Приборы для измерения давления виды принцип действия

Приборы для измерения давления. Виды и работа. Применение

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).

Рис-1

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.

Рис-2

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.
• Сильфонные.
• Мембранные.

Рис-3

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

Рис-4

Принципом работы такого преобразователя является изменение силы тока индукции в зависимости от величины давления.

Приборы с наличием такого преобразователя имеют трубчатую пружину (1), которая передвигает стальной сердечник (2) трансформатора, а не стрелку. В итоге изменяется сила индукционного тока, подающегося через усилитель (4) на измерительный прибор (3).

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.

Классификация приборов для измерения давления

Давлением называется равномерно распределенная сила, действующая перпендикулярно на единицу площади. Оно может быть атмосферным (давление околоземной атмосферы), избыточным (превышающим атмосферное) и абсолютным (сумма атмосферного и избыточного). Абсолютное давление ниже атмосферного называется разреженным, а глубокое разряжение – вакуумным.

Единицей давления в международной системе единиц (СИ) является Паскаль (Па). Один Паскаль есть давление, создаваемое силой один Ньютон на площади один квадратный метр. Поскольку эта единица очень мала, применяют также единицы кратные ей: килопаскаль (кПа) = Па; мегапаскаль (МПа) = Па и др. Ввиду сложности задачи перехода от применявшихся ранее единиц давления к единице Паскаль, временно допущены к применению единицы: килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см ) = 980665 Па; килограмм-сила на квадратный метр (кгс/м ) или миллиметр водяного столба (мм вод.ст) = 9,80665 Па; миллиметр ртутного столба (мм рт.ст) = 133,332 Па.

Приборы контроля давления классифицируются в зависимости от метода измерения, используемого в них, а также по характеру измеряемой величины.

По методу измерения, определяющему принцип действия, эти приборы подразделяются на следующие группы:

– жидкостные, в которых измерение давления происходит путем уравновешивания его столбом жидкости, высота которого определяет величину давления;

– пружинные (деформационные), в которых значение давления измеряется путем определения меры деформации упругих элементов;

– грузопоршневые, основанные на уравновешивании сил создаваемых с одной стороны измеряемым давлением, а с другой стороны калиброванными грузами действующих на поршень помещенный в цилиндр.

– электрические, в которых измерение давления осуществляется путем преобразования его значения в электрическую величину, и путем замера электрических свойств материала, зависящих от величины давления.

По виду измеряемого давления приборы подразделяют на следуюшие:

– манометры, предназначенные для измерения избыточного давления;

– вакуумметры, служащие для измерения разрежения (вакуума);

– мановакууметры, измеряющие избыточное давление и вакуум;

– напоромеры, используемые для измерения малых избыточных давлений;

– тягомеры, применяемые для измерения малых разрежений;

– тягонапоромеры, предназначенные для измерения малых давлений и разрежений;

– дифференциальные манометры (дифманометры), с помощью которых измеряют разность давлений;

– барометры, используемые для измерения барометрического давления.

Наиболее часто используются пружинные или деформационные манометры. Основные виды чувствительных элементов этих приборов представлены на рис. 1.

Рис. 1. Виды чувствительных элементов деформационных манометров

а) – с одновитковой трубчатой пружиной (трубкой Бурдона)

б) – с многовитковой трубчатой пружиной

в) – с упругими мембранами

Приборы c трубчатыми пружинами.

Принцип действия этих приборов основан на свойстве изогнутой трубки (трубчатой пружины) некруглого сечения изменять свою кривизну при изменении давления внутри трубки.

В зависимости от формы пружины, различают пружины одновитковые (рис. 1а) и многовитковые (рис. 1б). Достоинством многовитковых трубчатых пружин является большее чем у одновитковых перемещение свободного конца при одинаковом изменении входного давления. Недостатком – существенные габариты приборов с такими пружинами.

Манометры с одновитковой трубчатой пружиной – один из наиболее распространенных видов пружинных приборов. Чувствительным элементом таких приборов является согнутая по дуге круга, запаянная с одного конца, трубка 1 (рис. 2) эллиптического или овального сечения. Открытым концом трубка через держатель 2 и ниппель 3 присоединяется к источнику измеряемого давления. Свободный (запаянный) конец трубки 4 через передаточный механизм соединен с осью стрелки перемещающейся по шкале прибора.

Трубки манометров, рассчитанных на давление до 50 кг/см изготавливаются из меди, а трубки манометров, рассчитанных на большее давление из стали.

Свойство изогнутой трубки некруглого сечения изменять величину изгиба при изменении давления в ее полости является следствием изменения формы сечения. Под действием давления внутри трубки эллиптическое или плоскоовальное сечение, деформируясь, приближается к круглому сечению (малая ось эллипса или овала увеличивается, а большая уменьшается).

Перемещение свободного конца трубки при ее деформации в определенных пределах пропорционально измеряемому давлению. При давлениях, выходящих из указанного предела, в трубке возникают остаточные деформации, которые делают ее непригодной для измерения. Поэтому максимальное рабочее давление манометра должно быть ниже предела пропорциональности с некоторым запасом прочности.

Рис. 2. Пружинный манометр

Перемещение свободного конца трубки под действием давления весьма невелико, поэтому для увеличения точности и наглядности показаний прибора вводят передаточный механизм, увеличивающий масштаб перемещения конца трубки. Он состоит (рис. 2) из зубчатого сектора 6, шестерни 7, сцепляющейся с сектором, и спиральной пружины (волоска) 8. На оси шестерни 7 закреплена указывающая стрелка манометра 9. Пружина 8 прикреплена одним концом к оси шестерни, а другим – к неподвижной точке платы механизма. Назначение пружины – исключить люфт стрелки, выбирая зазоры в зубчатом сцеплении и шарнирных соединениях механизма.

Мембранные манометры.

Чувствительным элементом мембранных манометров может быть жесткая (упругая) или вялая мембрана.

Упругие мембраны представляют собой медные или латунные диски с гофрами. Гофры увеличивают жесткость мембраны и ее способность к деформации. Из таких мембран изготавливают мембранные коробки (см. рис. 1в), а из коробок – блоки.

Вялые мембраны изготавливают из резины на тканевой основе в виде одногофровых дисков. Используются они для измерения небольших избыточных давлений и разряжений.

Мембранные манометры и могут быть с местными показаниями, с электрической или пневматической передачей показаний на вторичные приборы.

Для примера рассмотрим дифманометр мембранный типа ДМ, который представляет собой бесшкальный датчик мембранного типа (рис. 3) с дифференциально – трансформаторной системой передачи значения измеряемой величины на вторичный прибор типа КСД.

Рис. 3 Устройство мембранного дифманометра типа ДМ

Чувствительным элементом дифманометра является мембранный блок, состоящий из двух мембранных коробок 1 и 3, заполненных кремнийорганической жидкостью, находящихся в двух отдельных камерах, разделенных перегородкой 2.

К центру верхней мембраны прикреплен железный сердечник 4 дифференциально-трансформаторного преобразователя 5.

В нижнюю камеру подается большее (плюсовое) измеряемое давление, в верхнюю – меньшее (минусовое) давление. Сила измеряемого перепада давления уравновешивается за счет других сил, возникающих при деформации мембранных коробок 1 и 3.

При увеличении перепада давления мембранная коробка 3 сжимается, жидкость из нее перетекает в коробку 1, которая расширяется и перемещает сердечник 4 дифференциально-трансформаторного преобразователя. При уменьшении перепада давления сжимается мембранная коробка 1 и жидкость из нее вытесняется в коробку 3. Сердечник 4 при этом перемещается вниз. Таким образом, положение сердечника, т.е. выходное напряжение дифференциально-трансформаторной схемы однозначно зависит от значения перепада давления.

Для работы в системах контроля, регулирования и управления технологическими процессами путем непрерывного преобразования давления среды в стандартный токовый выходной сигнал с передачей его на вторичные приборы или исполнительные механизмы используются датчики-преобразователи типа “Сапфир”.

Преобразователи давления этого типа служат: для измерения абсолютного давления («Сапфир-22ДА»), измерения избыточного давления («Сапфир-22ДИ»), измерения вакуума («Сапфир-22ДВ»), измерения давления – разряжения («Сапфир-22ДИВ»), гидростатического давления («Сапфир-22ДГ»).

Устройство преобразователя «САПФИР-22ДГ» показано на рис. 4. Они используются для измерения гидростатических давлений (уровня) нейтральных и агрессивных сред при температурах от -50 до 120 °С. Верхний предел измерения – 4 МПа.

Рис. 4 Устройство преобразователя «САПФИР -22ДГ»

Тензопреобразователь 4 мембранно-рычажного типа размещен внутри основания 8 в замкнутой полости 10, заполненной кремнийорганической жидкостью, и отделен от измеряемой среды металлическими гофрированными мембранами 7. Чувствительными элементами тензопреобразователя являются пленочные тензорезисторы 11 из кремния размещенные на пластине 10 из сапфира.

Мембраны 7 приварены по наружному контуру к основанию 8 и соединены между собой центральным штоком 6, который связан с концом рычага тензопреобразователя 4 с помощью тяги 5. Фланцы 9 уплотнены прокладками 3. Плюсовой фланец с открытой мембраной служит для монтажа преобразователя непосредственно на технологической емкости. Воздействие измеряемого давления вызывает прогиб мембран 7, изгиб мембраны тензопреобразователя 4 и изменение сопротивления тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока по проводам через гермоввод 2 в электронное устройство 1, преобразующее изменение сопротивлений тензорезисторов в изменение токового выходного сигнала в одном из диапазонов (0-5) мA, (0-20) мA, (4-20) мА.

Измерительный блок выдерживает без разрушения воздействие односторонней перегрузки рабочим избыточным давлением. Это обеспечивается тем, что при такой перегрузке одна из мембран 7 ложится на профилированную поверхность основания 8.

Похожее устройство имеют и указанные выше модификации преобразователей «Сапфир-22».

Измерительные преобразователи гидростатических и абсолютных давлений «Сапфир-22К-ДГ» и «Сапфир-22К-ДА» имеют выходной токовый сигнал (0-5) мА или (0-20) мА или (4-20) мА, а также электрический кодовый сигнал на базе интерфейса RS-485.

Чувствительным элементом сильфонных манометров и дифманометров являются сильфоны – гармониковые мембраны (металлические гофрированные трубки). Измеряемое давление вызывает упругую деформацию сильфона. Мерой давления может быть либо перемещение свободного торца сильфона, либо сила, возникающая при деформации.

Принципиальная схема сильфонного дифманометра типа ДС приведена на рис.5. Чувствительным элементом такого прибора являются один или два сильфона. Сильфоны 1 и 2 одним концом закреплены на неподвижном основании, а другим соединены через подвижный шток 3. Внутренние полости сильфонов заполнены жидкостью (водоглицериновой смесью, кремнийорганической жидкостью) и соединены друг с другом. При изменении перепада давления один из сильфонов сжимается, перегоняя жидкость в другой сильфон и перемещая шток сильфонного блока. Перемещение штока преобразуется в перемещение пера, стрелки, лекала интегратора или сигнал дистанционной передачи, пропорциональный измеряемому перепаду давления.

Номинальный перепад давления определяет блок винтовых цилиндрических пружин 4.

При перепадах давления выше номинального стаканы 5 перекрывают канал 6, прекращая переток жидкости и предупреждая таким образом сильфоны от разрушения.

Рис. 5 Принципиальная схема сильфонного дифманометра

Для получения достоверной информации о величине какого-либо параметра необходимо точно знать погрешность измерительного устройства. Определение основной погрешности прибора в различных точках шкалы через определенные промежутки времени производят путем его поверки, т.е. сравнивают показания поверяемого прибора с показаниями более точного, образцового прибора. Как правило, поверка приборов осуществляется сначала при возрастающем значении измеряемой величины (прямой ход), а затем при убывающем значении (обратный ход).

Манометры поверяют следующими тремя способами: поверка нулевой точки, рабочей точки и полная поверка. При этом две первые поверки производятся непосредственно на рабочем месте с помощью трехходового крана (рис. 6).

Рабочая точка поверяется путем присоединения контрольного манометра к рабочему манометру и сравнение их показаний.

Полная поверка манометров осуществляется в лаборатории на поверочном прессе или поршневом манометре, после снятия манометра с рабочего места.

Принцип действия грузопоршневой установки для поверки манометров основан на уравновешивании сил, создаваемых с одной стороны измеряемым давлением, а с другой – грузами, действующими на поршень, помещенный в цилиндр.

Рис. 6. Схемы поверки нулевой и рабочей точек манометра с помощью трехходового крана.

Положения трехходового крана: 1 – рабочее; 2 – поверка нулевой точки; 3 – поверка рабочей точки; 4 – продувка импульсной линии.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Только сон приблежает студента к концу лекции. А чужой храп его отдаляет. 9187 – | 7795 – или читать все.

Приборы для измерения давления

Одним из основных параметров, характеризующих работу нефтяных скважин, насосных агрегатов, сепарационных установок, установок по подготовке нефти, газа и воды является давление.

Давлением называют отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. Различают следующие виды давления: атмосферное, абсолютное, избыточное и вакуум (разряжение).

Атмосферное(барометрическое) – давление, создаваемое массой воздушного столба земной атмосферы.

Абсолютное – давление, отсчитанное от абсолютного нуля. За начало отсчета абсолютного давления принимают давление внутри сосуда, из которого полностью откачан воздух.

Избыточное давление – разность между абсолютным и барометрическим давлениями.

Вакуум(разряжение) – разность между абсолютным и барометрическим давлениями.

В Международной системе единиц за единицу давления принят Паскаль (Па) – давление, создаваемое силой в 1 ньютон (Н), равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м 2 , направленной перпендикулярно к ней. Внесистемная единица измерения давления – кгс/см 2 , мм вод. ст., мм рт. ст. (1– кгс/см 2 = 9.8 н )×

Основные типы приборов для измерения давления

манометры– служат для измерения избыточного давления. При помощи манометров измеряют давление в нефтепроводах, газовых линиях, водоводах, ЗУ, на ДНС, УПСВ, компрессорных и т.д.;

барометры – предназначены для измерения атмосферного давления;

тягомеры и напоромеры – для измерения небольших разряжений или избыточных давлений до 2500 мм вод. ст. Тягомеры широко используются для измерения тяги в печах, у основания дымовых труб, а напоромеры – при измерении небольших давлений воздуха и газа в воздухо- и газопроводах;

вакуумметры – используются для измерения разряжения (вакуума) до 760 мм рт. ст. Применяются в конденсаторах, вакуум-насосных установках, вакуум-аппаратах;

мановакууметры– для измерения избыточных давлений от 0,5 до 50 кгс/см 2 и вакуума до 760 мм рт. ст.;

дифференциальные манометры – для измерения разности давлений.

1. По принципу действия:

Жидкостные – измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости, заливаемой в прибор, высота которого и является величиной, определяющей давление.

Пружинные – измеряемое давление уравновешивается упругими силами пружинных элементов (трубчатой пружины, мембраны, сильфона и др.) – величиной, определяющей давление.

Поршневые – измеряемое давление уравновешивается весом груза, действующего на поршень определенной площади, перемещающийся в цилиндре, заполненном маслом.

Электрические– используют для измерения давления различные электрические явления, связанные с изменением давления (пьезоэлектричество, изменение сопротивления проводников, емкости и др.).

Комбинированные– основанные на использовании нескольких принципов.

2. По способу выдачи сигналов измерения:

· регистрирующие с местной записью;

· регистрирующие с дистанционной передачей показаний.

3. По назначению:

Технические– служат для установки на объектах.

Контрольные– предназначены для проверки технических приборов на месте их установки.

Образцовые – используются для проверки технических и контрольных приборов, а также для точных измерений.

Манометры.

В нефтедобыче наиболее распространены пружинные манометры (рис.1.), где в качестве чувствительного элемента применяют трубчатые пружины, как одновинтовые, так и многовинтовые, мембраны и сильфоны.

Технические манометры имеют класс точности 1,5; 2,5; 4,0; контрольные – 0,6; 1,0; образцовые – 0,16; 0,25; 0,4.

Верхние пределы измерений манометров в зависимости от их типов составляют: 0,16; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6; 10; 16; 25; 40; 60; 100; 160; 250; 400; 600; 1000 кгс/см 2 .

Пример обозначения манометра:

манометр показывающий (МП) с диаметром корпуса 63 мм (63), радиальным штуцером (Р), диапазоном измерения от 0 до 4 МПа, классом точности 2,5

МП 63 – Р (0. 4) МПа – 2,5.

Принцип действия манометра основан на уравновешивании силы, возникающей под воздействием измеряемого давления, силой упругости, чувствительного элемента прибора.

Манометр (см. рис.2.) имеет резьбовой штуцер 7 для подключения, трубчатую пружину 5,

соединенную со штуцером, стрелку 1 и кинематический узел, состоящий из поводка 6, зубчатого сектора 4 и зубчатой шестерни 2,

закрепленной со стрелкой, и противодействующей спиральной пружины. Под воздействием избыточного измеряемого давления трубчатая пружина деформируется (в пределах упругих деформаций), стремясь распрямиться. При этом свободный конец пружины, перемещаясь совместно с поводком 6, разворачивает относительно оси зубчатый сектор, который, в свою очередь, поворачивает на определенный угол зубчатую шестеренку 2 и стрелку прибора.

Трубчатая пружина 5 в сечении имеет эллипсовидную или овальную форму, которая под воздействием измеряемого давления газа или жидкости стремится к окружности. В металле возникают механические напряжения, приводящие к деформации пружины, и сечение трубки будет стремиться к окружности.

При подаче на вход манометра избыточного давления трубка разжимается, а при подаче разряжения – сжимается.

Технические характеристики манометров МП представлены в табл. 23.1.

В зависимости от измеряемых параметров и внешних факторов применяются различные типы манометров. Широкое применение для контроля заданных параметров работы оборудования получили электроконтактные манометры (ЭКМ).

В отличие от обычного показывающего манометра в этом приборе имеются два электроконтакта, которые замыкаются при заданных значениях давления, передавая при этом по проводам соответствующий сигнал. Пределы, при которых подаются сигналы, устанавливаются перемещением контактных стрелок с помощью двух головок, выведенных наружу через стекло и помещенных над осью вращения стрелки прибора.

Электрическая часть контактных манометров может питаться постоянным или переменным током.

В целях безопасности корпус контактного манометра имеет особую клемму, которая должна быть соединена с землей.

Технические характеристики манометров ЭКМ представлены в табл.23.2.

На шкалах манометров, устанавливаемых на различном оборудовании, работающем под давлением, наносятся отметки, соответствующие максимальному (иногда и минимальному) рабочему давлению. Отметки могут быть выполнены в виде стрелок или рисок, которые крепятся к корпусу манометра напротив его шкалы.

Манометр не допускается к применению в случаях, когда:

1. отсутствует пломба или клеймо на манометре;

2. просрочен срок поверки манометра;

3. стрелка манометра при его выключении не возвращается на нулевую отметку шкалы;

4. разбито стекло или имеются другие повреждения, которые могут отразиться на правильности его показаний.

Вакуумметры

Устройство вакуумметра аналогично устройству манометра. Различие заключается в меньшей упругости пружины. При разрежении пружина скручивается, и стрелка вакуумметра движется против часовой стрелки. На шкале вакуумметра нулевая отметка справа.

Мановакуумметры предназначены для измерения переменных давлений, которые могут быть больше или меньше атмосферного. На шкале мановакуумметра – нуль в средней части. Делениям шкалы вправо от нуля соответствуют единицы давления, деления шкалы влево от нуля указывают разрежение.

Классификация приборов давления

В зависимости от назначения приборы для измерения давления делятся на следующие основные группы:

• Манометры – для измерения избыточного давления.
• Вакуумметры – для измерения вакуумметрического давления (вакуума).
• Мановакуумметры – для измерения вакуумметрического и избыточного давлений.
• Барометры – для измерения атмосферного давления.
• Баровакуумметры – для измерения абсолютного давления.
• Дифференциальные манометры – для измерения разности давлений.

По принципу действия все приборы для измерения давления можно разделить на:

• Жидкостные – приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается весом столба жидкости, а изменение уровня жидкости в сообщающихся сосудах служит мерой давления, называются жидкостными. К этой группе относятся чашечные и U-образные манометры, диффманометры и др.
• Грузопоршневые – приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается усилием, создаваемым калиброванными грузами, воздействующими на свободно передвигающийся в цилиндре поршень.
• Приборы с дистанционной передачей показаний – приборы, в которых используются изменения тех или иных электрических свойств вещества (электрического сопротивления проводников, электрической емкости, возникновение электрических зарядов на поверхности кристаллических минералов и др.) под действием измеряемого давления. К таким приборам относятся манганиновые манометры сопротивления, пьезоэлектрические манометры с применением кристаллов кварца, турмалина или сегнетовой соли, емкостные манометры, ионизационные манометры и др.
• Пружинные – приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается силами упругости пружины, деформация которой служит мерой давления. Благодаря простоте конструкции и удобству пользования пружинные приборы получили широкое применение в технике. К этой группе относятся разнообразные приборы, отличающиеся по виду пружин:

Трубчатые пружины представляют собой кругообразно согнутые трубки с овальным поперечным сечением. Давление измеряемой среды воздействует на внутреннюю сторону этой трубки, в результате чего овальное поперечное сечение принимает почти круглую форму. В результате искривления пружинной трубки возникают напряжения в кольцах трубки, которые разгибают пружину. Незажатый конец пружины выполняет движение, пропорциональное величине давления. Движение передается посредством стрелочного механизма на шкалу. Для измерений давления до 60 или 100 кгс/см2 применяются, как правило, согнутые с углом витка около 270°, кругообразные пружины. Для измерений давления с более высокими значениями используются пружины с несколькими лежащими друг над другом витками и одинаковым витковым диаметром (винтовая пружина) или со спиралеобразными витками, лежащими в одной плоскости (плоская спиральная пружина).

Манометры с пластинчатой пружиной

Пластинчатые пружины представляют собой тонкие гофрированные мембраны кругообразной формы, которые зажимаются или привариваются по краю между двумя фланцами и вступают в соприкосновение с измеряемой средой только с одной стороны. Вызванный в результате такого соприкосновения прогиб пропорционален величине давления. Движение передается посредством стрелочного механизма на шкалу. Пластинчатые пружины обладают сравнительно высоким перестановочным усилием. В результате кольцеобразного крепления пластинчатые пружины менее восприимчивы к вибрациям по сравнению с трубчатыми пружинами, однако погрешность показаний при изменениях температуры у них больше. Благодаря опорам для мембран достигается повышенная стойкость к перегрузкам. Покрытия или фольга, наносимые на поверхность пластинчатых пружин обеспечивают защиту от коррозийных измеряемых сред. Широкие соединительные отверстия или открытые соединительные фланцы, а также возможности по промывке делают пластинчатые пружины, особенно пригодными при работе с высоковязкими, загрязненными или кристаллизующимися веществами.

Манометры с коробчатой пружиной

Давление измеряемой среды воздействуют на внутреннюю сторону коробки, состоящей из двух кругообразных, гофрированных, герметично прилегающих друг к другу мембран. Возникающее под давлением поступательное движение пропорционально величине давления. Движение передается на шкалу с помощью стрелочного механизма. Манометры с коробчатой пружиной особенно пригодны для измерений давления газообразных сред. Защита от перегрузки возможна только в определенных границах. Для повышения чувствительности в манометре может устанавливаться ряд коробчатых пружин («пакет» коробчатых пружин).

Баровакуумметры – манометры абсолютного давления. Данные приборы используются для измерений давления независимо от колебаний атмосферного давления окружающей среды. В соответствии с различными сферами применения и диапазонами показаний, манометры для измерений абсолютного давления изготавливаются согласно принципам измерений и формам чувствительных элементов, которые применяются в манометрах для измерения относительного давления. Давление измеряемой среды определяется по отношению к базовому давлению, которое равняется абсолютному давлению с величиной 0 (=абсолютный вакуум). Это означает, что на стороне измерительного элемента, не соприкасающейся с измеряемой средой, должно присутствовать базовое давление. Присутствие базового давления при использовании соответствующей формы пружин достигается посредством вакуумирования и герметизации соответствующей измерительной камеры или облегающего корпуса. Передача движения измерительного элемента и индикация давления осуществляются аналогично выше описанным манометром относительного давления

Дифференциальные манометры применяются для измерений разницы между двумя отдельными давлениями. Базовым давлением является то, которое присутствует на стороне, взятой за эталонную. В качестве чувствительных элементов используются пружины тех же форм, что и в манометрах относительного давления. Как правило, чувствительные элементы подвергаются воздействию давления с обеих сторон. Установленная таким образом разность давлений передается с помощью стрелочного механизма непосредственно на шкалу. Если измеряемые давления одинаковы, измеряемый элемент остается неподвижным и показания прибора отсутствуют. Измерение низких разностных давлений возможно даже при высоком статическом давлении. Защита от высоких перегрузок обеспечивается с помощью пластинчатых чувствительных элементов. При выборе манометра следует учитывать допустимое статическое (рабочее) давление, а также максимально допустимую перегрузку со стороны «+» и «-». Для преобразования деформации чувствительного элемента в показания стрелки используются принципы, аналогичные принципам действия манометров избыточного давления.
По метрологическому назначению измерительные приборы делятся на образцовые и рабочие.

Классификация приборов для измерения давления по принципу действия

По принципу действия приборы для измерения давления делятся:

• а) на жидкостные, основанные на уравновешивании измеряемого давления гидростатическим давлением столба жидкости;
• б) деформационные (пружинные), измеряющие давление по величине деформации различных упругих элементов или по развиваемой ими силе;
• в) электрические, основанные либо на преобразовании давления в какую-нибудь электрическую величину, либо на изменении электрических свойств материала под действием давления [30].

Ниже приведена развернутая классификация датчиков измерения давления (рис. 2.1).

11-образный жидкостный манометр

Жидкостные манометры отличаются простотой конструкции и сравнительно высокой точностью измерения. Их широко применяют как в качестве переносных (лабораторных), так и технических приборов для измерения давления. Переносной U-образный манометр, представляющий собой согнутую в виде буквы U стеклянную трубку 7, показан на рис. 2.2. Трубка закреплена на доске 2 со шкалой 3, расположенной между коленами трубки, и заполнена жидкостью (спиртом, водой, ртутью). Один конец трубки соединен с полостью, в которой измеряется давление, другой конец трубки сообщается с атмосферой. Под действием измеряемого давления жидкость в трубке перемещается из одного колена в другое до тех пор, пока измеряемое давление не уравновесится гидростатическим давлением столба жидкости в открытом колене. Если давление в полости, с которой соединен прибор, ниже атмосферного, то жидкость в коленах переместится в обратном направлении, и высота ее столба будет соответствовать вакууму. Присоединив оба колена трубки к полостям с различными давлениями Р1 и Р2, можно определить разность давлений. Манометр заполняют жидкостью до нулевой отметки шкалы. Для определения высоты столба жидкости необходимо сделать два отсчета (снижение в одном колене и подъем в другом) и суммировать их величины, т.е.

Поплавковый дифманометр (рис. 2.3) представляет собой жидкостный прибор, аналогичный U-образному манометру. Отличие состоит в том, что одна из трубок заменена широким сосудом с поплавком, а другая — сменным сосудом меньшего диаметра. Площадь сечения /’широкого сосуда 7 значительно больше площади сечения / узкого сосуда 7. Внутренняя полость сообщающихся сосудов заполняется рабочей жидкостью (ртутью или трансформаторным маслом) до нулевой отметки [40]. О значении измеряемой разности давлений судят по отсчетному устройству, указатель 3 которого связан с поплавком 2, расположенным во внутренней

Рис. 2.1. Классификация датчиков давления полости широкого сосуда. При подключении прибора к объекту измерения большее давление подается в сосуд 1, а меньшее – в сосуд 7. Подача давления осуществляется через вентили 5 и 6. Вентиль 4 служит для того, чтобы исключить возможность выброса рабочей жидкости при односторонней подаче давления. С этой целью перед подключением прибора к объекту вентиль 4 открывают, а после стабилизации давления в обоих сосудах — закрывают.

Рис. 2.3. Поплавковый дифманометр:

• 1 – широкий сосуд: 2– поплавок:
• 3 – указатель:
• 4, 5,6- вентили:
• 7 – узкий сосуд

При отключении прибора от объекта необходимо открыть вентиль 4, а затем закрыть вентили 5и 6. В процессе измерения жидкость в широком сосуде перемещается вниз, а вместе с ней перемещается поплавок 2, который через меха- ническую передачу перемещает указатель 3 отсчетного устройства. Поплавок будет перемещаться до тех пор, пока измеряемая разность давлений не уравновесится давлением столба жидкости высотой

,т.е.

Принимая во внимание равенство объема жидкости, вытесненного из широкого сосуда, объему жидкости, поступившего в узкий сосуд:

преобразуем уравнение (2.1):

Таким образом, статическая характеристика поплавкового диф- манометра, т.е. зависимость выходной величины (перемещение поплавка) от входной (перепад давлений) при установившихся состояниях, линейна.

Классификация пружинных приборов для измерения давления по типу чувствительного элемента

По виду упругого чувствительного элемента (рис. 2.4) пружинные приборы делятся на следующие группы [30]:

• 1) приборы с трубчатой пружиной, или собственно пружинные (рис. 2.4 а, б);
• 2) мембранные приборы, у которых упругим элементом служит мембрана (рис. 2.4, в), анероидная или мембранная коробка (рис.
• 2.4, г, д), блок анероидных или мембранных коробок (рис. 2.4, е, ж);
• 3) пружинно-мембранные с гибкой мембраной (рис. 2.4, з);
• 4) приборы с упругой гармониковой мембраной (сильфоном) (рис. 2.4, и);
• 5) пружинно-сильфонные (рис. 2.4 к).

Рис. 2.4. Виды упругих чувствительных элементов

Устройство, принцип действия и область применения приборов с упругими чувствительными элементами

Манометры с одновитковой трубчатой пружиной

Действие пружинных приборов основано на измерении величины деформации различного вида упругих элементов. Деформация упругого чувствительного элемента преобразуется передаточными механизмами того или иного вида в угловое или линейное перемещение указателя по шкале прибора.

Наиболее широко применяются приборы (манометры, вакуумметры, мановакуумметры и дифманометры) с одновитковой трубчатой пружиной. Основная деталь прибора с одновитковой трубчатой пружиной — согнутая по дуге окружности трубка эллиптического или плоскоовального сечения (рис. 2.5). Одним концом трубка заделана в держатель, оканчивающийся ниппелем с резьбой для присоединения к полости, в которой измеряется давление. Внутри держателя есть канал, соединяющийся с внутренней полостью трубки (рис. 2.5). Если в трубку подать жидкость, газ или пар под избыточным давлением, то кривизна трубки уменьшится и она распрямляется; при создании разрежения внутри трубки кривизна ее возрастает и трубка скручивается. Так как один конец трубки закреплен, то при изменении кривизны трубки ее свободный конец перемещается по траектории, близкой к прямой, и при этом воздействует на передаточный механизм, который поворачивает стрелку показывающего прибора. Свойство изогнутой трубки некруглого сечения изменять величину изгиба при изменении давления в ее полости является следствием изменения формы сечения. Под действием измеряемого давления внутри трубки эллиптическое или плоскоовальное сечение, деформируясь под действием силы F=P- S, где S — площадь воздействия давления, приближается к круговому сечению (малая ось эллипса или овала увеличивается, а большая уменьшается) [30].

Рис. 2.5. Схема трубчатой пружины (а) и ее эллиптическое (б), плоскоовальное (в) поперечные сечения: 7 – трубка: 2-держатель

Манометры с многовитковой трубчатой пружиной

Благодаря большому числу витков перемещение свободного конца многовитковой трубчатой пружины и развиваемые усилия достигают значений, позволяющих осуществлять показания и запись измеряемого давления или разрежения. На рис. 2.6 показана схема манометра с многовитковой трубчатой пружиной. Измеряемое давление через штуцер 1 по капилляру 8 подается во внутреннюю полость многовитковой трубчатой пружины 7. Один конец пружины прикреплен к кронштейну 6, а другой — соединен с осью 9. Под действием давления пружина раскручивается, что сопровождается вращением оси 9 и находящегося на ней рычага 10, вращение которого через тягу 13 передается рычагу 4, находящемуся на одной оси 5 со стрелкой 3.

На конце стрелки укреплено перо 14, перемещающееся по дисковой диаграмме 2, вращение которой осуществляется электродвигателем или часовым механизмом. Для регулировки размаха стрелки предусмотрен ползун 11с винтом 12. Класс точности показывающих и самопишущих приборов с многовитковой трубчатой пружиной 1,0; 1,5. Диапазоны измерений манометров от 0—0,6 МПа до 0—160 МПа; вакуумметров от минус 0,06—0 МПа до минус 0,1—0 МПа [42].

Упругим элементом манометра (рис. 2.7) является гофрированная мембрана 3, края которой зажаты между фланцами чашек 7 и 7. Чаш-

Рис. 2.В. Схема самопишущего манометра с многовитковой трубчатой пружиной

Рис. 2.7. Мембранный манометр ка имеет ниппель 2, которым манометр присоединяют к измеряемому давлению. Верхняя чашка 7 представляет собой одно целое с корпусом манометра 5. В центре мембраны 3 закреплена стойка 4, шарнирно соединенная с поводком 6. Последний соединен с сектором зубчато-секторного передаточного механизма. Наиболее удобны мембранные манометры для измерения давления вязких жидкостей или химически агрессивных сред.

Манометр с сильфонным чувствительным элементом

Приборы этого типа предназначены для измерения избыточного давления, разрежения и разности давлений. Их выполняют показывающими и самопишущими. Схема самопишущего сильфонного манометра показана на рис. 2.8. Измеряемое давление через штуцер 11 подается в камеру 10, где расположен деформационный чувствительный элемент — сильфон 9. Для увеличения жесткости сильфона внутри него расположена винтовая пружина 8. Под действием давления сильфон деформируется и дно его поднимает шток 7, жестко связанный с двухплечим рычагом 6, последний через систему рычагов 5, 4, 3 поворачивает ось 12 и укрепленный на ней П-образный рычаг 2. К П-образному рычагу прикреплена стрелка 1 с пером. Запись измеряемого давления производится на дисковой диаграмме, привод которой осуществляется с помощью синхронного двигателя или часового механизма. Верхний предел измерений сильфонных приборов ограничен давлениями (0,025—0,4) МПа. Классы точности сильфонных манометров избыточного давления, вакуумметров и мановакуумметров: 1,5; 2,5 [42].

Мембранный дифманометр ДМ является бесшкальным прибором с индукционным датчиком, работающим с вторичными дифференциально-трансформаторными приборами типа КСДЗ, ЭПИД, ЭИВ, ДС и др. Он предназначен для дистанционного измерения избыточных давлений, разрежений или перепадов давления жидкостей, паров и газов, не разрушающих чувствительный элемент прибора (рис. 2.9). При этом величина измеряемого параметра преобразуется дифманометром в пропорциональный электрический сигнал, передаваемый далее на вторичный прибор. Действие дифманометра основано на использовании деформации чувствительного элемента прибора при воздействии на него разности давлений [31].

Чувствительным элементом дифманометра является мембранный блок, помещенный в корпусе 1 и включающий мембранные коробки 7 и 9, сваренные из четырех мембран, имеющих концентрические гофры. При наложении мембран профили их совпадают, что предохраняет мембраны от разрушения при перегрузках. Внутренние полости коробок, заполненные дистиллированной водой или ее смесью с глицерином, сообщаются между собой через отверстие в перего-

Рис. 2.8. Схема самопишущего сильфонного манометра

Рис. 2.9. Схема мембранного дифманометра ДМ:

• 1 – корпус; 2 – перегородка; 3,8- импульсные линии; 4 – катушка; 5 – колпак; 6 – сердечник;
• 7, 9– мембранные коробки

родке 2. Мембраны изготовляются из нержавеющей стали с высокими упругими свойствами или бериллиевой бронзы. Давление передается через импульсные линии 3 и 8. С центром верхней мембраны связан сердечник 6 дифференциально-трансформаторной катушки 4, закрытой колпаком 5. Большее давление подается в нижнюю (плюсовую) камеру, а меньшее — в верхнюю (минусовую). Под воздействием разности давлений в камерах нижняя мембранная коробка сжимается, жидкость из нее поступает в верхнюю коробку, вызывая перемещение верхнего центра и связанного с ним сердечника индукционного датчика. Деформация продолжается до тех пор, пока силы, вызванные перепадом давления, не уравновесятся упругими силами мембранных коробок [31]. При перемещении сердечника 6 индукционного датчика измеряемая величина преобразуется в электрический сигнал и передается на вторичный прибор с электрическим входным сигналом. Для уменьшения погрешности вследствие изменения температуры окружающей среды верхняя мембранная коробка дифманометра выполнена более жесткой, чем нижняя. Благодаря этому изменение температуры окружающей среды приводит в основном лишь к изменению объема нижней мембранной коробки и сердечник не получает дополнительного смещения. Мембранные дифманометры выпускаются на предельные перепады давления 16— 250 МН/м 2 (160-2500 кгс/м 2 ) и 40-630 кН/м 2 (0,4-6,3 кгс/см 2 ). Допускаемые статические давления до 25 МН/м 2 (250 кгс/см 2 ) [31].

Возможные источники систематических погрешностей приборов с упругим чувствительным элементом Возможные источники систематических погрешностей.

• • Переход за предельное по шкале давление при измерении, хотя бы один раз за все время измерений. Предельное давление, при котором еще сохраняется линейная зависимость между перемещениями конца трубки (чувствительного элемента) и давлением, называется пределом пропорциональности трубки. При переходе давления за предел пропорциональности трубка приобретает остаточную деформацию и становится непригодной для измерения.
• • Механическая характеристика трубки, т.е. значения предела пропорциональности и величина перемещения свободного конца, зависит от ряда факторов, из которых наиболее важными являются отношение осей сечения трубки, толщина ее стенок, модуль упругости материала и радиус дуги изгиба трубки.
• • Трение трубки о внутренние части прибора в результате их поломки.
• • Периодическое изменение температуры при измерениях. Материал трубки по-разному сжимается и разгибается в зависимости от температуры [35, 18].

Устройство и принцип действия грузопоршневого манометра МП-60

Грузопоршневые манометры в основном применяются для градуировки и поверки различных видов пружинных манометров, так как отличаются высокой точностью и широким диапазоном измерений от 0,098 до 980 МН/м 2 (1 — 10 000 кгс/см 2 ). Принцип действия грузопоршневых манометров следующий. На поршень, свободно движущийся в цилиндре, действуют две силы: сила от давления жидкости, с одной стороны, и сила тяжести положенных на поршень грузов — с другой. Образцовый грузопоршневой манометр (рис. 2.10, 2.11) состоит из колонки, укрепленной на станине прибора, в которой имеется вертикальный цилиндрический канал; в нем движется пришлифованный поршень, несущий на верхнем конце тарелку для установки грузов. Верхняя часть колонки снабжена воронкой для сбора масла, просачивающегося через зазор между поршнем и цилиндром. В станине высверлен горизонтальный канал, в расширенной части которого движется посредством винтового штока поршень 7, уплотненный манжетами. Канал в станине соединяется с каналом колонки и каналами двух бобышек, предназначенных для укрепления поверяемых манометров. Кроме того, с каналом станины соединен канал воронки 8, которая служит для заполнения системы маслом. Каналы для отсоединения их от канала станины снабжены игольчатыми вентилями 9—12. Назначение вентиля 13 — спуск масла из прибора. Максимальное давление, создаваемое грузами, 4,90 МН/м 2 (50 кгс/см 2 ), рассчитывается по формуле

где f₃^ — эффективная площадь сечения штока поршня.

А показывает ли поверяемый манометр с упругим чувствительным элементом такое же давление? Для поверки манометров на большее давление пользуются поршневым прессом, отсоединив от прибора поршневую колонку 1 вентилем 10. В качестве прибора сравнения применяют образцовый пружинный манометр: его присоединяют к одной из бобышек 4, а поверяемый прибор — к другой бобышке [35, 18].

Рис. 2.10. Схема образцового поршневого манометра:

1 – колонка; 2– поршень; 3 и 8 – воронки; 4 – бобышки; 5 – канал; 6 – тарелка; 7 – поршень; 9-13 – вентили

Рис. 2.11. Грузопоршневой манометр МП-600

Классификация измерительных преобразователей давления Датчик, сенсор (термин систем управления) — первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал. В настоящее время различные датчики широко используются при построении систем автоматизированного управления. Датчик давления состоит из первичного преобразователя давления, в составе которого чувствительный элемент и приемник давления, схемы вторичной обработки сигнала, различных по конструкции корпусных деталей и устройства вывода (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Принципиальная схема датчика давления:

1 – чувствительный элемент; 2 – приемник давления; 3 – преобразователь давления; 4 – измерительный преобразователь давления

Ниже приведена классификация измерительных преобразователей давления (рис. 2.13).

Основным отличием приборов давления, построенных на электрическом принципе действия, является высокая точность регистрации давления.

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.