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.

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.