Принцип роботи рідинного. Рідинний термометр технічний

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, барометрів вакуумметрів, дифманометрів і 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 - абсолютне 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

Рідинні манометримають 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.
• Низька вартість. 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 простий пристрій і високу точність вимірювання, 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 тисківта 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-ється протидія пружної деформації чутливого елемента(ЧЕ) або сили, що розвивається ним. 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 характеристикисильфона ставлення чинної нею сили до викликаної нею деформації залишається постійним. 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 характеристика плоских 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.

У рідинних манометрах вимірюваний тиск або різницю тиску врівноважується гідростатичним тиском стовпа рідини. У приладах використовується принцип сполучених судин, у яких рівні робочої рідини збігаються при рівності тисків над ними, а при нерівності займають таке положення, коли надлишковий тиск в одній з судин врівноважується гідростатичним тиском надлишкового стовпа рідини в іншому. Більшість рідинних манометрів мають видимий рівень робочої рідини, за становищем якого визначається значення тиску. Ці прилади використовуються в лабораторній практиці та деяких галузях промисловості.

Існує група рідинних дифманометрів, В яких рівень робочої рідини безпосередньо не спостерігається. Зміна останнього викликає переміщення поплавка або зміна характеристик іншого пристрою, що забезпечують або безпосереднє показання вимірюваної величини за допомогою відлікового пристрою, або перетворення та передачу її значення на відстань.

Двотрубні рідинні манометри. Для вимірювання тиску та різниці тисків використовують двотрубні манометри та дифманометри з видимим рівнем, часто званими U-подібними. Принципова схематакого манометра представлено на рис. 1, а. Дві вертикальні сполучені скляні трубки 1, 2 закріплені на металевому або дерев'яній основі 3, до якого прикріплена шкальна пластинка 4. Трубки заповнюються робочою рідиною до нульової позначки. У трубку 1 подається тиск, що вимірювається, трубка 2 повідомляється з атмосферою. При вимірі різниці тисків до обох трубок підводять вимірюваний тиск.

Мал. 1. Схеми двотрубного (в) та однотрубного (б) манометра:

1, 2 - вертикальні сполучені скляні трубки; 3 - основа; 4 - шкальна пластина

Як робоча рідина використовуються вода, ртуть, спирт, трансформаторне масло. Таким чином, у рідинних манометрах функції чутливого елемента, що сприймає зміни вимірюваної величини, виконує робоча рідина, вихідною величиною є різниця рівнів, вхідний тиск або різниця тисків. Крутизна статичної характеристики залежить від густини робочої рідини.

Для виключення впливу капілярних сил у манометрах використовуються скляні трубки із внутрішнім діаметром 8...10 мм. Якщо робочою рідиною служить спирт, то внутрішній діаметртрубок може бути знижений.

Двотрубні манометри з водяним заповненням застосовуються для вимірювання тиску, розрідження, різниці тисків повітря та неагресивних газів у діапазоні до ±10 кПа. Заповнення манометра ртуттю виміру розширює межі до 0,1 МПа, при цьому вимірюваним середовищем може бути вода, неагресивні рідини та гази.

При використанні рідинних манометрів для вимірювання різниці тисків середовищ, що під статичним тиском до 5 МПа, в конструкцію приладів вводяться додаткові елементипризначені для захисту приладу від одностороннього статичного тиску та перевірки початкового положення рівня робочої рідини.

Джерелами похибок двотрубних манометрів є відхилення від розрахункових значень місцевого прискорення вільного падіння, щільностей робочої рідини та середовища над нею, помилки зчитування висот h1 і h2.

Щільності робочої рідини та середовища даються у таблицях теплофізичних властивостей речовин залежно від температури та тиску. Похибка зчитування різниці висот рівнів робочої рідини залежить від ціни поділу шкали. Без додаткових оптичних пристроїв за ціни розподілу 1 мм похибка зчитування різниці рівнів становить ±2 мм з урахуванням похибки нанесення шкали. При використанні додаткових пристроївдля підвищення точності зчитування h1, h2 необхідно враховувати розбіжність температурних коефіцієнтів розширення шкали, скла та робочої речовини.

Однотрубні манометри. Для підвищення точності відліку різниці висот рівнів використовуються однотрубні (чашкові) манометри (рис. 1, б). У однотрубного манометра одна трубка замінена широкою судиною, в яку подається більший з вимірюваних тисків. Трубка, прикріплена до шкальної пластинки, є вимірювальною і повідомляється з атмосферою, при вимірюванні різниці тисків до неї підводиться менший тиск. Робоча рідина заливається в манометр до нульової позначки.

Під дією тиску частина робочої рідини із широкої судини перетікає у вимірювальну трубку. Оскільки об'єм рідини, витіснений з широкої судини, дорівнює об'єму рідини, що надійшов у вимірювальну трубку,

Вимірювання в однотрубних манометрах висоти одного стовпа робочої рідини призводить до зниження похибки зчитування, яка з урахуванням похибки градуювання шкали не перевищує ± 1 мм при ціні розподілу 1 мм. Інші складові похибки, зумовлені відхиленнями від розрахункового значення прискорення вільного падіння, щільності робочої рідини та середовища над нею, температурними розширеннями елементів приладу є загальними для всіх рідинних манометрів.

У двотрубних та однотрубних манометрів основною похибкою є похибка зчитування різниці рівнів. За однієї і тієї ж абсолютної похибки наведена похибка вимірювання тиску знижується зі збільшенням верхньої межі вимірювання манометрів. Мінімальний діапазон виміру однотрубних манометрів з водяним наповненням становить 1,6 кПа (160 мм вод. ст.), при цьому наведена похибка виміру не перевищує ±1 %. Конструктивне виконання манометрів залежить від статичного тиску, який вони розраховані.

Мікроманометри. Для вимірювання тиску та різниці тисків до 3 кПа (300 кгс/м2) використовуються мікроманометри, які є різновидом однотрубних манометрів та забезпечені спеціальними пристроямиабо зменшення ціни поділу шкали, або підвищення точності зчитування висоти рівня з допомогою використання оптичних чи інших пристроїв. Найбільш поширені лабораторні мікроманометри – це мікроманометри типу ММН із похилою вимірювальною трубкою (рис. 2). Показання мікроманометра визначаються по довжині стовпчика робочої рідини п вимірювальної трубки 1, що має кут нахилу а.

Мал. 2. :

1 – вимірювальна трубка; 2 - судина; 3 – кронштейн; 4 - сектор

На рис. 2 кронштейн 3 з вимірювальною трубкою 1 кріпиться на секторі 4 в одному з п'яти фіксованих положень, яким відповідають = 0,2; 0,3; 0,4; 0,6; 0,8 та п'ять діапазонів вимірювання приладу від 0,6 кПа (60 кгс/м2) до 2,4 кПа (240 кгс/м2). Наведена похибка вимірів вбирається у 0,5 %. Мінімальна ціна поділу при к = 0,2 становить 2 Па (0,2 кгс/м2), подальше зниження ціни поділу, пов'язане зі зменшенням кута нахилу вимірювальної трубки, обмежене зниженням точності зчитування положення робочої рідини через розтягування меніска.

Більш точними приладами є мікроманометр типу ММ, звані компенсаційними. Похибка зчитування висоти рівня цих приладах не перевищує ±0,05 мм в результаті використання оптичної системидля встановлення початкового рівня та мікрометричного гвинта для вимірювання висоти стовпа робочої рідини, що врівноважує вимірюваний тиск або різницю тисків.

Барометривикористовуються для вимірювання атмосферного тиску. Найбільш поширеними є чашкові барометри з ртутним заповненням, відградуйовані в мм рт. ст. (Рис. 3).

Мал. 3. : 1 – ноніус; 2 – термометр

Похибка зчитування висоти стовпа не перевищує 0,1 мм, що досягається використанням ноніуса 1, що поєднується з верхньою частиноюменіска ртуті. При більш точному вимірі атмосферного тиску необхідно вводити поправки на відхилення прискорення вільного падіння від нормального значення температури барометра, що вимірюється термометром 2. При діаметрі трубки менше 8 ... 10 мм враховується капілярна депресія, обумовлена ​​поверхневим натягом ртуті.

Компресійні манометри(Манометри Мак-Леода), схема яких представлена ​​на рис. 4 містять резервуар 1 з ртуттю і зануреною в неї трубкою 2. Остання повідомляється з вимірювальним балоном 3 і трубкою 5. Балон 3 закінчується глухим вимірювальним капіляром 4, до трубки 5 підключений капіляр порівняння 6. Обидва капіляри мають однакові діаметр не позначався вплив капілярних сил. Тиск резервуар 1 подається через триходовий кран 7, який в процесі вимірювання може перебувати в положеннях, зазначених на схемі.

Мал. 4. :

1 – резервуар; 2, 5 – трубки; 3 – вимірювальний балон; 4 - глухий вимірювальний капіляр; 6 – капіляр порівняння; 7 – триходовий кран; 8 - гирло балона

Принцип дії манометра заснований на використанні закону Бойля-Маріотта, згідно з яким для фіксованої маси газу добуток обсягу тиску при незмінній температурі становить постійну величину. При вимірі тиску виконуються такі операції. При встановленні крана 7 положення а вимірюваний тиск подається в резервуар 1, трубку 5, капіляр 6, і ртуть зливається в резервуар. Потім кран 7 плавно перекладається положення с. Оскільки атмосферний тиск значно перевищує вимірюване р, ртуть витісняється в трубку 2. При досягненні ртуттю гирла балона 8, відміченого на схемі точкою О, від вимірюваного середовища відсікається об'єм газу V, що знаходиться в балоні 3 і вимірювальному капілярі. Об `єм. При досягненні ртуттю у вимірювальному капілярі висоти hі впуск повітря в резервуар 1 припиняється і кран 7 встановлюється положення b. Зображене на схемі положення крана 7 та ртуті відповідає моменту зняття показань манометра.

Нижня межа вимірювання компресійних манометрів становить 10 -3 Па (10 -5 мм рт. ст.), Похибка не перевищує ±1%. У приладів п'ять діапазонів вимірювання і вони охоплюють тиск до 10 3 Па. Чим нижче вимірюваний тиск, тим більший балон 1, максимальний обсяг якого становить 1000 см3, а мінімальний 20 см3 діаметр капілярів дорівнює відповідно 0,5 і 2,5 мм. Нижня межа вимірювання манометра здебільшого обмежена похибкою визначення об'єму газу після стиснення, що залежить від точності виготовлення капілярних трубок.

Набір компресійних манометрів разом з мембранно-ємнісним манометром входить до складу державного спеціального зразка одиниці тиску в області 1010 -3 ... 1010 3 Па.

Достоїнствами розглянутих рідинних манометрів та дифманометрів є їхня простота та надійність за високої точності вимірювань. Працюючи з рідинними приладами необхідно виключати можливість перевантажень і різких змін тиску, оскільки у разі може відбуватися виплескування робочої рідини в лінію чи атмосферу.

ПАРІЛЬКА ФОРКАМІРНА

Пальник форкамерний - пристрій, що складається з газового колектора з отворами для виходу газу, моноблоку з каналами та керамічної вогнетривкої форкамери, що розміщуються над колектором, у яких відбуваються змішування газу з повітрям та горіння газоповітряної суміші. Пальник форкамерний призначений для спалювання природного газуу топках секційних чавунних котлів, сушарок та інших теплових установок, що працюють із розрідженням 10-30 Па. Пальники форкамерні розташовують на поду топки, завдяки чому створюються гарні умовидля рівномірного розподілу теплових потоків довжиною топки. Пальники форкамерні можуть працювати на низькому та середньому тиску газу. Пальник форкамерний складається з газового колектора ( сталевої труби) з одним рядом отворів для виходу газу. Залежно від теплової потужності пальник може мати 1,2 або 3 колектори. Над газовим колектором на сталевій рамі встановлений керамічний моноблок, що утворює ряд каналів (змішувачів). Кожне газове отверг має свій керамічний змішувач. Газові струм, що спливав з отворів колектора, ежектують 50-70% повітря, необхідного для горіння, решта повітря надходить за рахунок розрідження в топці. В результаті ежекції інтенсифікується сумішоутворення. У каналах суміш підігрівається і при виході починається її горіння. З каналів палаюча суміш надходить у форкамеру, в якій здійснюється згоряння 90-95% газу. Форкамеру виготовляють із шамотної цегли; вона має вигляд щілини. Догоряння газу відбувається у топці. Висота смолоскипа - 0,6-0,9 м, козфецієнтом надлишку повітря а - 1,1...1,15.

Компенсатори призначені для пом'якшення (компенсації) температурних подовжень газопроводів, для запобігання розриву труб, для зручності монтажу та демонтажу арматури (фланцевої, засувок).

Газопровід довжиною 1 км усередненого діаметра при нагріванні на 1 ОС подовжується на 12 мм.

Компенсатори бувають:

· Лінзові;

· П-подібні;

· Ліроподібні.

Лінзовий компенсатормає хвилясту поверхню, яка змінює свою довжину залежно від температури газопроводу. Лінзовий компенсатор виготовляють із штампованих напівлінз зварюванням.

Для зменшення гідравлічного опору та запобігання засмічення всередині компенсатора встановлено напрямний патрубок, приварений до внутрішньої поверхні компенсатора з боку входу газу.

Нижня частинанапівлінз залитий бітумом для попередження скупчення води.

При монтажі компенсатора зимовий час, його необхідно трохи розтягнути, а в літній час- Навпаки стиснути стяжними гайками.

П-подібнийЛіроподібний

компенсатор.

Зміни температури середовища, що оточує газопровід, викликають зміни довжини газопроводу. Для прямолінійної ділянки сталевого газопроводу довжиною 100 м подовження або укорочування при зміні температури на 1° становить близько 1,2 мм. Тому на всіх газопроводах після засувок, рахуючи по ходу газу, обов'язково встановлюють лінзові компенсатори (рис. 3). Крім того, в процесі експлуатації наявність лінзового компенсатора полегшує монтаж та демонтаж засувок.

При проектуванні та будівництві газопроводів прагнуть до того, щоб знизити кількість компенсаторів, що встановлюються шляхом максимального використаннясамокомпенсації груб - зміною напряму траси як у плані, і у профілі.

Мал. 3. Лінзовий компенсатор 1 – фланець; 2-патрубок; 3-сорочка; 4 – напівлінза; 5-лапа; 6 – ребро; 7 – тяга; 8 - гайка

Принцип дії рідинного манометра

У вихідному положенні вода в трубках буде на одному рівні. Якщо ж на гумову плівку буде тиск, то рівень рідини в одному коліні манометра знизиться, а в іншому, отже, підвищиться.

Це показано на малюнку вище. Ми давимо на плівку пальцем.

Коли ми натискаємо на плівку, тиск повітря, що знаходиться в коробочці, збільшується. Тиск передається трубкою і доходить до рідини, при цьому витісняючи її. При зниженні рівня в цьому коліні рівень рідини в іншому коліні трубки буде збільшуватися.

По різниці рівнів рідини, можна буде судити про різницю атмосферного тиску і тиску, що виявляється на плівку.

На наступному малюнку показано, як за допомогою манометра рідини виміряти тиск в рідині на різній глибині.

Мембранний манометр

У мембранному манометрі пружним елементом є мембрана, що є гофрованою. металеву платівку. Прогин пластинки під тиском рідини передається через передавальний механізм стрілки приладу, що ковзає за шкалою. Мембранні прилади застосовують для вимірювання тиску до 2,5 МПа, а також для вимірювання вакууму. Іноді використовують прилади з електричним виходом, які на вихід надходить електричний сигнал, пропорційний тиску на вході манометра.

Принцип роботи

Принцип дії манометра заснований на врівноважуванні вимірюваного тиску силою пружної деформації трубчастої пружини або більш чутливої ​​двопластинчастої мембрани, один кінець якої запаяний в тримач, а інший через тягу пов'язаний з трибко-секторним механізмом, що перетворює лінійне рух пружного чутливого.

Різновиди

До групи приладів, що вимірюють надлишковий тиск, входять:

Манометри - прилади з вимірюванням від 0,06 до 1000 МПа (Вимірюють надлишковий тиск - позитивну різницю між абсолютним та барометричним тиском)

Вакуумметри - прилади, що вимірюють розрядження (тиск нижче атмосферного) (до мінус 100 кПа).

Мановакуумметри - манометри, що вимірюють як надлишковий (від 60 до 240000 кПа), так і вакуумметричний (до мінус 100 кПа) тиск.

Напороміри -манометри малих надлишкових тисків до 40 КПа

Тягоміри-вакуумметри з межею до мінус 40 КПа

Тягонапороміри -мановакуумметри з крайніми межами, що не перевищують ±20 кПа

Дані наведені згідно з ГОСТ 2405-88

Більшість вітчизняних та імпортних манометрів виготовляються відповідно до загальноприйнятими стандартамиУ зв'язку з цим манометри різних марок замінюють один одного. При виборі манометра потрібно знати: межу виміру, діаметр корпусу, клас точності приладу. Також важливі розташування та різьблення штуцера. Ці дані однакові для всіх приладів, що випускаються в нашій країні та Європі.

Також існують манометри, що вимірюють абсолютний тиск, тобто надлишковий тиск+атмосферний.

Прилад, який вимірює атмосферний тиск, називається барометром.

Типи манометрів

Залежно від конструкції, чутливості елемента розрізняють рідинні, вантажопоршневі, деформаційні манометри (з трубчастою пружиною або мембраною). Манометри поділяються за класами точності: 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 (що менше число, то точніше прилад).

Види манометрів

За призначенням манометри можна розділити на технічні - загальнотехнічні, електроконтактні, спеціальні, самопишучі, залізничні, вібростійкі (гліцеринозаповнені), суднові та еталонні (зразкові).

Загальнотехнічні: призначені для вимірювання не агресивних до сплавів міді рідин, газів та парів.

Електроконтактні: мають можливість регулювання вимірюваного середовища завдяки наявності електроконтактного механізму. Особливо популярним приладом цієї групи можна назвати ЕКМ 1У, хоч він давно знятий з виробництва.

Спеціальні: кисневі повинні бути знежирені, оскільки іноді навіть незначне забруднення механізму при контакті з чистим киснем може призвести до вибуху. Часто випускаються у корпусах блакитного кольоруіз позначенням на циферблаті О2(кисень); ацетиленові -не допускають у виготовленні вимірювального механізму сплавів міді, так як при контакті з ацетиленом існує небезпека утворення вибухонебезпечної ацетиленової міді; аміачні-мають бути корозієстоїки.

Еталонні: володіючи вищим класом точності (0,15; 0,25; 0,4) ці прилади служать для перевірки інших манометрів. Встановлюються такі прилади в більшості випадків на вантажопоршневих манометрах або інших установках здатних розвивати потрібний тиск.

Суднові манометри призначені для експлуатації на річковому та морському флоті.

Залізничні: призначені для експлуатації на залізничному транспорті.

Самопишучі: манометри в корпусі, з механізмом, що дозволяє відтворювати на діаграмному папері графік роботи манометра.

Термопровідність

Термопровідні манометри ґрунтуються на зменшенні теплопровідності газу з тиском. У таких манометрах вбудована нитка напруження, яка нагрівається при пропусканні через неї струму. Термопара або датчик визначення температури через опір (ДОТС) можуть бути використані для вимірювання температури нитки напруження. Ця температура залежить від швидкості, з якої нитка напруження віддає тепло навколишньому газу і, таким чином, від термопровідності. Часто використовується манометр Пірані, в якому використовується єдина нитка розжарення з платини одночасно. нагрівальний елементі як ДОТС. Ці манометри дають точні показання в інтервалі між 10 та 10-3 мм рт. ст., але вони досить чутливі до хімічного складувимірюваних газів.

[ред.] Дві нитки розжарювання

Одна дротяна котушкавикористовується як нагрівач, інша ж використовується для вимірювання температури через конвекцію.

Манометр Пірані (одна нитка)

Манометр Пірані складається з металевого дроту, відкритого до вимірюваного тиску. Дріт нагрівається струмом, що протікає через нього, і охолоджується навколишнім газом. При зменшенні тиску газу, ефект, що охолоджує, теж зменшується і рівноважна температура дроту збільшується. Опір дроту є функцією температури: вимірюючи напругу через дріт і струм, що тече через неї, опір (і таким чином тиск газу) може бути визначено. Цей тип манометра було вперше сконструйовано Марчелло Пірані.

Термопарний та термісторний манометри працюють схожим чином. Відмінність в тому, що термопара і термістор використовуються для вимірювання температури нитки розжарювання.

Вимірювальний діапазон: 10-3 – 10 мм рт. ст. (Грубо 10-1 - 1000 Па)

Іонізаційний манометр

Іонізаційні манометри – найбільш чутливі вимірювальні прилади для дуже низьких тисків. Вони вимірюють тиск опосередковано через вимірювання іонів, що утворюються при бомбардуванні газу електронами. Чим менша щільність газу, тим менше іонів буде утворено. Калібрування іонного манометра - нестабільне і залежить від природи газів, що вимірюються, яка не завжди відома. Вони можуть бути калібровані через порівняння з показаннями манометра Мак Леода, які значно більш стабільні і незалежні від хімії.

Термоелектрони стикаються з атомами газу і генерують іони. Іони притягуються до електрода під відповідним напругою, відомим як колектор. Струм у колекторі пропорційний швидкості іонізації, яка є функцією тиску в системі. Таким чином, вимірювання струму колектора дозволяє визначити тиск газу. Є кілька підтипів іонізаційних манометрів.

Вимірювальний діапазон: 10-10 - 10-3 мм рт. ст. (Грубо 10-8 - 10-1 Па)

Більшість іонних манометрів поділяються на два види: гарячий катод та холодний катод. Третій вигляд - це манометр з ротором, що обертається, більш чутливий і дорогий, ніж перші два і тут не обговорюється. У разі гарячого катода нитка напруження, що електрично нагрівається, створює електронний промінь. Електрони проходять через манометр та іонізують молекули газу навколо себе. Іони, що утворюються, збираються на негативно зарядженому електроді. Струм залежить від кількості іонів, яке, у свою чергу, залежить від тиску газу. Манометри з гарячим катодом акуратно вимірюють тиск у діапазоні 10-3 мм рт. ст. до 10-10 мм рт. ст. Принцип манометра з холодним катодом той самий, за винятком, що електрони утворюються в розряді створеним високовольтним електричним розрядом. Манометри з холодним катодом акуратно вимірюють тиск у діапазоні 10-2 мм рт. ст. до 10-9 мм рт. ст. Калібрування іонізаційних манометрів дуже чутливе до конструкційної геометрії, хімічного складу вимірюваних газів, корозії та поверхневих напилень. Їх калібрування може стати непридатним при включенні при атмосферному та дуже низькому тиску. Склад вакууму при низьких тисках зазвичай непередбачуваний, тому мас-спектрометр має бути використаний одночасно з іонізаційним манометром для точних вимірів.

Гарячий катод

Іонізаційний манометр з гарячим катодом Баярда-Алперта зазвичай складається з трьох електродів, що працюють у режимі тріода, де катодом є нитка розжарення. Три електроди - це колектор, нитка розжарення та сітка. Струм колектора вимірюється в пикоамперах електрометром. Різниця потенціалів між ниткою розжарювання і землею зазвичай становить 30 В, у той час як напруга сітки під постійною напруженням - 180-210 вольт, якщо немає опціонального електронного бомбардування, через нагрівання сітки, яка може мати високий потенціал приблизно 565 Вольт. Найбільш поширений іонний манометр – це гарячим катодом Баярда-Алперта з маленьким іонним колектором усередині сітки. Скляний кожух з отвором до вакууму може оточувати електроди, але зазвичай він не використовується і вмонтовується манометр у вакуумний прилад безпосередньо і контакти виводяться через керамічну плату в стіні ваккумного пристрою. Іонізаційні манометри з гарячим катодом можуть бути пошкоджені або втратити калібрування, якщо вони включаються при атмосферному тискуабо навіть за низького вакууму. Вимірювання іонізаційних манометрів із гарячим катодом завжди логарифмічні.

Електрони, випущені ниткою напруження, рухаються кілька разів у прямому і зворотному напрямку навколо сітки, поки не потраплять на неї. При цих рухах частина електронів стикається з молекулами газу і формує електрон-іонні пари (електронна іонізація). Число таких іонів пропорційно щільності молекул газу помноженої на термоелектронний струм, і ці іони летять колектор, формуючи іонний струм. Так як густина молекул газу пропорційна тиску, тиск оцінюється через вимірювання іонного струму.

Чутливість до низькому тискуманометрів з гарячим катодом обмежена фотоелектричним ефектом. Електрони, що ударяють у сітку, виробляють рентгенівське проміння, які виробляють фотоелектричний шум у іонному колекторі Це обмежує діапазон старих манометрів із гарячим катодом до 10-8 мм рт. ст. та Баярда-Алперта приблизно до 10-10 мм рт. ст. Додаткові дроти під потенціалом катода в промені огляду між іонним колектором та сіткою запобігають цьому ефекту. У типі вилучення іони притягуються не дротом, а відкритим конусом. Оскільки іони не можуть вирішити, яку частину конуса вдарити, вони проходять через отвір і утворюють іонний промінь. Цей промінь іона може бути переданий на кухоль Фарадея.