Принцип работы деформационного манометра кратко

Классификация по способу функционирования

По способу работы приборы могут быть водяными, электрическими или цифровыми, помимо этих категорий существуют и другие разновидности.

Водяные

Водяные устройства действуют по принципу уравновешивания газового вещества давлением, формирующим столб с жидкостью. Благодаря им можно уточнить уровень разреженности, разность, избыточные и атмосферные данные. В эту группу входят регуляторы U-образного типа, конструкция которых напоминает сообщающиеся сосуды, причем давление в них определяется с учетом уровня воды. Также к водяным причисляют компенсационные, чашечные, поплавковые, колокольные и кольцевые газомеры, рабочая жидкость внутри них аналогична чувствительному элементу.

Электрические

Тензорезистивный электрический манометр

Этот прибор для измерения давления бытового газа преобразует его в электрические данные. В эту категорию входят тензорезистивные и емкостные манометры. Первые меняют показания проводникового сопротивления после деформации и измеряют показатели до 60-10 Па с незначительными погрешностями. Их применяют в системах с быстро протекающими процессами. Емкостные газомеры влияют на подвижный электрод в виде мембраны, прогиб которой можно определить электрической схемой, они подходят для систем с ускоренными падениями давления.

Цифровые

Цифровые или электронные приборы относятся к устройствам высокой точности и чаще всего используются для монтажа в воздушной или гидравлической среде. Из плюсов таких регуляторов отмечают удобство и компактные размеры, максимально долгий срок эксплуатации и возможность проводить калибровку в любое время. В основном их применяют, чтобы контролировать состояние узлов транспортных средств. Помимо этого газомеры цифрового типа включают в состав топливных магистралей.

Другие

Помимо регуляторов со стандартными характеристиками и настройками для получения точных данных используются приборы других типов. В этот перечень входят грузопоршневые газомеры, которые представляют собой своеобразные образцы для поверки аналогичных устройств. Их главная рабочая деталь – измеряющая колонка, от состояния и точности показаний которой меняется величина погрешности. Во время работы цилиндр удерживается внутри поршня на нужном уровне, одновременно с одной стороны на него влияют грузы калибровки, с другой только давление.

Источники

https://sovet-ingenera.com/gaz/equip/manometry-dlya-izmereniya-davleniya-gaza.html
https://skysmart.ru/articles/physics/manometr
https://StrojDvor.ru/gazosnabzhenie/manometry-dlya-izmereniya-davleniya-gaza/

Деление по функциональному назначению

По назначению выделяют следующие виды манометров, используемых для измерения давления газа:

общетехнические;
эталонные;
специальные.

Рассмотрим особенности каждого вида.

Манометры общетехнического назначения

Этот вид манометров производят с целью измерения значений вакуумметрического и избыточного давления в общетехнических целях. Различные модификации устройств позволяют использовать их в самых разнообразных средах. Применяются для измерения давления на производстве прямо во время технологических процессов.

Давление в таких приборах оказывает воздействие на трубку изнутри и вызывает смещение незакрепленного конца. С ним взаимодействует механизм, который двигает стрелку

Такими манометрами можно измерять давление газообразных сред, которые являются неагрессивными по отношению к медным сплавам при рабочей температуре до 150 °C. Обычно корпус изделия изготавливается из стали, а детали механизма из латунного сплава.

Общетехнические манометры для газа низкого или высокого давления производятся устойчивыми к вибрациям с частотой в интервале от 10 до 55 Гц, а также амплитудой смещения максимум 0,15 миллиметра. Имеют несколько классов точности от 1 до 2,5.

Цифровые манометры имеют небольшие размеры, характеризуются высокой точностью измерения и длительным сроком службы. При этом такие устройства можно калибровать

Набирают популярность газовые манометры общетехнического назначения с электронной платой, на которой отображаются данные проведенных измерений. Они нередко оснащаются преобразователями, что автоматизирует технологические процессы. Значения давления отображаются на электронном циферблате.

Группа специальных манометров

Такие приборы изготавливаются под конкретный вид газа и создаваемую им среду. Для систем с повышенным давлением изготавливают манометры для газа высокого давления. Некоторые газы агрессивны по отношению к определенным сплавам, поэтому для работы с ними требуется использовать устойчивые материалы.

Специальные манометры окрашивают в краски различных цветов в зависимости от типа газа.

Пропановые манометры окрашиваются в красный цвет, имеют стальной корпус и характеристики общетехнических манометров. Рабочее давление таких приборов от 0 до 0,6 МПа. Это стандартное давление пропана. Возможна эксплуатация в диапазоне температур от – 50 до + 60 °С. Температура рабочей среды до + 150 °С. Нередко входят в комплектацию с баллонными редукторами.

Измерители давления аммиака в баллонах и прочих резервуарах окрашиваются в желтый цвет. Агрегаты с многоступенчатым сжатием оснащаются температурной шкалой. Компоненты манометра изготавливаются из материалов, устойчивых к воздействию паров аммиака.

При наличии серьезных динамических нагрузок манометры заливаются глицерином или силиконом

Ацетиленовый манометр окрашивается в белый цвет. Изготавливается как манометр систем безопасности из обезжиренных материалов. Используется для измерения избыточного давления в различных распределяющих и генерирующих ацетилен системах. Корпус изготавливается из стали, внутренние компоненты из латунного сплава. Диапазон допустимых температур от – 40 до + 70 °С.

Водородный манометр окрашивается в темно-зеленый цвет. Манометр для иных горючих газов красится в красный цвет. Измерительный прибор для негорючих смесей красят в черный цвет. Кислородный манометр окрашивают в голубой цвет.

Другие виды манометров

Жидкостный манометр дает возможность точных измерений, но у него есть большой недостаток: конструкция боится ударов и вибраций. Поэтому сегодня такие приборы используются в основном в лабораториях. С развитием промышленности возникли другие типы манометров, которые могут измерять давление в любых условиях — на подвижных механизмах, при сильных вибрациях и т. д. По конструкции выделяют деформационные и поршневые (грузопоршневые) приборы.

Деформационные манометры

Манометр деформационного типа — это компактное механическое устройство, измеряющее давление сразу в паскалях (без перевода из других единиц). Его рабочим элементом является дугообразная или спиральная трубка Бурдона, в которую накачивается газ. Если давление внутри трубки повышается, она начинает распрямляться, и это движение через систему тяг передается на стрелку. При снятии давления она возвращается в свое первоначальное положение.

Вместо трубки может быть использована пружина, мембрана или другой чувствительный элемент, который деформируется под давлением. Принцип действия манометра остается тем же: деформация передается на стрелку, движущуюся по шкале.

Деформационные металлические манометры чаще всего используются в быту и на производстве. Они компактны, отлично переносят вибрации, не требуют строго вертикальной установки. Если нужно выбрать, к примеру, автомобильный манометр, он будет именно такого типа.

Интересный факт!
Деформационный манометр был изобретен случайно. В 1845 году швейцарский ученый Р. Шинц наблюдал, как на производстве рабочие восстанавливали сплющенную металлическую трубку, заглушив один ее конец и закачав внутрь воду. Под действием давления трубка разогнулась, а ученому пришла в голову мысль использовать такой же элемент для измерений, но работать с воздухом, а не с водой.

Поршневые манометры

Несмотря на то, что поршневые манометры были созданы раньше деформационных, они получили меньшее распространение. Сегодня такие приборы используются для исследования скважин в нефте- и газодобывающей промышленности, а также для сверки показаний в лабораториях.

На рисунке ниже можно увидеть, из чего состоит манометр поршневого типа. В самом простом варианте это емкость с маслом, соединенная при помощи штуцера с измеряемой средой. В емкость погружен цилиндр с тщательно притертым поршнем (зазор между стенками цилиндра и поршнем должен быть минимальным). На торце поршня закреплена тарель, на которую могут укладываться грузы.

Снизу на поршень действует измеряемое давление Р, сверху оно уравновешивается некой силой, создаваемой весом самого поршня и грузов G₁+ G₂.

Давление под поршнем рассчитывается по формуле:

, где G₁— масса грузов, G₂— масса поршня с тарелью, g — ускорение свободного падения, F — площадь поршня.

Также давление можно выразить через силу согласно закону Паскаля:

P = F / S, где F — сила, действующая на поршень, S — площадь поршня.

С помощью поршневых маномеров впервые измеряли давление ученые-физики Георг Паррот и Эмиль Ленц. Но широкое распространение эти приборы получили благодаря некому Рухгольцу, который запустил их в массовое производство.

Классификация по типу измеряемого давления

Приборы, служащие для получения данных о параметрах давления газа в газгольдерах, транспортирующих магистралях, в газовых баллонах и прочих резервуарах, классифицируются по нескольким признакам. Они различаются по своему устройству и принципу действия.

Устройства, с помощью которых измеряют давление, подразделяются на классы по:

виду измеряемого давления;
назначению;
принципу действия;
классу точности.

По виду измеряемого давления приборы, предназначенные для определения точных показателей, делят на манометры, вакуумметры, тягомеры, напоромеры, барометры и другие.

В зависимости от степени защищенности от влияния внешней среды производят следующие приборы:

стандартные;
защищенные от попадания пыли;
водонепроницаемые;
защищенные от агрессивных сред;
взрывоустойчивые.

Одно изделие может сочетать в себе несколько видов защиты.

На схеме представлено разделение измерительных устройств по принципу действия, по виду давления, по применению и по отображению. Жидкостные и грузопоршневые приборы для получения данных о давлении газа применяют редко

Манометр представляет собой небольшой по размерам прибор, с использованием которого измеряют давление или разность давлений. Принцип работы этого контрольно-измерительного прибора зависит от его внутреннего устройства. В пределах одного класса они еще подразделяются на группы в зависимости от класса точности.

Чтобы измерить абсолютное давление, показатели которого отсчитывают от абсолютного нуля (вакуума), применяют абсолютные манометры. Избыточное давление определяют манометром избыточного давления. В общем случае все разновидности таких приборов называют одним словом: «манометр».

Большинство разновидностей манометров предназначено для измерения величин избыточного давления. Их особенность в том, что они показывают давление, представляющее разницу между абсолютным и атмосферным.

Вакуумметры — это устройства, показывающие значение давления разреженного газа. Применяя мановакуумметры, измеряют избыточное давление и давление разреженного газа. Информация отображается на единой шкале.

С помощью напоромеров определяют параметры избыточного давления со значениями до 40 кПа. Тягомеры, напротив, позволяют измерить разреженность до – 40 кПа. Тягонапоромерами измеряют разреженность и избыточное давление в интервале от – 20 до + 20 кПа.

Манометры применяют в самых разнообразных отраслях

Работа с газом предполагает высокий риск, поэтому важно контролировать все показатели системы. Информация о давлении дает пользователям сведения о текущем состоянии измеряемого объекта

Дифференциальными манометрами можно определить разность давлений в двух подлежащих исследованию произвольных точках. Микроманометр — это дифманометр, позволяющий измерить значения разности давлений в пределах 40 кПа.

Что такое манометр

Термин «манометр» в основе имеет два греческих слова: «измерять» и «неплотный». Из этого понятны его назначение и основные функции — измерения в неких неплотных средах (жидкостях и газах).

Манометр — это прибор для измерения искусственно созданного давления газа или жидкости в замкнутой системе.

Не следует путать его с барометром, который тоже показывает давление, но только атмосферное. В то время как с помощью манометра можно измерить, с какой силой жидкость или газ давит на стенки герметично закрытой емкости. Условно говоря, он показывает плотность воздуха внутри закрытого пространства.

Единица измерения давления: паскаль (Па). Она отражает силу в 1 Н, которая равномерно действует на площадь 1 кв. м. Также давление иногда измеряют в барах, атмосферах, миллиметрах ртутного или водяного столба.

Для чего нужен манометр

В зависимости от модификации манометры могут использоваться в самых разных сферах:

при накачивании автомобильных шин;
в обслуживании систем кондиционирования и отопления;
в гидравлических узлах для передвижения железнодорожной стрелки;
для контроля давления в пневматических агрегатах на производстве;
в нефтяной и газодобывающей промышленности;
для обслуживания двигателей на морских судах и т. д.

Основное назначение манометра — проинформировать об избыточном или недостаточном давлении воды, пара, газа или иной рабочей среды. В промышленности также выделяют сигнальные приборы, которые помогают предотвратить взрывы и техногенные катастрофы из-за разрыва емкостей с опасными веществами (например, аммиаком или горячим паром).

Задачи

Чтобы научиться решать задачи под руководством опытного преподавателя, приходите на онлайн-курсы по физике для 9 класса!

Задача 1

В канистру налит бензин и высота столба составляет 0,6 м. Плотность бензина — 710 кг/м2. Определите давление бензина на дно канистры. Ускорение g равно 9,8 H/кг.

Решение:

Нам известно:

h = 0,6 м;

ρ = 710 кг/м2.

Согласно формуле, определяющей давление жидкости на стенки сосуда:

Р = ρgh;

P = 710 × 9,8 × 0,6 = 4174,8 Па = 4,7 кПа.

Ответ: 4,7 кПа.

Задача 2

На поршень, погруженный в цилиндр с маслом, положили груз весом 3 кг. Площадь поршня составляет 2 см2, а его вес — 300 гр. Чему равна сила давления под поршнем?

Решение:

Итак, у нас дано:

G₁= 3 кг;

G₂= 300 гр = 0,3 кг;

F = 2 см2 = 0,0002 м2;

Ускорение g равно 9,8 H/кг.

Ответ: 161,7 кПа.

Критерии выбора приборов

Оптимальный вариант — регулятор со шкалой от 0 до 10 атм

При подборе устройства нужно учитывать все требования к манометрам, применяемым в газовом хозяйстве. Основным критерием считается измерительный диапазон, в процессе выбора необходимо помнить, что стандартное давление должно укладываться в промежуток от 1/3 до 2/3 по шкале измерения. Идеальным вариантом станет регулятор со шкалой до 0-10 атм

На втором месте по степени важности находится показатель класса точности, показывающий нормальную погрешность результатов замеров во время функционирования прибора

При желании этот показатель можно рассчитать индивидуально, к примеру если устройство рассчитано на 10 атм, а его класс равен 1.5, показатель погрешности такого газомера составляет 1.5% от общей шкалы. По типу монтирования штуцера манометры бывают радиальными или торцевыми, помимо этого регуляторы дополняются резьбой метрического или трубного типа. Выбирая устройство, нужно учитывать его межповерочный интервал, будет лучше, если он составляет два года.

Требования к манометрам

Цвет корпуса указывает на тип измеряемого газа: желтый — аммиак, голубой — кислород, черный — негорючие, красный — горючие

Точные показатели, в соответствии с которыми устройство проводит замеры, напрямую зависит от правильности его подбора и монтажа в сочетании с эксплуатационными условиями. При подборе нужно учитывать физические и химические свойства измерительной среды и предполагаемые данные по давлению. Например, для условий с высоким содержанием агрессивных газов, лучше приобретать специальные приборы, изготовленные из прочных материалов. Диаметр стекла манометра должен быть не меньше 10 или 16 см, если его размещают на дистанции от 2 до 3 метров.

Устройства, применяемые в газовых средах, имеют различные оттенки корпуса, к примеру, голубой указывает на работу с кислородом, желтый с аммиаком, красный и черный подходят для горючих и негорючих газов соответственно. По правилам безопасности не рекомендуется пользоваться манометрами с истекшим сроком поверки, а также при отсутствии пломбы или отметки о проведении этой процедуры. Если стрелка прибора не возвращается к нулевому показателю после отключения, он тоже считается нерабочим.

Жидкостный манометр

Этот тип манометров появился первым еще в XVII веке. Он ведет свое начало от опытов Торричелли — одного из учеников Галилео Галилея.

Итальянский ученый погружал в емкость запаянную с одного конца и наполненную ртутью трубку. Некоторое количество ртути выливалось из трубки, и в ее верхней части получался вакуум. Соответственно, при повышении атмосферного давления ртутный столбик в трубке поднимался, а при понижении — опускался.

Принцип работы жидкостного манометра в целом похож на принцип работы системы из опыта Торричелли. Этот прибор представляет собой систему сообщающихся сосудов — две трубки, соединенные в U-образную конструкцию. Система наполовину заполнена жидкостью (обычно ртутью), и если на нее действует только атмосферное давление — уровень жидкости в обеих трубках будет одинаков.

Если одну из трубок подключить к накачивающему устройству или к закрытой емкости, на жидкость в ней будет действовать измеряемое давление (Р₁). В то время как на жидкость во второй трубке действует только атмосферное давление (Р₂). При изменении Р₁ уровень жидкости во второй трубке тоже будет меняться.

Измерив разность высоты столба Δh = h₁ − h₂, можно узнать, насколько изменилось давление Δp = p₁ − p₂.

Результат измерений, полученный в сантиметрах ртутного столба, переводят в паскали из расчета:

1 см ртутного столба (при 0°C) = 1333,22 Па.

Для получения результата сразу в паскалях можно воспользоваться формулой, которая определяет давление воды на стенки емкости:

Р = ρgh, где ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, h — высота столба.

Ускорение свободного падения (g) равно 9,8 H/кг.

Интересный факт!
Слава изобретателя манометра принадлежит Торричелли, но на самом деле он был придуман на столетие раньше Леонардо да Винчи. Гениальный художник и ученый написал трактат по гидравлике, в котором рассказал о замере давления воды с помощью U-образной системы. Однако этот труд до широкой публики дошел только в XIX веке.

Выберите идеального репетитора по физике
15 000+ проверенных преподавателей со средним рейтингом 4,8. Учтём ваш график и цель обучения
Выбрать!

Классификация по функционалу

Калибровка аналоговых манометров

По своему назначению манометр для газа высокого либо низкого давления бывает общетехническим, эталонным или специальным.

Общетехнические

Подобные приборы помогают измерять показатели максимального и вакуумметрического давления и применяются чаще всего на производстве, в том числе в процессе технологических работ. Они подходят для проведения измерений в газообразных средах, причем они должны быть неагрессивными для сплавов из меди при температурном режиме до 150 градусов. Эти устройства выдерживают вибрационные колебания с пределами от 10 до 55 Гц, амплитуду до 0,15 мм, класс точности у них варьируется от 1 до 2,5.

Эталонные

Приборы этого типа разработаны с целью тестирования, настраивания и калибровки прочих устройств для обеспечения максимально точных замеров. Подобные манометры для измерения давления газа разделяют на три категории, их перечень включает контрольные и образцовые регуляторы, а также их аналоги, предназначенные для обыкновенных и композитных баллонов. Газомеры первого типа применяются чаще всего и помогают контролировать достоверность данных приборов в местах установки, их рабочий предел колеблется в промежутке от 0,06 до 1600 бар.

Специальные

Специальные регуляторы создают под конкретный тип газа, а также среду, образуемую им. Корпусы таких устройств красят в разнообразные цвета с учетом типа вещества, для которых они предназначены. Манометры такого назначения делают из прочных материалов, способных выдерживать воздействие газообразных сред. Они считаются наиболее распространенными и отличаются простой конструкцией.