Для чего служит манометр

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

Манометр

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

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

Манометр и его разновидности

Далеко не все помнят из школьного курса физики о том, что такое манометр и зачем он необходим. Тем не менее это важный и нужный прибор, а принцип работы манометра несложный.

Он пользуется особенно большой популярностью у автомобилистов и мастеров по ремонту машин, так как позволяет без труда определить состояние колес.

Что такое манометр

Манометр — это физический прибор, который позволяет измерять давление. Чаще всего, его используются на производстве. Там, где повышенное давление жидкости или газа может привести к взрыву или другой опасной ситуации. Самый простой манометр — пружинный.

Также существует мембранный тип. В этом случае строение устройства другое и для измерения применяется мембрана, состоящая из двух пластинок. Мембрана чувствительна к высокому давлению. Один конец мембраны соединен с держателем, а другой конец посредством тяги сообщается с секторным механизмом, преобразующим изменение давление в круговой ход стрелки.

Выбор конкретного типа манометра зависит от того, в каких условиях его предстоит эксплуатировать людям. Некоторые модели используются для того, чтобы работать только с жидкостью, другие измеряют исключительно газовое давление. Механические манометры отличаются высоким уровнем точности и не намного уступают цифровым аналогам.

Помимо производства, диагностики автомобилей, эти приборы также используются в медицине для того, чтобы измерять артериальное давление у человека и вовремя диагностировать гипертонию или гипотонию. В манжету нагнетается воздух (это происходит при механическом нажатии на специальную «грушу» или путем нажатия кнопки в современных электронных вариантах), стрелка отклоняется до тех пор, пока не достигнет максимального значения. После постепенного стравливания воздуха, стрелка начинает движение в обратном направлении в сторону нуля. У электронных моделей вместо стрелки имеется дисплей с цифровой шкалой. Медицинская версия прибора называется тонометром, так как она измеряет не только давление, но и пульс человека.

Тонометры используются не только врачами в больницах и поликлиниках, а их также применяют в домашних условиях. Результаты измерений становятся известными уже через несколько секунд после нажатия кнопки включения. На дисплее отображаются цифры артериального давления, а также параметры, показывающие частоту сердечных сокращений, или пульс. При любом отклонении от нормы пациенту прописывается медикаментозное лечение.

Виды манометров

Существуют разные виды манометров. Различные типы используются для разных целей. Это нужно иметь в виду перед тем, как подобрать манометр. От этого зависит стоимость и конфигурация прибора. Необходимо точно определиться, для чего конкретно нужен манометр: измерять давление воздуха в шинах автомобиля или для более сложных производственных операций.

Также можно классифицировать измерители давления в зависимости от того, где они используются:

Отдельная модификация приборов носит название вакуумметры, они используются в том случае, если измеряемая величина ниже, чем атмосферное давление (измеряют разряжение). Если давление малое и Принцип работы манометра

Все типы манометров работают по одному принципу. Принцип действия любого манометра основан на равенстве между силой деформации пружины (иногда мембраны) и измеряемым давлением. Такие приборы используются в быту и на производстве уже давно, но конструкция осталась практически неизменной.

Общетехнические манометры измеряют давление газа и жидкости в неагрессивной среде, у них может быть два типа конструкции — осевая и радиальная. Их можно применять только в том случае, если измеряемая жидкость или газ не вступают в химическую реакцию со сплавами меди. В противном случае результат измерений во время использования будет недостоверным из-за химической реакции. При соединении с медью образуется новое вещество, которое будет обладать и новыми свойствами.

У электроконтактного устройства есть два электрических контакта для измерения давления. Один соответствует максимуму возможного давления, второй — минимуму. Пользователь должен заранее настроить предельный максимум и минимум обоих контактов. В зависимости от измеряемой среды и ее физических свойств эти показатели могут значительно варьироваться.

Следующий принцип действия данного манометра. Когда давление падает до предельного минимума, цепь размыкается. То же самое происходит в том случае, если давление достигает предельного максимума. При желании можно сделать так, чтобы контакты у прибора не замыкались и не размыкались.

Для того чтобы использовать такой вариант измерения, необходимо:

Пользоваться электроконтактным прибором проще, чем другими версиями. Поэтому многие считают, что он лучше других типов манометров, именно из-за своей простоты в эксплуатации.

Как пользоваться манометром

Многие знают, для чего нужен манометр, но не понимают, как им пользоваться на практике. Манометр в быту и на производстве измеряет давление газа и жидкости в замкнутом пространстве.

В быту, чаще всего, применяют этот прибор для того, чтобы измерять давление воздуха в шинах машины. Поэтому манометр очень популярен у автолюбителей. Его можно приобрести практически в любых магазинах бытовой техники. Он лучше всего подходит для таких простых операций. Для того чтобы гарантированно получить правильные результаты измерений, необходимо:

Манометр — незаменимый предмет техники для автомобилиста, так как повышенное и пониженное давление шин создает опасность при движении авто. Пониженное давление бывает, если колесо по каким-либо причинам спустилось в пути; а повышенное — если колеса слишком сильно кто-то перекачал (например, в автосервисе или сам автовладелец). Этот прибор часто используют в авторемонтных мастерских, так как он компактный и имеет небольшой вес.

Как выглядит манометр

Современный цифровой манометр представляет собой дисплей в пластиковом или металлическом корпусе, снабженный кнопкой Вкл/Выкл (ON/OFF) и показывающий величину давления.

По результатам измерения на электронном дисплее загораются значения давления. На корпусе обязательно наносится заводская маркировка и дата производства устройства. Манометр состоит всего из нескольких деталей и рекомендуется к использованию в домашних условиях.

Пружинный манометр, который считается классическим вариантом устройства, представляет собой круглый циферблат в корпусе со стрелкой. Стрелка показывает на шкале результаты измерений.

В качестве чувствительного элемента применяется полая трубка с овальным или эллипсоидным сечением (трубка Бурдона). Когда на эту трубку действует давление, она деформируется (разгибается при увеличении давления и сгибается при его уменьшении).

С одной стороны трубка полностью запаяна, с другого конца размещается штуцер для измерения величины давления. Запаянный конец соединен с механизмом передачи. Эксперты утверждают, что этот вариант лучше всего, потому что он не зависит от электроники.

В конструкцию прибора входят следующие элементы:

Между зубчатым сектором и шестеренками стоит пружинка, она требуется для исключения мертвого хода. Узнать о том, какое давление показывает манометр, можно посмотрев на его измерительные деления шкалы. Обозначенные деления манометра соответствует силе давления газа или жидкости.

Шкала измерения показывает результат в паскалях (русское обозначение Па, международное Pa), барах или атмосферах. Это наиболее часто используемые единицы измерения давления. При этом неважно, где происходят измерения — в газообразной или жидкой среде.

Обычно в современных магазинах можно выбрать и купить электронный прибор для измерения, но на производстве, иногда, до сих пор применяются механические модели, так как они более точные и работают без сбоев.

Как проверить манометр на точность в домашних условиях

Чтобы проверить манометр на точность в домашних условиях, необходимо:

Также следует еще в магазине проверить, нет ли у устройства изъянов и конструктивных дефектов, так как, в лучшем случае они будут влиять на точность измерений, а в худшем — прибор может выйти из строя.

Какой манометр лучше для измерения давления у человека

Тонометр, или манометр для измерения артериального давления, бывает механическим и цифровым (электронным). Цифровой хорош тем, что результат высвечивается мгновенно, а это важно, когда человек плохо себя чувствует и ему срочно нужна медицинская помощь. Однако, с точки зрения точности и отсутствия зависимости от питания, лучше классический механический прибор.

С точки зрения удобства, электронный вариант намного лучше механического, так как использование механического типа по ряду причин сложнее: необходимо прикладывать физические усилия (давить на жесткую резиновую грушу для закачки воздуха); не каждый человек сможет определить давление с помощью механического тонометра (нужно иметь опыт и определенные навыки).

Как выбрать прибор

При выборе прибора имеют значение следующие аспекты:

Не все знают, как часто надо проверять и поверять приборы для измерения давления. Межповерочным интервалом называется срок, когда приборы любых разновидностей нужно заново проверять для того, чтобы удостовериться в том, что его точность не ниже заявленной. У всех новых приборов существует первичная заводская поверка, о чем свидетельствует специальная отметка на циферблате, а также запись в техническом паспорте прибора. Срок первичной поверки составляет один — два года, в зависимости от типа оборудования.

При личном использовании оборудования, например, для диагностики состояния колес машины, можно покупать и подбирать любой манометр, так как в этом случае его поверка не будет являться критическим показателем (часто мы используем такие устройства на протяжении всего срока без каких-либо поверок). Другая ситуация обстоит с устройствами, которые применяются на предприятиях, например, на заводах и фабриках, в котельных и тепловых пунктах. В этом случае, когда срок первичной поверки подходит к концу или уже окончен, нужно отправить прибор в центр метрологии и стандартизации. Там проверят его точность и отрегулируют манометр так, чтобы погрешность была минимальной и соответствовала требованиям регламентирующих документов.

Следует отметить, что повторная поверка может стоить довольно дорого. Поэтому, в некоторых случаях, дешевле иногда купить новый манометр и он будет гарантированно показывать точный результат.

Для того чтобы не столкнуться с трудностями при эксплуатации, необходимо:

При использовании прибора на вязких и агрессивных средах, а также при эксплуатации в условиях сильной вибрации, он выходит из строя примерно через два года с момента начала эксплуатации. Поэтому смысл в повторной поверке теряется для таких устройств. Вышедший из строя прибор просто заменяется на новый.

Манометры, которые эксплуатируются при слишком высоких или слишком низких температурах, могут показать неправильные значения из-за воздействия экстремальной температуры. В этом случае следует приобретать специализированную модель и она прослужит дольше, а также будет проводить измерения намного точнее. Какой именно вариант устройства лучше выбрать, вам всегда подскажут консультанты в магазинах, специализирующихся на продаже такого вида техники.

Заключение

Знать о том, что именно измеряет манометр, должен каждый. Практическое назначение бытового манометра — измерение давление в шинах авто или артериального давления человека, например. Более сложные модели приборов используются на производстве.

Манометр — это технически сложный прибор, поэтому для его успешного использования, следует внимательно ознакомиться с его конструктивными особенностями и специфическими требованиями до начала эксплуатации.

Узнать о том, как пользоваться устройством и как оно работает, всегда можно из руководства по эксплуатации, которое должно входить в комплект. Плюсом будет наличие инструкции по эксплуатации на русском языке.

Видео по теме

Источник