Прибор измеряющий давление газа

Прибор измеряющий давление газа

Нередко появляется необходимость в измерении давления, создаваемого газом. Например, в баллонах, в газопроводах, в различных емкостях и сосудах. Для контроля и мониторинга показателей применяют манометры для измерения давления газа. Эти устройства служат в разных сферах жизнедеятельности, начиная от медицины, заканчивая тяжелой промышленностью.

Для того чтобы приобретение прибора оказалось не напрасным, а купленный манометр соответствовал требованиям производственных процессов, стоит ознакомиться с классификацией. Мы познакомим вас с разновидностями измерителей давления газа. Расскажем об их конструктивных особенностях и принципах действия.

Классификация по типу измеряемого давления

Приборы, служащие для получения данных о параметрах давления газа в газгольдерах, транспортирующих магистралях, в газовых баллонах и прочих резервуарах, классифицируются по нескольким признакам. Они различаются по своему устройству и принципу действия.

Устройства, с помощью которых измеряют давление, подразделяются на классы по:

  • виду измеряемого давления;
  • назначению;
  • принципу действия;
  • классу точности.

По виду измеряемого давления приборы, предназначенные для определения точных показателей, делят на манометры, вакуумметры, тягомеры, напоромеры, барометры и другие.

В зависимости от степени защищенности от влияния внешней среды производят следующие приборы:

  • стандартные;
  • защищенные от попадания пыли;
  • водонепроницаемые;
  • защищенные от агрессивных сред;
  • взрывоустойчивые.

Одно изделие может сочетать в себе несколько видов защиты.

Манометр представляет собой небольшой по размерам прибор, с использованием которого измеряют давление или разность давлений. Принцип работы этого контрольно-измерительного прибора зависит от его внутреннего устройства. В пределах одного класса они еще подразделяются на группы в зависимости от класса точности.

Чтобы измерить абсолютное давление, показатели которого отсчитывают от абсолютного нуля (вакуума), применяют абсолютные манометры. Избыточное давление определяют манометром избыточного давления. В общем случае все разновидности таких приборов называют одним словом: «манометр».

Большинство разновидностей манометров предназначено для измерения величин избыточного давления. Их особенность в том, что они показывают давление, представляющее разницу между абсолютным и атмосферным.

Вакуумметры — это устройства, показывающие значение давления разреженного газа. Применяя мановакуумметры, измеряют избыточное давление и давление разреженного газа. Информация отображается на единой шкале.

С помощью напоромеров определяют параметры избыточного давления со значениями до 40 кПа. Тягомеры, напротив, позволяют измерить разреженность до – 40 кПа. Тягонапоромерами измеряют разреженность и избыточное давление в интервале от – 20 до + 20 кПа.

Дифференциальными манометрами можно определить разность давлений в двух подлежащих исследованию произвольных точках. Микроманометр — это дифманометр, позволяющий измерить значения разности давлений в пределах 40 кПа.

Классификация по принципу работы

Газовые манометры в зависимости от механизма считывания показаний делят на:

  • Деформационные;
  • Электрические;
  • Грузопоршневые;
  • Жидкостные.

Каждый тип имеет свои характерные особенности.

Деформационный вид манометров

Принцип и основы действия устройств деформационного класса заключается в том, что давление воздействует на чувствительный элемент прибора, который деформируется. Уровень давления определяется степенью деформации.

Воспринимающими элементами в трубчато-пружинных устройствах являются трубчатые пружины. Эти изделия представляют из себя согнутые кругом трубки с поперечным овальным сечением. Газ оказывает воздействие на внутреннюю поверхность трубки. В ходе этого воздействия трубка деформируется и изменяет свою форму, приближаясь к округлой.

Один конец трубки запаян и способен перемещаться. Второй открыт и зафиксирован держателями. При искривлении пружинной трубки воздействие также оказывается и на кольца, которые затем разгибают пружину. Запаянный конец пружины двигается в соответствии с силой давления. Это движение передается на измерительную шкалу.

При измерении давления до 40 бар используются кругообразные пружины. При более высоком давлении применяются винтовые или спиралеобразные пружины, находящиеся в одной плоскости. Погрешность показаний при измерении давления данным методом составляет от 1 до 4%.

Мембранные и сильфонные чувствительные элементы позволяют эффективно измерять небольшие значения избыточного и вакуумметрического давления.

Сильфон производится по принципу сантехнического сильфонного шланга. Представляет он собой тонкостенную металлическую трубку из подвижных поперечных колец. В зависимости от материала и параметров изготовления сильфон может быть более или менее жестким.

Чувствительные мембранные элементы имеют наибольшее разнообразие. Класс точности таких устройств не бывает выше 1,5. В таких приборах предусмотрена защитная система. В случае перегрузки мембрана упирается в специальное защитное устройство.

Мембранные коробки часто устанавливают в приборах, измеряющих напор и разряжение. Напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры с мембранными коробками производят с классами точности 1,5; 2,5 и лимитом измерения до 25 кПа.

Плоские мембраны имеют небольшое перемещение рабочей точки, поэтому их чаще всего используют для преобразования давления в силу. Они нестабильны, но хорошо рассчитываются.

Гофрированные мембраны вместе с аналогичными коробками используются для улучшения статической характеристики. Первые лучше перемещаются, однако плохо поддаются расчету. Вторые используются гораздо чаще благодаря своей пониженной жесткости.

Чтобы измерить малые значения давления пользуются устройствами с вялыми мембранами.

Приборы нуждаются в защите от воздействия высокой температуры, так как она негативно сказывается на упругости и чувствительности основных рабочих элементов.

Механические показывающие манометры

Многие манометры с трубчатой пружиной фактически являются устройствами прямого преобразования. Это значит, что давление преобразуется в смещение чувствительного элемента и контактирующего с ним механического устройства.

Под воздействием давления перемещается свободный конец пружины, поводок воздействует на зубчатый сектор, происходит поворот шестерни и показывающей стрелки.

Пружинные показывающие манометры производятся с диапазоном измерения от 0,1 до 103 Мпа и имеют различные классы точности. Образцовые модели выпускают с классами точности 0,15; 0,25; 0,4. Измерители рабочей категории повышенной точности – 1 и 0,6. Рабочие общетехнические – с классами точности 1,5; 2,5; 4.

Манометры электроконтактного действия

Конструктивно является доработкой показывающего манометра. Суть работы заключается в том, что при достижении стрелкой порогового значения давления происходит замыкание сети.

Электрическая цепь замыкается и срабатывает сигнализация, когда показывающая стрелка достигает одной из стрелок с контактами. Класс точности таких манометров 1,5. Диапазон измерения соответствует стандартным значениям.

Для обеспечения сигнализации или с целью позиционного регулирования применяют реле давления с маркировкой РД. Они измеряют давления в диапазоне от 12 до 1600 кПа. Реле настраивают на верхний и нижний предел активации по показаниям контрольного прибора, и оно имеет разрывную мощность в 10 Вт.

Самопишущие модели манометров

Промышленность выпускает манометры с встроенной системой считывания показателей, которая фиксирует значения на дисковой диаграмме так, чтобы затем можно было проследить динамику показателей. Один оборот может совершаться за 8, 12, 24 часа. Движение происходит за счет электродвигателя или часового механизма.

Работа манометрического самописца основывается на передаче сигнала трубчатой пружиной большого диаметра, которая имеет тяговое усилие. Она передает движение от чувствительного элемента к системе индикации. Устройства с маркировкой МТС фиксируют значения избыточного давления.

Такие устройства предполагают контроль со стороны оператора и имеют классы точности 1; 1,5; 2,5.

Сильфонные чувствительные элементы применяются в самопишущих дифманометрах, которые дополнительно могут оснащаться устройством сигнализации и преобразователем пневматического действия. Такие приборы измеряют давление в диапазоне от 6,3 кПа до 0,16 Мпа и имеют классы точности 1; 1,5.

Грузопоршневой тип манометров

Такие манометры часто используют как эталон при поверке других измерительных приборов. Их диапазон измерений весьма широк. В зависимости от конструкции прибора он может начинаться с серьезных значений разрежений, а заканчиваться избыточностью до 2500 МПа. Класс точности достигает максимальных значений вплоть до 0,0015.

Принцип работы заключается в удержании цилиндра в поршне в конкретном состоянии в то время как с одной стороны воздействуют калибровочные грузы, а с другой измеряемое давление. В зависимости от веса грузов судят о величине созданного давления.

Основной рабочий элемент прибора — это измерительная колонка. В зависимости от качества ее производства, точности и чистоты соединений изменяется и величина погрешности.

Функционально грузопоршневой манометр состоит из приспособления создания давления, измерительной системы и грузов. Устройство оснащается вращательным механизмом для повышения и понижения давления, а также вентилем сброса давления.

Широко используются манометры с неуплотненным поршнем. В них между поршнем и цилиндром есть зазор. Емкость под поршнем заполнена маслом, которое под давлением вливается в зазор и смазывает трущиеся поверхности.

Электрический измеритель газообразной среды

Такие манометры применяются для преобразования прямого или косвенного давления газа в электрический параметр. Наиболее часто встречающимися манометрами такого типа являются: тензорезистивные, емкостные и приборы сопротивления. Давление измеряется в диапазоне от 100 Па до 1000 МПа. Приборы изготавливаются с классами точности от 0,1 до 2,5.

Работа манометров, действующих на основе тензорезистивного эффекта заключается в изменении значения сопротивления проводника по причине деформации. Измеряют давление в диапазоне от 60 до 10 8 Па с минимальной погрешностью.

Фланцевое крепление датчика и особая конструкция прибора позволяет считывать данные о давлении в особо агрессивных средах с температурой до 300 °С. Применяются для измерения давления в системах с быстротекущими процессами.

Чувствительным элементом в таком приборе выступает манганиновая проволока, сопротивление которой легко измеряется уравновешенным мостом.

Работа емкостных манометров основывается на воздействии давления на мембрану, которая представляет собой подвижный электрод. Когда мембрана перемещается, следует изменение емкости преобразователя. Характеризуются значительными температурными погрешностями.

В емкостных манометрах прогиб мембраны определяется электрической схемой. Такие приборы применяются в системах с быстрыми перепадами давления.

Жидкостные измерительные приборы

Определение давления этими приборами происходит путем уравновешивания определяемого давления давлением, формируемым столбом жидкости. Таким способом можно измерить небольшое избыточное давление, атмосферное давление, уровень разрежения, разность давлений.

Данную группу представляют U-образные манометры, которые состоят из сообщающихся сосудов, а давление определяется по уровням жидкости; компенсационные микроманометры; чашечные манометры, у которых вместо второй трубки используется резервуар; поплавковые, колокольные и кольцевые дифманометры.

В жидкостных измерительных приборах рабочая жидкость является аналогом чувствительного элемента.

Дифманометры обычно оснащены сигнализаторами, счетчиками расхода, регуляторами и записывающими устройствами. Диапазон измерений от 10 до 10 5 Па. В зависимости от жидкостей, заполняющих прибор, меняется предел измерений.

Деление по функциональному назначению

По назначению выделяют следующие виды манометров, используемых для измерения давления газа:

Рассмотрим особенности каждого вида.

Манометры общетехнического назначения

Этот вид манометров производят с целью измерения значений вакуумметрического и избыточного давления в общетехнических целях. Различные модификации устройств позволяют использовать их в самых разнообразных средах. Применяются для измерения давления на производстве прямо во время технологических процессов.

Читайте также:  Площадь поперечного сечения цилиндра формула

Такими манометрами можно измерять давление газообразных сред, которые являются неагрессивными по отношению к медным сплавам при рабочей температуре до 150 °C. Обычно корпус изделия изготавливается из стали, а детали механизма из латунного сплава.

Общетехнические манометры для газа низкого или высокого давления производятся устойчивыми к вибрациям с частотой в интервале от 10 до 55 Гц, а также амплитудой смещения максимум 0,15 миллиметра. Имеют несколько классов точности от 1 до 2,5.

Набирают популярность газовые манометры общетехнического назначения с электронной платой, на которой отображаются данные проведенных измерений. Они нередко оснащаются преобразователями, что автоматизирует технологические процессы. Значения давления отображаются на электронном циферблате.

Группа специальных манометров

Такие приборы изготавливаются под конкретный вид газа и создаваемую им среду. Для систем с повышенным давлением изготавливают манометры для газа высокого давления. Некоторые газы агрессивны по отношению к определенным сплавам, поэтому для работы с ними требуется использовать устойчивые материалы.

Специальные манометры окрашивают в краски различных цветов в зависимости от типа газа.

Пропановые манометры окрашиваются в красный цвет, имеют стальной корпус и характеристики общетехнических манометров. Рабочее давление таких приборов от 0 до 0,6 МПа. Это стандартное давление пропана. Возможна эксплуатация в диапазоне температур от – 50 до + 60 °С. Температура рабочей среды до + 150 °С. Нередко входят в комплектацию с баллонными редукторами.

Измерители давления аммиака в баллонах и прочих резервуарах окрашиваются в желтый цвет. Агрегаты с многоступенчатым сжатием оснащаются температурной шкалой. Компоненты манометра изготавливаются из материалов, устойчивых к воздействию паров аммиака.

Ацетиленовый манометр окрашивается в белый цвет. Изготавливается как манометр систем безопасности из обезжиренных материалов. Используется для измерения избыточного давления в различных распределяющих и генерирующих ацетилен системах. Корпус изготавливается из стали, внутренние компоненты из латунного сплава. Диапазон допустимых температур от – 40 до + 70 °С.

Водородный манометр окрашивается в темно-зеленый цвет. Манометр для иных горючих газов красится в красный цвет. Измерительный прибор для негорючих смесей красят в черный цвет. Кислородный манометр окрашивают в голубой цвет.

Эталонные устройства для измерения давления

Этот тип манометров предназначен для проверки, калибровки и настройки других приборов в целях обеспечения максимально высокой точности измерений. Такие устройства отличаются более высоким классом точности в сравнении с общетехническими. Рабочие эталоны делятся на три разряда.

Контрольные манометры, используемые в целях контроля достоверности показаний измерительных приборов по месту установки, также называют манометрами повышенной точности. Рабочий диапазон измерения от 0-0,6 до 0-1600 бар для газообразных сред.

Манометры для обычных и композитных газовых баллонов должны проходить процедуру поверки не реже одного раза в год, если иные сроки не указываются в документах к прибору. Поверку осуществляют аккредитованные метрологические организации, обладающие статусом юридических лиц. После поверки выдается свидетельство и ставится клеймо.

Передаточные механизмы в эталонных манометрах обрабатываются с повышенной частотой зубчатого зацепления. Они характеризуются минимальным трением в стрелочном механизме, а также высокой чувствительностью внутренних элементов.

Образцовые манометры, с классом точности 0,4 имеют шкалу из 250 единиц, с классом точности 0,15 или 0,25 имеют шкалу из 400 единиц с ценой деления 1 единица. Эксплуатация устройства возможна при различной температуре в зависимости от наполнителя корпуса. Идеальная рабочая температура составляет 20 °С.

Со спецификой проведения заправки газовых баллонов ознакомит следующая статья. Прочитать ее стоит всем владельцам загородной собственности, не подключенной к централизованному газоснабжению.

Выводы и полезное видео по теме

Принцип работы пружинного манометра:

Характеристика и сферы применения манометра:

Манометры выпускают для решения разных задач. Наибольшей популярностью пользуются общетехнические виды, применяемые на мелких производствах, различными фирмами при работе с газовым оборудованием и системами. Электроконтактные манометры — это устройства, сигнализирующие о достижении критического значения.

Для поверки и юстировки манометров применяют эталонные манометры. Специальные манометры производят для измерения давления конкретной газообразной среды. Среди них пользуются большой популярностью пропановые манометры, которые часто устанавливают в комплекте с редуктором на газовых баллонах.

Хотите поделиться полезной информацией по теме статьи, задать вопрос или разместить фото? Оставляйте, пожалуйста, комментарии в находящейся ниже блок форме. Делитесь полезными сведениями и рекомендациями, которые могут пригодиться посетителям сайта.

Манометр (греч. manós — «неплотный» и metréō — «измеряю» [1] ) — прибор, измеряющий давление жидкости или газа [2] .

Содержание

Описание манометра [ править | править код ]

Действие манометра основано на уравновешивании измеряемого давления силой упругой деформации трубчатой пружины или более чувствительной двухпластинчатой мембраны, один конец которой запаян в держатель, а другой через тягу связан с трибко-секторным механизмом, преобразующим перемещение упругого чувствительного элемента в круговое движение показывающей стрелки.

Разновидности [ править | править код ]

В группу приборов, измеряющих избыточное давление, входят [3] :

  • Манометры — приборы с верхним диапазоном измерения от 0,06 до 1000 МПа (измеряют избыточное давление — положительную разность между абсолютным и барометрическим давлением);
  • Вакуумметры — приборы, измеряющие разрежение (давление ниже атмосферного);
  • Мановакуумметры — манометры, измеряющие как избыточное (от 60 до 240000 кПа), так и вакуумметрическое давление;
  • Напоромеры — манометры малых избыточных давлений (до 40 кПа);
  • Тягомеры — вакуумметры с пределом измерения до минус 40 кПа;
  • Тягонапоромеры — мановакуумметры с крайними пределами измерения, не превышающими ±40 кПа;

Большинство отечественных и импортных манометров изготавливаются в соответствии с общепринятыми стандартами, в связи с этим манометры различных марок заменяют друг друга. Выбор манометра осуществляется по следующим параметрам: предел измерения, диаметр корпуса, класс точности прибора, диаметр резьбы штуцера и его расположение (радиальный, осевой).

Также существуют манометры, измеряющие абсолютное давление, то есть избыточное давление+атмосферное.

Прибор, измеряющий атмосферное давление, называется барометром.

Типы манометров [ править | править код ]

В зависимости от конструкции, чувствительности элемента различают манометры жидкостные, грузопоршневые, деформационные (с трубчатой пружиной или мембраной). Манометры подразделяются по классам точности: 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 (чем меньше число, тем точнее прибор).

Виды манометров [ править | править код ]

По назначениям манометры можно разделить на технические — общетехнические, электроконтактные, специальные, самопишущие, железнодорожные, виброустойчивые (глицеринозаполненые), судовые и эталонные (аналоговые).

Общетехнические: предназначены для измерения не агрессивных к сплавам меди жидкостей, газов и паров.

Электроконтактные: в конструкции имеют специальные группы электрических контактов (обычно 2). Одна группа контактов соответствует минимальному заданному давлению, вторая группа — максимальному. Величины заданий могут изменяться обслуживающим персоналом. Группа минимального давления может быть включена в электрическую цепь позиционного регулирования или сигнализации минимального давления. Аналогично и группа максимального давления. В некоторых случаях могут быть задействованы обе группы. Как минимальная так и максимальная группы могут быть выведены за минимальное или максимальное (соответственно) значение шкалы манометра и не использоваться. Электроконтактные манометры как правило не должны использоваться в качестве приборов для снятия показаний ввиду того, что показывающая стрелка при механическом взаимодействии с одной из контактных групп может неточно указывать величину давления — возникает заметная погрешность. Особенно популярным прибором этой группы можно назвать ЭКМ 1У, хотя он давно снят с производства. Для работы в условиях возможной загазованности горючими газами необходимо использовать электроконтактные манометры во взрывозащищенном исполнении.

  • кислородные — должны быть обезжирены, так как иногда даже незначительное загрязнение механизма при контакте с чистым кислородом может привести к взрыву. Часто выпускаются в корпусах голубого цвета с обозначением на циферблате О2 (кислород);
  • ацетиленовые — не допускают в изготовлении измерительного механизма сплавов меди, так как при контакте с ацетиленом существует опасность образования взрывоопасной ацетиленистой меди;
  • аммиачные — должны быть коррозионностойкими.

Эталонные: обладая более высоким классом точности (0,15;0,25;0,4), эти приборы служат для проверки и калибровки других манометров. Устанавливаются такие приборы в большинстве случаев на грузопоршневых манометрах или каких-либо других установках, способных развивать нужное давление.

Судовые манометры предназначены для эксплуатации на речном и морском флоте.

Железнодорожные предназначены для эксплуатации на Ж/Д транспорте.

Самопишущие: манометры в корпусе, с механизмом позволяющим воспроизводить на диаграмной бумаге график работы манометра.

Манометр с трубкой Бурдона [ править | править код ]

Манометры с трубкой Бурдона для холодильного оборудования предназначены для одновременного измерения давления пара и зависящей от него температуры пара. На случай применения хладагентов разных видов предусмотрена комплектация прибора несколькими температурными шкалами. Приборы рассчитаны на применение самых распространенных неорганических и органических хладагентов. В этом случае необходимо принять в расчет стойкость материала, из которого изготовлен манометр. Все приборы разработаны в соответствии с международными рекомендациями по измерительной технике с учетом требований стандартов и сфер применения.

Принцип работы [ править | править код ]

Основой принцип механического измерения давления является эластичный измерительный элемент, способный под воздействием сжимающей нагрузки деформироваться строго определенным образом и испытанную деформацию воспроизводить. С помощью стрелочного устройства эта деформация преобразуется во вращательное движение стрелки. С помощью масштабирования циферблата можно узнать давление, испытанное измерительным элементом, и связанную с ним температуру пара.

Температурная шкала [ править | править код ]

Существует прямая зависимость между температурой и давлением. Поэтому манометры комплектуются двумя шкалами:

  • На одной отображается измеренное давление, на другой рассчитанное значение температуры.
  • Значения температурных шкал основаны на таблицах свойств водяного пара насыщенных хладагентов при эталонном значении давления 1013,25 миллибар.

Они соблюдаются только для чистых хладагентов, указанных на шкале. Поскольку на практике химически чистые хладагенты используются очень редко, а рабочее давление не совпадает с эталонным, на циферблате отображается приблизительная температура. Но для работы этого вполне достаточно.

Диапазоны измерения [ править | править код ]

По сравнению с другими техническими характеристиками диапазоны измерения имеют наибольшее практическое значение. Особенностью манометров, работающих с хладагентами, является наличие комбинированной шкалы с показаниями давления и температуры. На стандартной шкале дается цена деления в барах и °С. Возможны варианты отображения температуры в "F, а давления — в кПа/МПа или ф/кв. дюйм.

Заполняющая жидкость [ править | править код ]

Манометры с заполняющей жидкостью применяются для измерений, связанных с большими переменными нагрузками, а также с сильной вибрацией или пульсацией. Жидкость обеспечивает плавность хода стрелки и хорошую считываемость показаний даже при максимальной нагрузке и сильной вибрации. Кроме того, смазочное действие амортизационной жидкости значительно снижает износ прибора. Как правило, в качестве амортизационной жидкости используется глицерин.

Читайте также:  Установка 3 ходового клапана

Контакты [ править | править код ]

В приборах с электрическим измерительным датчиком или концевым контактом применяют парафиновое масло, которое не является проводником. В качестве дополнительного варианта используют силиконовый наполнитель разной степени вязкости.

Термопроводность [ править | править код ]

Термопроводные манометры основываются на уменьшении теплопроводности газа с давлением. В таких манометрах встроена нить накала, которая нагревается при пропускании через неё тока. Термопара или датчик определения температуры через сопротивление (ДОТС) могут быть использованы для измерения температуры нити накала. Эта температура зависит от скорости с которой нить накала отдаёт тепло окружающему газу и, таким образом, от термопроводности. Часто используется манометр Пирани, в котором используется единственная нить накала из платины одновременно как нагревательный элемент и как ДОТС. Эти манометры дают точные показания в интервале между 10 и 10 −3 мм рт. ст., но они довольно чувствительны к химическому составу измеряемых газов.

Две нити накаливания [ править | править код ]

Одна проволочная катушка используется в качестве нагревателя, другая же используется для измерения температуры через конвекцию.

Манометр Пирани (oдна нить) [ править | править код ]

Манометр Пирани состоит из металлической проволоки, открытой к измеряемому давлению. Проволока нагревается протекающим через неё током и охлаждается окружающим газом. При уменьшении давления газа охлаждающий эффект тоже уменьшается и равновесная температура проволоки увеличивается. Сопротивление проволоки является функцией температуры: измеряя напряжение на проволоке и текущий через неё ток, сопротивление (и таким образом давление газа) может быть определено. Этот тип манометра был впервые сконструирован Марселло Пирани.

Термопарный и термисторный манометры работают похожим образом. Отличие же в том, что термопара и термистор используются для измерения температуры нити накаливания.

Измерительный диапазон: 10 −3 — 10 мм рт. ст. (грубо 10 −1 — 1000 Па)

Ионизационный манометр [ править | править код ]

Ионизационные манометры — наиболее чувствительные измерительные приборы для очень низких давлений. Они измеряют давление косвенно через измерение ионов образующихся при бомбардировке газа электронами. Чем меньше плотность газа, тем меньше ионов будет образовано. Калибрирование ионного манометра — нестабильно и зависит от природы измеряемых газов, которая не всегда известна. Они могут быть откалибрированы через сравнение с показаниями манометра Мак Леода, которые значительно более стабильны и независимы от химии.

Термоэлектроны соударяются с атомами газа и генерируют ионы. Ионы притягиваются к электроду под подходящим напряжением, известным как коллектор. Ток в коллекторе пропорционален скорости ионизации, которая является функцией давления в системе. Таким образом, измерение тока коллектора позволяет определить давление газа. Имеется несколько подтипов ионизационных манометров.

Измерительный диапазон: 10 −10 — 10 −3 мм рт. ст. (грубо 10 −8 — 10 −1 Па)

Большинство ионных манометров делятся на два вида: горячий катод и холодный катод. Третий вид — это манометр с вращающимся ротором более чувствителен и дорог, чем первые два и здесь не обсуждается. В случае горячего катода электрически нагреваемая нить накала создаёт электронный луч. Электроны проходят через манометр и ионизируют молекулы газа вокруг себя. Образующиеся ионы собираются на отрицательно заряженном электроде. Ток зависит от числа ионов, которое, в свою очередь, зависит от давления газа. Манометры с горячим катодом аккуратно измеряют давление в диапазоне 10 −3 мм рт. ст. до 10 −10 мм рт. ст. Принцип манометра с холодным катодом тот же, исключая, что электроны образуются в разряде созданным высоковольтным электрическим разрядом. Манометры с холодным катодом аккуратно измеряют давление в диапазоне 10 −2 мм рт. ст. до 10 −9 мм рт. ст. Калибрирование ионизационных манометров очень чувствительно к конструкционной геометрии, химическому составу измеряемых газов, коррозии и поверхностным напылениям. Их калибровка может стать непригодной при включении при атмосферном и очень низком давлении. Состав вакуума при низких давлениях обычно непредсказуем, поэтому масс-спектрометр должен быть использован одновременно с ионизационным манометром для точных измерений.

Горячий катод [ править | править код ]

Ионизационный манометр с горячим катодом Баярда-Алперта обычно состоит из трёх электродов работающих в режиме триода, где катодом является нить накала. Три электрода — это коллектор, нить накала и сетка. Ток коллектора измеряется в пикоамперах электрометром. Разность потенциалов между нитью накала и землёй обычно составляет 30 В, в то время как напряжение сетки под постоянным напражением — 180—210 вольт, если нет опциональной электронной бомбардировки, через нагрев сетки, которая может иметь высокий потенциал приблизительно 565 Вольт. Наиболее распространённый ионный манометр — это горячим катодом Баярда-Алперта с маленьким ионным коллектором внутри сетки. Стеклянный кожух с отверстием к вакууму может окружать электроды, но обычно он не используется и манометр встраивается в вакуумный прибор напрямую и контакты выводятся через керамическую плату в стене вакуумного устройства. Ионизационные манометры с горячим катодом могут быть повреждены или потерять калибровку если они включаются при атмосферном давлении или даже при низком вакууме. Измерения ионизационных манометров с горячим катодом всегда логарифмичны.

Электроны испущенные нитью накала движутся несколько раз в прямом и обратном направлении вокруг сетки пока не попадут на неё. При этих движениях, часть электронов сталкивается с молекулами газа и формирует электрон-ионные пары (электронная ионизация). Число таких ионов пропорционально плотности молекул газа умноженной на термоэлектронный ток, и эти ионы летят на коллектор, формируя ионный ток. Так как плотность молекул газа пропорциональна давлению, давление оценивается через измерение ионного тока.

Чувствительность к низкому давлению манометров с горячим катодом ограничена фотоэлектрическим эффектом. Электроны, ударяющие в сетку, производят рентгеновские лучи, которые производят фотоэлектрический шум в ионном коллекторе. Это ограничивает диапазон старых манометров с горячим катодом до 10 −8 мм рт. ст. и Баярда-Алперта приблизительно к 10 −10 мм рт. ст. Дополнительные провода под потенциалом катода в луче обзора между ионным коллектором и сеткой предотвращают этот эффект. В типе извлечения ионы притягиваются не проводом, а открытым конусом. Поскольку ионы не могут решить, какую часть конуса ударить, они проходят через отверстие и формируют ионный луч. Этот луч иона может быть передан нa кружку Фарадея.

Холодный катод [ править | править код ]

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

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

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

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

Применение манометров [ править | править код ]

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

Цветовая маркировка [ править | править код ]

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

Все приборы, измеряющие давление, классифицируются по нескольким критериям:

По роду измеряемого давления: манометры, вакууметры, мановакуумметры, напоромеры, микроманометры, тягомеры, тягонапоромеры, барометры, дифманометры.

Манометры — это приборы, служащие для измерения избыточного либо абсолютного давления (разности давлений). «Ноль» манометра избыточного давления находится на уровне атмосферного давления воздуха.

Вакуумметры нашли применение для измерения давления разреженных газов.

Мановакуумметр позволяет определять избыточное давление и разрежение газа.

Напоромерами измеряют небольшое избыточное давление (не более 40кПа), тягомерами — небольшое вакуумметрическое.

Дифманометры определяют разность давлений в двух точках.

Микроманометры — дифманометры для определения малых разностей давлений.

Барометрами определяют атмосферное давление воздуха.

По принципу действия : жидкостные, деформационные (пружинные, сильфонные, мембранные), грузопоршневые, электрические и другие приборы.

Жидкостные манометры состоят из сообщающихся сосудов, давление определяется по одному либо нескольким уровням. У деформационных манометров давление определяется по деформации или упругой силе деформирующегося элемента – пружины, мембраны, сильфона. В грузопоршневых манометрах искомое значение давления определяется путем уравновешивания массы грузов и поршня. Электрические манометры работают на первичных преобразователях давления.

По назначению: общетехнические для измерения давления в технологических процессах и эталонные для поверки.

По классу точности : от 0,4 до 4,0. Этот показатель характеризует погрешность измерения прибора.

По особенностям измеряемой среды : общетехнические, коррозионно-стойкие, виброустойчивые, специальные, кислородные, газовые.

Специальные манометры применяются для вязких и кристаллизующихся веществ, а также таких веществ, которые содержат твердые частицы.

Читайте также:  Перегородки из оргстекла цена

Помимо вышеперечисленного приборы для измерения давления отличаются по пределу (диапазону) измерений, степени защиты от воды (восемь степеней), по виду защиты от внешних предметов (шесть степеней), по степени устойчивости к вибрациям, по степени устойчивости к влажности и температуре (11 групп).

Манометры и мановакуумметры рассчитаны на то, чтобы выдерживать кратковременную перегрузку.

На циферблате прибора маркируется разметка шкалы, единицы измерения давления, знак минуса для вакуумметрического давления, монтажное положение прибора, класс точности, наименование/обозначение среды, знак Госреестра, товарный знак завода-изготовителя.

Примеры использования электроконтактных манометров в электрических схемах смотрите здесь: Автоматизация насосов и насосных станций

Во многих технологических процессах давление является одним из основных параметров, определяющих их протекание. К ним относятся: давление в автоклавах и пропарочных камерах, давление воздуха в технологических трубопроводах и т. п.

Определение величины давления

Давление – это величина, характеризующая действие силы на единицу поверхности.

При определении величины давления принято различать давление абсолютное, атмосферное, избыточное и вакуумметрическое.

Абсолютное давление (ра) – это давление внутри какой-либо системы, под которым находится газ, пар или жидкость, отсчитываемое от абсолютного нуля.

Атмосферное давление (рв) создается массой воздушного столба земной атмосферы. Оно имеет переменную величину, зависящую от высоты местности над уровнем моря, географической широты и метеорологических условий.

Избыточное давление определяется разностью между абсолютным давлением (ра) и атмосферным давлением (рв):

Вакуум (разрежение) – это такое состояние газа, при котором его давление меньше атмосферного. Количественно вакуумметрическое давление определяется разностью между атмосферным давлением и абсолютным давлением внутри вакуумной системы:

При измерении давления в движущихся средах под понятием давления понимают статическое и динамическое давление.

Статическое давление (рст) – это давление, зависящее от запаса потенциальной энергии газовой или жидкостной среды; определяется статическим напором. Оно может быть избыточным или вакуумметрическим, в частном случае может быть равно атмосферному.

Динамическое давление (рд) – это давление, обусловленное скоростью движения потока газа или жидкости.

Полное давление (рп) движущейся среды слагается из статического (рст) и динамического (рд) давлений:

Единицы измерения давления

В системе единиц СИ за единицу давления принято считать действие силы в 1 H (ньютон) на площадь 1 м², т. е. 1 Па (Паскаль). Так как эта единица очень мала, для практических измерений применяют килопаскаль (кПа = 10 3 Па) или мегапаскаль (МПа=10 6 Па).

Кроме того, на практике применяют такие единицы давления:

миллиметр водяного столба (мм вод. ст.);

миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.);

килограмм силы на квадратный сантиметр (кг·с/см²);

При этом соотношение между этими величинами следующее:

1 кг·с/см² = 0,0981 МПа = 1 атм

1 мм вод. ст. = 9,81 Па = 10 -4 кг·с/см² = 10 -4 атм

1 мм рт. ст. = 133,332 Па

1 бар = 100 000 Па = 750 мм рт. ст.

Физическое объяснение некоторых единиц измерения:

1 кг·с/см² – это давление столба воды высотой 10м;

1 мм рт. ст. – это величина уменьшения давления при подъеме на каждые 10м высоты.

Методы измерения давления

Широкое использование давления, его перепада и разрежения в технологических процессах вызывает необходимость применять разнообразные методы и средства измерения и контроля давления.

Методы измерения давления основаны на сравнении сил измеряемого давления с силами:

давления столба жидкости (ртути, воды) соответствующей высоты;

развиваемыми при деформации упругих элементов (пружин, мембран, манометрических коробок, сильфонов и манометрических трубок);

упругими силами, возникающими при деформации некоторых материалов и вызывающими электрические эффекты.

Классификация приборов измерения давления

Классификация по принципу действия

В соответствии с указанными методами, приборы измерения давления можно разделить, по принципу действия на:

Наибольшее распространение в промышленности получили деформационные средства измерения. Остальные, в большинстве своем, нашли применение в лабораторных условиях в качестве образцовых или исследовательских.

Классификация в зависимости от измеряемой величины

В зависимости от измеряемой величины средства измерения давления подразделяются на:

манометры – для измерения избыточного давления (давления выше атмосферного);

микроманометры (напоромеры) – для измерения малых избыточных давлений (до 40 кПа);

барометры – для измерения атмосферного давления;

микровакуумметры (тягомеры) – для измерения малых разряжений (до -40 кПа);

вакуумметры – для измерения вакуумметрического давления;

мановакуумметры – для измерения избыточного и вакуумметрического давления;

напоротягомеры – для измерения избыточного (до 40 кПа) и вакуумметрического давления (до -40 кПа);

манометры абсолютного давления – для измерения давления, отсчитываемого от абсолютного нуля;

дифференциальные манометры – для измерения разности (перепада) давлений.

ПРОВЕРИЛ:________________

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение назначения, устройства, принцип действия и тарировки приборов дня измерения давления (абсолютного, манометрического вакуумметрического).

Приборы для измерения давлений

Приборы для измерения давлений классифицируют по различным признакам. По характеру измеряемого давления приборы разделяют на следующие классы:

1) барометры — приборы для измерения атмосферного давления:

2) манометры — приборы для измерения избыточного давления;

3) вакуумметры — приборы для измерения вакуума;

4) мановакуумметры — приборы для измерения, как избыточного давления, так и вакуума;

5) манометры абсолютного давления — приборы для измерения абсолютного (полного) давления;

6) дифференциальные манометры — приборы для измерения разности давлении.

По принципу действий приборы различают:

Простейшим прибором для измерения избыточного давления является пьезометр (рис.1, а). Он представляет собой вертикально установленную прозрачную стеклянную или ПВХ трубку с открытым верхним концом

Измерения по пьезометру проводят в единицах длины, поэтому иногда давления выражают в единицах высоты столба определенной жидкости. Пьезометр высотой 1,5. 2м позволяет измерить давление до 0,15. 0,20 атм.

Основным достоинством пьезометра является простота устройства и точность измерения. Основным недостатком пьезометра является малый диапазон измеряемых давлений. При больших давлениях пьезометр становится слишком громоздким. К недостаткам пьезометра также можно отнести хрупкость.

Избыточное давление в жидкостях или газах измеряется манометрами. Это весьма обширный набор измерительных приборов различной конструкции и различного исполнения

На рисунке 1,б показана схема действия поршневого манометра. При увеличении давления в сосуде жидкость или газ по закону Паскаля передаёт это давление на нижнюю поверхность поршня, заставляя его тем самым подниматься или опускаться. Поршень связан через систему рычагов с указательной стрелкой.

Рис.1 Приборы для измерения избыточного давления

а) пьезометр, б) поршневой манометр, в) жидкостный манометр, г) мембранный манометр, д) сильфонный манометр

Другой тип манометра — это открытый (жидкостный) манометр (рис.1, в). Он состоит из U-образной трубки, наполненной ртутью или другой жидкостью. Работа основана на законе сообщающихся сосудов и на уравновешивании измеряемого давления газа давлением столба жидкости (ртути, воды и т. д.). В один конец трубки подается давление. Жидкость в другой трубке поднимается до тех пор, пока измеряемое давление не будет в точности равно давлению, вызываемому разностью уровней жидкости в двух коленах трубки. Зная эту разность высот можно рассчитать давление.

Недостатком такого манометра является то, что величина давления зависит от ускорения свободного падения в данном месте. Не всегда такой манометр градуируется в паскалях, часто бывает удобным измерять давление в единицах высоты столба данной жидкости — в миллиметрах ртутного столба, водяного столба (1 мм вод. ст. — 9,8 Па; 1 мм рт. ст. = 133,3 Па)

Одним из простых приборов для измерения повышенных и высоких давлений является трубчатый манометр или манометр Бурдона Главная составная часть его — изогнутая по дуге латунная труба 1 овального сечения (рис. 2).

Жидкость или газ, производя давление изнутри трубки, выпрямляет ее.

Жидкость или газ подается в штуцер 3, соединенный с трубкой 1. Трубка, распрямляясь, приводит в движение систему зубчатых колес и рычагов 2, которые поворачивают стрелку 4; чем больше давление, тем на больший угол повернется стрелка. Угол поворота стрелки пропорционален измеряемому давлению. Шкала, нанесенная на циферблате, градуирована в единицах давления. Обычно манометр калибруется в МПа. Такие манометры применяются при измерении давления воздуха, пара, газов и жидкостей. Манометры для измерения давления в шинах автомобиля часто бывают типа манометра Бурдона.

Таким образом, это деформационный манометр.

К деформационным относятся также мембранные и сильфонные манометры (рис. 1, г, д)

Главной частью мембранного манометра является гибкая круглая плоская пластина способная получить прогиб под действием давления.

Сильфонный манометр (сильфон) представляют собой тонкостенную цилиндрическую оболочку с поперечными гофрами, способную получать значительное перемещении под действием давления. Для увеличения жесткости внутрь сильфона часто помещают пружину. Сильфоны изготавливают из бронзы, углеродистой стали, алюминиевых сплавов. Серийно производят бесшовные и сварные сильфоны диаметром от 8-10 до 80-100 мм. Сильфоны более чувствительны, чем мембранные манометры и имеют больший диапазон измерений.

Основными достоинствами приборов являются большой диапазон измеряемых давлений, простота устройства и применения, портативность и универсальность.

Основным недостатком приборов является непостоянство их показаний, вследствие постепенных изменений упругих свойств пружинящего элемента, возникновения остаточной деформации, износа передаточного механизма. Поэтому такие приборы необходимо периодически проверять.

Манометры позволяют определять давление лишь с определенной точностью, класс точности манометров определяется величиной k, выражающей максимальную допустимую погрешность величины , соответствующей предельному показанию шкалы прибора

Номинальный ряд классов, точности манометров: 0,005; 0,02; 0,05; 0,1; 0.2; 0,35; 1; 2; 2,5; 4,0; 6,0.

Манометры и вакуумметры, пружинные образцовые служат для контроля манометров общего назначения и для проведения особо точных замеров. Для контроля образцовых манометров используются грузопоршневые манометры.

Манометры класса 0,05 предназначены для проверки образцовых пружинных и других манометров точных измерения, манометры класса 0,2 — для проверки технических манометров общего назначения.

Рис.2 Механический манометр трубчатого типа
Рис.3 Экспериментальная установка

Стенд для тарировки включает:

Показания образцового манометра Показания проверяемого манометра,
Давление, При прямом ходе погрешность При обратном ходе погрешность

ВЫВОДЫ

  1. Сделать заключение о годности проверяемого прибора в эксплуатации.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Студент — человек, постоянно откладывающий неизбежность. 10178 — | 7215 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector