манометри

Манометри (від грец. Manos - рідкісний, нещільний та metreo - вимірюю), служать для вимірювання тиску рідин . газів і парів . Розрізняють манометри для визначення абсолютного тиску, який починається від нуля (повного вакууму); надлишкового тиску, тобто перевищення тиску над атмосферним; різниці двох тисків, що відрізняються від атмосферного (диференціальні манометри, або діфманометри). Прилади для вимірювання тиску, відповідного атмосферному, називають барометрами, тиску нижче атмосферного - вакуумметрами . надлишкового тиску і тиску нижче атмосферного-ман. вакуумметрами . Шкали манометра можуть бути градуйовані в кілопаскалях (кПа) або мегапаскалях (MПа), а також в кгс / м2, кгс / см2, барах, мм вод. ст., мм рт. ст. та ін.

За принципом дії манометри можуть бути рідинними, грузопоршневой, деформаційними (дивись малюнок), тепловими та іншими, за способом подання інформації про величину вимірюваного тиску - показують, що реєструють і сигналізують. Крім манометрів з безпосереднім відліком показань застосовують так звані безшкальний датчики (вимірювальні перетворювачі) тиску з уніфікованими (стандартизованими) пневматичними або електричними вихідними сигналами. Такі датчики широко використовують в системах автоматичного контролю, регулювання та управління хіміко-технологічними процесами, зокрема при автоматизації пожежо- та вибухонебезпечних виробництв. датчики тиску повинні надійно працювати при наявності інтенсивної вібрації, нестаціонарних температурних і електромагнітних полів, а також в агресивних середовищах, в умовах високої вологості . запиленості та загазованості навколишнього середовища. Діфманометри застосовують в приладах для вимірювання рівня і щільності рідини за величиною гідростатичного тиску, а також в приладах для вимірювання витрати рідини, пари або газу по перепаду тисків на які звужують потік пристроях (діафрагмах, соплах Вентурі та інших).

Основні типи манометрів: рідинні (а - U-подібний, б, в - чашкові соотв. З постійним і змінним кутом j нахилу трубки, г - поплавковий, д - церковний, е - кільцевої); вантажопоршневі (ж); деформаційні (з - показує з трубчастою пружиною, і - мембранний роздільник тисків із закритою камерою); 1 - поплавок; 2 - дзвін; 3 - перегородка; 4 - опора; 5, 8 - вантажі; 6 - поршень; 7 - циліндр; 9 - пружина; 10 - передавальний механізм; 11 - камера; р, р атм - соотв. вимірюється і атмосферний тиск; Н - висота стовпа манометричної рідини; х, a x - заходи вимірюваного тиску.

Рідинні манометри В таких приладах вимірюється тиск (розрідження) або різниця тисків врівноважується тиском стовпа манометричної рідини, що заповнює прилад. Діапазон вимірювання - 10 - 105 Па. Рідинні манометри застосовують в основному при визначенні тиску в лаб. умовах і при перевірці інших манометри Похибка вимірювання U-образних і чашкових манометри (0,5-1,0%) визначається похибкою самого приладу, помилкою відліку показань і невідповідністю дійсного і розрахункового значень щільності манометричної рідини. Двохчашкові (компенсаційні) мікроманометри з верхніми межами вимірювання до 2,5-103 Па мають похибку 0,02-0,05%. При малих межах вимірювання (до 104 Па) манометри заповнюють легкими рідинами (водою, спиртом, толуолом, силіконовим маслом), при збільшенні меж вимірювання до 105 Па - ртуттю.

У поплавцевих, церковних і кільцевих Дифманометр міра вимірюваного тиску (Перепаду) - не висота стовпа рідини, а визначається їм положення рухомого елемента приладу. Манометричної рідиною в поплавцевих Дифманометр зазвичай служить ртуть або силіконове масло. Межі вимірювання серійних приладів (від 4-103 Па до 0,16 MПа) забезпечуються зміною висоти і діаметра одного з судин дифманометра. Похибка не більше 2,5% від верхньої межі вимірювання. Дзвіниці діфманометри (манометрична рідина - вода або масло) використовують для вимірювання малих тисків і перепадів тиску від 25 до 400 Па. Похибка 1,5 і 2,5% від діапазону вимірювання.
У кільцевих Дифманометр (кільцевих вагах) замкнутий посудину з непроникною перегородкою у верхній частині встановлено на призматичну опору, яка розташована в центрі ваги судини.

Під дією різниці тисків по обидва боки перегородки манометрична рідина переміщається всередині кільця в сторону порожнини з меншим тиском. Кільце повертається в зворотному напрямку, поки момент сили, що діє на перегородку, не стане рівним моменту сили тяжіння протидіє вантажу. Міра вимірюваної різниці тисків - кут повороту кільця. Основні переваги кільцевих манометри: висока чутливість, незалежність кута повороту від щільності манометричної рідини, незалежність показань від температури навколишнього повітря. Верхні межі вимірювання від 400 до 2,5 • 104 Па, похибка 1,0 і 1,5% від межі шкали. Поплавкові, дзвіниці і кільцеві діфманометри - показують або записуючі пристрої, які манометри б. забезпечені лічильниками витрати, регуляторами, сигналізаторами, а також пристроями для отримання уніфікованих пневматичних або електричних сигналів дистанційної передачі.

Вантажопоршневі манометри У цих приладах вимірюється тиск, що діє через манометричну рідина на поршень манометри, врівноважується вагою поршня і набору каліброваних вантажів. Найбільш поширені манометри з неущільнений поршнем, між яким і циліндром є невеликий зазор. Простір під поршнем заповнене спеціальним маслом, яке під тиском надходить в зазор і забезпечує мастило поверхонь, що труться. при вимірі тиску для зменшення тертя між циліндром і поршнем. Останній приводиться в обертання електродвигуном або вручну. Змінюючи вагу вантажів і площа перетину поршня, можна змінювати межі вимірювання манометри в широкому діапазоні (від 2500 Па до 2500 MПа). Прилади відрізняються високою точністю і стабільністю показань; похибка від 0,02 до 0,2% від верхньої межі вимірювання. Для визначення невеликих надлишкових тисків, розрідження, абсолютного і атмосферного тиску застосовують манометри спеціальних конструкцій. Вантажопоршневі манометри використовують, як правило, для повірки манометрів інших типів і при лабораторних вимірах.
Деформаційні манометри Вимірюється тиск або різниця тисків визначається по деформації пружних чутливих елементів: трубчастих манометричних пружин - одно- і двохвитковий, S-образних, гвинтових, спіральних, спіральних; плоских і гофрованих мембран; мембранних коробок; сильфонов; циліндричних трубок і склянок. Межі вимірювання від 10 до 2,5 • 109 Па. простота перетворення тиску в пружну деформацію чутливого елемента і велика різноманітність зручних в експлуатації конструкцій зумовили широке застосування деформаційних манометри в хімічній промисловості найбільш поширені так звані пружинні манометри з одновитковим трубчастим чутливим елементом. Під дією тиску деформується перетин пружини і відбувається переміщення її вільного кінця, преобразуемое передавальним механізмом в переміщення стрілки, яка показує тиск за шкалою. Діапазон вимірювання зазвичай від 0,1 до 2500 MПа, похибка 0,16-4,0%.
У хімії та хімічної технології для захисту пружинних манометри від контакту з агресивними і високотемпературними середовищами часто використовують т. Зв. мембранні роздільники тиску із закритою камерою. Внутрішня порожнина манометричної пружини заповнюється мінеральним або силіконовим маслом, через яке передається вимірюється тиск робочого середовища, безпосередньо дотичної з розділовою мембраною. Останню виготовляють з нержавіючих сталей і сплавів, в тому чсле з високим вмістом Ni і Мо, а також з титанових сплавів і Та. при вимірі тиску в'язких, полімеризуються і кристалізуються середовищ застосовують так звані безкамерні манометри з відкритим чутливим або розділовим елементом - сильфоном або мембраною.
Для вимірювання невеликих тисків (розрідження) і різниці тисків застосовують манометри з чутливими елементами у вигляді сильфонов, гофрованих мембран і мембранних коробок. Залежно від діаметра, товщини і властивостей матеріалу, форми і глибини гофрування чутливих елементів можна вимірювати тиск від 100 до 107 Па і більше. Похибка 0,5-2,5%.
У хімічній промисловості поширені датчики, засновані зазвичай на принципі електричної (рідше - пневматичної) компенсації. Діапазон вимірювання від 100 Па до 1000 MПа, похибка 0,5-1,5%. Найбільш перспективні прилади, дія яких заснована на так званому тензорезистивного ефекті - зміні електричного опору твердого провідника (чутливого елемента) в результаті його деформації, пропорційної вимірюваному тиску. Ці датчики відрізняються простотою конструкції, невеликими габаритами і масою, підвищеною вібростійкою, високими динамічними характеристиками і невеликою похибкою (0,25-0,50%). В СРСР розроблений комплекс тензорезисторних перетворювачів тиску (Надлишкового та абсолютного, а також розрідження) і різниці тисків з пружними чутливими елементами на основі монокристалічних підкладок з штучного сапфіра з кремнієвими тензорезисторами. Діапазон вимірювання від 60 до 108 Па, похибка зазвичай не перевищує 0,1, 0,25 або 0,5%. В комплекс входять також перетворювачі гідростатичного тиску, призначені для отримання інформації про щільність або рівні рідин . які знаходяться у відкритих або закритих резервуарах під тиском. Фланцеве кріплення датчика до резервуару з робочою рідиною і беськамерная конструкція мембранного вимірювального вузла дозволяють контролювати гідростатичний тиск агресивних, в'язких і кристалізуються середовищ при 200-300 ° С.
У манганіновим датчиках під дією тиску змінюється електричний опір тонкої манганінового дроту. Ці датчики зазвичай використовують для вимірювання тиску понад 100 MПа. Принцип пристрою індуктивних датчиків полягає в зміні індуктивності системи при переміщенні чутливого елемента. Індуктивність системи залежить від магнітного опору зазору в муздрамтеатрі або від реактивного магнітного опору, яке змінюється з введенням в зазор електропровідної пластини або короткозамкнутого витка.
Дія ємнісних датчиків засноване на перетворенні переміщення чутливого елемента в зміну ємності конденсатора, залежне від зазору між обкладинками, їх площі, матеріалу діелектрика або діелектричної проникності. Цим датчикам властиві значні температурні похибки. У трансформаторних датчиках вхідний переміщення чутливого елемента і сполученого з ним плунжера змінює коефіцієнтом індуктивного зв'язку між системами обмоток, одна з яких живиться змінним струмом. Ефективне значення ЕРС, що наводиться в інший обмотці, є вихідною величиною датчика. Похибка зазвичай 1,5-2,5%.
Принцип дії електронних і іонних датчиків заснований на зміні характеристик відповідних електронних і іонних ламп при взаємному переміщенні їх електродів, один з яких пов'язаний з чутливим елементом датчика. Дія магнитоупругих датчиків обумовлено властивістю феромагнітних матеріалів змінювати магнітну проникність під дією тиску. Чутливий елемент - обмотка із замкнутим магнітопроводом, що деформується під впливом вхідного переміщення або зусилля, пропорційного вимірюваному тиску. У п'єзоелектричних датчиках використовується ефект появи зарядів на гранях кристала (зазвичай кварцу) при його стисненні. Величина заряду пропорційна уд. тиску і площі грані, перпендикулярної до "електричної" осі.
Радіаційні датчики зазвичай складаються з чутливого елемента, що сприймає вимірюваний тиск, джерела і приймача променевої енергії і розташованого між ними екрану. Дія датчиків засноване на залежності від тиску інтенсивності потоку, що надходить від джерела випромінювання до приймача. При зміні тиску чутливий елемент викликає пропорційне переміщення екрану, керуючого інтенсивністю потоку. Найбільш поширені прилади, що використовують видиме світло (оптичні датчики) або проникаюче γ - або β-випромінювання. Джерела випромінювання видимого світла - лампи розжарювання, ртутні точкові лампи високого тиску, лампи тліючого розряду і ін .; жорстких випромінювань - рентгенівські трубки, штучні радіоактивні речовини. Приймачі: видимого випромінювання - вакуумні і газонаповнені елементи з зовн. фотоефектом, фотосопротивления, вентильні фотоелементи з фотоумножителями; жорстких випромінювань - іонізаційні камери, лічильники Гейгера-Мюллера, пропорційні, сцинтиляційні і кристалічні лічильники.
Теплові манометри Використовують для вимірювання невеликих абсолютних тисків (1-103 Па). Дія заснована на лінійній залежності теплопровідності газів від ступеня їх розрідження в зазначених межах. Манометри являє собою скляний балон, внутрішня порожнина якого з'єднана з апаратом, де вимірюється тиск. Усередині балона знаходиться тонка шляхом утворення, що нагрівається електричним струмом. При зміні тиску змінюється тепловідвід від нитки. Якщо підтримувати постійним струм розжарення нитки, то при зміні тиску зміниться її температура. Змінюючи силу струму так, щоб ця температура залишалася постійною, можна за міру вимірюваного тиску прийняти величину струму або напруги, що подається на нитку.

Літ .: Граменіцкий В. Н., грузопоршневой вимірювальні прилади, манометри, 1973; Преображенський В. П., Теплотехнічні вимірювання та прилади, 3 вид., Манометри, 1978; Гонек Н. Ф., Манометри, Л., 1979; Осипович Л. А., Датчики фізичних величин, манометри, 1979; Вимірювання в промисловості. Довідник, під ред. П. вони лишилися самі, пров. з нім., М., 1980; Напівпровідникові тензорезисторні вимірювальні перетворювачі теплоенергетичних параметрів, під ред. А. Я. Юровського, М., 1983 А. Я. Юровський.