Устройство и принцип работы манометра

Устройство и принцип работы манометра

Измерение давления производится с помощью чувствительного элемента — трубки Бурдона, диафрагмы, столба жидкости, тензодатчика и т.д. Наиболее распространены следующие приборы измерения давления:

  • Пьезометр
  • U-образная трубка
  • Пружинный манометр на основе трубки Бурдона
  • Диафрагменный манометр
  • Диафрагменный датчик давления
  • Тензометрический датчик давления
  • Сильфонный датчик давления
  • Пьезо-электрический датчик давления

Рассмотрим принцип действия манометров разных типов.

Манометр. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Манометр – это компактное механическое устройство для измерения давления. В зависимости от модификации оно может работать с воздухом, газом, паром или жидкостью. Существует много разновидностей манометров, по принципу снятия показаний давления в измеряемой среде, каждый из которых имеет свое применение.

Сфера использования
Манометры являются одним из самых распространенных приборов, которые можно встретить в различных системах:
  • Котлах отопления.
  • Газопроводах.
  • Водопроводах.
  • Компрессорах.
  • Автоклавах.
  • Баллонах.
  • Баллонных пневматических винтовках и т.д.

Внешне манометр напоминает невысокий цилиндр различного диаметра, чаще всего 50 мм, который состоит из металлического корпуса со стеклянной крышкой. Сквозь стеклянную часть просматривается шкала с отметками в единицах измерения давления (Бар или Па). Сбоку в корпус входит трубка с внешней резьбой для ввинчивания в отверстие системы, в которой необходимо провести измерение давления.

При нагнетании давление в измеряемой среде газ или жидкость сквозь трубку прижимает внутренний механизм манометра, что приводит к отклонению угла стрелки, которая указывает на шкалу. Чем выше создаваемое давление, тем больше отклоняется стрелка. Цифра на шкале, на которой остановится указатель, и будет соответствовать давлению в измеряемой системе.

Давление, которое может измерить манометр
Манометры являются универсальными механизмами, которые могут применяться для измерения различных значений:
  • Избытка давления.
  • Вакуумного давления.
  • Разницы давлений.
  • Атмосферного давления.

Применение этих приборов позволяет контролировать различные технологические процессы и предотвращать аварийные ситуации. Манометры предназначенные для эксплуатации в особых условиях могут иметь дополнительные модификации корпуса. Это может быть взрывозащищенность, устойчивость к коррозии или повышенной вибрации.

Разновидности манометров

Манометры используется во многих системах, где присутствует давление, которое должно находиться на четко заданном уровне. Применение прибора позволяет вести за ним контроль, поскольку недостаточное или избыточное воздействие может навредить различным технологическим процессам. Кроме этого, превышение нормы давления является причиной разрыва емкостей и труб. В связи с этим создано несколько разновидностей манометров рассчитанных под определенные условия работы.

Они бывают:
  • Образцовые.
  • Общетехнические.
  • Электроконтактные.
  • Специальные.
  • Самопишущие.
  • Судовые.
  • Железнодорожные.

Образцовый манометр предназначен для поверки другого подобного измерительного оборудования. Такие устройства определяют уровень избыточного давления в различных средах. Подобные приборы оснащены особо точным механизмом, дающим минимальную погрешность. Класс точности у них составляет от 0,05 до 0,2.

Общетехнические применяются в общих средах, которые не замерзают в лед. Такие приборы имеют класс точности от 1,0 до 2,5. Они устойчивы к вибрации, поэтому могут устанавливаться на транспорте и системах отопления.

Электроконтактные предназначены специально для контроля и предупреждения о достижении верхней отметки опасной нагрузки, способной разрушить систему. Такие приборы используются с различными средами, такими как жидкости, газы и пары. Данное оборудование имеет встроенный механизм управления электроцепями. При появлении избыточного давления манометр подает сигнал или механическим способом отключает снабжающее оборудование, нагнетающее давление. Также электроконтактные манометры могут включать специальный клапан, который сбрасывает давление до безопасного уровня. Такие приборы предотвращают аварии и взрывы на котельных.

Специальные манометры предназначены для работы с определенным газом. Такие приборы обычно имеют цветные корпуса, а не классические черные. Цвет соответствует газу, с которым может работать данный прибор. Также на шкале применяется специальная маркировка. К примеру, манометры для измерения давления аммиака, которые обычно устанавливается в промышленных холодильных установках, окрашены в желтый цвет. Подобное оборудование имеет класс точности от 1,0 до 2,5.

Самопишущие применяются в сферах, где требуется не только вести визуальный контроль за давлением системы, но и фиксировать показатели. Они пишут диаграмму, по которой можно просматривать динамику давления в любой промежуток времени. Подобные устройства можно встретить в лабораториях, а также на тепловых электростанциях, консервных заводах и прочих пищевых предприятиях.

Судовые включают широкий модельный ряд манометров, которые имеют защищенный корпус от атмосферного воздействия. Они могут работать с жидкостью, газом или паром. Имена их можно встретить на уличных газовых распределителях.

Железнодорожные манометры предназначены для контроля за избыточным давлением в механизмах, которые обслуживают рельсовый электротранспорт. В частности, их применяют на гидравлических системах, передвигающих рельсы при разведении стрелы. Подобные устройства имеют повышенную стойкость к вибрации. Они не только устойчиво переносят встряску, но при этом указатель на шкале не реагирует на механическое воздействие на корпус, точно отображая уровень давления в системе.

Разновидности манометров по механизму снятия показаний давления в среде
Манометры различаются и по внутреннему механизму, приводящему снятие показаний давления в системе, к которой подключаются. В зависимости от устройства они бывают:
  • Жидкостные.
  • Пружинные.
  • Мембранные.
  • Электроконтактные.
  • Дифференциальные.

Жидкостный манометр предназначен для измерения давление столба жидкости. Такие приборы работают по физическому принципу сообщающихся сосудов. Большинство устройств имеют видимый уровень рабочей жидкости, из которой они снимают показания. Эти приборы одни из редко используемых. В связи с контактом с жидкостью их внутренняя часть пачкается, поэтому постепенно прозрачность теряется, и визуально определить показания становится сложно. Жидкостные манометры были придуманы одними из самых первых, но еще встречаются.

Пружинные манометры самые часто встречаемые. Они имеют простую конструкцию, которая пригодна для ремонта. Пределы их измерения обычно составляют от 0,1 до 4000 Бар. Непосредственно сам чувствительный элемент такого механизма представляет собой трубку овального сечения, которая под действием давления ужимается. Давящая на трубку сила передается по специальному механизму на стрелку, которая проворачивается под определенным углом, указывая на шкалу с разметкой.

Мембранный манометр работает по физическому принципу пневматической компенсации. Внутри прибора имеется специальная мембрана, уровень прогиба которой зависит от воздействия создаваемого давлением. Обычно применяется две спаянных между собой мембран, образовывающих коробку. По мере изменения объема коробки чувствительный механизм отклоняет стрелку.

Электроконтактные манометры можно встретить в системах, которые автоматически контролируют давление и проводят его регулировку или сигнализируют о достижении критического уровня. В приборе имеется две стрелки, которые можно двигать. Одна устанавливается на минимальное давление, а вторая на максимальное. Внутри прибора вмонтированы контакты электрической цепи. Когда давление достигает одного из критических уровней, проводится замыкание электроцепи. В результате создается сигнал на пульт управлении или срабатывает автоматический механизм для экстренного сброса.

Дифференциальные манометры являются одними из самых сложных механизмов. Они работают по принципу измерения деформации внутри специальных блоков. Данные элементы манометра восприимчивы к давлению. По мере деформации блока специальный механизм передает изменения на стрелку, указывающую на шкалу. Движение указателя происходит до тех пор, пока перепады в системе не прекратятся и не остановятся на определенном уровне.

Читайте также  Фаза цвет провода
Класс точности и диапазон измерения

Любой манометр имеет технический паспорт, на котором указывается его класс точности. Показатель имеет цифровое выражение. Чем ниже цифра, тем прибор точнее. Для большинства приборов нормой является класс точности от 1,0 до 2,5. Они применяются в тех случаях, когда небольшое отклонение не имеет особого значения. Самую большую погрешность обычно дают приборы, которые используют автомобилисты для измерения давления воздуха в шинах. Их класс нередко опускается до отметки 4,0. Лучший класс точности имеют образцовые манометры, самые совершенные из них работают с погрешностью 0,05.

Каждый манометр рассчитан для работы в определенном диапазоне давления. Слишком мощные массивные модели не смогут зафиксировать минимальные колебания. Очень чувствительные устройства при избыточном воздействии выходят из строя или разрушаются, приводя к разгерметизации системы. В связи с этим при выборе манометра следует обращать внимание на этот показатель. Обычно на рынке можно найти модели, которые способны фиксировать перепады давления в пределах от 0,06 до 1000 мПА. Также существуют специальные модификации, так называемые тягомеры, которые предназначены для измерения разрежения давления до уровня -40 кПа.

Зачем устанавливается?

Измерительные приборы устанавливают, чтобы следить за состоянием системы. Давление в трубопроводах не должно превышать некоторого порогового значения. В то же время оно должно быть достаточным для работы различных устройств.

Места установки:

  • насосные станции;
  • котельные;
  • железнодорожный транспорт, автомобили, воздушные и водные суда;
  • напорные трубопроводы;
  • водонагревательные приборы;
  • системы фильтрации.

Манометры покупают для личного пользования, чтобы, например, периодически контролировать давление воды, поступающей в смеситель.

На постоянной основе их устанавливают на насосных станциях рядом с гидроаккумуляторами и реле давления, чтобы автоматически включать и выключать насос. Часто манометры входят в состав блоков автоматики.

Область применения

Практически все отрасли промышленности используют в своих механизмах манометры. Самые распространенные это:

  • машиностроение;
  • автомобилестроение (компрессоры);
  • сельское хозяйство;
  • газобаллонное оборудование;
  • жилищно-эксплуатационное хозяйство (котловое оборудование, водопровод);
  • домашнее хозяйство (отопительный котел, автоклав);
  • металлургия.

Измерение давления манометром

Рубрики: Опыты , Поделки , физика , Эксперименты | Теги: Измерение давления манометром, Опыты, Поделки, физика, эксперимент | 20 июня 2013 | Svetlana

Для измерения давления воздуха или газа внутри какого-либо сосуда манометром надо его резиновую трубку присоединить к этому сосуду. Следить за уровнем жидкости в обоих коленах манометра.
а) Если в обоих коленах манометра жидкость стоит на одинаковом уровне, считать давление газа внутри сосуда таким же, как и давление окружающего воздуха.
б) Если уровень жидкости в коротком колене манометра ниже, чем в другом, считать давление внутри сосуда большим, чем давление окружающего воздуха.

в) Если в коротком колене манометра жидкость стоит выше, чем в другом колене, считать, что внутри сосуда давление меньше, чем давление окружающего воздуха.

При разности уровней жидкости в трубках манометра расчёт разницы асмосферного давления и давления в сосуде делается по формуле:

Можно проделать следующие опыты с использованием своего манометра.
Насадив крепко конец резиновой трубки манометра на стеклянную воронку, широкое отверстие её затянуть резиновой плёнкой. Когда жидкость в манометре успокоится, опустить воронку в ведро с водой. Следить, как изменяется давление внутри воды с глубиной погружения воронки. Установив воронку на определённой глубине в воде, повёртывать её отверстием в разные стороны, вверх и вниз, следя за показанием манометра.
2. Открыть трубу у вытопленной незадолго до опыта печи. Ввести в печь резиновую трубку манометра. Уровень воды в коротком колене манометра поднимается. Рассчитать давление тёплого воздуха в печи (при тяге).
3. Резиновый мешок медицинской грелки надуть слегка воздухом и соединить его накрепко с резиновой трубкой манометра. Положить мешок горизонтально и класть на него одну за другой толстые книги (груз). Манометр хорошо покажет изменение давления воздуха, замкнутого в мешке.
4. Если достать стеклянную трубку общей длиной около 1,7 м, можно сделать манометр для измерения уже значительно большего избыточного давления, например, наибольшего напора воздуха при дутье ртом. Этим способом контролируется «сила лёгких». Дуть надо не рывками, а плавно увеличивая давление.

5. Этим же прибором можно измерить наибольшее разрежение, создаваемое при всасывании ртом. В этом случае надо ртом тянуть воздух из верхнего конца трубки.
6. Если в приборе 4-го опыта вместо короткого колена трубки вставить оттянутую на сужение трубочку, то при дутье в длинное колено из короткой трубки будет бить фонтан.

Е.Н. Соколова “Юному физику”

Руководство по изготовлению самодельного манометра

если есть необходимость в существенном экономии средств, то следует рассмотреть возможность самостоятельного изготовления. Для этого потребуется:

  1. Определенные материалы и инструменты.
  2. Соблюдение последовательности соединений всех элементов.

Рассмотрим особенности изготовления своими руками подобного прибора подробнее.

Чем отличается манометр для воды от манометра для воздуха?

Не знакомые с измерительными приборами люди часто не могут отличить манометр давления воды в системе водоснабжения от прибора, который используется для измерения давления воздуха и газа. Внешне оба эти устройства практически не отличаются друг от друга. Тем не менее, различие между ними все-таки есть.

Разница между манометром для воды и воздуха заключается в конструкции и принципе их действия. В приборах для воды роль чувствительного элемента играет мембрана и сосуд с жидкостью. В воздушных манометрах чувствительным элементом служит трубчатая пружина, которая при работе заполняется газом или воздухом.

Виды манометров, их плюсы и минусы

Устройства для измерения давления внутри колеса выпускаются многими производителями. Они представлены в нескольких разновидностях, которые имеют много отличий. Дальше мы изучим какие бывают манометры, остановимся на их преимуществах и недостатках, изучим принцип действия, который также отличается в зависимости от разновидности устройства.

Механические приборы

Самая простая, доступная и «древняя» разновидность механизма. Механический манометр состоит из циферблата со шкалой, на которой отображается реальный уровень давления. Отличается простотой и надёжностью. Этот прибор нескоро выйдет из строя, поскольку ломаться, по сути, в нём нечему. Несмотря на такую простоту и доступность показания прибор выдаёт точные. Купить такой манометр может каждый водитель, на бюджете эта покупка не особенно отразится.

К недостаткам можно отнести чувствительность к влаге и длительность проведения измерений на четырёх колёсах. У некоторых водителей могут возникать сложности с прочтением полученных измерений. Также результаты в некоторых случаях требуют проверки.

Механический шинный манометр

В различных моделях представлены механические манометры. В некоторых из них имеется клапан, при помощи которого можно спускать воздух с перекачанного колеса. Очень удобно, когда можно просто нажать на кнопку и выпустить лишний воздух с колеса, приведя показания давления в нормальное состояние.

Реечные манометры

Они являются менее популярными, чем предыдущая разновидность, но всё же у некоторых автомобилистов валяются в бардачке, багажнике или гараже. Их конструкция напоминает ручку, основу составляет пружина, которая имеет форму цилиндра. Они надёжные, компактные и доступные по цене.

Читайте также  Блок усиления профильной трубы цена

К недостаткам можно отнести хрупкую конструкцию и не совсем удобное применение. Потому не всех водителей устраивают реечные манометры, тем более, у них есть достойная замена в виде механических и электронных приборов.

Реечный шинный манометр

Электронные устройства

Их популярность возрастает, и они уверенно вытесняют предыдущие две разновидности. Даже высокая стоимость не смущает автомобилистов. Удобно использовать электронные манометры для измерения давления в шинах, с ними время проведения измерений сокращается в разы. К списку преимуществ нужно также отнести высокую точность. Более дорогие модели оснащены дополнительным функционалом.

Их нельзя назвать идеальным выбором, поскольку электроника боится морозов. Это отражается на точности измерений. Не всегда имеется возможность провести измерения в тёплом гараже, потому актуальность покупки цифрового манометра в некоторых случаях ставится под сомнение.

Электронный шинный манометр

Системы контроля давления

Можно не заморачиваться с манометром и установить для проверки давления в шинах специальную систему. Такие технологии по-научному называются TPMS. Существует две разновидности:

  1. Прямые системы проводят замеры прямо с колёс. Они являются очень популярными и используются многими автомобильными производителями. Существует две разновидности прямых систем контроля давления в автомобильных шинах:
  • штатные опции,
  • нештатные универсальные датчики, которые могут устанавливаться на любой автомобиль.
  1. Косвенные модели считывают показатели с датчиков ABS. Если колесо спустилось, то его радиус будет меньше нормы. Такие системы начинают отходить в прошлое и всё большее число производителей отказываются от них. Причиной такой ситуации является большая погрешность, которая ещё и сопровождается сбоями в работе.

Стандарты безопасности

Основным международным стандартом, которым руководствуются производители манометров, является ANSI/ASME B40.100-2013 «Манометры и способы их установки». С появлением этого документа безопасные манометры стали использовать на современных технологических установках по всему миру.

ASME – независимая некоммерческая организация. Одна из самых уважаемых организаций по разработке стандартов в мире.

ANSI – американский национальный институт стандартов. Член Международной организации по стандартизации США.

В России регламентирующим документом является ГОСТ Р 8.905-2015 «Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Манометры показывающие. Рабочие средства измерений. Метрологические требования и методы испытаний», который указывает, что:

«…безопасность оператора зависит от прочности узла чувствительного элемента, который должен выдерживать многократную перегрузку избыточным давлением, или установкой защиты из специального стекла или металлической сетки, перекрывающей лицевую поверхность манометра…».

В отличие от национального стандарта, международный ANSI/ASMЕ В40.100-2013 четко описывает конструкцию безопасного манометра:

4.3.6.1 «Сплошная приварная стенка корпуса. Общепринято, что прочная передняя часть уменьшит вероятность выброса деталей вперед. Исключением является отказ из-за взрыва».

4.2.7.2 «Сбой из-за избыточного давления. Общепринято, что манометры со сплошной передней перегородкой в корпусе и с выдуваемой задней стенкой снизят вероятность того, что в случае отказа детали могут быть выброшены вперед».

4.2.7.1 «Усталостное разрушение обычно возникает как небольшая трещина на трубке. Такие сбои обычно более критичны для сжатых газовых сред, чем для жидких. Усталостные трещины обычно медленно высвобождают жидкую среду, поэтому повышение давления можно предотвратить через отверстие для сброса давления в корпусе манометра. Тем не менее, в трубке Бурдона усталостное разрушение может вызвать взрывное разрушение».

4.2.4 «Опасные системы и / или условия. Следующие системы считаются потенциально опасными . Системы сжатого газа, кислородные системы, системы, содержащие водород, системы давления, содержащие любую взрывоопасную или легковоспламеняющуюся смесь или среды, а также системы, в которых может быть случайно применено высокое избыточное давление. »

4.2.6 «Серьёзные последствия. Пожар и взрывы в системе давления могут привести к выходу из строя элемента давления с очень серьёзными последствиями вплоть до полного разрушения или расплавления манометра. Можно ожидать, что отказ в системе со сжатым газом приведет к трагичным последствиям».

Выдержки из ANSI/ASME B40.100-2013 демонстрируют, что стандарт признает существование некоторых типов отказов, которые невозможно включить ни в один из случаев. При этом можно уверенно сказать, что защитная перегородка корпуса и другие элементы конструкции безопасного манометра с большей вероятностью защитят оператора.