Манометри та їх різновиди

Барометри вимірюють так званий абсолютний тиск атмосферного повітря. Це означає, що у просторі, де знаходиться барометр, тиск саме такий, який показує прилад. Однак часто буває потрібно знати і так званий відносний тиск (наприклад, порівняно з атмосферним тиском). Для його вимірювання є манометри.

На малюнку ви бачите U-подібний манометр із підфарбованою водою. Правий його кінець повідомляється з атмосферою. За допомогою шланга до манометра приєднана судина, яка на початку досліду теж повідомляється з атмосферою.

При цьому рівні води в манометрі знаходяться в межах 0 см. Потім, відкачуючи насосом повітря, зменшують його тиск у посудині. При цьому вода у манометрі зміщується. З’ясуємо чому це відбувається.

У манометрі праву поверхню води діє атмосферний тиск, але в ліву – менший тиск. Через нерівність тиску вода зміщується в ліву трубку. Змістившись, вода зупиняється, отже тиск ліворуч від точки дорівнює тиску справа. Прирівняємо їх:

У лівій частині цієї рівності записана сума тиску в посудині та тиску стовпа води зліва. У правій частині цієї ж рівності записана сума атмосферного тиску та тиску стовпа води праворуч. Підставимо значення та спростимо рівність:

pв_{посудині} + 1000 кг/м 3 · 10 Н/кг · 50 см = 1000 кг/м 3 · 10 Н/кг · 10 см + p_атм

Ця рівність показує, що щодо атмосферного тиску тиск повітря в посудині на 4 кПа менше. Це відносне значення тиску ми довідалися саме завдяки манометру.

Оскільки p_атм» 100 кПа, нескладно буде підрахувати і повний, тобто абсолютний тиск у посудині:

pв_{посудини} = 100 кПа – 4 кПа = 96 кПа

Рідкісний U-подібний манометр незручний для вимірювань, оскільки він може розлитися і розбитися, крім того, показує тиск не відразу, а лише після переведення «сантиметрів водного стовпа» у паскалі. З цієї причини в техніці широко застосовують так звані деформаційні манометри, що відразу показують тиск, що вимірюється в паскалях (строго кажучи, не сам тиск, а його перевищення над атмосферним).

При збільшенні тиску газу всередині деформаційного манометра кінці пружної трубки розпрямляються і спричиняють зсув стрілки вправо по шкалі. При зменшенні тиску під дією сил пружності, які у стінках трубки, стрілка зміщується назад.

В основі роботи деформаційного манометра лежить деформація (вигин) пружної дугоподібної трубки 1. За допомогою двох тяг 2 рух кінців трубки передається стрілці 3, яка закріплена на осі 4. Кінець стрілки пересувається по шкалі 5. Трубка, стрілка і шкала поміщені всередину склом, 6.

При збільшенні тиску газу всередині трубки кінці розпрямляються і викликають зміщення стрілки вправо по шкалі. При зменшенні тиску стрілка зміститься у зворотному напрямку під дією сил пружності, що діють у деформованих стінках трубки.

види тиску

Існують кілька типів тиску, що розрізняються між собою величиною щодо якої проводяться вимірювання. У статті розповідається про різні типи тиску. Ви також дізнаєтеся якими приладами які типи тиску можна вимірювати.
Ви також можете ознайомитись з іншими статті. Наприклад, « Типи корпусів мікросхем »Або« Шестіпроводних спосіб підключення мостової схеми ».

Тиск – діюча сила знаходиться на поверхні тіла, поділена на площу даної поверхні. В системі СІ вимірюється в Па (Паскалях). Метрологи вимірюють тиск в одиницях виміру – миллибар, яка дорівнює 100 Па. Для позначення типу в нашому каталозі в розділі датчики тиску у кожного датчика існує спеціально поле “Тип вимірюваного тиску”. Розберемо які бувають типи.

абсолютний тиск

Абсолютний тиск – величина виміряна щодо тиску рівного абсолютного нуля. Іншими словами тиск щодо абсолютного вакууму. Якщо вам потрібен прилад цього типу або просто цікаво як він виглядає, то тут можна подивитися датчик цього типу .

барометричний тиск

Барометричний тиск – це абсолютний тиск земної атмосфери. Свою назву цей тип тиску отримав від вимірювального приладу барометра, який як відомо визначає атмосферний тиск в певний момент часу при виразно температурі і на певній висоті над рівнем моря. Щодо цього тиску визначаються надлишковий тиск і вакуум.

тиск надмірний

Надмірний тиск має місце в тому випадку якщо є позитивна різниця між вимірюваним тиском і барометричним. Тобто надмірний тиск це величина на яку вимірюється тиском більше барометрического. Для вимірювання цього виду тиску використовують манометр. Як приклад датчика цього типу можете подивитися прилад Метран-150 .

вакуум

Вакуум або по іншому вакуумметрическое тиск це величина на яку вимірюваний тиск менше барометричного. Якщо надлишковий тиск позначається в позитивних одиницях, то вакуум в негативних. Наприклад, датчик 40PC015V1A , Здатний вимірювати вакуум, має діапазон вимірюваного тиску від -103 до 0 кПа. Прилади здатні вимірювати цей тип тиску називають вакуумметрами.

диференціальне тиск

Диференціальне тиск має місце якщо порівнюється одне тиск щодо іншого, причому жодне з них не дорівнює барометричному. Надмірний тиск і вакуум міряється щодо барометричного тиску. Якщо ж виміряти ці величини щодо будь-якої іншої величини, то ми отримаємо вже диференціальне. Ми могли б привести приклад і датчика диференціального тиску, але краще дамо вам посилання на пошук за допомогою якого можна знайти датчик будь-якого типу з описаних в цій статті типу.

Рекомендуємо до прочитання статтю типи датчиків тиску , В якій мова піде про пристрій цих приладів.

Використання приладів вимірювання тиску

Вимірювання тиску відбуватися повсюдно практично в кожній області діяльності людини, починаючи від домашнього господарства і закінчуючи видобутком нафти і газу. Кожен автолюбитель знайомий з датчиків тиску масла, у багатьох на дачах встановлені балони з датчиком диференціального тиску.

У промисловості датчики тиску дуже поширені для вимірювання тиску в газо-і нафтопроводів, особливо часто для цих цілей застосовуються прилади фірми Метран . Датчики тиску води комунальники устаналівают на водопровід.

Якщо вам сподобалася стаття натисніть на одну з кнопок нижче

Що вимірює манометр і який тиск показує

Жодна сучасна будівля не обходиться без опалювальної системи. А для її стабільної та безпечної експлуатації потрібен точний контроль тиску теплоносія. Якщо тиск у межах гідравлічного графіка стабільний, то опалювальна система працює нормально. Проте за її підвищенні з’являється ризик розриву трубопроводу.

Зниження тиску може призвести до таких негативних наслідків, як, наприклад, утворення кавітації, тобто у трубопроводі утворюються бульбашки повітря, які, своєю чергою, можуть викликати корозію. Тому підтримувати нормальний тиск конче необхідно, і завдяки манометру це стає можливим. Крім опалювальних систем такі прилади застосовуються в різних областях.

Опис та призначення манометра

Манометр є приладом, що вимірює рівень тиску. Існують такі види манометрів, які застосовуються в різних галузях, і, зрозуміло, для кожної з них призначений свій манометр. Наприклад можна взяти барометр — прилад, призначений вимірювання тиску атмосфери. Вони широко застосовуються в машинобудуванні, сільському господарстві, будівництві, промисловості та інших сферах.

Ці прилади вимірюють тиск, і це поняття розтяжне, принаймні, і ця величина також має свої різновиди. Щоб відповісти на запитання, який тиск показує манометр, варто розглянути цей показник загалом. Це величина, що визначає відношення сили, що діє на одиницю площі поверхні, перпендикулярно до цієї поверхні. Практично будь-який технологічний процес супроводжується цією величиною.

Види тиску:

• атмосферне – тиск атмосфери землі, що створюється масою повітряного стовпа;
• абсолютний тиск – це показник, відлік якого з урахуванням атмосферного, починається з нуля;
• надлишкове – під надмірним мають на увазі різницю двох показників атмосферного та абсолютного;
• вакуум або, іншими словами, розряджене – навпаки, являє собою різницю абсолютної та атмосферної або барометричної величини;
• диференціальне – це різниця між двома вимірюваними показниками, які не мають відношення до природних показників.

Для виміру кожного з перелічених вище видів показників існують певні типи манометрів.

Класифікація приладів

Типи манометрів розрізняються за двома ознаками: за видом показника, що вимірюється ними, і за принципом дії.

За першою ознакою вони поділяються на:

• прилади, призначені вимірювання атмосферного тиску, інакше вони називаються барометри;
• прилади, що вимірюють надмірне та абсолютне;
• вакуумметри, покликані вимірювати різницю атмосферного та абсолютного тиску;
• напорометри, що вимірюють малий (до 40 кПа) надлишковий тиск;
• тогометри, вид вакуумметра, яке вимірює надлишковий тиск верхньої межі 40 кПа;
• диференціальні манометри, що вимірюють різницю тисків.

Вони працюють за принципом урівноваження різниці тисків певною силою. Тому пристрій манометрів різний, залежно від того, як саме відбувається це врівноваження.

За принципом дії вони поділяються на:

• рідинні, врівноважування різниці тисків у таких приладах відбувається за рахунок гідростатичного тиску стовпа рідини, у пристрої використовується принцип сполучених судин;
• пружинні мають просту конструкцію і широко застосовуються для вимірювання тиску середовища в широких діапазонах;
• мембранні, засновані на пневматичній компенсації, урівноваження тиску відбувається за рахунок сили пружності мембранної коробки;
• електроконтактні, застосовуються в автоматичних системах контролю та сигналізації, оскільки з їх допомогою можна регулювати вимірюване середовище завдяки вбудованому в корпус електроконтактному механізму;
• диференціальні використовуються для вимірювання рівня рідин під напором витрати рідини, пари та газу за допомогою діафрагм.

За призначенням існують такі види манометрів, як:

• загальнотехнічні прилади застосовуються для вимірювання напору рідин, газів та пари, хімічно нейтральних до сплавів міді;
• кисневі, вони виробляються в корпусах блакитного кольору із зазначенням О2 на циферблаті, що застосовуються для вимірювання кисневого тиску в балонах або вакуумах;
• ацетиленові застосовуються для контролю надлишкового тиску ацетилену;
• еталонні застосовуються з метою перевірки інших приладів, оскільки вони мають велику точність;
• суднові застосовуються в судах та морському транспорті;
• залізничні використовуються на залізничному транспорті;
• самопишучі мають вбудований механізм, що дозволяє відтворювати на папері результат роботи.

Пристрій і принцип дії

Пристрій манометра може мати різну конструкцію в залежності від виду та призначення. Так, наприклад, пристрій, що вимірює тиск води, має досить просту і зрозумілу конструкцію. Вона складається з корпусу та шкали з циферблатом, що відображає значення. У корпусі є вбудована пружина трубчаста або мембрана з тримачем, тріпко-секторним механізмом та пружний елемент. Прилад функціонує за принципом вирівнювання тиску з допомогою сили зміни форми (деформації) мембрани чи пружини. А деформація, у свою чергу, надає руху чутливому пружному елементу, дія якого відображається на шкалі за допомогою стрілки.

Рідкісні манометри складаються з довгої трубки, яку наповнюють рідиною. У трубці з рідиною знаходиться рухлива пробка, яку впливає робоче середовище, вимірювати силу напору слід залежно від переміщення рівня рідини. Манометри можуть бути призначені для вимірювання різниці, такі пристрої складаються з двох трубок.

Поршневі складаються з циліндра і поршня, розташованого всередині. Робоче середовище, в якому вимірюється тиск, впливає на поршень і врівноважується вантажем деякої величини. Коли показник змінюється, поршень перемішається і приводить у дію стрілку, яка вказує на значення тиску.

Термопровідні складаються з нитки розжарювання, що нагріваються, коли через них пропускається електричний розряд. Принцип роботи таких приладів ґрунтується на зниженні теплопровідності газу з тиском.

Манометр Пірані названо так на честь Марчелло Пірані, який вперше сконструював пристрій. На відміну від термопровідних, складається з металевої проводки, яка також нагрівається під час проходження через неї струму та охолоджується під впливом робочого середовища, а саме газу. При зменшенні тиску газу знижується ефект охолодження, а температура проводки зростає. Величина вимірюється за допомогою вимірювання напруги у дроті під час проходження через неї струму.

Іонізаційні є найчутливішими пристроями, що використовуються для обчислення малих тисків. Як випливає з назви пристрою, його принцип ґрунтується на вимірі іонів, які утворюються під впливом електронів на газ. Кількість іонів залежить від густини газу. Проте іони мають дуже нестабільну природу, яка залежить від робочого середовища газу чи пари. Тож уточнення застосовуються інший вид манометра Мак Леода. Уточнення відбувається за рахунок порівняння показників іонізаційного манометра з показаннями приладу Мак Леода.

Існує два види іонізаційних пристроїв: з гарячим та холодним катодом.

Перший вид був сконструйований Баярдом Аллертом, складається з електродів, які працюють в режимі тріода, а як катод виступає нитка розжарення. Найпоширеніший вид гарячого катода – іонний манометр, у конструкції якого крім колектора, нитки та сітки вбудований невеликий іонний колектор. Такі прилади дуже вразливі, вони можуть втратити калібрування, залежно від умов роботи. Тому показання цих пристроїв завжди логарифмічні.

Холодний катод також має свої різновиди: інтегрований магнетрон і манометр Пеннінга. Їхня головна відмінність полягає в положенні анода і катода. У конструкції цих приладів немає нитки розжарювання, тому їм для роботи потрібна напруга до 0,4 кВт. Використовувати такі пристрої неефективно за низького рівня тиску. Оскільки вони можуть просто не заробити та не включитися. Принцип їх роботи заснований на виробленні струму, що неможливо за повної відсутності газу, особливо для манометра Пеннінга. Оскільки пристрій працює лише у певному магнітному полі. Воно необхідне створення потрібної траєкторії руху іонів.

Маркування за кольором

Манометри, що вимірюють тиск газу, мають кольорові корпуси, їх спеціально фарбують у різні кольори. Існує кілька основних кольорів, що використовуються для фарбування корпусу. Як, наприклад, манометри, які вимірюють тиск кисню, мають корпус блакитного кольору з умовним позначенням О2, аміачні манометри мають корпус, пофарбований у жовтий колір, ацетиленові білого кольору, водневі темно-зеленого, хлорні сірого. Прилади, що вимірюють тиск горючих газів, забарвлюються в червоний колір, а негорючих – чорний.

Переваги використання

Насамперед, варто відзначити універсальність манометра, який полягає у можливості контролювати тиск та підтримувати її на певному рівні. По-друге, пристрій дозволяє отримати точні показники норми і відхилення від них. По-третє, доступність практично будь-яка людина може собі дозволити придбати даний прилад. По-четверте, пристрій здатний працювати стабільно та безперебійно протягом тривалого часу, і не потребує спеціальних умов чи навичок.

Використання таких пристроїв у таких галузях, як медицина, хімічна промисловість, машино- та автомобілебудування, морський транспорт та інші, що потребують точного контролю тиску, значно полегшує роботу.

Клас точності приладу

Манометрів дуже багато, і кожному виду надається певний клас точності згідно з приписами ГОСТ, під яким розуміється допустима похибка, що виражається у відсотковому відношенні до діапазону вимірів.

Існує 6 класів точності: 0,4; 0,6; 1; 1,5; 2,5; 4. У кожного типу манометра вони також різняться. Наведений вище список відноситься до робочих манометрів. Для пружинних пристроїв, наприклад, відповідають такі показники 0,16; 0,25 та 0,4. Для поршневих – 0,05 та 0,2 тощо.

Клас точності має обернено пропорційну залежність від діаметра шкали приладу і від типу приладу. Тобто якщо діаметр шкали більше, то точність і похибка манометра зменшується. Клас точності умовно прийнято позначати наступними латинськими літерами KL також можна зустріти CL, яка вказується на шкалі приладу.

Значення похибки можна визначити. Для цього використовуються два показники: клас точності або KL та діапазон вимірювань. Якщо клас точності (KL) дорівнює 4, то діапазон вимірювань складе 2,5 МПа (Мегапаскаль), а похибка дорівнюватиме 0,1 МПа. Обчислюється за формулою добуток класу точності та діапазону вимірювань, поділений на 100 . Оскільки похибка виражається у відсотках, результат потрібно переказувати у відсотки шляхом розподілу на 100.

Крім основного виду існує і додаткова похибка. Якщо для обчислення першого виду використовуються ідеальні умови або натуральні величини, що впливають на особливості конструкції приладу, другий вид безпосередньо залежить від умов. Наприклад, від температури та вібрації чи інших умов.