манометри. Призначення та класифікація

Рідкісний термометр - це прилад для вимірювання температури технологічних процесів за допомогою рідини, яка реагує на зміну температури. Рідина термометри добре всім відомі в побуті: для вимірювання кімнатної температуричи температури людського тіла.

Рідинні термометри складаються з п'яти важливих елементів, це: кулька термометра, рідина, капілярна трубка, перепускна камера, і шкала.

Кулька термометра - це частина, де міститься рідина. Рідина реагує зміну температури піднімаючись чи опускаючись по капілярної трубці. Капілярна трубка є вузьким циліндром по якому переміщається рідина. Часто капілярна трубка забезпечена перепускною камерою, яка є порожниною, куди надходить надлишок рідини. Якщо не буде перепускної камери, то після того, як капілярна трубка наповниться, створиться достатній тиск для того, щоб зруйнувати трубку, якщо температура буде й надалі підвищуватися. Шкала – це частина рідинного термометраза допомогою якої знімаються показання. Шкала відкалібрована у градусах. Шкала може бути закріплена на капілярній трубці або вона може бути рухомою. Рухлива шкала дозволяє її регулювати.

Принцип роботи рідинного термометра

Принцип роботи рідинних термометрів ґрунтується на властивості рідин стискатися та розширюватися. Коли рідина нагрівається, зазвичай вона розширюється; рідина в кульці термометра розширюється і рухається вгору капілярною трубкою, тим самим показуючи підвищення температури. І навпаки, коли рідина охолоджується, вона зазвичай стискається; рідина в капілярній трубці рідинного термометра знижується і цим показує зниження температури. У разі, коли є зміна вимірюваної температури речовини, відбувається перенесення теплоти: спочатку від речовини, чия температура вимірюється, до кульки термометра, а потім від кульки до рідини. Рідина реагує на зміну температури, рухаючись вгору або вниз по капілярній трубці.

Тип рідини, що використовується в рідинному термометрі залежить від діапазону вимірюваних термометром температур.

Ртуть, -39-600 ° C (-38-1100 ° F);
Сплави ртуті, -60-120 ° C (-76-250 ° F);
Спирт, -80-100 °C (-112-212 °F).

Рідинні термометри з частковим зануренням

Конструкція багатьох рідинних термометрів передбачає, що вони висітимуть на стіні, і вся поверхня термометра входить у контакт з речовиною, температура якої вимірюється. Однак, деякі види промислових і лабораторних рідинних термометрів сконструйовані і відкалібровані таким чином, що передбачають їхнє занурення в рідину.

З термометрів, що використовуються таким чином, найбільш широко застосовуються термометри з частковим зануренням. Для того, щоб отримати точні показання за допомогою термометра з частковим зануренням, занурюють його кульку та капілярну трубку тільки до цієї лінії.

Термометри з частковим зануренням занурюються до позначки для того, щоб компенсувати зміни температури навколишнього повітря, які можуть на рідину, що знаходиться всередині капілярної трубки. Якщо зміни температури навколишнього повітря (зміни температури повітря навколо термометра) можливі, вони можуть викликати розширення чи стиск рідини всередині капілярної трубки. У результаті показання впливатиме як температура речовини, яка вимірюється, а й температура навколишнього повітря. Занурення капілярної трубки до зазначеної лінії знімає вплив температури навколишнього повітря на точність показань.

В умовах промислового виробництвачасто необхідно вимірювати температури речовин, що проходять трубами або знаходяться в ємностях. Вимірювання температури в цих умовах створює дві проблеми для приладистів: як виміряти температуру речовини, якщо немає безпосереднього доступу до цієї речовини або рідини, і як виймати рідинний термометр для огляду, перевірки чи заміни без зупинки технологічного процесу. Обидві ці проблеми усуваються, якщо застосовувати вимірювальні канали для термометрів.

Вимірювальний канал для введення термометра є каналом у вигляді труби, який закритий з одного кінця і відкритий з іншого. Вимірювальний канал призначений для того, щоб у нього поміщати кульку рідинного термометра і таким чином захистити її від речовин, які можуть викликати корозію, отруйних речовин, або під високим тиском. Коли застосовуються вимірювальні канали для введення термометрів, то теплообмін відбувається у формі непрямого контакту (через вимірювальний канал) речовини, температура якої вимірюється, і кулькою термометра. Вимірювальні канали є ущільнення для підвищеного тиску і запобігають виходу назовні рідини, температура якої вимірюється.

Вимірювальні канали робляться стандартних розмірівтак що вони можуть використовуватися з різними типамитермометрів. Коли термометр встановлюється у вимірювальний канал, його кулька вставляється в канал, а поверх термометра накручується гайка, щоб закріпити термометр.

Рідинні (трубні) манометри функціонують за принципом сполучених судин – за рахунок врівноваження фіксованого тиску вагою рідини-наповнювача: стовп рідини зсувається на висоту, яка пропорційна доданому навантаженню.

Вимірювання на основі гідростатичного методу залучають поєднанням простоти, надійності, економічності та високої точності. Манометр з рідиною всередині оптимально підходить для вимірювання перепадів тиску в межах 7 кПа спеціальних варіантахвиконання – до 500 кПа).

Види та типи приладів

Для лабораторних вимірювань чи промислового застосування використовуються різні варіантиманометрів із трубною конструкцією. Найбільш затребувані такі види приладів:

• U-подібні. Основа конструкції - сполучені судини, в яких визначення тиску здійснюється по одному або відразу декільком рівням рідини. Одна частина трубки з'єднується з трубопровідною системоюдля проведення виміру. У той же час інший кінець може бути герметично запаяний або мати вільне сполучення з атмосферою.
• Чашкові. Однотрубний рідинний манометр багато в чому нагадує конструкцію класичних U-подібних приладів, але замість другої трубки тут застосовується широкий резервуар, площа якого в 500-700 разів більша за площу перерізу основної трубки.
• Кільцеві. У пристроях даного типу стовп рідини укладено у кільцевому каналі. При зміні тиску відбувається переміщення центру ваги, що призводить до переміщення стрілки покажчика. Таким чином, прилад вимірювання тиску фіксує кут нахилу осі кільцевого каналу. Ці манометри приваблюють високою точністю результатів, які залежить від щільності рідини і газової середовища у ній. У той же час сфера застосування таких виробів обмежується їхньою високою вартістю та складністю обслуговування.
• Рідинно-поршневі. Тиск, що вимірюється, витісняє сторонній шток і врівноважує його положення каліброваними вантажами. Підібравши оптимальні параметри маси штока з вантажами, вдається забезпечити виштовхування на величину, пропорційну до вимірюваного тиску, а, отже, зручну для контролю.

Із чого складається рідинний манометр?

Пристрій рідинного манометра можна переглянути на фото:

Застосування рідинного манометра

Простота та надійність вимірювань на основі гідростатичного методу пояснюють широке застосуванняприладу з рідинним наповнювачем. Такі манометри незамінні під час проведення лабораторних досліджень чи вирішенні різних технічних завдань. Зокрема, прилади використовуються для таких типів вимірювань:

• Невеликий надлишковий тиск.
• Різниця тисків.
• Атмосферний тиск.
• Розрідження.

Важливий напрямок застосування трубних манометрів з рідким наповнювачем – перевірка контрольно- вимірювальних приладів: тягомірів, напоромірів, вакуумметрів барометрів, дифманометрів та деяких типів манометрів.

Манометр рідинний: принцип дії

Найпоширеніший варіант конструкції приладів – U-подібна трубка. Принцип дії манометра показаний малюнку:

Один кінець трубки має повідомлення з атмосферою – на нього впливає атмосферний тиск Pатм. Інший кінець трубки за допомогою пристроїв, що підводять, підключається до цільового трубопроводу - на нього впливає тиск вимірюваного середовища Рабс. Якщо показник Рабс вище за Pатм, то рідина витісняється в трубку, що сполучається з атмосферою.

Інструкція з розрахунку

Різниця висоти між рівнями рідини розраховується за такою формулою:

h = (Рабс - Ратм) / ((rж - rатм) g)
де:
Рабс - абсолютний вимірюваний тиск.
Ратм – атмосферний тиск.
rж – густина робочої рідини.
rатм - щільність навколишньої атмосфери.
g – прискорення вільного падіння (9,8 м/с2)
Показник висоти робочої рідини H складається з двох компонентів:
1. h1 – зниження стовпа проти вихідним значенням.
2. h2 - підвищення стовпа в іншій частині трубки порівняно з вихідним рівнем.
Показник rатм у розрахунках часто не враховують, оскільки rж >> rатм. Таким чином, залежність можна представити як:
h = Різб/(rж g)
де:
Різб - надлишковий тиск вимірюваного середовища.
На основі наведеної формули, Різб = hrж g.

Якщо необхідно виміряти тиск розряджених газів, застосовуються вимірювальні прилади, в яких один з кінців герметично запаяний, а до іншого за допомогою пристроїв, що підводять, підключають вакуумметричний тиск. Конструкція показана на схемі:

Для таких приладів застосовується формула:
h = (Ратм - Рабс) / (rж g).

Тиск у запаяному торці трубки дорівнює нулю. За наявності повітря повітря розрахунки вакуумметричного надлишкового тиску виконуються як:
Ратм - Рабс = Різб - hrж g.

Якщо повітря в запаяному кінці відкачано, і тиск протидії Ратм = 0, то:
Рабс = hrж g.

Конструкції, в яких повітря в запаяному кінці відкачується і перед заповненням вакуумується, підходять для застосування як барометрів. Фіксація різниці висоти стовпа в запаяній частині дозволяє зробити точні розрахунки барометричного тиску.

Переваги і недоліки

Рідкісні манометри мають як сильні, так і слабкі сторони. За її використанні вдається оптимізувати капітальні та експлуатаційні витрати на контрольно-вимірювальні заходи. У той же час слід пам'ятати про можливих ризикахта вразливих місцях таких конструкцій.

Серед ключових переваг вимірювальних приладів з рідинним наповненням слід зазначити:

• Висока точність вимірів. Прилади з низьким рівнемпохибки можуть використовуватися як зразкові для перевірки різного контрольно- вимірювального обладнання.
• Простота використання. Інструкція з використання приладу є гранично простою і не містить складних або специфічних дій.
• Невисока ціна. Ціна рідинних манометрів значно нижча порівняно з іншими типами обладнання.
• Швидкий монтаж Підключення до цільових трубопроводів здійснюється за допомогою пристроїв, що підводять. Здійснення монтажу/демонтажу не вимагає спеціального обладнання.

При використанні манометричних пристроїв з рідинним наповненням слід враховувати деякі слабкі сторони таких конструкцій:

• Різкий стрибок тиску може призвести до викиду робочої рідини.
• Можливості автоматичної фіксації та передачі результатів вимірювань не передбачено.
• Внутрішній пристрій рідинних манометрів визначає їх підвищену крихкість
• Прилади характеризуються досить вузьким діапазоном вимірів.
• Коректність вимірювань може бути порушена неякісним очищенням внутрішніх поверхонь трубок.

Принцип дії ґрунтується на врівноважуванні вимірюваного тиску або різниці тисків тиском стовпа рідини. Вони мають просте устр-во і високу точністьвимірювання, широко застосовуються як лабораторні та перевірочні прилади. Рідинні манометри поділяються на: U-подібні, дзвонові та кільцеві.

U-подібні.Принцип дії ґрунтується на законі сполучених судин. Вони бувають двотрубні (1) та чашкові однотрубні (2).

1) являють собою скляну трубку 1, укріплену на платі 3 зі шкалою і залиту запірною рідиною 2. Різниця рівнів у колінах пропорційна вимірюваному перепаду тиску. «-»1.ряд похибок: внаслідок неточності відліку становища меніска, зміни Т оточ. середовища, явищ капілярності (усувається запровадженням поправок). 2. необхідність двох відліків, що зумовлює збільшення похибки.

2) предст. собою модифікацію двотрубних, але одне коліно замінено на широку посудину (чашечку). Під впливом надлишкового тиску рівень рідини в посудині знижується, а трубці підвищується.

Поплавкові U-подібнідифманометри за принципом дії подібні до чашкових, але для вимірювання тиску в них використовують переміщення поплавця, поміщеного в чашку, при зміні рівня рідини. За допомогою передавального пристрою переміщення поплавця перетворюється на переміщення показує стрілки. «+» широка межа виміру. Принцип дії рідинних манометрів заснований на законі Паскаля – тиск, що вимірюється, врівноважується вагою стовпа робочої рідини: P = ρgh. Складаються з резервуару та капіляра. Як робочі рідини використовуються дистильована вода, ртуть, етиловий спирт. Застосовуються для вимірювань малих надлишкових тисків та вакууму, барометричного тиску. Вони прості за конструкцією, але відсутня дистанційна передача даних.

Іноді збільшення чутливості капіляр розташовують під деяким кутом до горизонту. Тоді: P = ρgL Sinα.

У деформаційнихманометрах ісп-ться протидія пружної деформації чутливого елемента (ЧЕ) або сили, що розвивається. Розрізняють три основні форми ЧЕ, що набули поширення в практиці вимірювання: трубчасті пружини, сильфони та мембрани.

Трубчаста пружина(Манометрична пружина, трубка Бурдона) - пружна металева трубка, один з кінців якої запаяний і має можливість переміщатися, а інший - жорстко закріплений. Трубчасті пружини використовуються в основному для перетворення вимірюваного тиску, поданого в внутрішній простірпружини, пропорційне переміщення її вільного кінця.

Найбільш поширена одновиткова трубчаста пружина, що є вигнутою на 270° трубку з овальним або еліптичним поперечним перерізом. Під впливом надлишкового тиску трубка розкручується, а під дією розрідження скручується. Такий напрямок переміщення трубки пояснюється тим, що під впливом внутрішнього надлишкового тиску мала вісь еліпса збільш., в той час як довжина трубки залишається постійним.

Основний недолік розглянутих пружин – малий кут повороту, що потребує застосування передавальних механізмів. З їх допомогою переміщення вільного кінця трубчастої пружини на кілька градусів або міліметрів перетворюється на кутове переміщення стрілки на 270 - 300 °.

Перевага – близька до лінійної статична характеристика. Основне застосування - прилади, що показують. Діапазони вимірювання манометрів від 0 до 10 3 МПа; вакуумметрів – від 0,1 до 0 МПа. Класи точності пристроїв: від 0,15 (зразкові) до 4.

Трубчасті пружини виготовляють з латуні, бронзи, нержавіючої сталі.

Сильфони. Сильфон – тонкостінна металева склянка з поперечними гофрами. Дно склянки переміщається під впливом тиску чи сили.

У межах лінійності статичної характеристики сильфона ставлення чинної нього сили до викликаної нею деформації залишається постійний. і називається жорсткістю сильфона. Сильфони виготовляють з бронзи різних марок, вуглецевої сталі, нержавіючої сталі, алюмінієвих сплавівта ін. Серійно виробляють сильфони діаметром від 8 –10 до 80 – 100 мм та товщиною стінки 0,1 – 0,3 мм.

Мембрани. Розрізняють пружні та еластичні мембрани. Пружна мембрана - гнучка кругла плоска або гофрована пластина, здатна отримати прогин під впливом тиску.

Статична характеристикаплоских мембран змінюється нелінійно з збільш. тиску, тому як робочу ділянку використовують невелику частину можливого ходу. Гофровані мембрани можуть застосовуватися при більших прогинах, ніж плоскі, оскільки мають значно меншу нелінійність характеристики. Мембрани виготовляють із різних марок сталі: бронзи, латуні тощо.

Манометр – це компактний механічний пристрій для вимірювання тиску. Залежно від модифікації воно може працювати з повітрям, газом, парою чи рідиною. Існує багато різновидів манометрів, за принципом зняття показань тиску в середовищі, що вимірюється, кожен з яких має своє застосування.

Сфера використання

Манометри є одним із найпоширеніших приладів, які можна зустріти в різних системах:

• Котли опалення.
• Газопроводи.
• Водопроводи.
• компресори.
• Автоклави.
• Балони.
• Балонні пневматичні гвинтівки і т.д.

Зовні манометр нагадує невисокий циліндр різного діаметра, Найчастіше 50 мм, який складається з металевого корпусу зі скляною кришкою. Крізь скляну частину проглядається шкала з відмітками одиницях вимірювання тиску (Бар чи Па). Збоку в корпус входить трубка із зовнішнім різьбленням для вкручування в отвір системи, в якій необхідно провести вимірювання тиску.

При нагнітанні тиск у середовищі, що вимірюється, газ або рідина крізь трубку притискає внутрішній механізм манометра, що призводить до відхилення кута стрілки, яка вказує на шкалу. Чим вище тиск, тим більше відхиляється стрілка. Цифра на шкалі, на якій зупиниться покажчик, і відповідатиме тиску в системі, що вимірюється.

Тиск, який може виміряти манометр

Манометри є універсальними механізмами, які можуть застосовуватися для вимірювання різних значень:

• Надлишку тиску.
• Вакуумний тиск.
• Різниці тиску.
• Атмосферний тиск.

Застосування цих приладів дозволяє контролювати різні технологічні процеси та запобігати аварійні ситуації. Манометри призначені для експлуатації в особливих умовахможуть мати додаткові зміни корпусу. Це може бути вибухозахищеність, стійкість до корозії або підвищеної вібрації.

Різновиди манометрів

Манометри використовується в багатьох системах, де є тиск, який повинен знаходитися на чітко заданому рівні. Застосування приладу дозволяє вести за ним контроль, оскільки недостатня або надмірна дія може зашкодити різним технологічним процесам. Крім цього, перевищення норми тиску є причиною розриву ємностей та труб. У зв'язку з цим створено кілька різновидів манометрів, розрахованих під певні умови роботи.

Вони бувають:

• Зразкові.
• Загальнотехнічні.
• Електроконтактні.
• Спеціальні.
• Самописні.
• Суднові.
• Залізничні.

Зразковий манометрпризначений для перевірки іншого подібного вимірювального обладнання. Такі пристрої визначають рівень надлишкового тиску різних середовищах. Подібні прилади оснащені особливо точним механізмом, що дає мінімальну похибку. Клас точності вони становить від 0,05 до 0,2.

Загальнотехнічнізастосовуються у загальних середовищах, які не замерзають у лід. Такі пристрої мають клас точності від 1,0 до 2,5. Вони стійкі до вібрації, тому можуть встановлюватись на транспорті та системах опалення.

Електроконтактніпризначені спеціально для контролю та попередження про досягнення верхньої позначки небезпечного навантаження, здатного зруйнувати систему. Такі прилади використовуються з різними середовищами, такими як рідини, гази та пари. Дане обладнання має вбудований механізм керування електроланцюжками. При надлишковому тиску манометр подає сигнал або механічним способомвідключає постачання обладнання, що нагнітає тиск. Також електроконтактні манометри можуть містити спеціальний клапан, який скидає тиск до безпечного рівня. Такі прилади запобігають аваріям та вибухам на котельнях.

Спеціальніманометри призначені до роботи з певним газом. Такі прилади зазвичай мають кольорові корпуси, а чи не класичні чорні. Колір відповідає газу, з яким може працювати прилад. Також на шкалі застосовується спеціальне маркування. Наприклад, манометри для вимірювання тиску аміаку, які зазвичай встановлюється в промислових холодильних установках, пофарбовані в жовтий колір. Подібне обладнання має клас точності від 1,0 до 2,5.

Самописуючізастосовуються у сферах, де потрібно не лише вести візуальний контроль за тиском системи, а й фіксувати показники. Вони пишуть діаграму, за якою можна переглядати динаміку тиску у будь-який проміжок часу. Подібні пристрої можна зустріти в лабораторіях, а також теплових електростанціях, консервних заводах та інших харчових підприємствах.

Судновівключають широкий модельний рядманометрів, які мають захищений корпус від атмосферного впливу. Вони можуть працювати з рідиною, газом або парою. Імена їх можна зустріти на вуличних газових розподільниках.

Залізничніманометри призначені для контролю за надлишковим тискому механізмах, що обслуговують рейковий електротранспорт. Зокрема, їх застосовують на гідравлічних системах, що пересувають рейки під час розведення стрілки. Такі пристрої мають підвищену стійкість до вібрації. Вони не тільки стійко переносять струс, але при цьому покажчик на шкалі не реагує на механічний впливна корпус, точно відображаючи рівень тиску у системі.

Різновиди манометрів за механізмом зняття показань тиску в середовищі

Манометри розрізняються і за внутрішнім механізмом, що призводить до зняття показань тиску в системі, до якої підключаються. Залежно від пристрою вони бувають:

• Рідинні.
• Пружинні.
• Мембранні.
• Електроконтактні.
• Диференціальні.

Рідиннийманометр призначений для вимірювання тиску стовпа рідини. Такі прилади працюють за фізичним принципом сполучених судин. Більшість пристроїв мають видимий рівень робочої рідини, з якої знімають показання. Ці прилади одні з тих, що рідко використовуються. У зв'язку з контактом з рідиною їх внутрішня частинабрудниться, тому поступово прозорість втрачається, і візуально визначити свідчення стає складно. Рідкісні манометри були придумані одними з перших, але ще зустрічаються.

Пружинніманометри найчастіше зустрічаються. Вони мають просту конструкціюяка придатна для ремонту. Межі їх виміру зазвичай становлять від 0,1 до 4000 бар. Безпосередньо сам чутливий елементтакого механізму є трубку овального перерізу, яка під дією тиску утискається. Сила, що давить на трубку, передається за спеціальним механізмом на стрілку, яка провертається під певним кутом, вказуючи на шкалу з розміткою.

Мембраннийманометр працює за фізичним принципом пневматичної компенсації. Усередині приладу є спеціальна мембрана, рівень прогину якої залежить від впливу тиску. Зазвичай застосовується дві спаяні між собою мембрани, що утворюють коробку. У міру зміни об'єму коробки чутливий механізм відхиляє стрілку.

Електроконтактніманометри можна зустріти в системах, які автоматично контролюють тиск та проводять його регулювання або сигналізують про досягнення критичного рівня. У приладі є дві стрілки, які можна рухати. Одна встановлюється на мінімальний тиск, а друга на максимальний. Усередині приладу вмонтовано контакти електричного кола. Коли тиск досягає одного з критичних рівнів, проводиться замикання електроланцюжка. В результаті створюється сигнал на пульт керування або спрацьовує автоматичний механізм екстреного скидання.

ДиференціальніМанометри є одними із найскладніших механізмів. Вони працюють за принципом виміру деформації усередині спеціальних блоків. Ці елементи манометра сприйнятливі до тиску. У міру деформації блоку спеціальний механізм передає зміни на стрілку, що вказує на шкалу. Рух покажчика відбувається до того часу, поки перепади у системі не припиняться і зупиняться певному рівні.

Клас точності та діапазон вимірювання

Будь-який манометр має технічний паспорт, у якому вказується його клас точності. Показник має цифровий вираз. Що цифра, то прилад точніше. Більшість приладів нормою є клас точності від 1,0 до 2,5. Вони застосовуються у випадках, коли невелике відхилення немає особливого значення. Найбільшу похибку зазвичай пропонують прилади, які використовують автомобілісти для вимірювання тиску повітря в шинах. Їхній клас нерідко опускається до позначки 4,0. Найкращий класточності мають зразкові манометри, найдосконаліші з них працюють із похибкою 0,05.

Кожен манометр розрахований до роботи у певному діапазоні тиску. Занадто потужні потужні моделі не зможуть зафіксувати мінімальні коливання. Дуже чутливі пристрої при надмірній дії виходять з ладу або руйнуються, що призводить до розгерметизації системи. У зв'язку з цим, при виборі манометра слід звертати увагу на цей показник. Зазвичай, на ринку можна знайти моделі, які здатні фіксувати перепади тиску в межах від 0,06 до 1000 мПА. Також існують спеціальні модифікації, так звані тягоміри, призначені для вимірювання розрідження тиску до рівня -40 кПа.