Манометры применяемые в газовом хозяйстве. Манометр — прибор для измерения давления. Образцовые манометры

Часто при решении задач в области физики приходится сталкиваться с такими приборами, как манометры. Но что такое манометр, как он работает и какие виды бывают? Об этом и поговорим сегодня.

Что такие манометр?

Данный прибор предназначен для измерения избыточного давления. Однако давление может быть разным, а потому и разные манометры существуют. Например, для измерения атмосферного давления применяются вакуумметры, для определения разности давлений используются Но в любом случае измеряют они только давление.

Невозможно сейчас описывать все области применения этих приборов, ведь их очень много. Они могут использоваться в автомобилестроении, в сельском хозяйстве, коммунальном и жилищном хозяйстве, в любом механическом транспорте, металлургической промышленности и т.д. В зависимости от предназначения, существуют разные виды данных измерителей, но суть их всегда сводится к одному - к измерению давления.

Также эти приборы делятся на разные группы в зависимости по принципу измерения. Теперь, когда более-менее понятно, что такое манометр, можно переходить к деталям. В частности, опишем виды и области их применения.

Виды манометров давления

В зависимости от предназначения, манометры могут быть разных видов. Например, жидкостные манометры используются для измерения давления столба жидкости. Есть пружинные приборы, способные измерить прикладываемую силу. Здесь давление измеряется благодаря уравновешиванию силой деформации пружины.

Менее популярными можно назвать поршневые манометры, где измеряемое давление уравновешивается силой, которая действует на поршень прибора.

Также отметим, что в зависимости от назначения и условия использования выпускаются следующие приборы:

• Технические - устройства общего назначения.
• Контрольные, предназначенные для проверки устанавливаемого оборудования.
• Образцовые - для проверки приборов и проведения измерений, где обязательна повышенная точность.

Также эти устройства можно делить по чувствительности элемента, классам точности. Например, по классам точности манометры бывают: 0.15, 0.25, 0.4, 0.6, 1, 1.5, 2.5, 4. Здесь число определяет точность прибора, и чем оно будет ниже, тем прибор точнее.

Пружинные

Предназначаются эти манометры для измерения избыточного давления. Их принцип измерения основан на использовании специальной пружины, которая деформируется под действием давления. Значение деформации чувствительного элемента (пружины) определяется специальным отсчетным устройством, которое, в свою очередь, имеет градуированную шкалу. На этой шкале пользователь видит значение измеряемого давления.

Чувствительным элементом в таких манометрах чаще всего выступает так называемая трубка Бурдона - чувствительная одновитковая пружина. Однако бывают и другие элементы: плоская гофрированная мембрана, многовитковая трубчатая пружина, сильфон (гармоникообразная мембрана). Все они одинаково эффективны, но наиболее простым и доступным и из-за этого наиболее распространенным является манометр, показывающий давление с помощью одновитковой пружины Бурдона. Именно такие модели активно применяются для измерения давления в диапазоне 0.6-1600 кгс/см 2 .

Жидкостные манометры

В отличие от пружинных, в жидкостных манометрах давление измеряется путем уравновешивания весом столба жидкости, а мера давления в данном случае - это уровень жидкости в сообщающихся сосудах. Такие приборы позволяют измерять давление в диапазоне 10-105 Па, и применяются они в основном в лабораторных условиях.

По сути, такой прибор - это U-образная трубка с жидкостью с большим удельным весом по сравнению с жидкостью, непосредственно в которой измеряется гидростатическое давление. Чаще всего такой жидкостью является ртуть.

В эту категорию косвенно можно отнести общетехнические и рабочие приборы типа манометра ТМ-510, ТВ-510, представляющие собой наиболее востребованную категорию. Они измеряют давление некристаллизующихся и неагрессивных паров и газов. Класс точности таких манометров: 1, 2.5, 1.5. Применяются такие на котельных, в системах теплоснабжения, при транспортировке жидкостей, а также в производственных процессах.

Электроконтактные манометры

К этой категории относятся в том числе вакууметры и мановакуумметры. Они предназначаются для измерения давления жидкостей и газов, являющихся нейтральными по отношению к стали и латуни. Конструкция этих приборов аналогичная пружинным, однако разница заключается лишь в больших геометрических размерах. Корпус электроконтактного манометра большой из-за устройства контактных групп. Также такой прибор может воздействовать на давление в контролируемой среде благодаря замыканию/размыканию контактов.

Благодаря особому электроконтактному механизму, который здесь используется, прибор можно применять в системе аварийной сигнализации. Собственно, в этой области он также используется.

Образцовые

Этот тип приборов предназначен для проверки манометров, используемых для измерений в лабораторных условиях. Их основное назначение - проверка исправности показаний рабочих манометров. Отличительная особенность таких приборов - очень высокий класс точности, который достигается благодаря конструктивным особенностям, а также зубчатому зацеплению в передаточном механизме.

Специальные

Эта категория приборов используется в разных отраслях промышленности для измерения давления таких газов, как аммиак, водород, кислород, ацетилен и т.д. Чаще всего измерение манометром специальным возможно только одного типа газа. Для каждого такого манометра указывается для измерения давления которого он предназначается. Также и сам манометр окрашивается в определенный цвет, соответствующий цвету газа, для которого этот прибор предназначен. В обозначении прибора также применяется определенная литера. К примеру, аммиачные манометры всегда окрашиваются в желтый цвет, обозначаются литерой A и имеют коррозионостойкое исполнение.

Существуют специальные виброустойчивые приборы, которые работают в условиях большого пульсирующего давления окружающей среды и сильных вибраций. Если в таких условиях использовать обычный манометр, то долго он не прослужит, т.к. передаточный механизм быстро выйдет из строя. Основной критерий виброустойчивого манометра - это герметичность и коррозионностойкая сталь корпуса.

Самопишущие

Основное отличие таких манометров следует из названия. Эти приборы непрерывно записывают измеряемое давление на диаграмме, что позже позволяет увидеть график изменения давления в определенном временном отрезке. Используются такие приборы в энергетике и промышленности для измерения получения показателей в неагрессивных средах.

Судовые

Эти предназначаются для измерения вакуумметрического давления газов, пара и жидкостей (масла, дизельного топлива, воды). Такие приборы отличаются более высокой влагозащитой, устойчивостью к климатическим воздействиям и вибрациям. Исходя из названия, можно понять их область применения - речной и морской транспорт.

Железнодорожные

В отличие от обычных манометров, показывающих значение давления, железнодорожные приборы не показывают, а преобразовывают давление в сигнал другого вида (цифровой, пневматический и т.д.). Для этого могут быть использованы различные методы.

Такие преобразователи давления активно используются в системах управления технологическими процессами, автоматики и, несмотря на свое прямое название, они применяются в отраслях нефтедобычи, химической и атомной энергетике.

Заключение

Измерение давления требуется во многих отраслях, и для каждой из них существуют специальные манометры со своими уникальными особенностями. Есть даже специальные эталонные манометры, которые предназначаются для настройки и обязательной проверки рабочих приборов. Они хранятся в Ростехнадзоре.

Но в любой отрасли и любой тип этих приборов предназначается для измерения только давления. Теперь вы знаете, что такое манометр, какие бывают виды и приблизительно понимаете принцип измерения давления.

Измерение давления производится с помощью чувствительного элемента - трубки Бурдона, диафрагмы, столба жидкости, тензодатчика и т.д. Наиболее распространены следующие приборы измерения давления:

• U-образная трубка
• Пружинный манометр на основе трубки Бурдона
• Диафрагменный манометр
• Диафрагменный датчик давления
• Тензометрический датчик давления
• Сильфонный датчик давления
• Пьезо-электрический датчик давления

Рассмотрим принцип действия манометров разных типов.

Как работает пружинный манометр?

Чувствительным элементом пружинных манометров является трубка Бурдона - полая латунная трубка эллиптического или овального сечения, согнутую по дуге и запаянная с одного конца. Другой конец трубки соединяется со штуцером манометра, таким образом внутренняя полость трубки сообщается с областью, в которой измеряется давление.

Давление действует на внутреннюю поверхность трубки Бурдона. Из-за разности площадей, на которые воздействует давление среды, трубка будет стремиться распрямиться. Получается, что при увеличении давления латунная трубка разгибается, а, при уменьшении - сгибается. Это приводит к перемещению запаянного конца трубки, который через тягу соединен с зубчатым сектором, воздействующим на шестерню со стрелкой. Положение стрелки с помощью нанесенной на прибор шкалы интерпретируется в величину показаний избыточного давления.

Манометры на основе трубки Бурдона способны измерять давление до сотен МПа, и широко применяются в гидроприводе, пневмоприводах, системах отопления водоснабжения.

Для чего манометр заполняют глицерином?

Для снижения вибраций и колебаний, при наличии пульсаций, скачкообразных изменениях давления, манометр заполняют демпфирующей жидкостью - глицерином, а давление к чувствительному элементу подводится через .

Что такое образцовый манометр

Образцовый манометр - прибор для измерения давления с высокой точностью, он предназначен для испытаний, тарировки, поверки, калибровки других манометров или датчиков давления, для измерения точного измерения давления, например при проведении научно-исследовательских экспериментов, осуществления тарировки, поверки других манометров.

Образцовые манометры обычно имеют устройства дополнительной настройки и корректировки, например может быть предусмотрена возможность температурной корректировки. К механизмам образцовых манометров предъявляются высокие требования они изготавливаются с высокой точностью.

Образцовые манометры показывают давление с высокой точностью, а диаметр шкалы у этих манометров больше, чем у обычных приборов. Диаметр образцовых манометров с 0,4 составляет 160 мм, а с классом точности 0,15 или 0,25 - 250 мм.

Как устроен диафрагменный манометр?

В качестке чувствительного элемента в диафрагменном манометре используется мембрана, которая воздействует на механизм, соединенный со стрелкой. Подводимое к манометру измеряемое давление деформирует мембрану, которая в свою очередь заставляет перемещаться стрелку.

Диапазон измерения диафрагменного манометра зависит от жесткости и площади мембраны.

Диафрагменные манометры пригодны для работы с агрессивными средами, их используют для измерения давления в:

• Цементных и бетонновых насосах
• Системах транспортировки сточных вод
• На коксовом производстве

Параметры манометров

При выборе манометров следует учитывать следующие параметры:

• Среда, в которой измеряется давление
• Область применения
• Класс точности манометра
• Диаметр, согласно ГОСТ 2405-88. "Манометры, вакуумметры, мановакуумметры" выпускаются манометры диаметром 40, 50, 63, 100, 160, 250 миллиметров
• Предел измерений
• - МПа, Бар, Кгс/см 2
• Материал корпуса
• Наличие фланца
• Присоединительная резьба штуцера
• Расположение штуцера - радиальное или осевое

На манометре может быть нанесено несколько шкал, для измерения давления в различных единицах.

На представленном манометре нанесены шкалы для измерения давления в МПа и psi. Прибор показывает давление 250 Bar или 3500 psi.

Условное обозначение манометров

В обозначении прибора указывается:

1. Функциональное назначение прибора
   • ДМ - манометр;
   • ДВ - вакуумметр;
   • ДА - мановакуумметр;
   • ДТ - тягомер;
   • ДН - напоромер;
   • ДГ - тягонапоромер.
2. Серийный или порядковый номер манометра
3. Величина измеряемого давления
4. Единицы измерения
5. Класс точности

Например, для манометра с порядковым номером 0001, пределом 100, единицей измерения МПа, классом точности 1, обозначение будет выглядеть:

Производители манометров могут устанавливать свои правила маркировки, однако принцип обозначения и основные параметры, указываемые в шифре остаются аналогичными тем, что показаны в примере.

Манометры принято разделять по следующим признакам:

– по виду измеряемого давления;

– принципу действия;

– классу точности;

– назначению.

По виду измеряемого давления манометры делятся на две группы. В первую группу входят:

а) манометры для измерения избыточного давления, с верхним пределом измерения от 0,6 до 10000 кгс/см2;

б) вакуумметры для измерения разрежений:

– вакуумметры для измерения разрежений (до – 1,0 кгс/см2);

– мановакуумметры, которые являются манометрами как избыточного (от 0,6 до 24 кгс/см2), так и вакуумметрического (до - 1,0 кгс/см2) давления;

– напорометры – манометры избыточных малых давлений до 0,4 кгс/см2;

– тягометры – вакуумметры с верхним пределом измерения, не превышающем 0,4 кгс/см2;

– тягонапорометры – мановакуумметры с крайними пределами до 0,2 кгс/см2.

Вторую группу манометров составляют манометры абсолютного давления, приспо- собленные для измерения давления, отсчитываемого от абсолютного нуля. В их число входят:

– укороченные жидкостные манометры (измеряют абсолютные давления);

– барометры – манометры абсолютного давления, приспособленные для измерения давления атмосферы;

– укороченные барометры – ртутные вакуумметры для измерения абсолютных давле- ний менее 0,2 кгс/см2;

– вакуумметры остаточного давления для измерения глубокого вакуума менее 0,002 кгс/см2.

Особняком стоит третья группа манометров:

– дифманометры для измерения разности двух давлений, из которых ни одно не явля- ется давлением окружающей среды;

– микроманометры для измерения давлений или разности давлений газовых сред с верхним пределом измерения менее 0,04 кгс/см2.

По принципу действия манометры делятся на четыре основные группы:

– жидкостные, основанные на гидростатическом принципе, когда измеряемое давле- ние уравновешивается давлением столба манометрической жидкости;

– грузопоршневые, в которых измеряемое давление или разность давлений уравнове- шивается давлением, создаваемым весом неуплотненного поршня и грузов;

– деформационные (пружинные) манометры, в которых измеряемое давление или раз- ность давлений определяется по деформации упругого элемента;

– манометры, основанные на других физических принципах.

Под классом точности прибора понимают предельное значение допустимых основных и дополнительных погрешностей его, выраженное в процентах от диапазона измерений дан- ного прибора. Установлен следующий ряд классов манометров: 0,005; 0,02; 0,05; 0,15; 0,25;

0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 6,0.

По признаку метрологического назначения манометры можно разделить на три груп- пы: технические (рабочие); лабораторные (контрольные); образцовые, служащие для поверки других манометров.

В жидкостных манометрах или дифманометрах (рис. 2.4) измеряемое давление или разность давлений уравновешивается давлением столба жидкости. Мерой измеряемого дав- ления в этих приборах является высота столба манометрической жидкости, в качестве кото- рой чаще применяются: этиловый спирт, дистиллированная вода и ртуть. Таким образом, из- мерение давления практически сводится к измерению линейной величины, которое может быть выполнено более просто с достаточно высокой степенью точности.

Рассмотрим основные типы жидкостных манометров.

Двухтрубный (U-образный) манометр . Этот манометр (рис. 2.4, а) представляет собой U-образную трубку, или две трубки, сообщающиеся нижними частями. Давления р 1 и р 2 под- водятся к обоим открытым концам. Разность этих давлений преобразуется в разность уров- ней жидкости в трубках. Функция преобразования имеет вид

D h =

D p

g ´ (ρ - ρc)

где Δр – разность подводимых давлений, Па; Δh – разность уровней жидкости в трубках, м; g

Резервуара и трубки имеют 1

место незначительные из- менения уровня жидкости

в резервуаре. Отсчет раз- а б

ности уровней при измере- 5 4

Нии давлений производит- ся только по трубке. Перед

Измерениями устанавли-

Р 1 Р 2

Вают нуль отсчета при рав- 0 α 0

ных давлениях: р 1 = р 2.

Фактическая высота 3

столба жидкости

Δh = h Т - h Р ,

здесь d T

– диаметры

трубки и резервуара. г

Подставляя (2.33) в

формулу (2.32), получаем

Рис. 2.4. Жидкостные манометры

где l – длина столба жидкости в трубке.

Высота гидростатического столба в трубке:

h Т = l ´ sinα , где α – угол наклона измерительной трубки.

После подстановки h P

в (1.17) получаем

Δ h = l ´ (sin α +

Величину в скобке называют постоянной манометра. На базе такого манометра устро- ен микроманометр, в котором в качестве рабочей жидкости чаще всего используют спирт.

Чашечный манометр абсолютного давления. Верхний конец измерительной трубки чашечного манометра абсолютного давления (рис. 2.4, г) запаян. При соответствующем за- полнении рабочей жидкостью (обычно ртутью) в полости трубки над жидкостью устанавли- вается давление, близкое к абсолютному нулю (p 2 = 0 ). В связи с этим высота столба в изме- рительной трубке пропорциональна абсолютному давлению p 1. Высота подъема столба жид- кости подсчитывается по формуле (2.32).

Поплавковый манометр . В отличие от других видов чашечных манометров в по- плавковом (рис. 2.4, д) измерительным элементом является не трубка 2, а резервуар 1 .

Трубка выполняет функцию уравновешивающего элемента. Выходная величина – пе- ремещение поплавка 3, находящегося в резервуаре. Функция преобразования может быть найде- на из уравнения:

D p .

При проектировании и эксплуатации систем отопления наиболее важным показателем и параметром является давление теплоносителя. При нормальном давлении, находящемся в пределах гидравлического графика, рабочий процесс идет без нарушений, теплоноситель доходит до самых отдаленных точек системы отопления. При превышении давления выше критической точки возникает опасность разрыва трубопроводов. При понижении давления ниже допустимого возникает угроза кавитации – образования пузырьков воздуха, приводящих к коррозии и разрушению трубопроводов. Для того, чтобы удерживать показатели давления на требуемом уровне, нужно постоянно за ними наблюдать. Именно для этого и применяются манометры – приборы, которые это самое давление измеряют.

Основная классификация манометров ведется по критерию принципа измерения давления. Применение какого-либо конкретного из видов манометров обуславливается особенностями технологического процесса, сферой использования, а также возможностью применения в тех или иных условиях. Всего имеется пять видов данных приборов:
— жидкостные манометры ;
— пружинные манометры ;
— мембранные манометры ;
— ;
— дифференциальные манометры .

Из всех приведенных выше видов приборов для измерения давления самыми простыми являются жидкостные манометры . Они представляют собой U-образную стеклянную трубку , заполненную до половины жидкостью и снабженной шкалой обычно в миллиметрах и паскалях. Уровень жидкости в трубке обязательно должен находиться напротив нулевой отметки шкалы. Если один конец трубки соединить с местом измерения давления газа, а второй конец трубки оставить открытым, то жидкость в первой трубке опустится, а во второй – поднимется. Разность уровней жидкостей относительно нуля будет величиной, определяющей давление в миллиметрах столба жидкости. Причем площадь сечения трубки никоим образом не будет влиять на показания прибора. Жидкостные U-образные манометры применяются для измерения низкого давления с диапазонами показаний 100, 160, 250, 400, 600 и 1000 миллиметров столба жидкости. При заполнении трубки водой отсчет ведется в миллиметрах водяного столба (мм в.ст. ), ртутью – в миллиметрах ртутного столба (мм рт.ст. ). При заполнении жидкостных U-образных ртутных манометров необходимо поверх ртути в обе трубки налить 8-10 мм воды или технического масла во избежание попадания паров ртути в помещение.

Наиболее широкое применение среди приборов для измерения давления нашли пружинные манометры . Их достоинства в том, что они просты по конструкции, надежны и пригодны для измерения давления среды в широком диапазоне от 0,01 до 400 МПа (от 0,1 до 4000 бар) .

Чувствительным элементом пружинного манометра является полая изогнутая трубка эллипсоидного или овального сечения , деформирующаяся под действием давления. Один конец трубки запаян, а второй соединен со штуцером , через который соединяется со средой, в которой измеряется давление. Закрытый конец трубки соединен с передаточным механизмом , смонтированным на стойке, который состоит из поводка, зубчатого сектора, шестеренки с осью и стрелки манометра . Для устранения мертвого хода между зубцами сектора и шестеренки служит спиральная пружина . Шкала проградуирована в единицах давления (паскаль или бар) и стрелка показывает непосредственную величину избыточного давления измеряемой среды. Механизм манометра помещен в корпус. Измеряемое давление поступает внутрь трубки, которая под действием этого давления стремится распрямиться, так как площадь наружной поверхности больше площади поверхности внутренней. Перемещение свободного конца трубки через передаточный механизм передается стрелке, которая поворачивается на определенный угол. Между измеряемым давлением и деформацией трубки существует прямолинейная зависимость и стрелка, отклоняясь относительно шкалы манометра, показывает величину давления.

В качестве чувствительного элемента в мембранных манометрах выступает волнистая металлическая мембранная камера , которая зажата между двумя фланцами. Под воздействием давления мембрана выгибается вверх и с помощью передаточного механизма поворачивает стрелку. Величина изгиба мембраны и, следовательно, поворота стрелки зависит от давления. Мембранные манометры менее чувствительные и точные, чем пружинные.

Применяют в системах автоматического контроля, регулирования и сигнализации. В две специальные стрелки , устанавливаемые на минимальное и максимальное давление в пределах шкалы, вмонтированы контакты электрической цепи. При достижении подвижной стрелки одного из контактов цепь замыкается, что вызывает подачу сигнала либо соответствующее действие системы, в которую подключен манометр.

Дифференциальные мембранные манометры применяются для измерения перепада давления в газовых фильтрах или в сужающих устройствах расходомеров.

Приходилось ли вам пользоваться манометром? Как нетрудно догадаться, это прибор, с помощью которого выполняются какие-то измерения.


Но вот для чего и кому он нужен, знают не все. Итак, давайте разберемся, что такое манометр, что он измеряет и показывает.

Как понятно из структуры слова, манометром называется измерительный прибор. Это слово образовано из греческого слова «μάνωσις» , означающего «неплотный, разреженный» , и приставки «…метр» , которая обозначает любые измерительные приборы. Манометром измеряют неплотные вещества – жидкости и газы, а точнее, их давление.

Как было сказано выше, манометр – это специальный прибор, который используется для измерения давления газов и жидкостей в сосудах или трубопроводах. По принципу работы он может быть:

— поршневым;

— жидкостным;

— деформационным;

— пьезоэлектрическим.

Разные типы манометров имеют различное устройство. Рассмотрим наиболее популярные из них.

— Главной частью деформационного манометра является упругий элемент, деформация которого приводит к отклонению стрелочного показателя по шкале, показывающей величину давления. В качестве упругого элемента используются пружины трубчатой формы, мембраны – как плоские, так и гофрированные, сильфоны и т.д. Принцип работы заключается в том, что рабочая среда воздействует на упругий элемент и деформирует его, заставляя смещаться в определенном направлении. Прикрепленный к нему поводок вращает ось с надетой на нее стрелкой, показывающей на шкале величину давления.

— Жидкостные манометры используют для измерения трубку определенной длины, заполненную жидкостью. Рабочая среда воздействует на подвижную пробку (поршень) в трубке, и по перемещению уровня жидкости появляется возможность судить о ее давлении. Жидкостные манометры могут быть однотрубными и двухтрубными – вторые используются для определения разницы давлений двух сред.

— Поршневой манометр состоит из цилиндра и вставленного внутрь поршня. С одной стороны на поршень действует давление рабочей среды- жидкости или газа, а с другой он уравновешен грузом определенной величины. Перемещение поршня из-за изменения давления приводит к перемещению бегунка или стрелки на шкале.


— Пьезоэлектрические манометры используют пьезоэффект – появление электрического заряда в кристалле кварца вследствие механического воздействия. Основным достоинством этих приборов является отсутствие инерции, что важно для контроля быстро протекающих изменений давления рабочей среды.

Манометр – один из наиболее широко используемых приборов, необходимых в любой отрасли, где используются газообразное и жидкое сырье или рабочая среда. Их применяют:

— в химической промышленности, где очень важно знать давление веществ, участвующих в процессах;

— в машиностроении, особенно при использовании гидродинамических и гидромеханических узлов;

— в автомобилестроении и самолетостроении, а также в ремонте и сервисе автомобильной и авиационной техники;

— в железнодорожном транспорте;

— в теплотехнике для измерения давления теплоносителя в трубах;

— в нефте- и газодобывающей сфере;

— в медицине;

— везде, где используются пневматические агрегаты и узлы.

Выпускаются манометры промышленного и бытового назначения. Бытовые приборы используются для контроля автономных отопительных систем, автолюбителями для измерения давления в шинах автомобиля и т.д.

Промышленные манометры отличаются высокой специализацией и в ряде случаев – высоким классом точности.

Каждому манометру присваивается соответствующий класс точности, показывающий величину допустимой для этого прибора погрешности в измерении давления. Чем меньше число, которым выражается класс точности, тем более точным будет измерение.


Наиболее распространены манометры с классом точности от 4,0 до 0,5 – рабочие приборы, и от 0,2 до 0,05 – образцовые, или поверочные манометры. Выбор прибора с тем или иным классом точности зависит от измеряемого объекта и протекающего процесса.