Технический манометр: подробно простым языком. Что такое манометр, для чего используется

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

Сфера использования

Манометры являются одним из самых распространенных приборов, которые можно встретить в различных системах:

• Котлах отопления.
• Газопроводах.
• Водопроводах.
• Компрессорах.
• Автоклавах.
• Баллонах.
• Баллонных пневматических винтовках и т.д.

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

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

Давление, которое может измерить манометр

Манометры являются универсальными механизмами, которые могут применяться для измерения различных значений:

• Избытка давления.
• Вакуумного давления.
• Разницы давлений.
• Атмосферного давления.

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

Разновидности манометров

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

Они бывают:

• Образцовые.
• Общетехнические.
• Электроконтактные.
• Специальные.
• Самопишущие.
• Судовые.
• Железнодорожные.

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

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

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

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

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

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

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

Разновидности манометров по механизму снятия показаний давления в среде

Манометры различаются и по внутреннему механизму, приводящему снятие показаний давления в системе, к которой подключаются. В зависимости от устройства они бывают:

• Жидкостные.
• Пружинные.
• Мембранные.
• Электроконтактные.
• Дифференциальные.

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

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

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

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

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

Класс точности и диапазон измерения

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

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

Измерение давления широко используется во многих технологических процессах. Этот вид измерений необходим для безопасной работы установок, учёта расхода жидкостей и т.д. Современные приборы измерения давления обеспечивают точное определение давления в различных средах, в том числе агрессивных.

Один из самых известных и распространённых приборов для измерения давления – манометр. В общем случае манометр – это измерительный прибор или установка для измерения давления или разности давлений. Его характеризуют класс точности 0,2; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 (меньше – точнее) и пределы измерения. В зависимости от вида давления, которое измеряет манометр, различают:

Манометры абсолютного давления измеряют абсолютное давление, т.е. которое отсчитывается от абсолютного нуля;

Манометры положительного избыточного давления измеряют избыточное давление;

Вакуумметры измеряют давление существенно ниже атмосферного (вакууметрическое). Используются такие манометры в вакуумной технике для измерения давления в разреженных средах;

Барометры измеряют атмосферное давление;
- дифференциальные манометры (дифманометры) измеряют разность давлений;
- мановакуумметры измеряют положительное и отрицательное избыточное давление;
- микроманометры измеряют разницу давлений, значения которых близки между собой.

Выделяют следующие виды манометров:

- Общетехнические, общепромышленные, рабочие манометры

Самая обширная и востребованная категория манометров. Манометры общетехнические измеряют избыточное и вакуумметрическое давление неагрессивных и некристаллизующихся жидкостей, газов и пара. Эти приборы устойчивы к воздействию вибраций, возникающих при работе промышленного оборудования. Классы точности 1; 1,5; 2,5. К общетехническим относятся манометры котловые для работы в системах теплоснабжения. В группу общетехнических манометров входят также манометры цифровые, отображающие результаты измерений на цифровом табло, имеющие цифровые и токовые выходы. Применяются в производственных процессах, теплоэнергетике, при транспортировании жидкостей и газов, в механизированных установках.

- Образцовые манометры

Манометры образцовые используются для поверки измерительных приборов и измерения избыточного давления жидкостей и газов с повышенной точностью. Они имеют высокий класс точности: грузопоршневые манометры - 0,05; 0,2; пружинные манометры - 0,16; 0,25; 0,4. Высокая точность измерения давления достигается за счёт конструктивных особенностей и поверхности зубчатого зацепления в передаточном механизме с особо чистой обработкой.

- Электроконтактные манометры

Манометры электроконтактные используются для контроля и сигнализирования о пороговых значениях давлений. Манометры данного вида измеряют избыточное и вакуумметрическое давление неагрессивных и некристаллизующихся жидкостей, газов и пара и дискретно управляют внешними электрическими цепями при превышении порогового значения. Коммутирование управляющего механизма выполняется стандартной контактной группой либо оптопарой. Промышленностью выпускаются манометры электроконтактные взрывозащищённые.

- Специальные манометры

Специальные манометры предназначены для измерения избыточного и вакуумметрического давления газов (аммиака, кислорода, ацетилена, водорода). Применяются в различных отраслях промышленности и техники. Специальный манометр измеряет давление только одного вида газа. Для различения манометров на их шкале указывается название газа, корпус окрашивается в определённый цвет, в обозначении манометров используется соответствующая литера. Например, манометры аммиачные имеют корпус жёлтого цвета, коррозионостойкое исполнение, в обозначении есть буква А. Классы точности такие же, как у манометров общетехнических.

- Самопишущие манометры

Манометры самопишущие измеряют и непрерывно записывают на диаграммной бумаге измеряемое давление (от одного до трёх значений одновременно). Предназначены для измерения избыточного и вакуумметрического давления неагрессивных сред. Используются в промышленности, энергетике.

- Судовые манометры

Манометры судовые измеряют избыточное и вакуумметрическое давление жидкостей (дизельное топливо, масло, вода), водяного пара и газов. Имеют повышенную влагопылезащиту, виброустойчивость, устойчивы к климатическим воздействиям. Используются на речном и морском транспорте.

- Железнодорожные манометры

Манометры железнодорожные измеряют избыточное и вакуумметрическое давление сред (вода, топливо, масло, воздух, хладоны) в системах и установках подвижного состава рельсового электротранспорта.

В отличии от манометров, датчики и преобразователи давления не измеряют, а преобразовывают давление в сигнал другого вида (унифицированный электрический, пневматический, цифровой). Для преобразования используются различные методы (ёмкостный, резистивный, резонансный и т.д.) Датчики измеряют избыточное, вакуумное, абсолютное и дифференциальное давление, давление-разрежения, гидростатическое.

Датчики (преобразователи) давления характеризуются пределами измерений, частотным диапазоном, точностью измерений, массогабаритными показателями. Датчики давления ДМ5007 выпускаются с цифровым индикатором, в искро- и взрывобезопасном исполнении. Они имеют высокую надёжность, чувствительность и обеспечивают высокую точность измерений.

Преобразователи давления серии Сапфир-22МПС имеют встроенный цифровой индикатор, унифицированный электронный блок. Для измерения давления используется тензопреобразователь, сопротивление которого изменяется при деформации чувствительного элемента от воздействия измеряемого давления. Электрический сигнал от тензопреобразователя передаётся в электронный преобразователь и далее на выходе в виде унифицированного токового сигнала. Система термокомпенсации и микропроцессорной обработки сигнала, применённые в Сапфир-22МПС, повысили точность измерений, упрощают установку «нуля», «диапазона измерения» и установку пределов измерений внутри поддиапазонов.

Преобразователи давления широко применяются в системах автоматики и управления технологическими процессами, на объектах нефтяной, газовой, химической промышленности и атомной энергетики.

Работа манометрического термометра основана на зависимости между температурой и давлением среды (жидкости, газа) в замкнутой термосистеме. Манометрические термометры используют в технологических процессах для измерения температуры жидкостей и газов.

В зависимости от типа рабочего тела (конденсат или газ) манометрические термометры делят на конденсационные и газовые. Термометры конденсационного типа маркируются ТКП, например, ТКП-160Сг-М2.

Электроконтактные манометрические термометры имеют сигнальные стрелки, задающие верхний и нижний пороги срабатывания. При достижении температуры любого из порогов, происходит замыкание или размыкание электроконтактной (сигнальной) группы. Данная особенность, позволяющая сигнализировать о предельной температуре в системе, позволила назвать термометры этого типа электроконтактными или сигнализирующими. К ним относится манометрический термометр ТКП-100Эк.

В жидкостных манометрах, или дифманометрах, измеряемое давление или разность давлений уравновешивается давлением столба жидкости. Измерение давления с по­мощью жидкостных манометров основано на изменении высоты столба (уровня) рабочей жидкости в стеклянной измерительной трубке в зависимости от прилагаемого дав­ления. В качестве манометрической (рабочей) жидкости чаще всего используются: этиловый спирт, дистиллирован­ная вода, ртуть. Использование этих веществ связано со стабильностью их физических свойств, незначительной вязкостью, несмачиваемостью стенок.

Процесс измерения давления можно осуществить с высокой степенью точности. Простота устройства и легкость измерения являются причиной широкого распространения жидкостных манометров.

К приборам этого типа относятся двухтрубные (U -об­ разные, рисунок 6.1 а ) и однотрубные чашечные (рис. 6.1 б ) манометры, а также микроманометры.

а) б)

Рисунок 6.1 - Схема U-образного (а ) и однотрубного чашечного манометра (б )

Двухтрубный манометр предназна­чен для измерения избыточных давлений или разности давлений. Шкала прибора обычно выполняется подвиж­ной. Перед началом измерений производят проверку нуля, соединив с атмосферой оба колена U-образного маномет­ра. При этом уровни рабочей жидкости устанавливаются на одной горизонтали ab . Перемещая шкалу прибора, сов­мещают нулевую отметку шкалы с установившимся уров­нем жидкости. При соединении одного колена трубки с емкостью, в которой необходимо измерить давление, жидкость пере­мещается до тех пор, пока измеряемое давление не урав­новесится давлением столба жидкости высотой H. Так как уровень жидкости в одной трубке повышается, а в другой понижается, то высота столба Н определяется как раз­ность двух отсчетов. Этот недостаток U-образных маномет­ров частично устранен в чашечном манометре, состоящем из сосудов разного диаметра. Измеряемое давление пода­ется в плюсовой (широкий) сосуд, а разность уровней оп­ределяется путем снятия одного отсчета по минусовой тон­кой трубке.

Для сечения а-б (рисунок 6.1 а ) справедливо следующее равенство сил:

где р а и р б - абсолютное и атмосферное давление, Па; f - площадь отверстия измерительной трубки, м 2 ; H - высота подъема столба жидкости, м; - плотность рабо­чей жидкости, кг/м 3 ; g - ускорение свободного падения, м/с 2 .

Путем преобразования выражения (6.2) получим:

Очевидно, что при измерении избыточного давления высота подъема рабочей жидкости не зависит от площади поперечного сечения трубок. Исходя из условий удобства работы с прибором (для ограничения высоты трубок ма­нометра), при измерении избыточного давления 0,15 0,2 МПа рекомендуется в качестве рабочей жидкости исполь­зовать ртуть, при более низких давлениях воду или спирт.

Чашечный и U-образный манометры не могут исполь­зоваться при измерении малых избыточных давлений и разрежений, так как погрешность измерений становится чрезмерно большой. В этих случаях применяются специ­альные чашечные манометры с наклонной трубкой (микроманометры)

Рисунок 6.2 – Схема микроманометра с наклонной трубкой

Использование наклонной трубки (рисунок 6.2) позволяет, уменьшив угол , при той же высоте подъема столба жидкости h увеличить его длину, что превышает точность отсчета. Измерение длины и высоты столба жидкости связано соотношением h = l sin . Отсюда
. Изменяя угол наклона трубки , можно изменять пределы измерений прибора. Минимальный угол на­клона трубки 8-10°. Погрешность прибора не превышает ±0,5% конечного значения шкалы.

Для измерения давления используют манометры и барометры. Барометры используются для измерения атмосферного давления. Для других измерений используются манометры. Произошло слово манометр от двух греческих слов: манос - неплотный, метрео - измеряю.

Трубчатый металлический манометр

Существуют различные типы манометров. Рассмотрим подробнее два из них. На следующем рисунке изображен трубчатый металлический манометр.

Его изобрел в 1848 году француз Э. Бурдон. На следующем рисунке видна его конструкции.

Основные составные части это: согнутая в дугу полая трубка (1), стрелка (2), зубчатка(3), кран(4), рычаг(5).

Принцип действия трубчатого манометра

Один конец трубки запаян. В другой конец трубки, с помощью крана соединяется с сосудом, в котором необходимо измерить давление. Если давление начнет увеличиваться, трубка будет разгибаться, при этом воздействуя на рычаг. Рычаг через зубчатку связан со стрелкой, поэтому при увеличении давления стрелка будет отклоняться, указывая давление.

Если же давление будет уменьшаться, то трубка будет сгибаться, а стрелка двигаться в обратном направлении.

Жидкостный манометр

Теперь рассмотрим другой тип манометра. На следующем рисунке изображен жидкостный манометр. Он имеет форму буквы U.

В его состав входит стеклянная трубка в форме буквы U. В эту трубочку налита жидкость. Один из концов трубки с помощью резиновой трубки соединяют с круглой плоской коробочкой, которая затянута резиновой пленкой.

Принцип действия жидкостного манометра

В исходном положении вода в трубках будет находиться на одном уровне. Если же на резиновую пленку будет оказываться давление, то уровень жидкости в одном колене манометра понизится, а в другом, следовательно, повысится.

Это показано на рисунке выше. Мы давим на пленку пальцем.

Когда мы надавливаем на пленку, давление воздуха, который находится в коробочке, увеличивается. Давление передается по трубке и доходит до жидкости, при этом вытесняя её. При понижении уровня в этом колене, уровень жидкости в другом колене трубки, будет увеличиваться.

По разности уровней жидкости, можно будет судить о разности атмосферного давления и того давления, что оказывается на пленку.

На следующем рисунке показано, как с помощью жидкостного манометра измерить давление в жидкости на различной глубине.

Металлический манометр (рис. 140) состоит из изогнутой металлической трубки, запаянной с одного конца, другой конец трубки присоединяют к резервуару, давление в котором должно быть измерено. Под действием поступающего в трубку газа или жидкости трубка стремится разогнуться. Конец трубки соединен со стрелкой, которая указывает давление по шкале. Приборы, служащие для измерения атмосферного Давления, называют барометрами.  

Металлические манометры бывают трубчатые и пластинчатые. При атмосферном давлении стрелка манометра показывает 0 кг / см2, что соответствует давлению 1 эта.  

Металлические манометры просты по устройству и достаточно надежны в работе.  

Металлические манометры просты по устройству и достаточно надежны в работе. Для периодического контроля за исправностью манометров служат проверенные контрольные манометры. Манометр, находящийся в работе на аппарате, должен иметь пломбу с датой осмотра и проверки.  

Металлические манометры (Вурдона) применяют в испытательных машинах путем непосредственного присоединения к рабочему гидравлич.  

Металлические манометры разделяются на мембранные, в которых основной рабочей частью являются стальные мембраны, и пружинные, с пустотелой трубкой-пружиной.  

Металлические манометры дают обычно невысокую точность измерения; они должны периодически проверяться и иметь паспорт.  

Замена жидкостных измерителей металлическими манометрами значительно повысила точность дозирования и упростила эксплуатацию аппарата. Смесительные устройства хлораторов должны обеспечивать максимальное поглощение газа водой.  

На рисунке 128 изображен металлический манометр. Основная часть такого манометра - согнутая в дугу металлическая трубка 1 (рис. 129), один конец которой закрыт. Другой конец трубки посредством крана 4 сообщается с сосудом, в котором измеряют давление. При увеличении давления трубка разгибается и движение закрытого конца ее при помощи рычага 5 и зубчатки 3 передается стрелке 2, движущейся около шкалы прибора. При уменьшении давления трубка благодаря своей упругости возвращается в прежнее положение, а стрелка - к нулевому делению шкалы.  

Для измерения высоких давлений служил металлический манометр, для низких - закрытый с одной стороны ртутный воздушный манометр.  

Для измерения больших давлений употребляется металлический манометр (рис. 59), состоящий из металлической изогнутой в виде завитка трубки. Один конец трубки неподвижно прикреплен к коробке манометра. Этот конец соединяется с сосудом, в котором измеряется давление. Другой, свободный, конец закрыт, и к нему присоединяется стрелка. Часто стрелка присоединяется не непосредственно, а при помощи рычагов и зубчатой рейки с колесом.