чем начать «эксперимент», потребуется выполнить 2 условия:

    • Установить шланг в вертикальное положение;
    • Переместить нижний конец шланга так, как указано в схеме.

    Далее определить приблизительное давление воды можно по указанной формуле: P=Pатм*H0/H1, где:

    • P – давление в системе, измеряемое в атмосферах;
    • Pатм – давление, которое присутствует внутри шланга до момента открытия крана;
    • H0 – высота воздушного столба внутри шланга до момента открытия крана;
    • H1 – высота воздушного столба после заполнения шланга водой.


    Нужно отметить, что собранное приспособление по принципу действия полностью повторяет обыкновенный жидкостный манометр.

    Проверка давления исходя из расхода воды

    Второй способ определения давления заключается в выполнении расчетов с использованием данных о количестве воды, вытекающей из крана. Помимо этих данных, также потребуется:

    • Узнать конфигурацию трубопровода и определить, из какого материала он изготовлен;
    • Рассчитать диаметр трубы;
    • Определить интенсивность вытекания жидкости;
    • Определить степень открытия крана.

    Чтобы рассчитать давление, понадобится мерная 3-литровая емкость и секундомер. Емкость нужно подложить под кран и засечь время, за которое она полностью наполнится водой.


    Определить приблизительное давление можно уже после выполненной операции, однако полученные результаты будут очень неточными. Ведь в любом случае банка будет полностью заполнена менее, чем за 10 секунд, из-за чего полученная величина давления будет значительно меньше, чем по регламенту. Тем не менее, отталкиваться всегда нужно от того, что 3-литровая емкость будет полностью заполняться водой за 7 и менее секунд. В таком случае давление внутри трубопровода будет наиболее приближенным к регламентированному.