Назначение, принцип действия и устройство манометра

Первичные знания об измерении давления и устройстве манометра получают на уроках физики в 7 классе. Для подготовки доклада об измерительных приборах в сфере движения водных потоков потребуется дополнительная информация о средствах контроля состояния водопроводов. Све́дения о назначении, классификациях и устройстве измерителей жидкостного типа пригодятся людям, интересующимся техническими процессами.

Оглавление:

• Назначение приборов измерения давления
• Классификации измерителей напора
• Оборудование с жидким заполнителем
• Принцип действия дифманометра

Назначение приборов измерения давления

Манометры применяют в системах оборота газов, паров и жидкостей, то есть везде, где есть необходимость контролировать или регулировать напор потоков. Сфера применения измерителей давления обширна, но наиболее востребованы такие приборы в теплоэнергетике, пищевой промышленности, на нефтехимических предприятиях.

Основное назначение манометра — постоянно отображать внутреннее напряжение в трубопроводе, тем самым предотвращая аварийные ситуации и разрушение гидравлической сети. Не менее опасно и недостаточное давление, которое может привести к образованию внутри системы труб пузырьков воздуха (кавитации) и возникновению гидравлического удара. Примеры применения манометров в быту:

• отопительные системы в коммунальном хозяйстве;
• наблюдения за состоянием атмосферы с помощью барометров;
• контроль здоровья сердца и сосудов человека тонометром.

Разновидности манометров можно объяснить через понятие давления. Единица его измерения — кг/см²: отношение силы к площади поверхности, на которую нагрузка воздействует. Проявление этой величины может быть разным:

• атмосферное давление — гнёт воздушной оболочки Земли;
• абсолютное — его отсчёт начинается с нуля, включает в себя вес столба воздуха;
• избыточное — разность между полным и атмосферным воздействием;
• разряжённое или вакуумное давление — отличие абсолютной нагрузки от величины воздушного столба;
• дифференциальное — перепад между двумя измеряемыми характеристиками.

В соответствии с перечисленными видами давления разработаны и конструкции манометров. Приборы можно встретить в котлах отопления, компрессорах, баллонах, автоклавах. Измерять нагрузку на какую-либо поверхность — не единственное назначение этих приборов. Датчики уровня жидкости и расходомеры также основаны на принципе работы барометров.

Классификации измерителей напора

Приборы принято разделять на несколько видов. Вакуумметры используются для определения разрежений ниже атмосферного влияния. Барометры способны измерять воздушные столбы. С помощью напорометров узнают избыточное давление <40 кПа (0,04 кг/см²), а тягометрами определяют напор ≥40 килопаскалей. Дифференциальными манометрами измеряют перепады воздействия силы. Все приборы разделяют на жидкостные и металлические. По принципу работы измерители давления бывают:

• пружинными — у них широкий диапазон шкалы значений (от 0,1 до 4 тыс. кг/см²);
• мембранными — напряжение определяется силой упругости перепонки;
• электроконтактными — их применение позволяет регулировать параметры измеряемой среды с помощью встроенного механизма управления, отключать оборудование, создающее избыточное давление;
• жидкостными — механизм такого манометра основан на принципе сообщающихся сосудов, отличается плавностью хода стрелки даже при вибрациях и максимальных нагрузках.

Классификация измерителей давления по назначению предполагает выпуск приборов для определённых сред, условий эксплуатации, выполнения дополнительных задач. Группа общетехнических манометров предназначена для измерения химически не реагирующих с медью газов, паров, жидкостей. Применяются в средах, не преобразующихся в лёд, устойчивы к вибрациям.

Кислородные и ацетиленовые измерители устанавливают на баллонах с соответствующим содержимым. Корпус у таких манометров окрашивается в цвет газа, с которым прибор работает. Для аммиака он жёлтый.

Эталонные применяют в целях проверки других подобных приборов. Образцовый манометр оснащается точным механизмом с минимальной погрешностью. Самопишущие устанавливают для воспроизведения результатов контроля на бумаге. По диаграмме отслеживают давление в любое время.

Судовые измерители используют на речном и морском транспорте, железнодорожные — в поездах. Приборы устойчивы к вибрациям, тряскам, не реагируют на механические воздействия по корпусу, точно обозначают давление в системе.

Оборудование с жидким заполнителем

Конструкция приборов разного типа отличается в зависимости от задач, которые перед ними ставятся. Основными деталями измерителей напора являются корпус и шкала (градуированный циферблат).

Особенность строения манометра заключается в исполнительном механизме, который преобразует энергию силы давления измеряемой среды в сигнал, отображающийся на шкале: движение ползуна, стрелки, свечение светодиода. В трубчатом металлическом манометре механизм состоит из полой дугообразной трубки, рычага, зубчатого сектора, стрелки. Измерители с заполняющей жидкостью бывают одно- и двухтрубными.

Механизм с двумя трубками

Манометры этого типа с видимым уровнем рабочей жидкости часто называют U-образными. Положение границы между воздушной и жидкой средой указывает на значение измеряемого давления. Составные части конструкции:

• две вертикальные трубки с внутренним диаметром 8—10 мм из стекла, соединённые между собой гибким шлангом или изготовленные в виде единого целого;
• основание металлическое, деревянное или пластмассовое;
• шкала;
• рабочая жидкость (спирт, вода, глицерин, трансформаторное масло, ртуть) заливается до нулевой отметки.

Первая трубка предназначена для подачи в неё измеряемого давления, а вторая сообщается с атмосферой. В случае измерения разности напоров к нагрузкам подключаются обе трубки. Двухтрубные манометры с заполнением водой используют для измерения разрежения, напора, разности давлений в системах воздухооборота в интервале ±10 кПа, а применение ртути в качестве заполнителя расширяет пределы до 0,1 МПа (1 кг/см²).

Выпускаются также жидкостные дифманометры со скрытым уровнем рабочей жидкости. В них разграничение сред отмечает поплавок или иное специальное устройство.

Схема однотрубного исполнения

Если кратко охарактеризовать устройство жидкостного манометра этого типа, то можно сказать, что первая трубка U-образного измерителя заменяется чашей (широким сосудом). Сюда подаётся больший напор из определяемых давлений. Измерительной является прикреплённая к шкальной пластинке вторая трубка, которая сообщается с атмосферой, а при измерении разности показателей к ней подключается меньшее из давлений. Однотрубные или чашечные жидкостные манометры от двухтрубных отличаются по следующим параметрам:

• большая точность измерений;
• меньшая погрешность считывания при определении давления (±1%), что обусловлено снятием показаний только с одного столба рабочей жидкости;
• минимальный диапазон измерений однотрубного манометра с водяным заполнением — 1,6 кПа или 160 мм вод. столба.

Помимо рассмотренных модификаций жидкостных измерителей выпускаются колокольные, кольцевые, поплавковые конструкции. Все они объединяются по главному признаку: измерительный процесс в таких приборах выполняется по параметрам жидкостного столба.

Принцип действия дифманометра

Простейший прибор для измерения перепада напора потоков, определения уровней в элементах гидравлической системы, расхода в ней жидкости — это U-образный измеритель, называемый дифманометром. Вода, глицерин или ртуть находятся на дне трубки жидкостного манометра. Принцип работы прибора следующий:

1. Исходное положение — уровень рабочей заполняющей среды в обеих ветвях дифманометра одинаковый. Показание на шкале — нулевое.
2. Подключение избыточного давления — в измерительной трубке уровень жидкости повышается за счёт понижения в контактной полости, что свидетельствует о преобладании подключённой нагрузки над столбом воздуха. Величина избытка определяется по количеству нанесённых на шкалу делений.
3. Подсоединение к вакуумной системе даёт обратную картину: в контактной полости уровень жидкости поднимается, а в измерительной трубке понижается. На шкале значений давление отображается в отрицательной зоне.

После рассмотрения устройства и принципа действия жидкостных манометров становится понятно, что с их помощью происходит сравнение давлений в рабочей среде с атмосферным столбом воздуха. Простота, надёжность, точность измерений — основные качества приборов такого типа.