Существуют ситуации, когда возникает необходимость определения давления, создаваемого газом. Это может касаться различных объектов, таких как баллоны, трубопроводы, а также емкости разного типа. Для мониторинга этих показателей используются манометры, которые измеряют давление газа. Подобные устройства находит применение в множестве областей, включая медицину и тяжелую промышленность.
Чтобы покупка манометра была оправдана, и устройство соответствовало требованиям ваших производственных нужд, рекомендуется ознакомиться с его классификацией. В данной статье мы расскажем о различных типах манометров, их конструктивных особенностях и принципах работы.
Краткое содержание статьи
Классификация по типу измеряемого давления
Приборы, используемые для получения информации о давлении газа в газгольдерах, трубопроводах, баллонах и других резервуарах, делятся на несколько категорий. Они различаются по устройству и принципу действия.
Манометры классифицируются по следующим критериям:
- типу измеряемого давления;
- назначению;
- принципу работы;
- классу точности.
Что касается типа измеряемого давления, то устройства, которые предназначены для получения точных значений, подразделяются на манометры, вакуумметры, тягомеры, напоромеры, барометры и другие.
Опираясь на уровень защиты от воздействия внешних условий, приборы подразделяются на:
- обычные;
- защищенные от пыли;
- водонепроницаемые;
- устойчивые к агрессивным материалам;
- взрывобезопасные.
Некоторые модели могут комбинировать несколько уровней защиты.
На схеме показано распределение различных измерительных устройств по принципу работы, типу давления, области применения и способу визуализации данных. Жидкостные и грузопоршневые устройства используются достаточно редко для измерения давления газа.
Манометр – это компактный прибор, позволяющий измерять давление или его разность. Принцип работы этого измерительного устройства зависит от его конструкции, а внутри одного класса манометры также подразделяются на группы по классу точности.
Для определения абсолютного давления, отсчитываемого от нуля (вакуума), применяются абсолютные манометры. Манометры избыточного давления служат для измерения избыточного давления. Все упомянутые устройства объединяются общим названием «манометры».
Большинство манометров нацелено на измерение величины избыточного давления, причем они показывают разницу между абсолютным и атмосферным давлением.
Вакуумметры – это конструкции, которые определяют давление разреженного газа. Параллельно с вакуумметрами, мановакуумметры также могут измерять избыточное давление и давление разреженного газа, отображая результаты на единой шкале.
Напоромеры применяются для определения значений избыточного давления до 40 кПа, тогда как тягомеры позволяют измерять разреженность до -40 кПа. Тягонапоромеры способны измерять как разреженность, так и избыточное давление в диапазоне от -20 до +20 кПа.
Манометры находят свое применение в множестве областей. Работа с газом связана с высокими рисками, поэтому крайне важно следить за всеми показателями системы. Данные о давлении информируют пользователей о текущем состоянии контролируемого объекта.
С помощью дифференциальных манометров можно определить разницу давления между двумя точками, которые подлежат обследованию. Микроманометры способны измерять разность давления в пределах до 40 кПа.
Классификация по принципу работы
Газовые манометры, в зависимости от механизма отображения показаний, подразделяются на:
- деформационные;
- электрические;
- грузопоршневые;
- жидкостные.
Каждый из перечисленных типов обладает уникальными характеристиками.
Деформационные манометры
Устройства деформационного типа функционируют на основании влияния давления на чувствительный элемент, что вызывает его деформацию. Уровень напряжения в этой системе определяет степень деформации.
К таким манометрам относятся устройства, работающие на основе трубчатых пружин, сильфонов или мембран, отличающиеся высокой чувствительностью.
Чувствительными элементами в трубчато-пружинных манометрах служат трубчатые пружины, представляющие собой согнутые в круг трубки с овальным сечением. Газ воздействует на внутреннюю поверхность трубки, вызывая ее деформацию и изменение формы к круговой.
Один конец губчатой трубки заделан и может двигаться, а другой остается открытым и фиксированным. При изгибе пружины также происходит деформация колец, которые затем выпрямляют пружину. Движение запаянного конца передается на шкалу измерительного прибора в соответствии с силой давления.
Для измерения давления до 40 бар используются круговые пружины, а при более высоких давлениях – винтовые или спиральные, находящиеся в одной плоскости. Погрешность измерений варьируется от 1 до 4% в зависимости от метода измерения.
Сильфонные и мембранные элементы обеспечивают точные значения для малых уровней избыточного и вакуумметрического давления.
Сильфоны изготавливаются аналогично сантехническим шлангам и состоят из тонкостенной металлической трубки, состоящей из подвижных колец. В зависимости от материалов и параметров жесткость сильфонов может варьироваться.
Из-за воздействия высоких температур накапливаются пластические деформации, что способно нарушить точность измерений. При изменении температуры и пульсации давления статические характеристики также могут ускоренно меняться.
Мембранные чувствительные элементы обладают широким многообразием. Класс точности подобных манометров не может превышать 1,5. Они, как правило, оснащены защитной системой, которая срабатывает при перегрузке, позволяя мембране упираться в специальный защитный элемент.
Мембранные коробки часто применяются в манометрах, предназначенных для измерения давления и разреженности. Напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры, использующие мембранные элементы, имеют классы точности 1,5; 2,5 и пределы измерения до 25 кПа.
Плоские мембраны имеют ограниченное перемещение, поэтому используются для преобразования давления в силу, однако они менее стабильны и требуют сложного расчета.
Гофрированные мембраны вместе с аналогичными коробками улучшают статические характеристики, хотя они лучше поддаются движению, плохо поддаются количественному расчету. Такие устройства чаще внедряются за счет их низкой жесткости.
Для измерения малых давлений используют аппараты с вялыми мембранами.
Поскольку высокая температура отрицательно сказывается на упругости и чувствительности ключевых рабочих элементов, такие устройства нуждаются в защите.
Механические манометры
Многие манометры, работающие с трубчатыми пружинами, фактически являются устройствами прямого преобразования, что означает, что давление преобразуется в смещение чувствительного элемента и взаимодействующего с ним механизма.
На схеме радиально расположен штуцер, но существуют также модели с осевым расположением.
Когда давление воздействует на пружину, свободный конец пружины перемещается, приводя к передвижению поводка на зубчатом секторе, что вызывает вращение шестерни и показывающей стрелки.
Пружинные манометры имеют диапазон измерений от 0,1 до 103 Мпа и различаются по классам точности. Прототипы создаются с классами точности 0,15; 0,25; 0,4, тогда как рабочие модели высокой точности имеют показатели 1 и 0,6. Стандартизированные манометры имеют классы точности 1,5; 2,5; 4.
Манометры с электрическим контактом
Эти устройства представляют собой усовершенствованные модели показывающих манометров. При достижении определенного уровня давления стрелка замыкает электрическую цепь.
К конструкциям добавлены стрелки с контактами, расположенные напротив значений, которые необходимо отслеживать.
Когда стрелка достигает установленного показателя, происходит замыкание цепи и активация сигнализации. Класс точности манометров такого типа составляет 1,5, а диапазон измерений соответствует стандартным значениям.
Для сигнализации или позиционного регулирования используют реле давления с индикацией РД, которые измеряют давление в интервале от 12 до 1600 кПа. Реле может настраиваться на верхние и нижние пределы срабатывания, имея разрывную мощность до 10 Вт.
Самопишущие манометры
Промышленные манометры могут быть оснащены встроенными системами, фиксирующими показания на дисковой диаграмме, что позволяет отслеживать динамику изменений. Один полный оборот может быть выполнен за 8, 12 или 24 часа, в зависимости от предназначения механизма — электрического или часового.
Принцип работы самописца основан на передаче сигнала от трубчатой пружины большого диаметра с тяговым усилием, которая передает движение от чувствительного элемента к индикаторной системе. Модели, имеющие обозначение МТС, фиксируют значения избыточного давления.
Такой тип оборудования требует контроля со стороны оператора и имеет класс точности 1; 1,5; 2,5.
Самопишущие дифференциальные манометры с сильфонными элементами могут быть дополнительно оснащены сигнализацией и преобразователем пневматического действия, и способны измерять давление в диапазоне от 6,3 кПа до 0,16 Мпа с классами точности 1 и 1,5.
Грузопоршневые манометры
Данные манометры часто используются в качестве эталонных при калибровке прочих измерительных приборов. Они имеют широкий диапазон измерений, который может начинаться с низких давлений и достигать значений до 2500 МПа. Класс точности этих устройств может достигать впечатляющих значений вплоть до 0,0015.
При превышении допустимых нагрузок на манометр его точность измерений и срок службы значительно сокращаются.
Принцип работы основан на поддержании цилиндра в поршне в определенном состоянии, при этом калибровочные грузы действуют с одной стороны, а измеряемое давление — с другой. В зависимости от массы грузов можно судить о величине создаваемого давления.
Ключевым элементом данного устройства является измерительная колонка; качество ее производства, точность и надежность соединений влияют на величину погрешности.
Наименьшая погрешность характерна для грузопоршневых манометров, функционирующих на газе, однако такие устройства имеют более высокую стоимость из-за сложностей в конструкции и необходимости фильтрации газа от загрязняющих частиц.
В состав грузопоршневого манометра входит устройство для создания давления, измерительная система и грузы. Также в нём имеется механизм для увеличения и уменьшения давления и клапан для сброса давления.
Манометры с неуплотненным поршнем также находят широкое применение. В таких устройствах между поршнем и цилиндром имеется зазор, а пространство под поршнем заполняется маслом, которое, попадая в зазор, смазывает трущиеся поверхности.
Электрические манометры для газов
Эти приборы служат для преобразования давления газа в электрические параметры, чаще всего в виде тензорезистивных, емкостных и резистивных манометров. Давление, измеряемое этими приборами, варьируется от 100 Па до 1000 МПа, а классы точности колеблются от 0,1 до 2,5.
Манометры на основе тензорезистивного эффекта работают следующим образом: изменение давления вызвано деформацией проводника, что в свою очередь меняет его сопротивление. Такие приборы способны измерять давление в диапазоне от 60 до 10^8 Па, имея минимальную погрешность.
Фланцевое крепление датчика и уникальная конструкция устройства позволяют собирать данные о давлении в высокоагрессивных средах, температура которых может достигать 300 °C. Они часто используются в системах с быстроизменяющимися показателями давления.
Работа манометров с сопротивлением основана на зависимости сопротивления проводника от давления, такие устройства обычно применяются для размещения в системах с высоким давлением свыше 100 МПа.
Манганиновая проволока служит чувствительным элементом, её сопротивление измеряется при помощи уравновешенного моста.
В емкостных манометрах работа основана на изменениях давления, воздействующего на подвижный электрод в виде мембраны, которая ведет к изменению емкости. Эти устройства характеризуются высокими температурными погрешностями.
В таких манометрах прогиб мембраны определяется с помощью электрической схемы и их применяют в системах с резкими изменениями давления.
Жидкостные манометры
Эти приборы измеряют давление за счет уравновешивания исследуемого давления с давлением, создаваемым столбом жидкости. С помощью этого метода можно определять небольшие избыточные давления, атмосферное давление, степень разрежения и разность давлений.
К данной категории относятся U-образные манометры, которые состоят из соединённых сосудов, где давление определяется по уровням жидкости; микроманометры с компенсацией; чашечные манометры, использующие резервуар вместо второй трубки; поплавковые и дифманометры различных типов.
Двухтрубные манометры предназначены для измерения разности давлений, в этом случае каждую трубку подключают к различным давлениям.
В этих манометрах рабочая жидкость выполняет функцию чувствительного элемента.
Дифманометры обычно оснащены сигнализаторами, расходомерами и записями заносимых данных. Диапазон их измерений варьируется от 10 до 10^5 Па, в зависимости от жидкости внутри устройства изменяются пределы измерений.
Деление по функциональному назначению
Существует несколько видов манометров по назначению, используемых для измерения давления газа:
- общетехнические;
- эталонные;
- специальные.
Рассмотрим особенности каждого из вариантов.
Общетехнические манометры
Этот вид манометров предназначен для измерения вакуумных и избыточных давлений в различных технических областях. Разнообразные модификации устройства позволяют их использовать в различных средах. Они активно применяются на производстве в процессе технологических операций.
Давление внутри этих устройств воздействует на трубку, что приводит к смещению её несоединённого конца, благодаря чему стрелка манометра перемещается.
Посредством таких манометров можно измерять давление газов, не агрессивных по отношению к медным сплавам, в диапазоне температур до 150 °C. Корпус изделий чаще всего изготавливается из стали, а детали механизма из латуни.
Манометры общетехнического назначения для газов, работающих под низким или высоким давлением, обладают устойчивостью к вибрациям с частотой от 10 до 55 Гц и амплитудой смещения не более 0,15 миллиметров. Их точность варьируется от 1 до 2,5 классов.
Цифровые манометры, отличаясь компактными размерами, обеспечивают высокую точность и долгий срок службы, к тому же их можно калибровать.
Набирают популярность общетехнические газовые манометры, которые оснащены электронной платой для отображения результатов измерений. Они могут быть укомплектованы преобразователями, что делает технологические процессы более автоматизированными. Данные о давлении отображаются на электронном дисплее.
Специальные манометры
Эти устройства разрабатываются с учётом конкретного предполагаемого газа и его характеристик. Для систем с высоким давлением предназначены манометры для измерения давления газов, способных оказывать агрессивное воздействие на определённые сплавы, поэтому их необходимо изготавливать из устойчивых материалов.
Специальные манометры окрашиваются в разные цвета в зависимости от газа, для которого они предназначены.
Манометры для пропана имеют красный цвет, выполнены из стали и соответствуют характеристикам общетехнических устройств. Рабочее давление составляет от 0 до 0,6 МПа — это стандартное значение для пропана. Они могут использоваться в температурных условиях от -50 до +60 °C. Рабочая температура среды может достигать +150 °C. Часто такие манометры идут в комплекте с баллонными редукторами.
Манометры для аммиака, используемые в баллонах и других резервуарах, окрашиваются в желтый цвет. Приборы с многоступенчатым сжатием оснащаются температурной шкалой. Компоненты таких манометров изготавливаются из материалов, стойких к воздействию паров аммиака.
При значительных динамических нагрузках манометры заполняются глицерином или силиконом.
Манометры для ацетилена окрашиваются в белый цвет. Они создаются с использованием безопасных материалов и предназначены для измерения избыточного давления в системах распределения и генерации ацетилена. Корпусы чаще всего изготавливают из стали, а внутренние части — из латунного сплава. Диапазон допустимых температур составляет от -40 до +70 °C.
Манометры для водорода окрашиваются в темно-зеленый цвет, приборы для других горючих газов — в красный, а для негорючих смесей — в черный цвет. Манометры для кислорода красят в голубой цвет.
Эталонные манометры для проверки давления
Эти устройства предназначены для калибровки, проверки и настройки других манометров, обеспечивая тем самым высокую точность измерений. Они отличаются более высоким классом точности по сравнению с общетехническими. Эти манометры подразделяются на три категории.
Контрольные манометры, предназначенные для контроля достоверности показаний других приборов, иногда именуются манометрами повышенной точности. Их рабочий диапазон составляет от 0-0,6 до 0-1600 бар для газов.
Манометры для обычных и композитных газовых баллонов должны проходить процедуру поверки не реже одного раза в год, если иное не указано в сопроводительных документах. Поверку осуществляют аккредитованные метрологические организации, соответствующие законодательству. После поверки выдается свидетельство и ставится специальное клеймо.
Для поверки манометр необходимо снять с баллона и передать в метрологическую службу, где специалистами на протяжении примерно десяти дней будет проведена поверка с использованием набора эталонов и вспомогательных средств.
Передаточные механизмы в эталонных манометрах обрабатываются с высокой частотой зубчатого зацепления. Эти устройства характеризуются минимальным трением в стрелочных механизмах и высокой чувствительностью внутренних компонентов.
Манометры образцового уровня с классом точности 0,4 имеют диапазон до 250 единиц, а с классами 0,15 и 0,25 — до 400 единиц с делением в 1 единицу. Эти устройства могут эксплуатироваться при различных температурах в зависимости от наполнителя корпуса, оптимальной температурой считается 20 °C.
Следующая статья расскажет о специфике заправки газовых баллонов — информация будет полезна всем владельцам загородных домов, не подключённых к централизованному газоснабжению.
Выводы и полезное видео по теме
Принцип функционирования пружинного манометра:
Характеристика и области применения манометра:
Манометры производятся для решения различных задач. Наиболее востребованы универсальные модели, которые используются на малых предприятиях и различными организациями при работе с газовым оборудованием и системами. Электроконтактные манометры представляют собой устройства, которые оповещают о достижении предельного значения давления.
Для калибровки и настройки манометров применяются эталонные образцы. Также имеются специальные манометры, предназначенные для измерения давления в определенных газовых средах. Особенно популярны манометры для пропана, которые чаще всего устанавливаются совместно с редукторами на газовых баллонах.
Если у вас есть желание поделиться полезной информацией, задать вопрос или представить фотографии по теме статьи, пожалуйста, оставьте свои комментарии в форме ниже. Мы будем рады услышать ваши ценные советы и рекомендации, которые могут быть полезными для других посетителей сайта.
