Конструкция манометра

Манометр — из чего состоит? Виды и типы

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).

Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова

Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков

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.

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.

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.

принцип действия, схема, виды и т.д.

Манометр технический — простой и точный прибор для измерения давления. Он может быть использован для измерения вакуума, давления выше атмосферного, разности давлений. Конструкция манометра определяет каким образом измеряется каждое из видов давления.

Технический манометр

Рекомендуем разобраться с тем, что такое давление и изучить каталог приборов для измерения давления.

Пожалуй, в быту самыми известными манометрами будут: манометр для измерения артериального давления и манометр для измерения давления автомобильных шин.

Принцип работы технического манометра

Принцип действия манометра основан на том, что столб жидкости определенной высоты обладает определенным давлением. Изменение величины жидкостных столбов при приложении на прибор источника давления используется как показатель изменения давления.

В качестве жидкости в манометрах большей частью используются ртуть и вода. Однако возможно использование других, специально приготовленных жидкостей, например, специального масла. В бесцветные жидкости для удобства в работе обычно добавляется краситель. Влияние веса красителя ничтожно и в расчет не принимается.

Как пользоваться техническим манометром

Основные операции по использованию манометра включают в себя проверку его состояния, обнуление, приложение давления и снятие показаний. Если жидкость в манометре загрязнилась, ее следует заменить, иначе это снизит точность производимых измерений.

Следует также проверять наличие в манометре достаточного количества жидкости для измерения давления. Если жидкости недостаточно, следует произвести ее долив в соответствии с инструкциями изготовителя прибора.

Все манометры должны быть нивелированы по уровню до проведения измерений. Без этого измерения будут неточными. В большинстве наклонных манометров имеется специальное устройство для нивелирования прибора. Устройство поворачивается до тех пор, пока пузырек в указателе уровня не примет правильного положения.

Нивелирующее устройство наклонного манометра

Для того, чтобы обеспечить точность, на манометре должен быть установлен эталонный нуль до того, как будет приложено давление и сняты показания. Эталонный нуль манометра выполнен в виде ручки, которая делает возможным установку нулевой отметки на шкале в соответствии с уровнем жидкости.

Эти приготовления помогут обеспечить нормальное функционирование манометра. Далее прикладывается давление и производится снятие нужных показаний.

Как читать показания манометра

После выполнения подготовительных операций можно переходить непосредственно к считыванию показаний манометра. На рисунке ниже показаны уровни водяных столбов для двух типов трубок. Открытая поверхность жидкостного столба называется мениском. Вид поверхности жидкости, показанный на рисунке, называется вогнутым мениском: центр этой поверхности расположен ниже ее внешних краев. Вода всегда образует вогнутые мениски.

Вогнутые мениски в трубках, наполненных водой

На практике считывание показаний уровней для вогнутых менисков всегда производится со дна, т.е. низшей части мениска.

Существует так же и выпуклый мениск. Центр его выше, чем внешние края. Ртуть всегда образует выпуклые мениски. Считывание показаний при выпуклом мениске всегда производится с верхней точки.

Выпуклый мениск в трубке, наполненной ртутью

Манометр U-образный устройство для измерения давления, которое состоит из прозрачной трубки, выполненной в форме латинской буквы «U»

Манометр наклонный прибор для измерения давления с наклонной по отношенению к резервуару трубкой

Манометр чашечный прибор для измерения давления, который состоит из резервуара (чашки) с отверстием на нижней стороне

Неисправности манометров время от времени манометры начинают работать неправильно

Калибровка и поверка манометров каждый прибор должен работать исправно

Безопасно разработанные датчики-инструментация

Дом »Измерения давления». Давление-калипа-безопасность-

28 июля 2016 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Европейский стандарт EN 837
Устройство выдувания
Многослойное безопасное стекло
Выдуваемая задняя стенка
Прочная внутренняя перегородка
Испытание на выделение энергии
Исполнение S1
Исполнение S2
Модель S3
Когда мне нужен безопасный манометр?
Несколько исключений из правил

Европейский стандарт EN 837

Большинство манометров разработаны в соответствии с отраслевыми стандартами. Этот стандарт устанавливает правила, которым должен соответствовать продукт. Охватываются такие темы, как габаритные размеры, диапазоны давления, классы точности, допуски, испытания и даже упаковка и маркировка. EN 837 — это европейский стандарт для манометров, который состоит из трех частей:

Часть 1:	Манометры с трубкой Бурдона. Размеры, метрология, требования и испытания.
Часть 2:	Выбор и установка – рекомендации по манометрам.
Часть 3:	Мембранные и капсульные манометры. Размеры, метрология, требования и испытания.

Безопасная конструкция манометра ориентирована в первую очередь на манометры с трубкой Бурдона, поскольку этот принцип измерения используется для более высоких диапазонов давления. Требования к конструкции таких датчиков можно найти в EN 837-1. Стандарт определяет три типа предохранительных конструкций для защиты оператора от выхода из строя трубки Бурдона и выброса газа под высоким давлением в корпус манометра. Высвободившийся газ должен быть отведен в безопасную зону, подальше от оператора.

Продувочное устройство

Это часть манометра, обычно заглушка, расположенная сзади или сверху корпуса. При повышении давления внутри корпуса в результате выхода из строя трубки Бурдона выдувное устройство (черная пластиковая заглушка, как показано на рисунке ниже) сдуется. Давление внутри корпуса не должно превышать половины давления разрыва окна.

Выдувное устройство не должно быть заблокировано мусором и грязью. При монтаже манометра необходимо следить за тем, чтобы между продувочным устройством и другими объектами вблизи манометра оставалось пространство не менее 20 мм.

Когда манометр заполнен жидкостью, обязательно наличие продувочного устройства.

Выдувное устройство

Манометр безопасного типа

Манометры безопасного типа обеспечивают еще большую защиту оператора в случае фатального разрыва трубки Бурдона. Для этой цели они используют один или несколько из следующих элементов безопасности:

Многослойное безопасное стекло
Выдуваемая задняя стенка
Внутренняя перегородка

Существует два различных типа шаблонов безопасности: с с перегородкой и без нее.

Многослойное безопасное стекло

Окно из многослойного безопасного стекла значительно прочнее стандартного окна. Он также не будет раскалываться, когда он разрушится под повышенным давлением внутри кожуха. В качестве альтернативы стеклу можно использовать неосколочный пластик.

Выдувная задняя часть

Самая большая поверхность, обычно вся задняя часть манометра, выполнена в виде выдувной задней части. Выдувная спинка сдувается целиком в случае фатального разрыва трубки Бурдона. За манометром должно быть не менее 20 мм свободного пространства, чтобы не препятствовать обратному выбросу.

Давление внутри корпуса может повышаться максимум до половины давления, необходимого для разбивания окна, с абсолютным максимумом 1,5 бар (22 фунта на кв. дюйм или 150 кПа).

Выпускной клапан удерживается на месте с помощью уплотнительного кольца, чтобы при необходимости корпус можно было заполнить жидкостью.

Манометр с выдувной задней стенкой

Сплошная внутренняя перегородка

Перегородка представляет собой сплошную пластину, расположенную между трубкой Бурдона и окном. Пластина находится сразу за циферблатом и приварена к внутренней части корпуса. В случае выхода из строя трубки Бурдона перегородка защитит окно от избыточного давления, а повышенное давление сдует выброс обратно в безопасную зону.

Количество и размер отверстий в перегородке должны быть сведены к минимуму. Отверстия необходимы для шпинделя указателя, для крепежных винтов или для заполненных жидкостью манометров, чтобы заполняющая жидкость могла заполнить пространство между окном и перегородкой.

Датчик полной безопасности

Испытание на высвобождение энергии

Датчики безопасности подвергаются испытанию на высвобождение энергии. Это испытание имитирует фатальный разрыв трубки Бурдона и выброс газа под высоким давлением в корпус манометра.

Конструкция S1

Манометры конструкции S1 должны иметь только продувочное устройство.

Исполнение S2

Калибровочные манометры диаметром от 40 до 80 мм без перегородки изготавливаются в соответствии с исполнением S2. Они должны были успешно пройти испытание на выделение энергии, иметь окно с многослойным безопасным стеклом или неосколочным пластиком, а также иметь выдувное устройство или выдувную заднюю стенку.

Исполнение S3

Калибровочные манометры диаметром от 40 до 250 мм с перегородкой изготавливаются в соответствии с исполнением S3. В дополнение к требованиям конструкции S2 они должны быть оснащены выдувной спинкой.

Когда мне нужен безопасный манометр?

Вообще говоря, сухие манометры с диапазоном измерения 25 бар или меньше не требуют средств безопасности, в то время как жидкостные манометры всегда нуждаются в некоторых средствах безопасности.

Стандарт EN 837-2 содержит более подробную классификацию, в которой проводится различие между жидкостными и газовыми или паровыми системами.

Измерение давления жидкости

Для сухих манометров не требуется никаких мер безопасности, независимо от диаметра манометра или диапазона измерения.

Для жидкостных манометров конструкция S1 должна использоваться независимо от диаметра манометра или диапазона измерения.

Измерение давления газа или пара

Для сухих манометров с диапазоном измерения 25 бар или менее не требуются меры безопасности для диаметров менее 100 мм, а конструкция S1 должна использоваться для диаметров 100 мм и более .

Для сухих манометров с диапазоном измерения более 25 бар следует использовать конструкцию S2 для диаметров менее 100 мм, а конструкцию S3 для диаметров 100 мм и более.

Для заполненных жидкостью манометров с диапазоном измерения 25 бар или менее следует использовать конструкцию S1 независимо от диаметра манометра.

Для жидкостных манометров с диапазоном измерения выше 25 бар исполнение S2 следует использовать для диаметров менее 100 мм, а исполнение S3 следует использовать для диаметров 100 мм и более.

Несколько исключений из правила

Манометры для применения с кислородом или ацетиленом всегда должны иметь предохранительный тип и, таким образом, использовать функции безопасности в соответствии с конструкцией S2 или S3.