тягометры – вакуумметры с верхним пределом измерения, не превышающем 0,4 кгс/см;
группу манометров составляют манометры абсолютного давления, приспособленные для измерения давления, отсчитываемого от абсолютного нуля. В их число входят:
укороченные жидкостные манометры (измеряют абсолютные дав-
барометры – манометры абсолютного давления, приспособленные для измерения давления атмосферы;
укороченные барометры – ртутные вакуумметры для измерения абсолютных давлений менее 0,2 кгс/см;
вакуумметры остаточного давления для измерения глубокого вакуума менее 0,002 кгс/см.
Особняком стоит группа манометров:
дифманометры для измерения разности двух давлений, из которых ни одно не является давлением окружающей среды;
микроманометры для измерения давлений или разности давлений газовых сред с верхним пределом измерения менее 0,04 кгс/см.
По принципу действия манометры делятся на четыре основные группы:
жидкостные, основанные на гидростатическом принципе, когда измеряемое давление уравновешивается давлением столба манометрической жидкости;
грузопоршневые, в которых измеряемое давление или разность давлений уравновешивается давлением, создаваемым весом неуплотненного поршня и грузов;
деформационные (пружинные) манометры, в которых измеряемое давление или разность давлений определяется по деформации упругого элемента;
манометры, основанные на других физических принципах.
Под классом точности прибора понимают предельное значение допустимых основных и дополнительных погрешностей его, выраженное в процентах от диапазона измерений данного прибора. Установлен следую-
щий ряд классов манометров: 0,005; 0,02; 0,05; 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 6,0.
По признаку метрологического назначения манометры можно разделить на три группы: технические (рабочие); лабораторные (контрольные); образцовые, служащие для поверки других манометров.
жидкостных манометрах или дифманометрах (рис. 1.3) измеряемое давление или разность давлений уравновешивается давлением столба жид-
кости. Мерой измеряемого давления в этих приборах является высота столба манометрической жидкости, в качестве которой чаще применяются: этиловый спирт, дистиллированная вода и ртуть. Таким образом, измерение давления практически сводится к измерению линейной величины, которое может быть выполнено более просто с достаточно высокой степенью точности.
Рассмотрим основные типы жидкостных манометров.
Двухтрубный (U-образный) манометр. Этот манометр (рис. 1.3, а)
представляет собой U-образную трубку, или две трубки, сообщающиеся нижними частями. Давления и подводятся к обоим открытым концам. Разность этих давлений преобразуется в разность уровней жидкости в
ность соответственно рабочей жидкости и среды над рабочей жидкостью, кг/м.
Если что имеет место при измерениях газов, формула (1.13) принимает вид
Разность давлений может выражаться непосредственно через разность уровней в единицах длины, например в мм рт. ст., мм вод. ст. С помощью двухтрубного манометра можно измерить как разность давлений, так и избыточное, и вакуумметрическое давления. Для этого одна из трубок сообщается с атмосферой.
Чашечный (однотрубный) манометр. В отличие от двухтрубных чашечные манометры имеют резервуар 1, сообщенный с измерительной трубкой (рис. 1.3, б). значительной разницы сечений резервуара и трубки имеют место незначительные изменения уровня жидкости в резервуаре. Отсчет разности уровней при измерении давлений производится только по трубке. Перед измерениями устанавливают нуль отсчета при равных давлениях:
трубкой приведена на рис. 1.3, в. Манометр состоит из резервуара , гибкой соединительной трубки , измерительной трубки , установочной дуги 4 со шкалой углов наклона и вытеснителя для установки нуля отсчета при различных объемах жидкости.
Понижение уровня в резервуаре вычисляется по формуле
Величину в скобке называют постоянной манометра. На базе такого
манометра устроен микроманометр, в котором в качестве рабочей жидкости чаще всего используют спирт.
Рис. 1.3. Жидкостные манометры
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.
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. Схема микроманометра ММН:
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. Схема чашечного ртутного барометра: 1 — нониус; 2 — термометр
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. Схема компрессионного манометра:
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 103 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.
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.
Жидкостные манометры.
В жидкостных манометрах 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 гидростатистическим
давлением избыточного столба жидкости
в другом. Такие манометры выполняются
двухтрубными (или U-образными)
и однотрубными ( или чашечными)
(рис. 8).
В двухтрубных манометрах (рис.8, а)
разность давлений Р определяется по
высоте столба жидкости h,
уравновешивающей эту разность
Р = Р1 – Р2 = h
q
,
где
– плотность рабочей жидкости, кг/м3;
q – ускорение свободного
падения, м/с2.
Рис.
8. Жидкостные манометры
В чашечных манометрах (рис. 8, б) одна
из трубок заменена широким сосудом, в
который подается большее из измеряемых
давлений. Рабочая жидкость доливается
в манометр до нулевой отметки. При
измерении объем жидкости, вытесненный
из широкого сосуда, равен объему жидкости,
поступившей в измерительную трубку.
Разность давлений Р определяется по
уравнению:
Р = Р1 – Р2 =
q (h1
+h2) =
q h2
(1 + /F),
где ,
F – площади поперечного
сечения измерительной трубки и широкого
сосуда.
Если F/
= 400, то изменением уровня жидкости в
широком сосуде пренебрегают (h2
= 0) и при измерении учитывают только
уровень в измерительной трубке. В
качестве жидкостей используется вода,
ртуть, трансформаторное масло. Для
исключения влияния капиллярных сил в
манометрах рекомендуется использовать
стеклянные трубки с внутренним диаметром
8-10 мм.
Пределы измерения жидкостных манометров
не превышают 105 Па и зависят от
геометрических размеров системы и от
плотности рабочей жидкости. Для
двухтрубных манометров погрешность
измерения составляет 2
мм, а для чашечных 1
мм. Для уменьшения погрешности измерения
используют чашечные манометры с наклонной
трубкой (микроманометры).
Жидкостные манометры применяются для
измерения избыточного давления больше
атмосферного и для измерения давления
меньше атмосферного (вакуумметрического).
Для жидкостных манометров кроме
погрешности измерения высоты столба
жидкости, необходимо учитывать
погрешности, обусловленные отклонением
от расчетных значений местного ускорения
свободного падения, плотности рабочей
жидкости, расхождение температурных
коэффициентов шкалы, стекла и рабочего
вещества. Местное ускорение свободного
падения рассчитывается по уравнению:
1
– 0,0026 соs (2
где qн – нормальное ускорение
свободного падения, равное 9,80665 м/с2;
– отклонение географической широты от
широты 45 ºС, соответствующей нормальному
ускорению свободного падения; Н – высота
над уровнем моря, м.
Высота столба рабочей жидкости, измеренная
при температуре t, ºС (ht),
приводится к 0 0С (h0)
по формуле:
где – коэффициент
видимого расширения рабочего вещества
в стекле ( для ртути
= 0,99918, воды = 0,0002,
этилового спирта
= 0,0011)1/С;
– температурный коэффициент линейного
расширения материала шкалы (для стекла
= 0,000009, латуни
= 0,000019; стали =
0,000011),
Рис.9.
Колокольный дифференциальный манометр
К жидкостным манометрам относятся также
колокольные дифференциальные манометры
(рис. 9), которые применяются для
измерения разности давлений от 100 до
1000 Па. Измеряемая разность давлений в
колокольных дифманометрах определяется
по положению колокола. Такие дифманометры
бывают с гидростатистическим или с
пружинным уравновешиванием. При
гидростатическом уравновешивании в
результате перемещения толстостенного
колокола изменяется архимедова сила,
что приводит к уравновешиванию колокола
в различных положениях при соответствующих
разностях давлений. При пружинном
уравновешивании перемещение тонкостенного
колокола вызывает деформацию соединенной
с ним пружины, в результате чего происходит
уравновешивание. Предельно допускаемое
рабочее избыточное давление измеряемой
среды 0,25 МПа. В качестве заполнителя
поплавкового сосуда используются
различные масла, ртуть, спирты.
Достоинством жидкостных манометров и
дифманометров являются их простота и
надежность при высокой точности
измерений. К недостаткам следует отнести
возможность выплескивания рабочей
жидкости при резких изменениях давления
в мерительную линию или атмосферу.
Последнего недостатка лишены деформационные
манометры и дифманометры, которые
содержат упругие чувствительные
элементы, осуществляющие преобразование
давления в пропорциональное перемещение
рабочей точки этого элемента. Рабочий
диапазон выбирается в области упругих
деформаций с обеспечением запаса на
случай перегрузки чувствительного
элемента. В зависимости от типа
применяемого чувствительного элемента
деформационные манометры разделяются
на трубчато-пружинные, сильфонные и
мембранные.
В трубчато-пружинных манометрах в
качестве чувствительного элемента
применяется трубчатая пружина, которая
может быть выполнена одновитковой или
многовитковой. На рис. 10. показан
одновитковый манометр,
Рис.
10 Трубчато-пружинный манометр.
который
посредством ниппеля 1 соединяется с
объемом измеряемой среды, к внутренней
стороне ниппеля прикреплена изогнутая
по определенному радиусу пустотелая
трубка 2 овального сечения. Свободный
конец трубки 2 запаян и соединен с
показывающим механизмом 3. Под действием
сил давления трубка 2 раскручивается
на величину, пропорциональную давлению.
Такие манометры градуируются по
контрольно-образцовым приборам.
Деформационные манометры могут быть
использованы для измерения как избыточного
давления (манометры), так и вакуумметрического
(вакуумметры). Верхний предел измерения
избыточного давления составляет до 103
МПа, а предел измерения пружинных
вакуумметров находится в диапазоне от
0,1 до 0 МПа. Для повышения чувствительности
манометров применяют многовитковые
трубчатые пружины.
Рис.
11. Многовитковые манометры.
Трубчатая пружина 1 (рис.11, а) припаяна
к неподвижному держателю 2, заканчивающимся
ниппелем 3. Запаянный конец трубки
соединен с тягой 4, передающей перемещение
пружины на ось 5, которая посредством
рычажной системы соединяется с
указательной манометрической стрелкой.
Угол раскручивания многовитковой
пружины значительно больше по сравнению
с одновитковой. Многовитковая пружина
может быть выполнена как из металла,
так и из других материалов. На (рис. 11,
б) изображен стеклянный деформационный
манометр, где стеклянная трубчатая
спираль 1 размещена в стеклянном чехле
2, давление в котором может быть равно
атмосферному, быть больше или меньше
него. Отсчет показания прибора производится
по отклонению зеркала 3 при помощи метода
зеркала и шкалы. Такой прибор позволяет
измерять давление с точностью до 1 мм
рт. ст. при сравнительно малых разностях
давления внутри и снаружи спирали.
Деформационные манометры выполняются
двух типов: показывающие и самопишущие.
Для автоматизации проведения эксперимента
как показывающие, так и самопишущие
манометры содержат дополнительные
устройства для преобразования перемещения
конца запаянной трубчатой пружины в
пропорциональный электрический или
пневматический сигнал.
Сильфоном называется тонкостенная
цилиндрическая трубчатая оболочка с
поперечной кольцевой гофрировкой.
Сильфоны изготовляют в двух вариантах:
бесшовные из тонкостенных цельнонатянутых
трубок (рис.12, а) и сварные из плоских
гофрированных кольцевых мембран (рис.12,
б). Сварные сильфоны более чувствительны,
чем бесшовные, т.к. могут быть изготовлены
с большей глубиной гофров, более стабильны
по своим упругим свойствам, а также
проще в изготовлении. Однако большое
количество сварных швов снижает
надежность таких сильфонов.
Рис.
12. Сильфон: а) цельнонатянутый; б) сварной.
Жидкостный манометр
Жидкостный двухтрубный манометр
В жидкостном двухтрубном манометре две вертикальные сообщающиеся стеклянные трубки 1 и 2 закреплены на основании 3, к которому прикреплена шкала 4.
Трубки заполнены рабочей жидкостью до нулевой отметки.
В трубку 1 подается измеряемое давление, трубка 2 сообщается с атмосферой.
К обеим трубкам подводятся измеряемые давления при измерении разности давлений.Однотрубный (чашечный) манометр
Для повышения точности отсчета разности уровней используются однотрубные (чашечные) манометры.
У этих приборов одна трубка заменена широким сосудом, в который подается измеряемое давление.
Трубка, прикрепленная к шкале, является измерительной и сообщается с атмосферой, при измерении разности давлений к ней подводится меньшее из давлений.
Разновидностью однотрубных манометров являются микроманометры, используемые для измерения давлений и разности давлений до 3 кПа.Тематикисредства измерения давленияОбобщающие терминывиды манометров по принципу действияENliquid level manometer
Справочник технического переводчика. – Интент.
.
Смотреть что такое “жидкостный манометр” в других словарях
жидкостный вакуумметр, прибор для измерения давления газов. В Ж. м. давление газа определяется по перемещению столба жидкости в U-oбразной трубке (см. Вакуумметрия).
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия.
.
ринцип
действия жидкостных манометров основан
на уравновешивании измеряемого давления
гидростатическим давлением столба
жидкости. В качестве рабочей жидкости
в зависимости от величин измеряемого
давления применяются: вода, спирт и
минеральные масла небольшой вязкости.
Наиболее
распространенным и простым по устройству
является U-образный
манометр Р, который представляет из
себя U-образную
стеклянную трубку (1) до половины
заполненную рабочей жидкостью (2).
Измеряемое давление
будет пропорционально величине h.
В производственных
условиях широко применяются поплавковые
манометры, которые выпускаются с
электрическим выходом.
К жидкостным
манометрам относятся колокольныйманометр,
который состоит из сосуда с жидкостью
(1). Чувствительным элементом является
колокол (2), опущенный в сосуд с жидкостью.
Измеряемое давление (
S
– сечение колокола.
При малых j
результирующая сила поднимает колокол
до тех пор, пока моменты на коромысло
от этой силы и грузаG
не уравняются.
Колокольные приборы
также выполняются с электрическим
выходом. В качестве датчика перемещения
в этом случае можно использовать
дифференциально-трансформаторный
датчик, механически соединив его плунжер
с колоколом манометра.
В качестве вторичных
приборов с колокольными манометрами
используются приборы с
дифференциально-трансформаторной
измерительной схемой.
При номинальном
давлении плунжер П занимает среднее
положение и
Если давление
изменится, то
и АД будет вращаться перемещая кулачок
К, который кинематически связан с АД, и
показывающую стрелку.
Такая схема
применяется во втор. приб. типа КСД.
Следящая система
этих приборов аналогична следящей
системе мостов и потенциометров. В ней
используются два одинаковых дифференциальных
трансформатора: левый по схеме
дифференциальный трансформатор задания
связан с колоколом, правый – дифференциальный
трансформатор обратной связи.
Порошковые манометры.
Поршневые манометры
обладают очень высокой точностью
(0,02÷0,2%) и применяются для градуировки
и поверки других типов манометров
(рисунок
20. Схема поршневого
манометра.
Поршень 1 помещен
в цилиндр с маслом и находится в равновесии
при равенстве действующих на него сил:
– вес груза, помещаемого на тарелку для
уравновешивания поршня,
Установка для
поверки манометров имеет вид, изображенный
на рисунке.
Схема градуировки
и поверки манометров.
Меняя величину
груза, можно создавать разные давления
с очень высокой точностью и отградуировать
или поверить таким образом любой
манометр. Пределы измерения 0÷25000 кг/см2.
Пружинные манометры.
Пружинные манометры
наиболее широко распространены в
промышленности вследствие своей
простоты, компактности и достаточной
точности (0,5÷4%). Принцип действия приборов
основан на преобразовании измеряемого
давления в упругую деформацию элементов
и измерении величин этой деформации.
По виду упругого элемента различают
несколько типов пружинных манометров.
а) Приборы с
трубчатыми пружинами.
Наибольшее
применение имеют приборы с трубчатой
пружиной. Такие пружины применяются в
манометрах, вакуумметрах, дифманометрах.
Чувствительный элемент прибора –
пружина, одновитковая или многовитковая
(геликоидальная) – 6÷9 витков.
Прибор с одновитковой
пружиной (рисунок а) представляет собой
согнутую по дуге окружности на 180÷270
трубку б) эллиптического или в) овального
сечений.
Прибор с одинаковой
трубчатой пружиной.
Одним концом трубка
заделана в держатель, второй конец
свободен и связан с показывающей
стрелкой.
малая осьа
эллиптического или овального сечения
трубки увеличивается (некруглое сечение
трубки изменяет свою кривизну), трубка
распрямляется. При
эллипс сплющивается, и пружина
закручивается. При этом в некотором
диапазоне перемещение свободного конца
трубки пропорционально изменению
давления. При превышении этого диапазона
трубка распрямляется совсем и теряет
упругость, т.е. сохраняет остаточную
деформацию и не может быть более
использована для измерения давления.
Манометры с
одновитковой пружиной изготавливаются
с электрическим (или пневматическим)
выходом. В первом случае свободный конец
пружины скрепляется с плунжером
дифференциального трансформатора.
Манометры с
многовитковой пружиной имеют такой же
принцип действия с той лишь разницей,
что чувствительность многовитковой
пружины значительно больше.
В мембранных
манометрах чувствительный элемент –
мембрана. Давление преобразуется в
прогиб мембраны. Для увеличения жесткости
мембраны она гофрируется (рисунок а).
Для увеличения чувствительности мембран
они соединяются попарно в мембранные
коробки (сваркой или пайкой по периметру
мембраны). Возможны 2 варианта:
1) Внутренняя
полость коробки герметично запаяна и
не имеет связи со средой (рисунок б).
Внутренняя полость заполнена газом с
очень малым давлением (Рвнутр=0,01мм.рт.ст.),
измеряемое давление воздействует на
коробку снаружи. Такие коробки называются
анероидными
и применяются в барометрах для измерения
атмосферного давления.
2) Измеряемое
давление подается внутрь полости
(рисунок в). Снаружи коробка находится
под атмосферным давлением. Такие коробки
называются манометрическими.
Для еще большего
увеличения чувствительности мембранные
коробки могут соединяться в блоки
манометрических или анероидных коробок.
Широко распространена
для измерения давления или разности
давления схема дифференциального
манометра.
Дифференциальный
манометр состоит из 2-х сообщающихся
мембранных коробок, расположенных в
плюсовой и минусовой камерах. Давление
в «+» камере должно быть больше, чем в
«–». Под действием разности давлений
нижняя мембранная коробка сжимается и
давление передается верхней коробке,
с верхним центром которой связан плунжер
дифференциального трансформатора.
Таким образом, каждому давлению (разности
давлений) соответствует определенный
электрический сигнал.
В рассмотренных
схемах мембрана выполняет 2 функции:
чувствительного элемента (за счет
прогиба) и элемента, уравновешивающего
давление (за счет сил, возникающих при
упругой деформации).
Применяются такие
“вялые”, т.е. неупругие мембраны,
выполняющие только первую функцию,
вторую функцию при этом выполняет
пружина.
Чувствительный
элемент – тонкостенный гофрированный
цилиндр (из латуни или бронзы), называемый
сильфоном или гармониковой мембраной
(см. рис.)
При изменении
измеряемого давления меняется длина
сильфона. Для увеличения жесткости и
уменьшения нелинейности характеристики
внутрь сильфона часто помещается
винтовая пружина.
Пружинные манометры
находят наиболее широкое применение
среди всех типов манометров.
Соседние файлы в папке lekciy_po_kursu_teoriya
Принцип работы
Принцип действия манометра основан 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 линейное перемещение упругого чувствительного элемента в круговое движение показывающей стрелки.
Разновидности
В группу приборов измеряющих избыточное давление входят:
Манометры — приборы с измерением от 0,06 до 1000 МПа (Измеряют избыточное давление — положительную разность между абсолютным и барометрическим давлением)
Вакуумметры — приборы измеряющие разряжения (давления ниже атмосферного) (до минус 100 кПа).
Мановакуумметры — манометры измеряющие как избыточное (от 60 до 240000 кПа), так и вакуумметрическое (до минус 100 кПа) давление.
Напоромеры -манометры малых избыточных давлений до 40 кПа
Тягомеры -вакуумметры с пределом до минус 40 кПа
Тягонапоромеры -мановакуумметры с крайними пределами не превышающими ±20 кПа
Данные приведены согласно ГОСТ 2405-88
Большинство отечественных и импортных манометров изготавливаются в соответствии с общепринятыми стандартами, в связи с этим манометры различных марок заменяют друг друга. При выборе манометра нужно знать: предел измерения, диаметр корпуса, класс точности прибора. Также важны расположение и резьба штуцера. Эти данные одинаковы для всех выпускаемых в нашей стране и Европе приборов.
Также существуют манометры измеряющие абсолютное давление, то есть избыточное давление+атмосферное
Прибор, измеряющий атмосферное давление, называется барометром.
Типы манометров
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).
Манометр низкого давления(СССР)
Виды манометров
По назначениям манометры можно разделить на технические — общетехнические, электроконтактные, специальные, самопишущие, железнодорожные, виброустойчивые(глицеринозаполненые), судовые и эталонные (образцовые).
Общетехнические: предназначены для измерения не агрессивных к сплавам меди жидкостей, газов и паров.
Электроконтактные: имеют возможность регулировки измеряемой среды, благодаря наличию электроконтактного механизма. Особенно популярным прибором этой группы можно назвать ЭКМ 1У, хотя он давно снят с производства.
Специальные: 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 коррозиестоикими.
Эталонные: обладая более высоким классом точности (0,15;0,25;0,4) эти приборы служат для проверки 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.
Самопишушие: манометры в корпусе, с механизмом позволяющим воспроизводить на диаграмной бумаге график работы манометра.
Термопроводность
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
Одна проволочная катушка используется в качестве нагревателя, другая же используется для измерения температуры через конвекцию.
Манометр Пирани (oдна нить)
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 через проволоку и текущий через неё ток, сопротивление (и таким образом давление газа) может быть определено. Этот тип манометра был впервые сконструирован Марчелло 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)
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.
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 опционоальной 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.
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
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
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.
- Пружина
- Барометр
- Ареометр
- Давление
- Датчик давления
- Микроманометр
- Дифференциальный манометр
- Мановакуумметр
- Вакуумметр
