Для чего нужен жидкостный манометр

Манометры

Содержание

Из предыдущих уроков мы знаем, что для измерение атмосферного давления используют барометры – ртутные и анероиды.

Но как измерить давление воздуха, существенно отличающееся по величине от атмосферного давления? Для этого тоже существуют специальные приборы, речь о которых и пойдет далее.

Определение и виды

Манометр (от греческого «манос» – редкий, неплотный и «метрео» – измерять) – это прибор, используемый для измерения давлений больших или меньших атмосферного

Манометры бывают двух видов: жидкостные и металлические (рисунок 1).

Рисунок 1. Виды манометров.

Жидкостный манометр

Устройство открытого жидкостного манометра представляет собой двухколенную стеклянную трубку, наполненную жидкостью. Так как на поверхность жидкости действует только атмосферное давление, жидкость устанавливается на одинаковом уровне.

К одному концу стеклянной трубки прикрепляется резиновая трубка, соединенная с плоской коробочкой, затянутой резиновой пленкой. Что произойдет, если мы надавим пальцем на пленку? На рисунке 2 видно, что уровень жидкости в колене манометра, который соединен с резиновой трубкой понизится.

Рисунок 2. Открытый жидкостный манометр.

Вспомним закон Паскаля: давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Значит, когда мы надавили на пленку, мы увеличили давление воздуха в коробке.

Так как коробка соединена с коленом стеклянной трубки, давление передается и на жидкость в этом колене (обозначим его «первым»), то есть давление в первом колене будет больше давления в другом, потому что на то колено действует только атмосферное давление воздуха.

Жидкость придет в равновесие и остановится, когда избыточное давление в первом колене сравняется с давлением избыточного столба жидкости в другом.

От силы нажатия на пленку будет зависеть оказываемое давление: чем сильнее мы будем нажимать, тем выше будет избыточный столб жидкости. Значит, изменение давления можно связать с высотой этого избыточного столба.

С помощью жидкостного манометра мы можем измерить давление и в жидкостях. Обратите внимание на рисунок 3.

Рисунок 3. Измерение давления жидкости с помощью жидкостного манометра.

Конструкция манометра не изменена, но мы можем коробочку, обтянутую пленкой, погрузить в емкость с водой. Из опыта видно, что чем глубже находится коробочка, тем больше становится разность высот жидкости в коленах манометра. Можно сказать, что тем большее давление производит жидкость в емкости.

А если мы будем переворачивать коробочку в разные стороны на одной глубине? И снова нам поможет ответить на этот вопрос закон Паскаля: показания манометра не будут меняться, потому что давление по всем направлениям на одной глубине/высоте одинаково.

Взгляните на рисунок 4. Так выглядит жидкостный манометр в реальной жизни.

Рисунок 4. Реалистичное изображение жидкостного манометра.

Металлический манометр

Внешний вид металлического манометра вы уже увидели на рисунке 1. Рассмотрим теперь его внутреннее устройство, которые бывает основных двух типов. Первый представлен на рисунке 5.

Рисунок 5. Устройство металлического манометра №1.

Изогнутая пустотелая трубка 1, запаянная с одного конца, с другой стороны соединяется с краном 4, который сообщается с сосудом, в котором необходимо измерить давление.

При увеличении давления трубка 1 начинает разгибаться, и при помощи рычажного механизма 5 и зубчатки 3 передает движение стрелке 2, которая двигается вдоль шкалы прибора.

Трубка 1 обладает упругостью, и при уменьшении давления возвращается в свое изначальное положение, а стрелка – к нулевому делению шкалы.

На рисунке 6 представлен немного другой тип металлического манометра.

Рисунок 6. Устройство металлического манометра №2.

Различие в строении заключается только в том, что трубка запаяна с двух сторон, но имеет выход для подключения к сосуду, в котором необходимо измерить давление. Также здесь присутствуют две тяги (рычага) 2.

Заметим, что, несмотря на небольшие различия в устройстве (рисунки 4 и 6), принцип действия металлических манометров остается одним и тем же.

Реальный внешний вид металлического манометра представлен на рисунке 7.

Рисунок 7. Реалистичное изображение металлического манометра.

Применение

Манометры являются одними из самых распространенных приборов, которые можно встретить в различных системах: котлах отопления, газопроводах, водопроводах, компрессорах, автоклавах, баллонах, баллонных пневматических винтовках и т.д.

Преимущества работы с ними очевидны: они помогают держать под контролем уровень давления в различных механизмах.

Источник

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:

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:

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:

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:

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.

Класс точности и диапазон измерения

Источник

Что из себя представляет и для чего нужен манометр для измерения давления воды?

Если надо проконтролировать давление воды в трубе, на помощь приходит манометр. Сложно найти гидравлическую систему, в которой бы он не использовался.

Устройство с пружинящей трубкой изобрел в 1845 году швейцарский инженер, и с тех пор оно не сильно изменилось. В этой статье рассмотрим, что такое манометр для измерения давления воды, каких видов он бывает, как и где устанавливается и т.д.

Что это за устройство?

Манометр – это прибор для измерения избыточного, то есть искусственно созданного, давления воды, пара или иной рабочей среды.

Говоря простыми словами, он показывает, насколько водяное давление в трубе больше атмосферного.

В быту, сфере ЖКХ и на промышленных предприятиях наиболее распространены приборы с пружиной в виде трубки овального сечения (носит имя Бурдона – человека, запатентовавшего ее). Они просты по конструкции и недорого стоят.

Внешне водяной манометр – округлый предмет в металлическом или пластиковом корпусе. Циферблат со шкалой закрыт оргстеклом из метакрилата или поликарбоната.

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:

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.

Принцип действия

В деформационном (пружинном) манометре вода попадает в изогнутую трубку, сделанную из медного сплава. Давление воды приводит к деформации трубки, соединенной с механизмом, который заставляет поворачиваться стрелку.

Манометры с одновитковой пружиной рассчитаны на давление до 100 атм. Для измерения более высокого давления применяют пружины с несколькими витками, закрученными в спираль или винт.

Какие виды существуют?

Список основных видов манометров для воды:

Чем отличается от датчика?

Манометр – это прибор, который дает возможность определять в любой момент времени давление. Он может снабжаться датчиком, термометром и другими дополнительными элементами.

Датчик – часть системы оповещения. Он срабатывает только при каком-то определенном значении давления. Показания датчика преобразуются в сигнал, позволяющий отрегулировать работу системы в автоматическом или ручном режиме.

Критерии выбора

Прежде чем покупать прибор, надо точно уяснить, для чего он нужен и в каком месте его будут устанавливать.

Важные критерии выбора:

Трубная резьба обозначается литерой G. G1/2» означает наружный диаметр 20,9 мм, внутренний – 18,6, шаг – 1,8 мм или 14 ниток на дюйм.

В техническом паспорте нового прибора обязательно должна стаять отметка о заводской поверке. Давность поверки менее года подтверждает, что прибор дает правильные показания.

Где и по какой цене продаются?

Цена на манометр зависит от его конструкции. Самый простой аналоговый прибор стоит порядка 120 р. Если он снабжен термометром, то цена увеличивается в два раза. Цифровые устройства в десятки раз дороже.

Известные торговые марки в России:

Это далеко не полный список. Зарубежные аналоги, кроме цены, ничем принципиально не отличаются. Исключение могут составлять лишь узкоспециализированные приборы.

Купить манометры можно в интернет-магазине, непосредственно у производителя или компании, которая занимается продажей контроль-измерительных приборов. Ими торгуют магазины по продаже оборудования для отопления и водоснабжения.

Подключение к системе водоснабжения

Чтобы измерить давление в водопроводной системе, к ней надо подсоединить манометр.

Возможные места подключения к водопроводу в квартире:

Перед тем как разгерметизировать систему (открыть краны), надо перекрыть воду. Если манометр устанавливается для постоянной работы, то его необходимо защитить от гидроударов, пульсаций среды, перепадов температур.

Для этого перед ним устанавливают:

Устанавливая манометр, надо следить, чтобы циферблат был расположен вертикально, а показания хорошо читались. Запрещено прикладывать усилия к корпусу, закручивая его.

Условия эксплуатации и считывание показателей

На циферблате водяного манометр указывается давление. Оно может измеряться в барах, Паскалях или атмосферах.

Пользоваться манометром можно только в тех условиях, которые оговорены в техническом паспорте. Давление на прибор должно подаваться плавно.

Эксплуатация запрещена, если:

Чтобы быть уверенным в правильных показаниях манометра, надо проводить поверку. Новые приборы поверяет изготовитель. Далее контролируется время между поверками.

Допустимый срок указан в паспорте и составляет 1 или 2 года. Поверку проводят в Центре стандартизации и метрологии или в организации, у которой есть лицензия.

Возможные поломки и пути их решения

Причиной поломки приборов становится некачественный материал изготовления или нарушение правил эксплуатации, например, превышение рабочего давления или использование при температуре, на которую он не рассчитан.

Но не всегда это рентабельно. Зачастую дешевле установить новый манометр.

Поломки, которые можно устранить:

Если износились зубцы передаточного механизма или погнулась пружинная трубка, то такой манометр не подлежит ремонту.

Заключение

Прежде чем устанавливать манометр, надо убедиться в его исправности. При соблюдении правил эксплуатации он прослужит 1-2 года, не нуждаясь в поверке.

Самые дешевые манометры – деформационные, механические. Более дорогие – цифровые, оснащенные датчиками температуры, позволяющие дистанционно управлять насосами, компрессорами и другими устройствами.

Источник

Манометр

Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).

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.

Если рассматривать функционал, манометр — более широкое понятие, а барометр является его частным случаем.

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).

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. На ртуть в емкости действовало атмосферное давление, а на ртуть в трубке — нет. 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) всегда равно 9,8 H/кг.

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.

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

Решение:

Ускорение g равно 9,8 H/кг.

Согласно формуле, определяющей давление жидкости на стенки сосуда:

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?

Источник