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.

Единицы измерения давления

Основной единицей давления в системе СИ является паскаль (Па).

«Один паскаль - это давление на плоской поверхности под действием силы, которая направлена перпендикулярно и равномерно распределена к поверхности и равняется 1 Ньютону».

На практике используют килопа-скаль (кПа) или мегапаскаль (МПа), так как единица Па слишком мала.

В эксплуатируемых в настоящее время манометрах также используется единица системы МКГСС (метр, кило-грамм-сила, секунда) килограмм-сила на квадратный метр () и внесистемные единицы измерения к примеру килограмм-сила на квадратный сантиметр ().

Также распространенной единицей измерения является бар (1 бар =10 Па = 1,0197 кгс/см). Именно в барах градуированы исследуемые манометры.

Соотношения между единицами измерения давления можно вычислить по формуле:

P 1 =KЧP 2 , (1.4 )

где P 1 - давление в нужных единицах; P 2 - давление в исходных единицах.

Значение коэффициента K приведены таблице 1.1.

Таблица 1.1.

Манометры. Классификация манометров

ГОСТ 8.271-77 определяет манометр как при-бор или измерительную установку для определения действительного значения давления или разности давлений.

Манометры классифицируются по следующим характеристикам:

• типу давления, на которое рассчитан манометр;
• принципу действия манометра;
• назначению манометра;
• классу точности манометра;
• особенностям измеряемой среды;

Классифицируя манометры по типу измеряемого давления, можно разделить на:

• - измеряющие абсолютное давление;
• - измеряющие избыточное давление;
• - измеряющие разряженное давление, которые называются вакуумметры;

Большинство выпускаемых манометров предназначены для измерения избыточного давления. Их особенность заключается в том, что при воздействии атмосферного давления на чувствительный элемент, приборы показывают “ноль”.

Также существует множество вариаций приборов, объединенных единым названием “манометр”, например мановакуумметры, напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, дифнанометры.

Мановакуумметр- манометр, с возможностью измерения как избыточного давления, так и давление разреженного газа (вакуума).

Напоромер- манометр, позволяющий измерить сверхмалые значения избыточного давления (до 40 кПа).

Тягомер- вакуумметр, позволяющий измерить малые значения вакуумметрического давления (до -40 кПа).

Дифнанометр- прибор, предназначенный для измерения разности давления в двух точках.

«По принципу действия манометры классифицируются на:

• - жидкостные;
• - деформационные;
• - грузопоршневые;
• - электрические;».

К жидкостным относят манометры, принцип действия которых основан на разности давлений давлением столба жидкости. Примером такого манометра являются U- образные манометры. Они состоят из градуированных сообщающихся сосудов, в которых измеряемое давление можно определить по уровню жидкости в одном из сосудов.

Рис. 1.1. U-образиый жидкостный стеклян-ный мановакуумметр:

1 -- U-образная стеклянная трубка; 2 --скобы крепления; 3 -- основа; 4 -- шкала.

Деформационные манометры основаны на зависимости степени деформации чувствительного элемента от давления, подаваемого на этот элемент. В основном в качестве чувствительного элемента выступает трубчатая пружина. О них поподробнее мы узнаем далее.

Электрические манометры работают на основе зависимости электрических параметров чувствительного элемента преобразователя от давления.

В грузопоршневых манометрах в качестве рабочего тела используется жидкость, которая создает давление. Это давление уравновешивается массой поршня и грузов.

По количеству грузов, необходимых для равновесия мы и определяем давление, которое создает жидкость.

Рис. 1.2. Принципиальная схема грузопоршневого манометра:

1 --бак для масла, 2 --насос, 3 --клапаны, 4, 5, б --вентили подвода, слива и измерительной колонки соответст-венно, 7 --измерительная колонка, 8, 9 --стойки, 10, 11 --вентили стоек, 12 --пресс.

По назначению манометры подразделяются на общетехнические и эталонные. Общетехнические предназначены для проведения измерений в процессе производственной деятельности. В общетехнических конструктивно предусмотрена виброустойчивость к частотам находящимся в пределах 10-55 Гц. Также предусматривают устойчивость к внешним воздействиям таких как:

• - попадание внешних предметов;
• - температурные воздействия;
• - попадание воды;

«Эталонные манометрические приборы предназначены для хранения и передачи размера единиц давления для обеспечения единства, достоверности и гарантии высокой точности измерений давления».

«По особенностям измеряемой среды все манометры классифицируются на:

• общетехнические;
• коррозионно-стойкие (кислотостойкие);
• виброустойчивые;
• специальные;
• кислородные;
• газовые».

Общетехнические манометрические приборы ориентированы на измерения в нормальных условиях. Изготавливаются из алюминия и медных сплавов.

Коррозионно-стойкие приборы изготавливаются из химически стойких материалов таких как сталь различной маркировки. Также снабжаются каленым многослойным стеклом.

Специальные манометры предназначены для измерения сред с отличными от нормальных условий, например для измерения давления вязких веществ или содержащих твердые частицы.

Виброустойчивые манометры используются в условиях эксплуатации, где частота вибрации превышает 55 Гц. Внутренний объем таких манометров заполняют вязкой жидкостью, например глицерином или силиконом. Корпус в виброустойчивом манометре должен быть герметичным и содержать в себе специальные уплотнители из каучуковых резин.

В газовых манометрах применяется ряд конструктивных решений, которые должны обеспечить безопасность в случае разрыва чувствительного элемента. Устанавливается разделительная перегородка между шкалой и чувствительным элементом. Смотровое окно в таких манометрах многослойное с упрочнением. На задней стенке предусмотрен разгрузочный клапан, который в случае превышения допустимого давления раскрывается и сбрасывает давление. При производстве особое внимание уделяют материалам т.к многие газы обладают специфическими свойствами.

«Кислородные манометры применяются для измерения давления в средах с долей кислорода 23% и более». Так как при контакте кислорода с некоторыми органическими веществами и минеральными маслами он детонирует к ним предъявляют строгие требования у чистоте от масел. Конструктивно не отличаются от общетехнических манометров.

Необходимые метки на манометрах

На циферблате манометра обязательно должны быть нанесены:

• 1) Единицы измерения;
• 2) Рабочее положение прибора;
• 3) Класс точности;
• 4) Наименование измеряемой среды в случаем специального исполнения прибора;

• -товарный знак предприятия изготовителя;
• -знак Государственного реестра;

В таблице 1.2 указаны основные обозначения на циферблате манометров.

Таблица 1.2

Также должны обозначаться метки об устойчивости к внешним условиям.

Таблица 1.3

И также обозначается степень защиты от внешних воздействий.

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.

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

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

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

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

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

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

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

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

По виду измеряемого давления приборы подразделяют на следуюшие:

Манометры, предназначенные для измерения избыточного давления;

Вакуумметры, служащие для измерения разрежения (вакуума);

Мановакууметры, измеряющие избыточное давление и вакуум;

Напоромеры, используемые для измерения малых избыточных давлений;

Тягомеры, применяемые для измерения малых разрежений;

Тягонапоромеры, предназначенные для измерения малых давлений и разрежений;

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

Барометры, используемые для измерения барометрического давления.

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

Рис. 1. Виды чувствительных элементов деформационных манометров

а) - с одновитковой трубчатой пружиной (трубкой Бурдона)

б) - с многовитковой трубчатой пружиной

в) - с упругими мембранами

г) - сильфонные.

Приборы c трубчатыми пружинами.

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

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

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

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

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

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

Рис. 2. Пружинный манометр

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

Мембранные манометры.

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

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

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

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

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

Рис. 3 Устройство мембранного дифманометра типа ДМ

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 4 Устройство преобразователя «САПФИР -22ДГ»

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

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

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

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

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

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

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

Номинальный перепад давления определяет блок винтовых цилиндрических пружин 4.

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

Рис. 5 Принципиальная схема сильфонного дифманометра

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

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

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

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

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

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

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

Приборы для измерения избыточного давления называются манометрами, вакуума (давления ниже атмосферного) - вакуумметрами, избыточного давления и вакуума - мановакуумметрами, разности давлений (перепада) - дифференциальными манометрами.

Основные серийно выпускаемые приборы для измерения давления по принципу действия делятся на следующие группы:

Жидкостные - измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости;

Пружинные - измеряемое давление уравновешивается силой упругой деформации трубчатой пружины, мембраны, сильфона и т.д.;

Поршневые - измеряемое давление уравновешивается силой, действующей на поршень определенного сечения.

В зависимости от условий применения и назначения промышленностью выпускаются следующие типы приборов для измерения давления:

Магнитомодуляционные приборы для измерения давления

В таких приборах усилие преобразуется в сигнал электрического тока вследствие передвижения магнита, связанного с упругим компонентом. При движении магнит воздействует на магнитомодуляционный преобразователь.

Электрический сигнал усиливается в полупроводниковом усилителе и поступает на вторичные электроизмерительные устройства.

Тензометрические манометры

Преобразователи на основе тензометрического датчика работают на основе зависимости электрического сопротивления тензорезистора от величины деформации.

Рис-5

Тензодатчики (1) (рисунок 5) фиксируются на упругом элементе прибора. Электрический сигнал на выходе возникает вследствие изменения сопротивления тензорезистора, и фиксируется вторичными устройствами измерения.

Электроконтактные манометры

Рис-6

Упругим компонентом в приборе выступает трубчатая одновитковая пружина. Контакты (1) и (2) выполняются для любых отметок шкалы прибора, вращая винт в головке (3), которая находится на внешней стороне стекла.

При уменьшении давления и достижении его нижнего предела, стрелка (4) с помощью контакта (5) включит цепь лампы соответствующего цвета. При возрастании давления до верхнего предела, который задан контактом (2), стрелка замыкает цепь красной лампы контактом (5).

Классы точности

Измерительные манометры разделяют на два класса:

1. Образцовые.

2. Рабочие.

Образцовые приборы определяют погрешность показаний рабочих приборов, которые участвуют в технологии производства продукции.

Класс точности взаимосвязан с допустимой погрешностью, которая является величиной отклонения манометра от действительных величин. Точность прибора определяется процентным соотношением от максимально допустимой погрешности к номинальному значению. Чем больше процент, тем меньше точность прибора.

Образцовые манометры имеют точность намного выше рабочих моделей, так как они служат для оценки соответствия показаний рабочих моделей приборов. Образцовые манометры применяются в основном в условиях лаборатории, поэтому они изготавливаются без дополнительной защиты от внешней среды.

Пружинные манометры имеют 3 класса точности: 0,16, 0,25 и 0,4. Рабочие модели манометров имеют такие классы точности от 0,5 до 4.

Применение манометров

Приборы для измерения давления наиболее популярные приборы в различных отраслях промышленности при работе с жидким или газообразным сырьем.

Перечислим основные места использования таких приборов:

• В газо- и нефтедобывающей промышленности.
• В теплотехнике для контроля давления энергоносителя в трубопроводах.
• В авиационной отрасли промышленности, автомобилестроении, сервисном обслуживании самолетов и автомобилей.
• В машиностроительной отрасли при применении гидромеханических и гидродинамических узлов.
• В медицинских устройствах и приборах.
• В железнодорожном оборудовании и транспорте.
• В химической отрасли промышленности для определения давления веществ в технологических процессах.
• В местах с применением пневматических механизмов и агрегатов.

Полнотекстовый поиск.

В жидкостных манометрах измеряемое давление или разность давлений уравновешивается гидростатическим давлением столба жидкости. В приборах используется принцип сообщающихся сосудов, в которых уровни рабочей жидкости совпадают при равенстве давлений над ними, а при неравенстве занимают такое положение, когда избыточное давление в одном из сосудов уравновешивается гидростатическим давлением избыточного столба жидкости в другом. Большинство жидкостных манометров имеют видимый уровень рабочей жидкости, по положению которого определяется значение измеряемого давления. Эти приборы используются в лабораторной практике и в некоторых отраслях промышленности.

Существует группа жидкостных дифманометров , в которых уровень рабочей жидкости непосредственно не наблюдается. Изменение последнего вызывает перемещение поплавка или изменение характеристик другого устройства, обеспечивающих либо непосредственное показание измеряемой величины с помощью отсчетного устройства, либо преобразование и передачу ее значения на расстояние.

Двухтрубные жидкостные манометры . Для измерения давления и разности давлений используют двухтрубные манометры и дифманометры с видимым уровнем, часто называемыми U -образными. Принципиальная схема такого манометра представлена на рис. 1, а. Две вертикальные сообщающиеся стеклянные трубки 1, 2 закреплены на металлическом или деревянном основании 3, к которому прикреплена шкальная пластинка 4. Трубки заполняются рабочей жидкостью до нулевой отметки. В трубку 1 подается измеряемое давление, трубка 2 сообщается с атмосферой. При измерении разности давлений к обеим трубкам подводятся измеряемые давления.

Рис. 1. Схемы двухтрубного (в) и однотрубного (б) манометра :

1, 2 - вертикальные сообщающиеся стеклянные трубки; 3 - основание; 4 - шкальная пластина

В качестве рабочей жидкости используются вода, ртуть, спирт, трансформаторное масло. Таким образом, в жидкостных манометрах функции чувствительного элемента, воспринимающего изменения измеряемой величины, выполняет рабочая жидкость, выходной величиной является разность уровней, входной - давление или разность давлений. Крутизна статической характеристики зависит от плотности рабочей жидкости.

Для исключения влияния капиллярных сил в манометрах используются стеклянные трубки с внутренним диаметром 8... 10 мм. Если рабочей жидкостью служит спирт, то внутренний диаметр трубок может быть снижен.

Двухтрубные манометры с водяным заполнением применяются для измерения давления, разрежения, разности давлений воздуха и неагрессивных газов в диапазоне до ±10 кПа. Заполнение манометра ртутью измерения расширяет пределы до 0,1 МПа, при этом измеряемой средой может быть вода, неагрессивные жидкости и газы.

При использовании жидкостных манометров для измерения разности давлений сред, находящихся под статическим давлением до 5 МПа, в конструкцию приборов вводятся дополнительные элементы, предназначенные для защиты прибора от одностороннего статического давления и проверки начального положения уровня рабочей жидкости.

Источниками погрешностей двухтрубных манометров являются отклонения от расчетных значений местного ускорения свободного падения, плотностей рабочей жидкости и среды над ней, ошибки в считывании высот h1 и h2.

Плотности рабочей жидкости и среды даются в таблицах теплофизических свойств веществ в зависимости от температуры и давления. Погрешность считывания разности высот уровней рабочей жидкости зависит от цены деления шкалы. Без дополнительных оптических устройств при цене деления 1 мм погрешность считывания разности уровней составляет ±2 мм с учетом погрешности нанесения шкалы. При использовании дополнительных устройств для повышения точности считывания h1, h2 необходимо учитывать расхождение температурных коэффициентов расширения шкалы, стекла и рабочего вещества.

Однотрубные манометры . Для повышения точности отсчета разности высот уровней используются однотрубные (чашечные) манометры (см. рис. 1, б). У однотрубного манометра одна трубка заменена широким сосудом, в который подается большее из измеряемых давлений. Трубка, прикрепленная к шкальной пластинке, является измерительной и сообщается с атмосферой, при измерении разности давлений к ней подводится меньшее из давлений. Рабочая жидкость заливается в манометр до нулевой отметки.

Под действием давления часть рабочей жидкости из широкого сосуда перетекает в измерительную трубку. Поскольку объем жидкости, вытесненный из широкого сосуда, равен объему жидкости, поступившему в измерительную трубку,

Измерение в однотрубных манометрах высоты только одного столба рабочей жидкости приводит к снижению погрешности считывания, которая с учетом погрешности градуировки шкалы не превышает ± 1 мм при цене деления 1 мм. Другие составляющие погрешности, обусловленные отклонениями от расчетного значения ускорения свободного падения, плотности рабочей жидкости и среды над нею, температурными расширениями элементов прибора, являются общими для всех жидкостных манометров.

У двухтрубных и однотрубных манометров основной погрешностью является погрешность считывания разности уровней. При одной и той же абсолютной погрешности приведенная погрешность измерения давления снижается при увеличении верхнего предела измерения манометров. Минимальный диапазон измерения однотрубных манометров с водяным заполнением составляет 1,6 кПа (160 мм вод. ст.), при этом приведенная погрешность измерения не превышает ±1 %. Конструктивное выполнение манометров зависит от статического давления, на которое они рассчитаны.

Микроманометры . Для измерения давления и разности давлений до 3 кПа (300 кгс/м2) используются микроманометры, которые являются разновидностью однотрубных манометров и снабжены специальными приспособлениями либо для уменьшения цены деления шкалы, либо для повышения точности считывания высоты уровня за счет использования оптических или других устройств. Наиболее распространенные лабораторные микроманометры - это микроманометры типа ММН с наклонной измерительной трубкой (рис. 2). Показания микроманометра определяются по длине столбика рабочей жидкости п в измерительной трубке 1, имеющей угол наклона а.

Рис. 2. :

1 - измерительная трубка; 2 - сосуд; 3 - кронштейн; 4 - сектор

На рис. 2 кронштейн 3 с измерительной трубкой 1 крепится на секторе 4 в одном из пяти фиксированных положений, которым соответствуют к = 0,2; 0,3; 0,4; 0,6; 0,8 и пять диапазонов измерения прибора от 0,6 кПа (60 кгс/м2) до 2,4 кПа (240 кгс/м2). Приведенная погрешность измерений не превышает 0,5 %. Минимальная цена деления при к = 0,2 составляет 2 Па (0,2 кгс/м2), дальнейшее снижение цены деления, связанное с уменьшением угла наклона измерительной трубки, ограничено снижением точности считывания положения уровня рабочей жидкости из-за растягивания мениска.

Более точными приборами являются микроманометры типа ММ, называемые компенсационными. Погрешность считывания высоты уровня в этих приборах не превышает ±0,05 мм в результате использования оптической системы для установления начального уровня и микрометрического винта для измерения высоты столба рабочей жидкости, уравновешивающего измеряемое давление или разность давлений.

Барометры применяются для измерения атмосферного давления. Наиболее распространенными являются чашечные барометры с ртутным заполнением, отградуированные в мм рт. ст. (рис. 3).

Рис. 3. : 1 - нониус; 2 - термометр

Погрешность считывания высоты столба не превышает 0,1 мм, что достигается использованием нониуса 1, совмещаемого с верхней частью мениска ртути. При более точном измерении атмосферного давления необходимо вводить поправки на отклонение ускорения свободного падения от нормального и значение температуры барометра, измеряемой термометром 2. При диаметре трубки менее 8... 10 мм учитывается капиллярная депрессия, обусловленная поверхностным натяжением ртути.

Компрессионные манометры (манометры Мак-Леода), схема которых представлена на рис. 4, содержат резервуар 1 с ртутью и погруженной в нее трубкой 2. Последняя сообщается с измерительным баллоном 3 и трубкой 5. Баллон 3 заканчивается глухим измерительным капилляром 4, к трубке 5 подключен капилляр сравнения 6. Оба капилляра имеют одинаковые диаметры, чтобы на результатах измерения не сказывалось влияние капиллярных сил. Давление в резервуар 1 подается через трехходовой кран 7, который в процессе измерения может находиться в положениях, указанных на схеме.

Рис. 4. :

1 - резервуар; 2, 5 - трубки; 3 - измерительный баллон; 4 - глухой измерительный капилляр; 6 - капилляр сравнения; 7 - трехходовой кран; 8 - устье баллона

Принцип действия манометра основан на использовании закона Бойля-Мариотта, согласно которому для фиксированной массы газа произведение объема на давление при неизменной температуре представляет постоянную величину. При измерении давления выполняются следующие операции. При установке крана 7 в положение а измеряемое давление подается в резервуар 1, трубку 5, капилляр 6, и ртуть сливается в резервуар. Затем кран 7 плавно переводится в положение с. Поскольку атмосферное давление значительно превышает измеряемое р, ртуть вытесняется в трубку 2. При достижении ртутью устья баллона 8, отмеченного на схеме точкой О, от измеряемой среды отсекается объем газа V, находящийся в баллоне 3 и измерительном капилляре 4. Дальнейшее повышение уровня ртути сжимает отсеченный объем. При достижении ртутью в измерительном капилляре высоты hи впуск воздуха в резервуар 1 прекращается и кран 7 устанавливается в положение b. Изображенное на схеме положение крана 7 и ртути соответствует моменту снятия показаний манометра.

Нижний предел измерения компрессионных манометров составляет 10 -3 Па (10 -5 мм рт. ст.), погрешность не превышает ±1 %. У приборов пять диапазонов измерения и они охватывают давления до 10 3 Па. Чем ниже измеряемое давление, тем больше баллон 1, максимальный объем которого составляет 1000 см3, а минимальный 20 см3, диаметр капилляров равен соответственно 0,5 и 2,5 мм. Нижний предел измерения манометра в основном ограничен погрешностью определения объема газа после сжатия, зависящей от точности изготовления капиллярных трубок.

Набор компрессионных манометров совместно с мембранно- емкостным манометром входит в состав государственного специального эталона единицы давления в области 1010 -3 ... 1010 3 Па.

Достоинствами рассмотренных жидкостных манометров и дифманометров являются их простота и надежность при высокой точности измерений. При работе с жидкостными приборами необходимо исключать возможность перегрузок и резких изменений давления, так как в этом случае может происходить выплескивание рабочей жидкости в линию или атмосферу.