Классификация приборов измерения давления и их основные технические характеристики
Приборы для измерения давления могут классифицироваться по следующим характеристикам:
виду измеряемого давления;
По виду измеряемого давления приборы подразделяются на следующие:
Согласно ГОСТ 8.271-77 манометр – это измерительный прибор или измерительная установка для измерения давления или разности давлений.
Для измерения абсолютного давления, т.е. которое считывается от абсолютного нуля выпускаются манометры абсолютного давления; избыточного – манометры избыточного давления, и наиболее часто «по умолчанию» эти разновидности приборов называют манометрами.
Большинство выпускаемых манометров применяются для измерения избыточного давления. х отличительным признаком является показание «нуля» прибора при воздействии на чувствительный элемент атмосферного давления.
Измерение давления разряженного газа производят вакуумметрами. Соответственно вакуумметр – это манометр для измерения давления разряженного газа/10/.
Манометр, имеющий возможность измерять давление разряженного газа и избыточное давление (у прибора единая шкала), называют мановакуумметрами.
Измерение малых значений (до 40 кПа) избыточного давления производится напоромерами, хотя такое название, как и такое подразделение по виду измеряемого давления (для малых значений) за рубежом отсутствует. Тягомеры используются для измерения малого (до –40 кПа) вакуумметрического давления. Приборы, имеющие часть шкалы вакуумметрического, а часть избыточного давления в пределах ±20 кПа, называются тягонапоромерами. Европейские стандарты (837-3/7,9/) такое разделение производят по виду чувствительного элемента – трубчатый ( ) и мембранный – мембранная коробка – капсула (
Приборы, предназначенные для измерения разности давлений в двух произвольных точках, именуют дифференциальными манометрами (дифманометрами). Причем это название в большей степени применимо для показывающих приборов. Устройства измерения дифференциального давления с унифицированным выходным сигналом называют измерительным преобразователем разности давлений/11/.
Дифманометр, функционально обеспечивающий измерение малых значений разности двух давлений, и имеющий верхний предел измерения не более 40 кПа (4000 кгс/м2) называют микроманометром.
Контроль и измерение атмосферного давления производят барометрами.
В дальнейшем для упрощения изложения материала в непринципиальных моментах манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры объединены под названием манометры или манометрические приборы.
По принципу действия основную группу приборов для измерения давления можно подразделить на следующие:
электрические и др.
К жидкостному относится манометр, принцип действия которого основан на уравновешивании измеряемого давления или разности давлений, давлением столба жидкости/10/.
К жидкостным относится -образный манометр, состоящий из сообщающихся сосудов, в которых измеряемое давление определяют по одному или нескольким уровням жидкости.
В деформационном манометре от измеряемого давления зависит степень деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы.
В состав деформационных входит трубчато-пружинный манометр, в котором чувствительным элементом является трубчатая пружина; сильфонный, функционирующий на основе сильфона, мембранный — на основе мембраны или мембранной коробки.
К деформационным отнесен манометр с вялой мембраной, в котором измеряемое давление воспринимается вялой мембраной и преобразуется в силу, уравновешиваемую дополнительным устройством.
В грузопоршневых приборах, имеющих, в большинстве случаев, в качестве рабочего тела жидкость и зачастую называемых жидкостными, измеряемое давление уравновешивается давлением, создаваемым весом поршня с грузоприемным устройством, и грузов с учетом сил жидкостного трения.
манометры функционируют по принципу зависимости одного из электрических параметров чувствительного элемента первичного преобразователя от давления.
, установившемуся в среде производственников, манометры подразделяются на следующие:
общепромышленные, имеющие также название технических или рабочих;
эталонные, включающие государственный первичный, рабочие и другие эталоны.
манометры предназначены для измерения давления непосредственно в ходе производственных процессов в рабочих точках промышленного оборудования.
приборы используют для хранения и передачи размера единиц давления в целях единообразия, достоверности и обеспечения высокой точности его измерений.
В целях упорядочения отечественной метрологической терминологии и приближения ее к международной в нашей стране термин образцовое средство измерений заменен на термин рабочий эталон/6/. Рабочие эталоны подразделяют на разряды (1-й, 2-й, 3-й), как это было принято для образцовых средств (см. гл.7).
В промышленности встречаются контрольные манометры, которые применяются для контроля правильности показаний технических манометров на месте их установки. Термин «контрольные» специфичен для промышленных условий и не имеет места в законодательной метрологии настоящего времени, но широко использовался ранее. Вместо него сейчас используют термин «манометры повышенной точности».
По защищенности от воздействия окружающей среды приборы, согласно ГОСТ 12997-84/12/, подразделяют на следующие исполнения: обыкновенное; защищенное от попадания внутрь изделия твердых тел (пыли), защищенные от попадания внутрь изделия воды; защищенные от агрессивной среды; взрывозащищенные, защищенные от других внешних воздействий. Несколько видов защиты может сочетаться в одном изделии.
Изготавливаемые приборы должны быть устойчивыми и (или) прочными к воздействию температуры и влажности окружающего воздуха в диапазонах параметров, указанных в табл.1.2.
Группы исполнений технических изделий по устойчивости к температуре и влажности /12/
Приборы должны быть устойчивыми и (или) прочными к воздействию синусоидальных вибраций высокой частоты с параметрами, по группе исполнения выбираемых из табл.1.3.
Группы исполнения по устойчивости
к воздействию синусоидальных вибраций/12/
* По требованию потребителя
** Частота перехода – 57-62 Гц.
Система кодификации по защите приборов от попадания внутрь изделия твердых тел (пыли), а также воды устанавливается ГОСТ 14254-96/13/. Для такой кодификации применяется обозначение «
– Международная защита) принято Международной Электрической Комиссией (МЭК) в качестве стандарта защиты изделий (МЭК 529–89).
После обозначения «» является обязательным указание двух характеристических цифр. Первая характеристическая цифра (от 0 до 6) обозначает, как показано в табл. 1.4, степень защиты от попадания внутрь твердых посторонних тел.
Степени защиты от внешних предметов, обозначаемых первой характеристической цифрой (ГОСТ 14254–96)/13/
*Наибольший диаметр щупа-предмета не должен проходить через отверстие в оболочке.
Вторая характеристическая цифра обозначает степень защиты, обеспечиваемую корпусом прибора в отношении вредного воздействия на работу измерителя в результате проникновения воды.
Для испытаний на соотношение второй характеристической цифре проводят на пресной воде. Испытания на воде высокого давления или растворителях не представительны.
В табл.1.5 приведены краткое описание и определение защиты для каждой степени, представленной второй характеристической цифрой.
Степени защиты от воды, обозначаемых с помощью второй характеристической цифры (ГОСТ 14254–96)/13/
Перечисленные в табл.1.4 и табл.1.5 степени защиты следует нормировать, как указывает ГОСТ 14254-96/13/, только с использованием характеристических чисел, а не с помощью краткого описания или определения.
Так, например, некоторые общетехнические показывающие манометры имеют степень защиты 40, что указывает на невозможность попадания в условиях эксплуатации внутрь корпуса механических частиц диаметром более 1 мм. Но корпус прибора не имеет защиты от воздействия воды.
Европейские нормы, как и ГОСТ 14254–96, базируются на едином положении МЭК 529-89, что обеспечивает идентичность маркировки по как у нас в стране, так и за рубежом.
Диапазон показаний манометрических приборов должен выбираться из ряда, приведенного в табл. 1.6 (ГОСТ 2405–88/4/), и в технических условиях (ТУ) на прибор конкретного типа.
Этим ГОСТом допускается по заказу потребителя изготавливать приборы с диапазоном показаний, отличным от указанных в табл. 1.6.
Пределы измерения для
манометрических приборов согласно ГОСТ 2405-88/4/
По заказу потребителя допускается изготовлять манометры с верхними пределами измерений 40; 60; 100; 160; 250; 400; 600 м вод. ст. и 1,2 МПа (12 кгс/
Диапазоны измерений для положительных давлений в мбар:
От 0 до 1 от 0 до 10 от 0 до 100
От 0 до 1,6 от 0 до 16 от 0 до 160
От 0 до 2,5 от 0 до 25 от 0 до 250
От 0 до 4 от 0 до 40 от 0 до 400
От 0 до 6 от 0 до 60 от 0 до 600
Диапазоны измерений для вакуумметрических давлений в мбар:
От -1 до 0 от -10 до 0 от -100 до 0
От -1,6 до 0 от -16 до 0 от -160 до 0
От -2,5 до 0 от –25 до 0 от -250 до 0
От -4 до 0 от -40 до 0 от -400 до 0
От -6 до 0 от -60 до 0 от -600 до 0
Диапазоны измерений для положительных давлений в бар:
от 0 до 0,6 от 0 до 10 от 0 до 160
от 0 до 1 от 0 до 16 от 0 до 250
от 0 до 1,6 от 0 до 25 от 0 до 400
от 0 до 2,5 от 0 до 40 от 0 до 600
от 0 до 4 от 0 до 60 от 0 до 1000
от 0 до 6 от 0 до 100 от 0 до 1600
Диапазоны измерений для вакуумметрических давлений в бар:
от -0,6 до 0 от –1 до 0
Диапазоны измерений для положительных и вакуумметрических давлений в бар:
от –1 до +0,6 от –1 до +9
от –1 до +1,5 от –1 до +15
от –1 до +3 от –1 до +24
от –1 до +5
837-3/9/ рекомендует при использовании единицы измерения Па в соответствующем диапазоне руководствоваться следующим положением:
Рабочие диапазоны измерений избыточного давления отечественных манометрических приборов должен быть от 0 до 100 % или от 25 до 75 % диапазона показаний.
ГОСТ 2405-88/4/ регламентирует диапазон уставок приборов с сигнализирующим устройством:
от 5 до 95% диапазона показаний – для диапазона измерений от 0 до 100%;
от 25 до 75% диапазона показаний – для диапазона измерений от 25 до 75%.
Некоторые зарубежные производители пружинных манометров предусматривают использование манометрических приборов для пределов от 0 до 75 % диапазона показаний, и соответственно производят регулировку только на этом участке, чем обусловливается не вхождение этих приборов в класс точности на заключительном участке шкалы.
Отечественные производители обязаны обеспечивать выпуск приборов с соблюдением заявленного класса точности на всех обозначенных на циферблате прибора цифровых значениях.
Кроме того, поверку прибора отечественными метрологическими службами производят по восьми значениям давления классов точности 0,4 и 0,6 и не менее чем на пяти точках шкалы классов точности 1,0; 1,5; 2,5 и 4,0. Практически такие же требования предъявляются немецким стандартом. Метрологические службы некоторых предприятий зарубежных стран, как наблюдал автор, устанавливают для общетехнических манометров поверку по трем значениям давления, что сказывается на точности измерения.
Европейские нормы /7,9/ устанавливают соответствие заявленному классу точности диапазон шкалы прибора от 10 до 100 % для измерителей, на циферблате которых установлен упор и от 0 до 100 % для устройств с циферблатами без упора.
Для выпускаемых отечественными предприятиями манометров выбирают значения классов точности из ряда: 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0/4/. Манометрические приборы с классами точности 0,4 и 4,0 изготавливаются по заказу потребителя.
Согласно рекомендациям по межгосударственной стандартизации РМГ 29-99/6/, класс точности – это обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как правило, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность.
В большинстве случаев класс точности к принимается равным отношению абсолютной погрешности средства измерения к нормирующему значению (верхнему пределу измерения ), выраженному в процентах:
ГОСТ 2405–88/4/ регламентирует для значений класса точности соответствующие пределы основной допускаемой погрешности (см. табл. 1.8), определяемой в процентах для манометров и вакуумметров от верхнего предела измерений и для мановакуумметров в процентах от абсолютного значения всего диапазона измерений.
Значения принятых классов точности/4/
* Применяется по индивидуальному заказу потребителя.
Европейские стандарты в большинстве случаев идентичны ГОСТ. 837-3 /7,9/ устанавливают для манометрических приборов следующие классы точности: 0,6; 1,0; 1,6; 2,5 и 4,0.
Во всех производимых показывающих манометрических приборах диаметр корпуса должен соответствовать классу точности. ГОСТ 2405–88/4/ устанавливает для них соотношения, приведенные в табл. 1.9. Допускаются отклонения от приведенных в таблице значений, но они должны отражаться в технических условиях на прибор. Например, на одном из отечественных заводов готовятся к производству образцовые показывающие манометры с классом точности 0,4 и даже 0,25 в корпусе диаметром 160 мм, что отражается в соответствующей документации.
Соответствие диаметра корпуса и класса точности согласно ГОСТ 2405-88/4/
Импортные приборы, диаметр корпуса которых составляет 63 мм, могут иметь, как это показано в табл.1.7, класс точности 1,0, а манометры с диаметром корпуса 100 мм могут производиться с классом точности 0,6.
В последние годы наметилось активное сотрудничество российских метрологических служб с европейскими метрологическими комитетами. Отмечается более лояльное отношение служб надзора за метрологией на предприятиях к производству манометрических приборов на основе заявки потребителя.
Предел основной погрешности, приведенной в табл. 1.8, наблюдается только для приборов, эксплуатируемых при температуре окружающей среды 20 или 23 С. Конкретное значение температуры устанавливается в ТУ на прибор конкретного типа. Допустимое отклонение температуры определено следующими значениями:
С – для приборов классов точности 0,4; 0,6 и 1,0;
С – для приборов классов точности 1,5; 2,5 и 4,0.
При варьировании температуры выше относительно установленного предела изменение показаний манометрического прибора может быть определено по формуле
= ±Kt t
где Kt – температурный коэффициент, численные значения которого определены ГОСТ 2405-88/4/ и должны составлять значение не более 0,06 %/С для приборов классов 0,4; 0,6; 1; 1,5 и не более 0,1%/С для приборов классов точности 2,5 и 4,0; tабсолютное значение разности температур,
Здесь t1 – требуемая температура окружающей среды
(23 оС); t2 – действительное значение температуры, которое ограничено значениями от –50 до +60
Значения коэффициентов Kt для европейских производителей согласно 837-3/7,9/ в зависимости от чувствительного элемента определены как:
— 0,04 %/С для манометров на основе трубчатых элементов;
— 0,06 %/С для измерителей давления на основе мембранного блока (
— 0,08 %/С для манометрических приборов, функционирующих на основе мембраны.
Согласно (1.7), с учетом реальных температурных коэффициентов приборов погрешность проводимых измерений может быть существенной. Так, при измерении давления прибором класса точности 2,5 при температуре окружающей среды –40 оС для соблюдения заявленного класса точности измерителя необходимо вводить дополнительно поправку 6 %. Такие поправки не принято вводить для рабочих средств измерений, но для квалифицированного проведения измерений владеть этими вопросами необходимо.
Температурный диапазон работы показывающих манометрических приборов, производимых отечественными предприятиями, определяется соответствующими ТУ на изделие и наиболее часто соответствует группе исполнения D3 и находится в пределах от –50 до +50 оС.
Импортные манометры, как правило, рекомендованы к эксплуатации, согласно данных /7-9/, при температурах от –20 до +60
По устойчивости к воздействию температуры и влажности окружающего воздуха и атмосферного давления показывающие манометрические приборы, как это отмечено выше, должны соответствовать одной из групп исполнения по ГОСТ 12997-84/12/.
Для других температурных условий производятся специальные измерители давления. Так, для условий повышенных температурных воздействий окружающей среды некоторые фирмы выпускают показывающие манометры, которые могут эксплуатироваться при температурах до 200 С. Однако их применение осложнено необходимостью поверки на специальном метрологическом оборудовании, когда испытания производятся одновременно как по измеряемому давлению, так и температурному внешнему воздействию.
Существенное различие манометрических измерительных приборов отечественных и зарубежных производителей заключается в размерах и типе присоединительного штуцера. На отечественных заводах изготавливают измерители с метрической присоединительной резьбой, в то время как зарубежные, как это изложено в п.2.2.2, наиболее часто применяют с дюймовые (трубные) типы присоединения (табл. 1.11).
Размеры присоединительных резьб
Манометры и мановакуумметры отечественного производства должны выдерживать, согласно ГОСТ 2405–88/4/, кратковременное перегрузочное давление (табл. 1.12).
Допустимые пределы перегрузки манометрических приборов
Зарубежные манометрические приборы должны также выдерживать согласно европейских норм /7,9/ в основном такие же предельные давления.
На циферблате показывающего или самопишущего прибора, кроме разметки шкалы, должны быть нанесены/4/:
знак «-» (минус) перед числом, обозначающим верхний предел измерений вакуумметрического давления;
условное обозначение рабочего положения прибора, если оно отличается от нормального;
наименование или условное обозначение измеряемой среды – при специальном исполнении прибора.
Кроме этого, на циферблат манометра рекомендуется наносить следующую информацию:
условное обозначение прибора;
знак Государственного реестра;
товарный знак предприятия-изготовителя;
Немецкий стандарт, кроме отмеченных выше особенностей, регламентирует нанесение на циферблат прибора обозначения типа измерительного элемента.
Европейскими нормами /7,9/ определено также указание на циферблате материала частей измерительного прибора, которые контактируют с измеряемой средой и изготовлены не из латуни или бронзы, а также обязывает указание на циферблате товарного знака изготовителя и/или поставщика. Кроме этого, на циферблате прибора рекомендуется наносить номер нормы или стандарта, по которому произведен прибор.
Нумерация шкалы прибора для общетехнических приборов может производиться по заказу потребителя.
Отечественный стандарт требует указания передающего давление вещества (газ или жидкость) в случаях, когда такая замена приводит к погрешностям более 1/4 предельного значения.
Возможно нанесение ряда обозначений на корпус прибора или их указание в прилагаемом паспорте или техническом описании на измеритель, что следует согласовывать с соответствующим центром стандартизации.
В табл. 1.13 приведены дополнительные условные обозначения, разрешенные к нанесению на шкале приборов, предназначенных для измерения давления сред с определенными свойствами.
Условные обозначения, наносимые на циферблаты
В зависимости от функционального назначения приборов допускается выделять отдельные элементы шкалы ярким цветом (зеленым, желтым, красным). При этом, как правило, желтым цветом выделяют выход измеряемого параметра из нормы, а красным цветом – его аварийное состояние /4/.
Манометрический прибор (манометр, вакуумметр, мановакуумметр, напоромер, тягомер, тягонапоромер, дифманометр и др.) – это средство измерения, которое определяется как техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени/1-16/.
РМГ 29-99/1-16/, введенный взамен ГОСТ 16263-70, который устанавливал основные термины и определения в метрологии, определяет нижеследующее.
Шкала средства измерений – это часть показывающего устройства средства измерений, представляющая собой упорядоченный ряд отметок вместе со связанной с ними нумерацией.
Начальное значение шкалы – это наименьшее значение измеряемой величины, которое может быть отсчитано по шкале средства измерений.
Конечное значение шкалы – это наибольшее значение измеряемой величины, которое может быть отсчитано по шкале средства измерений.
Цена деления шкалы – это разность значения величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы средства измерений.
Диапазон показаний средства измерений – это область значений шкалы прибора, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы
Отсчет показаний средства измерений — это фиксация значения величины или числа по показывающему устройству средства измерений в заданный момент времени. Погрешность результата измерения (погрешность измерения) — это отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины.
Систематическая погрешность измерения — это составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины. Случайная погрешность измерения — это составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) при повторных измерениях, проведенных с одинаковой тщательностью, одной и той же физической величины.
Точность результата измерений (точность измерений) – это одна из характеристик качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения. Неопределенность измерений — это параметр, связанный с результатом измерений и характеризующий рассеяние значений, которые можно приписать измеряемой величине. Погрешность средства измерений — это разность между показанием средства измерений и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины. Приведенная погрешность средства измерений – это относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона. Условно принятое значение величины называют нормирующим значением. Часто за нормирующее значение принимают верхний предел измерений. Приведенную погрешность обычно выражают в процентах
Стабильность средства измерений — это качественная характеристика средства измерений, отражающая неизменность во времени его метрологических характеристик. Основная погрешность средства измерений — это погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях.
Дополнительная погрешность средства измерений — это составляющая погрешности средства измерений, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения или вследствие ее выхода за пределы нормальной области значений.
Класс точности средств измерений — это обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как правило, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность.
а) Диапазон показаний манометрических приборов должен выбираться из ряда, приведенного в табл. 1.2 (ГОСТ 2405–88/1-14/), и в технических условиях (ТУ) на прибор конкретного типа.
Этим ГОСТом допускается по заказу потребителя изготавливать приборы с диапазоном показаний, отличным от указанных в табл. 1.2.
манометрических приборов согласно ГОСТ 2405-88/1-14/
Манометры с верхними пределами измерений 40; 60; 100; 160; 250; 400; 600 м вод. ст. и 1,2 МПа (12 кгс/cм2) также отнесены к стандартному ряду диапазона.
Зарубежные компании-производителя при выборе диапазонов показаний манометрических приборов руководствуются положениями EN 837-1, EN 837-3/1-6,1-8/, данные которых приведены в таблице 1.3.
Пределы измерения манометрических приборов согласно EN 837-1, EN 837-3/1-6,1-8/
От -1 до 0 от -10 до 0 от -100 до 0
От -1,6 до 0 от -16 до 0 от -160 до 0
От -2,5 до 0 от –25 до 0 от -250 до 0
От -4 до 0 от -40 до 0 от -400 до 0
От -6 до 0 от -60 до 0 от -600 до 0
от 0 до 0,6 от 0 до 10 от 0 до 160 от 0 до 1 от 0 до 16 от 0 до 250 от 0 до 1,6 от 0 до 25 от 0 до 400 от 0 до 2,5 от 0 до 40 от 0 до 600 от 0 до 4 от 0 до 60 от 0 до 1000 от 0 до 6 от 0 до 100 от 0 до 1600
от -0,6 до 0 от –1 до 0
Диапазоны измерений для положительных и вакуумметрических давлений в бар: от –1 до +0,6 от –1 до +9
от –1 до +1,5 от –1 до +15 от –1 до +3 от –1 до +24 от –1 до +5
Европейская норма EN 837-3/1-8/ рекомендует при использовании единицы измерения Па в соответствующем диапазоне руководствоваться следующим положением:
Рабочие диапазоны измерений избыточного давления отечественных манометрических приборов, как правило, составляет от 0 до 100 %. Имеют место приборы с диапазоном показаний от 25 до 75 %. При этом в ряде исполнений диапазон измерений от 25 до 75% выделяется линией, полосой или другими знаками в тон цвета шкалы или отличным от нее цветом/1-14/.
Некоторые зарубежные производители пружинных манометров предусматривают использование манометрических приборов для пределов от 0 до 75 % диапазона показаний, и соответственно производят регулировку только на этом участке, чем обусловливается не вхождение этих приборов в класс точности на заключительном участке шкалы. Принципы организации выбора диапазона прибора представлены в параграфе 1.5.
Имеются приборы, как, например, некоторые модели дифференциальных манометров, у которых начало отсчета начинается не с нуля, а с определенного значения. Для этих конструкций в диапазоне от нуля до начало отсчета шкала не наносится и тем самым указывается на неработоспособность устройства или не соответствие его заявленному классу точности при этих значениях.
ГОСТ 2405-88/1-14/ регламентирует диапазон уставок приборов с сигнализирующим устройством:
от 5 до 95% диапазона показаний – для диапазона измерений от 0 до 100%; от 25 до 75% диапазона показаний – для диапазона измерений от 25 до 75%.
б) Класс точности является одной из основных технических характеристик манометрического прибора.
Кроме того, поверку прибора отечественными метрологическими службами производят по восьми значениям давления классов точности 0,4 и 0,6 и не менее чем на пяти точках шкалы классов точности 1,0; 1,5; 2,5 и 4,0. Практически такие же требования предъявляются немецким стандартом. Метрологические службы некоторых предприятий других зарубежных стран, как наблюдал автор, устанавливают для общетехнических манометров поверку по трем значениям давления, что во многих случаях сказывается на точности проводимых измерений.
Класс точности для выпускаемых отечественными предприятиями промышленных манометров, включая некоторые эталонные приборы, а также приборы повышенной точности, выбирают из значений следующего ряда: 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0/1-14/. Манометрические приборы с классами точности 4,0 изготавливаются по заказу потребителя в случаях, когда к точности проводимых измерений предъявляются не столь высокие требования. точности 0,4 в ГОСТе 2405-88/114/ также был указан как не столь распространенный в практике производств. Это может быть объяснено не столь строгими требованиями к классу точности производимых приборов во времена разработки этого стандарта, когда большинство промышленных манометров в корпусе 100 и 160 мм производились с кл.т. 2,5. Соответственно, рост требований, отмечаемых в последние десятилетия, к точности производимых технических приборов (от 2,5 до 1,5 и 1,0 %) обусловил увеличение запросов метрологических служб к эталонным приборам с классом точности 0,4. Реализация таких приборов на отечественном рынке постоянно растет.
Согласно рекомендациям по межгосударственной стандартизации РМГ 29-99/1-16/, класс точности – это обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как правило, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность.
В большинстве случаев класс точности к принимается равным отношению абсолютной погрешности средства измерения Р к нормирующему значению (верхнему пределу измерения ), выраженному в процентах:
k = Р/ • 100 %. (1.6)
ГОСТ 2405–88/1-14/ регламентирует для значений класса точности соответствующие пределы основной допускаемой погрешности (см. табл. 1.4), определяемой в процентах для манометров и вакуумметров от верхнего предела измерений и для мановакуумметров в процентах от абсолютного значения всего диапазона измерений.
Значения принятых классов точности/1-14/
точности: 0,6; 1,0; 1,6; 2,5 и 4,0, т.е. вместо класса точности 1,5 отечественного ГОСТа принято значение 1,6.
Класс точности, как это описано ниже, является одной из основных технических характеристик прибора и обязательно должен указываться на шкале прибора.
Для визуальной оценки точности проводимых измерений многие производители на шкалах стрелочных манометрических приборах приводят угловую широкую выделенную черту (рис.1.1), соответствующую погрешности данного прибора. Обычно такая черта представляется на нулевой отметке шкалы, где точное выставление стрелки в нулевом положении наиболее проблематично.
Рис.1.1. Визуальная оценка класса точности прибора по разметке на нулевой отметке шкалы.
Как утверждает ГОСТ 2405-88/1-14/, у манометров и напоромеров с упором для установки стрелки на нулевой отметке смещение стрелки от нуля допускается только в сторону увеличения показаний на значение, не превышающее предела допускаемой основной погрешности (рис.1.1).
Класс точности манометрических приборов может распространяться как на всю шкалу, что имеет место в большинство производимых в настоящее время манометров, так и на ее участок. Зачастую, особенно на устаревших моделях приборов, класс точности указывается несколькими цифрами, как, например, 2,5-1,5-2,5. Такая запись предполагает класс точности 2,5 в начале и в конце шкалы и 1,5 в ее центре. На рис.1.2, как пример, показан манометр с классом точности 4 в начале и конце шкалы и 1,5 в ее средней части. Участки с различающимся классом точности разделены цветовыми секторами.
Рис.1.2. Манометр с различающимся классом точности на нескольких участках шкалы.
Основные факторы, влияющие на погрешность проводимых измерений механическими манометрическими приборами, следующие:
в) Основные размеры корпусов манометрических при-
Более детальное описание конструкций корпусов, включая прямоугольные и квадратные исполнения, приведено в разделе 2.2.2.
Во всех производимых показывающих манометрических приборах ГОСТ 2405–88/1-14/ устанавливает соотношения диаметра корпуса и класса точности, как это показано в табл. 1.5.
Импортные приборы, диаметр корпуса которых составляет 63 мм, могут иметь, как это показано в табл.1.6, класс точности 1,0, а манометры с диаметром корпуса 100 мм могут производиться с классом точности 0,6.
EN 837-1 и EN 837-3/1-6,1-8/
С ростом качества производимых чувствительных элементов, а также передаточных механизмов намечается тенденция снижения диаметра корпуса при росте класса точности. Так, например, на заводе НПО ЮМАС производятся эталонные показывающие манометры с классом точности 0,25 в корпусе диаметром 160 мм. Последние разработки позволили обеспечить работу манометра в корпусе 160 мм при именованной шкале с классом точности 0,15 (рис.13а), а также в корпусе 100 мм класс точности 0,6 (рис.1-
Рис.1-3. Вид эталонного манометра в корпусе 160 мм с классом точности 0,15 (а) и контрольного манометра с классом точности 0,6 в корпусе 100 мм (б) производства НПО ЮМАС.
Также в этой компании производятся манометры в корпусе 63 мм с классом точности 1,5.
Манометры в корпусе 100 мм с классом точности 1,0 при росте технологичности производства зачастую относят к общепромышленным приборам.
В последние годы наметилось активное сотрудничество отечественных метрологических служб с европейскими метрологическими комитетами. Отмечается более лояльное отношение служб метрологического надзора к производству манометрических приборов с учетом индивидуальных требований потребителей.
Межповерочный интервал традиционно у манометрических показывающих приборов составлял один год. Однако существенно возросшее качество применяемых материалов, совершенствование технологий производства и, соответственно, подтверждающий это опыт эксплуатации позволяют отдельным предприятиям увеличивать время между метрологическими поверками до 2-х лет.
г) Температурный диапазон работы показывающих
манометрических приборов, производимых отечественными предприятиями, определяется соответствующими ТУ на изделие и наиболее часто соответствует группе исполнения D3 и находится в пределах от –50 до +50 оС. Хотя в последние годы по запросам проектных и эксплуатационных компаний производители начали заявлять о производстве приборов для диапазона температур от –60 до +60 оС.
Предел основной погрешности, приведенной в табл. 1.4, наблюдается только для приборов, эксплуатируемых при температуре окружающей среды 20 или 23°С. Допустимое отклонение температуры определено следующими значениями:
±2 °С – для приборов классов точности 0,4; 0,6 и 1,0; ±5 °С – для приборов классов точности 1,5; 2,5 и 4,0.
При варьировании температуры выше относительно установленного предела изменение показаний манометрического прибора может быть определено по формуле
= ±Kt t , (1.7)
где Kt – температурный коэффициент, численные значения которого определены ГОСТ 2405-88/1-14/ и ТУ на изделие и должны составлять значение не более 0,06 %/°С для приборов классов 0,4; 0,6; 1; 1,5 и не более 0,1%/°С для приборов классов точности 2,5 и 4,0; t – абсолютное значение разности температур,
Здесь t1 – требуемая температура окружающей среды (23 оС); t2 – действительное значение температуры, которое ограничено значениями от –50 до +60 °С.
Значения коэффициентов Kt для европейских производителей согласно EN 837-1 и EN837-3/1-6,1-8/ в зависимости от чувствительного элемента определены как:
Согласно выражению (1.8), с учетом реальных температурных коэффициентов приборов погрешность проводимых измерений может быть существенной. Так, при измерении давления прибором класса точности 2,5 при температуре окружающей среды –40 оС для соблюдения заявленного класса точности измерителя необходимо вводить дополнительно поправку 6 %. Такие поправки не принято вводить для рабочих средств измерений, но для квалифицированного проведения измерений владеть этими вопросами необходимо.
По устойчивости к воздействию температуры и влажности окружающего воздуха и атмосферного давления показывающие манометрические приборы, как это отмечено выше, должны соответствовать одной из групп исполнения по ГОСТ 12997-84/1-22/.
Для других температурных условий производятся специальные измерители давления. Так, для условий повышенных температурных воздействий окружающей среды НПО ЮМАС может производить показывающие манометры, которые могут эксплуатироваться при температурах до 200 °С и более. В разделе 2.5 более подробно описано поведение металлов упругих чувствительных элементов манометров при различных температурах, а также приведены результаты экспериментальных исследований температурного коэффициента Kt для современных металлов, из которых изготавливаются упругие чувствительные элементы.
д) Размеры и виды присоединительного штуцера манометрических измерительных приборов отечественных и зарубежных производителей (более детально см. раздел 2.2.2) могут иметь существенные различия. На отечественных заводах изготавливают измерители с метрической присоединительной резьбой, в то время как зарубежные, наиболее часто применяют дюймовые цилиндрические (трубные) и конические резьбовые присоединения (табл. 1.7).
Манометрические приборы отечественного производства должны выдерживать, согласно ГОСТ 2405–88/1-14/, кратковременное перегрузочное давление (опрессовку), значения которых приведены в табл. 1.8. После выдержки технических манометров без давления не менее 1 часа они должны соответствовать заявленному классу точности. Для эталонных приборов последействие перегрузочным давлением может иметь место, из-за более высоких требований к точности измерений. По данным эксперимента на заводе «Манометр» последействие деформационных нагрузок на чувствительный элемент отмечалось по прошествии 6 часов.
На шкале показывающего или самопишущего манометрического прибора, кроме разметки шкалы, должны быть нанесены/1-14/:
Немецкий стандарт, кроме отмеченных выше особенностей, регламентирует нанесение на циферблат прибора обозначения типа измерительного элемента, условные обозначения которых приведены в таблице 1.9.
Условные обозначения типа чувствительного элемента, наносимые на циферблат прибора согласно EN 837-1/1-6/
Возможно нанесение ряда обозначений на корпус прибора или их указание в прилагаемом паспорте или техническом описании на измеритель, что следует согласовывать с соответствующим центром стандартизации. Более подробно применение этих обозначений описано в разделе 2.2.2.
В табл. 1.10 приведены дополнительные условные обозначения, разрешенные к нанесению на шкале приборов, предназначенных для измерения давления сред с определенными свойствами.
ГОСТ 2405 предусматривает нанесение на шкалу манометрического прибора предупредительных отметок определенного размера. Однако как ТУ на прибор, так и требования потребителя приборов могут существенно изменять вид таких отметок. Так, в зависимости от функционального назначения приборов ряд производителей по требованию заказчика или по эксплуатационным особенностям манометров выделяют отдельные элементы шкалы ярким цветом (зеленым, желтым, красным). При этом, как правило, желтым цветом выделяют выход измеряемого параметра из нормы, а красным цветом – его аварийное состояние /1-14/. Как пример на рис. 1.4 показан вид шкалы манометра с изменяющимся шагом, т.е. в рекомендуемом рабочем диапазоне от 0 до 1 МПа, занимающем преобладающую информационную площадь, окрашенную в зеленый цвет, цена деления составляет 0,01МПа в предельно-допустимом аварийном режиме работы манометрического прибора, что для этой шкалы находится в пределах
Условные обозначения, наносимые на циферблаты специальных приборов/1-14/
Рис.1.4. Вид шкалы с выделенными цветом секторами.
ж) Защищенность от воздействия окружающей среды
определяет во многом конструктивное исполнение манометрических приборов. Основными факторами, определяющими такое исполнение, являются:
Температура, влага и солевой туман определяют климатическое исполнение прибора исходя из условий микроклиматов на суше и в морских условиях (табл.1.11 и табл.1.12).
Основные значения показателей морских
Tср — среднее из ежегодных абсолютных экстремальных значений температуры, оС,
Мах – максимальная, Min – минимальная.
Табс — абсолютное экстремальное значение температуры, оС. Wср – значение среднегодовой относительной влажности,% при среднегодовой температуре, оС.
Основными анализируемыми параметрами при определении микроклиматов являются температура и влажность окружающей среды. На основе значений показателей микроклиматов определяется климатическое исполнение прибора
Приборы, эксплуатируемые в одном или нескольких климатических районах, изготавливают в одном из нижеуказанных исполнений/1-21/.
* — кроме условий с очень холодным климатом.
В дополнение к русскому обозначению климатического исполнения прибора из таблицы 1.13 может также указываться укрупненная и дополнительная категории, описание которых представлено в таблице 1.14.
Категории изделий/1. 21/
Запросы потребителей зачастую намного превышают предельные значения температуры окружающего воздуха, обозначенные ГОСТ 15150-69/1-21/. Приборы, предназначенные для работы в подобных условиях, относятся к специальным и в настоящее время определены диапазоном исследованных температур внешнего воздействия от минус 83 до +300оС.
Более детально такие приборы описаны в разделе 2.5.
Устойчивость и (или) прочность к воздействию синусоидальных вибраций высокой частоты приборов принимается, в зависимости от параметров, табл.1.15.
Группы исполнения по устойчивости к воздействию синусоидальных вибраций/1-22/
** Частота перехода – 57 — 62 Гц.
Система кодификации по защите приборов от попадания внутрь изделия твердых тел (пыли), а также воды устанавливается ГОСТ 14254-96/1-23/. Для такой кодификации применяется обозначение «IP».
Обозначение «IP» (International Protection – Международная защита) принято Международной Электрической Комиссией (МЭК) в качестве стандарта защиты изделий (МЭК 529–89) на основе которого разработан ГОСТ 14254-
После обозначения «IP» является обязательным указание двух характеристических цифр. Первая характеристическая цифра (от 0 до 6) обозначает, как показано в табл. 1.16, степень защиты от попадания внутрь твердых посторонних тел.
Степени защиты от внешних предметов, обозначаемых первой характеристической цифрой (ГОСТ 14254–96)/1-22/
Для испытаний на соотношение второй характеристической цифре проводят на пресной воде. Испытания на воде высокого давления или растворителях не представительны.
В табл.1.17 приведены краткое описание и определение защиты для каждой степени, представленной второй характеристической цифрой.
Степени защиты от воды, обозначаемые с помощью второй характеристической цифры (ГОСТ 14254–96)/1-23/
Перечисленные в табл.1.16 и табл.1.17 степени защиты следует нормировать, как указывает ГОСТ 14254-96/1-23/, только с использованием характеристических чисел, а не с помощью краткого описания или определения.
Так, например, некоторые общетехнические показывающие манометры имеют степень защиты IP 40, что указывает на невозможность попадания в условиях эксплуатации внутрь корпуса механических частиц диаметром более 1 мм. Но корпус прибора не имеет защиты от воздействия воды.
Европейские нормы, как и ГОСТ 14254–96, базируются на едином положении МЭК 529-89, что обеспечивает идентичность маркировки по IP как у нас в стране, так и за рубежом.
Агрессивность окружающей среды определяет выбор материалов для изготовления комплектующих частей прибора, а также его конструкцию. В табл.1.18 по данным ГОСТ1515069/1-21/ представлена градация окружающей среды на открытом воздухе в эквиваленте сернистого газа.
Взрывоопасность окружающей среды определяет конструктивное и схемное решение электроконтактных манометрических приборов, т.е. это актуально для приборов, в схеме работы или коммутации которых может возникнуть электрическая искра. Это специальная тема, которая более детально раскрыта в главе 3.
В этой статье мы попытаемся подробно рассмотреть все вопросы связанные с манометрами, их выбором и их эксплуатацией. Так же вместе с манометрами мы будем рассматривать вакуумметры и мановакуумметры. Все рекомендации для этих приборов одинаковые, поэтому по тексту мы будем упоминать только манометры.
1. Что такое манометр, вакуумметр и мановакуумметр ?
2. Какие бывают манометры ?
3. Какие параметры важны при выборе манометра ?
4. Перевод единиц давления манометров.
5. Как устанавливать манометры ?
6. Как эксплуатировать манометры ?
7. Как осуществляется поверка манометров ?
8. Какой манометр лучше купить ?
9. На что важно обратить внимание при покупке манометра ?
Что такое манометр, вакуумметр и мановакуумметр ?
Манометр — это прибор, предназначенный для измерения избыточного давления рабочей среды посредством деформации трубчатой пружины (трубка Бурдона).
Вакуумметр — это прибор, предназначенный для измерения разряжения рабочей среды посредством деформации трубчатой пружины. Стандартная шкала для вакуумметра от -1..0 атм. Шкала на вакуумметре всегда отрицательная, т. к. происходит измерение давления ниже атмосферного.
Мановакуумметр — это прибор, предназначенный для измерения избыточного давления и разряжения рабочей среды посредством деформации трубчатой пружины.
Вышесказанное по простому :
— если на шкале прибора только положительное давление, то это манометр.
— если на шкале прибора только отрицательное давление, то это вакуумметр.
— если на шкале прибора есть и отрицательное и положительное давления, то это мановакуумметр.
В промышленности и сфере ЖКХ наибольшее распространение находят манометры с трубчатой пружиной Бурдона. Это связано с простотой конструкции и относительно невысокой стоимостью.
Манометр «изнутри» .
