Как устроен и действует металлический 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:
  • Котлах отопления.
  • Газопроводах.
  • Водопроводах.
  • Компрессорах.
  • Автоклавах.
  • Баллонах.
  • Баллонных пневматических винтовках и т.д.

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:
  • Избытка давления.
  • Вакуумного давления.
  • Разницы давлений.
  • Атмосферного давления.

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:
  • Образцовые.
  • Общетехнические.
  • Электроконтактные.
  • Специальные.
  • Самопишущие.
  • Судовые.
  • Железнодорожные.

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:
  • Жидкостные.
  • Пружинные.
  • Мембранные.
  • Электроконтактные.
  • Дифференциальные.

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

Любой манометр имеет технический паспорт, на котором указывается его класс точности. Показатель имеет цифровое выражение. Чем ниже цифра, тем прибор точнее. Для большинства приборов нормой является класс точности от 1,0 до 2,5. Они применяются в тех случаях, когда небольшое отклонение не имеет особого значения. Самую большую погрешность обычно дают приборы, которые используют автомобилисты для измерения давления воздуха в шинах. Их класс нередко опускается до отметки 4,0. Лучший класс точности имеют образцовые манометры, самые совершенные из них работают с погрешностью 0,05.

Читайте также  Сварщик аргонщик

Каждый манометр рассчитан для работы в определенном диапазоне давления. Слишком мощные массивные модели не смогут зафиксировать минимальные колебания. Очень чувствительные устройства при избыточном воздействии выходят из строя или разрушаются, приводя к разгерметизации системы. В связи с этим при выборе манометра следует обращать внимание на этот показатель. Обычно на рынке можно найти модели, которые способны фиксировать перепады давления в пределах от 0,06 до 1000 мПА. Также существуют специальные модификации, так называемые тягомеры, которые предназначены для измерения разрежения давления до уровня -40 кПа.

Что он показывает и что измеряет?

Автомобильным манометром называется прибор, который показывает плотность воздуха внутри покрышки. Единица измерения кгс/см² или Бар (Bar). Также измерительный прибор может использоваться для измерения давления в баллонах пневмоподвеске. Готовые комплекты пневмы часто комплектуются стрелочными приборами от автомобиля КамАЗ, так как у него механический стрелочный прибор, показывающий давление до 10 атмосфер, и отличающийся точностью показателей. Принцип работы манометра для шин и пневмоподвески одинаковый, так как работают они по единому принципу.

Для чего нужен манометр? В первую очередь для безопасности. В прошлых статьях мы затрагивали тему разности давления в шинах, и к чему это приводит (неравномерный износ покрышек, повышенная опасность движения, повышенный расход топлива). Часто устройство интегрируют в насос, будь то механический и электрический, но для считывания давления в шинах, насос необходимо надежно закрепить к вентилю, что совершенно неудобно.

Физика для средней школы

Барометры — приборы, служащие для измерения атмосферного давления. Ртутный барометр (рис. 1) состоит из заполненной ртутью U-образной стеклянной трубки, один конец которой запаян, а на другом находится открытый резервуар с ртутью. Барометр имеет шкалу с миллиметровыми делениями, по которой непосредственно измеряют атмосферное давление в миллиметрах ртутного столба. Оно численно равно высоте столба ртути между ее уровнями в закрытом и открытом коленах барометра.

Преимущество таких барометров -большая точность показаний. Недостатки — они громоздки, хрупки, пары ртути вредны для здоровья людей.

Металлический барометр — анероид (рис. 2) состоит из цилиндрической камеры K, из которой откачан воздух. Камера герметично закрыта тонкой гофрированной крышкой-мембраной М.

Чтобы атмосферное давление не сплющило мембрану, она соединена посредством тяги Т с пружиной П, закрепленной на корпусе прибора. К пружине прикреплена стрелка С, конец которой перемещается по шкале Ш. При изменении атмосферного давления мембрана прогибается внутрь или наружу и перемещает стрелку по шкале.

Преимущества анероидов в том, что они удобны в работе, прочны, малогабаритны. Основной недостаток — они менее точны, чем ртутные барометры.

Для измерения давления, большего или меньшего атмосферного, используют манометры. Манометры бывают жидкостные и металлические.

Жидкостный манометр делают в виде U-образной трубки с жидкостью (обычно водой или ртутью), одно колено которой присоединяется к сосуду, давление в котором нужно измерить (рис. 3, а). Уровень жидкости в этом колене понизится (если давление в сосуде больше атмосферного) или повысится (если оно меньше атмосферного) по сравнению с уровнем жидкости во втором колене. Измеряемое давление будет p = pa ± pgh, где pa — атмосферное давление, pgh — гидростатическое давление избыточного столба жидкости в колене манометра.

Для измерения таким манометром давления внутри жидкости к одному из его колен присоединяют с помощью резиновой трубки плоскую коробочку, одна сторона которой затянута резиновой пленкой (рис. 3, б).

Простейший металлический манометр устроен следующим образом (рис. 3, в). Тонкая упругая пластинка М — мембрана — герметически закрывает коробку К, из которой частично откачан воздух. К мембране присоединен указатель Р, вращающийся около оси О. При погружении прибора в жидкость мембрана прогибается под действием сил давления, и ее прогиб передается указателю, передвигающемуся по шкале.

Пружинный манометр Практическая

Цель работы: изучение пружинных манометров типа ОБМ (устройство, принцип действия, работа).

Пружинный манометр типа ОБМ

Манометр (от греческого manos — редкий, неплотный и metreo-измеряю) — прибор для измерений избыточного давления (давления выше атмосферного) паров, газов или жидкостей, заключенных в замкнутом пространстве. Разновидностью манометра является вакуумметр — прибор для измерений давления, близкого к нулю и мановакуумметр прибор для измерений разряжения и избыточного давления.

Самыми популярными у потребителей являются манометры с трубкой Бурдона или деформационные манометры, конструкцию которых придумал Э. Бурдон в 1849г.

Трубка Бурдона — главный конструктивный элемент манометра, его чувствительный элемент, являющийся первичным преобразователем давления.

Трубка Бурдона выполнена обычно из латуни или фосфористой бронзы, имеет на низкие давления форму полукруга, на средние и высокие давления форму витка. Одним концом трубка соединена с входным штуцером манометра, который является присоединительным элементом к измеряемой среде а второй конец запаян и расположен консольно. Путем применения трубок более сложной формы (спиральной, винтообразной) можно получать приборы с большей чувствительностью, но меньшим пределом измерения.

Принцип действия деформационных манометров.

Под давлением среды консольно расположенный конец трубки Бурдона перемещается — трубка старается распрямиться. Величина этого перемещения пропорциональна величине давления.

Несложная рычажно-зубчатая передача приводит в движение стрелку, указывающую на шкале прибора величину давления. Такое устройство имеют большинство манометров отечественных марок МП, МТП, ДМ ТМ, М 3/1, ОБМ, МТИ, МПТИ, МО, немецкие манометры Wika 111.10, 111.12, 213.53, RCh, RСhg, RChgG и манометры других производителей.

Общий вид пружинного манометра типа ОБМ показан на рис.1.

Рисунок 1 – Пружинный манометр типа ОБМ

Рисунок 2 — Схема устройства манометра с трубкой Бурдона

1-трубка Бурдона, 2-тяга передаточного механизма, 3-зубчатый сектор, 4-стрелка, 5-штуцер

В качестве чувствительных элементов у манометров ис­пользуются трубчатые пружины. Как видно из рис. 3, один конец трубчатой пружины 3 переходит в штуцер 7 для восприятия измеряемого давления. Под действием давления свободный конец манометрической трубки 5 будет деформи­роваться (изгибаться), причем величина упругой деформации пропорциональна измеряемому давлению. В силу этого со­отношения измерительная стрелка 1 за счет перемещения кинематического узла (трибка 2 — сектор 4 — поводок 6) показывает относительно шкалы прибора истинное значение измеряемого давления.

Рисунок 3 – Кинематическая схема манометра с трубкой Бурдона

1-стрелка, 2- трибка, 3 – пружина, 4-зубчатый сектор, 5-датчик давления (манометрическая трубка), 6-поводок, 7-штуцер

Пружинные показывающие и самопишущие манометры ремонтируются силами ремонтных служб метрологического подразделения. Для этого на специальном участке рабочие места должны быть оборудованы резервными стеклами стан­дартного ряда диаметром 60, 100, 160 и 250 мм, стандартны­ми шкалами, специальными съемниками для демонтажа из­мерительных стрелок с осей приборов; струбцинами для крепежа деталей манометров, набором лерок для восстановления забитых резьб штуцеров М 20X1,4, приспособлениями для вычерчивания шкал, наборами пинцетов и часовых луп, на­борами газовых горелок малой величины для пайки чувстви­тельных элементов (пружин).

Наиболее трудоемкими операциями является замена чув­ствительного элемента (трубки) манометра и регулировка кинематического звена «сектор — трибка» (см. рис. 3).

Замену чувствительного элемента прибора производят после его использования для замера давления, превышающе­го максимальное. В результате этого трубка растягивается, возникает остаточная деформация, не подлежащая ремонту. Для ремонта такого прибора производят его полную разбор­ку, штуцер 7 закрепляют в тиски и с помощью газовой горелки демонтируют трубку 5 из платы. После оплавления припоя неисправную трубку извлекают пассатижами, а на ее место после зачистки поверхности устанавливают аналогич­ную манометрическую пружину (на заданный предел измере­ния давления). Место пайки обрабатывают растворителем — канифолью с ацетоном (спиртом) или соляной кислотой.

Читайте также  Кружева картинки

Какие виды существуют?

Список основных видов манометров для воды:

  1. Самые распространенные – общетехнические пружинные манометры для воды, с диапазоном измерения от 0 до 10 или от 0 до 6 атмосфер. Диаметр корпуса может быть от 40 до 160 мм, чаще всего – 100.
  2. Котловые – с диаметром корпуса 250 мм. Они нужны, чтобы на расстоянии снимать показания прибора.
  3. Виброустойчивые манометры – заполнены внутри вязкой жидкостью, в частности раствором глицерина или силиконовым маслом. Измеряют давление в условиях сильных вибраций. Применяются на насосных станциях, автомобилях, компрессорах, поездах.
  4. Коррозионностойкие манометры – для работы с химически агрессивными средами.
  5. Высокоточные нужны для поверки и опрессовки.
  6. Цифровые электронные – механическая сила преобразуется в электрический сигнал. Показания снимают с табло, можно программировать, некоторые приборы можно подключать к компьютеру.
  7. Электроконтактные (сигнализирующие) – приборы, в которых устанавливается верхний и нижний пределы давления. В случае их преодоления электронный прибор срабатывает и передает сигнал на управляющее устройство.
  8. Термоманометры – это приборы, измеряющие давление и температуру в системе отопления или водоснабжения. На лицевой стороне две шкалы, по которым снимают показания.

Преимущества и недостатки

У U-образных манометров есть ряд причин, по которым их выбирают, а также и ряд недостатков.

  • Дешевизна – если не использовать ртуть в конструкции, то себестоимость такого манометра будет составлять копейки;
  • Простота конструкции – минимум нужно три элемента, в отличии от пружинного, а тем более электронного;
  • Известны с давних времен;
  • Широко распространены – этот фактор получается из низкой стоимости и простоты конструкции.
  • Хрупкость – в случае повреждения ртуть может вытечь наружу;
  • Зависимость от силы тяготения – в отличие от пружинного, жидкостный необходимо располагать строго вертикально;
  • Большой разброс – если нужно что-то измерить с высокой точностью, такой манометр вам не помощник.

Таковы преимущества и недостатки U образного манометра. Главное учесть – шагая в ногу со временем, не стоит забывать о прошлом.

Устройство прибора

Среди множества устройств рассматривать устройство и принцип работы следует на самой распространенной модели. Устройство манометра для измерения давления таково:

  1. Корпус прибора.
  2. Трубка Бурдона.
  3. Стрелка индикаторная.
  4. Штуцер присоединительный.
  5. Передающий рычажно-пружинный механизм.
  6. Шкала.
  7. Стекло защитное.

Корпус манометра изготавливается из стали, и его образ напоминает цилиндр, который заглушен с одной стороны. В нем закрепляется рычажно-пружинный механизм с трубкой Бурдона. Для отображения показаний устанавливается шкала. А индикаторная стрелка, имеющая жесткое крепление к механизму, показывает приложенное усилие. Стекло защищает от внешнего воздействия.

Монтаж на водопровод проводится через полый штуцер. Жидкость, проходя через штуцер, попадает в трубку, которую пытается разогнуть.

Устройство и принцип действия манометра

Манометр (от греческого manos – редкий, неплотный и metreo-измеряю) – прибор для измерений избыточного давления (давления выше атмосферного) паров, газов или жидкостей, заключенных в замкнутом пространстве. Разновидностью манометра является вакуумметр – прибор для измерений давления, близкого к нулю и мановакуумметр прибор для измерений разряжения и избыточного давления.

Самыми популярными у потребителей являются манометры с трубкой Бурдона или деформационные манометры, конструкцию которых придумал Э. Бурдон в 1849г.
Трубка Бурдона – главный конструктивный элемент манометра, его чувствительный элемент, являющийся первичным преобразователем давления.
Трубка Бурдона выполнена обычно из латуни или фосфористой бронзы, имеет на низкие давления форму полукруга, на средние и высокие давления форму витка. Одним концом трубка соединена с входным штуцером манометра, который является присоединительным элементом к измеряемой среде а второй конец запаян и расположен консольно. Путем применения трубок более сложной формы (спиральной, винтообразной) можно получать приборы с большей чувствительностью, но меньшим пределом измерения.

Принцип действия деформационных манометров.

Под давлением среды консольно расположенный конец трубки Бурдона перемещается – трубка старается распрямиться. Величина этого перемещения пропорциональна величине давления.
Несложная рычажно-зубчатая передача приводит в движение стрелку, указывающую на шкале прибора величину давления. Такое устройство имеют большинство манометров отечественных марок МП, МТП, ДМ ТМ, М 3/1, ОБМ, МТИ, МПТИ, МО, немецкие манометры Wika 111.10, 111.12, 213.53, RCh, RСhg, RChgG и манометры других производителей.

Схема устройства манометра с трубкой Бурдона

1-трубка Бурдона, 2-тяга передаточного механизма, 3-зубчатый сектор, 4-стрелка, 5-штуцер

Кроме стрелочных манометров, широко применяются бесшкальные манометры (имеющие подобную схему устройства) МЭД с унифицированными электрическими выходными сигналами, используемые в системах контроля, автоматического регулирования и управления различными технологическими процессами.
Существенным недостатком деформационных манометров является гистерезис.
Суть явления: деформируемый элемент трубка Бурдона, подвергнутый воздействию высокого давления, при последующих измерениях будет давать несколько завышенные показания. То же относится и к вакуумметру, который после откачки до глубокого вакуума будет, напротив, занижать показания. Учитывая, что система вакуумного насоса работает в диапазоне давлений от атмосферного до 0,133 Па (10 в -3 мм рт. ст.), такие перепады будут отрицательно сказываться на точности деформационного манометра.

Для предотвращения повреждения деформационных манометров из-за значительных перепадов давления в измерительных системах предусматривается кран или клапан, отключающий прибор в промежутках между измерениями.

Стандарты безопасности

Основным международным стандартом, которым руководствуются производители манометров, является ANSI/ASME B40.100-2013 «Манометры и способы их установки». С появлением этого документа безопасные манометры стали использовать на современных технологических установках по всему миру.

ASME – независимая некоммерческая организация. Одна из самых уважаемых организаций по разработке стандартов в мире.

ANSI – американский национальный институт стандартов. Член Международной организации по стандартизации США.

В России регламентирующим документом является ГОСТ Р 8.905-2015 «Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Манометры показывающие. Рабочие средства измерений. Метрологические требования и методы испытаний», который указывает, что:

«…безопасность оператора зависит от прочности узла чувствительного элемента, который должен выдерживать многократную перегрузку избыточным давлением, или установкой защиты из специального стекла или металлической сетки, перекрывающей лицевую поверхность манометра…».

В отличие от национального стандарта, международный ANSI/ASMЕ В40.100-2013 четко описывает конструкцию безопасного манометра:

4.3.6.1 «Сплошная приварная стенка корпуса. Общепринято, что прочная передняя часть уменьшит вероятность выброса деталей вперед. Исключением является отказ из-за взрыва».

4.2.7.2 «Сбой из-за избыточного давления. Общепринято, что манометры со сплошной передней перегородкой в корпусе и с выдуваемой задней стенкой снизят вероятность того, что в случае отказа детали могут быть выброшены вперед».

4.2.7.1 «Усталостное разрушение обычно возникает как небольшая трещина на трубке. Такие сбои обычно более критичны для сжатых газовых сред, чем для жидких. Усталостные трещины обычно медленно высвобождают жидкую среду, поэтому повышение давления можно предотвратить через отверстие для сброса давления в корпусе манометра. Тем не менее, в трубке Бурдона усталостное разрушение может вызвать взрывное разрушение».

4.2.4 «Опасные системы и / или условия. Следующие системы считаются потенциально опасными . Системы сжатого газа, кислородные системы, системы, содержащие водород, системы давления, содержащие любую взрывоопасную или легковоспламеняющуюся смесь или среды, а также системы, в которых может быть случайно применено высокое избыточное давление. »

Читайте также  Подложка под линолеум

4.2.6 «Серьёзные последствия. Пожар и взрывы в системе давления могут привести к выходу из строя элемента давления с очень серьёзными последствиями вплоть до полного разрушения или расплавления манометра. Можно ожидать, что отказ в системе со сжатым газом приведет к трагичным последствиям».

Выдержки из ANSI/ASME B40.100-2013 демонстрируют, что стандарт признает существование некоторых типов отказов, которые невозможно включить ни в один из случаев. При этом можно уверенно сказать, что защитная перегородка корпуса и другие элементы конструкции безопасного манометра с большей вероятностью защитят оператора.