Принцип действия манометра

Жидкостные (трубные) манометры принцип действия которых основан на уравновешивании измеряемого давления столба жидкости, выпускают нескольких типов: 

U-образные,

однотрубные (чашечные),

кольцевые,

колокольные,

поплавковые.

Колокольные и поплавковые  манометры применяют реже других, поэтому в данной статье они не описаны. 

U-образный манометр  наиболее простой по конструкции  состоит из U-образной стеклянной  трубки заполненной жидкостью,  и прямолинейной, миллиметровой  шкалы. Шкала чаще всего бывает  двусторонней с нулевой отметкой  посередине. Нижняя часть трубки  заполнена до нулевой отметки.  К одному концу трубки по  гибкой резиновой или пластмассовой  трубке подводится давление измеряемой  среды. Под действием этого  давления жидкость в одном  колене трубки понижается, а в  другом - повышается. Разность уровней,  определяемая по шкале, показывает  избыточное давление измеряемой  среды.

При частых изменениях давления измеряемой среды уровень  Жидкости в трубках колеблется, в  связи с чем трудно производить точный отсчет по шкале в обеих трубках одновременно. В этом случае более удобен однотрубный (чашечный) манометр. Он состоит из сосуда (чаши), сечение которого во много раз больше сечения трубки. При измерении давления уровень жидкости в трубке малого сечения поднимается на большую высоту, в то время как в чаше большого сечения он опускается незначительно. Поэтому показания прибора можно отсчитывать только по изменению уровня жидкости в трубке малого сечения, пренебрегая изменением уровня в чаше. 

Если к U-образному  или чашечному манометру давление подводится только к одному концу  трубки, то измеряется разность подведенного и атмосферного давлений. В этом случае другой конец трубки открыт и сообщается с атмосферой. Если же к обоим концам трубки или чаше и трубке подвести давление контролируемых сред, то манометр будет измерять разность этих давлений. Такие манометры называются дифференциальными. 

Кольцевой манометр, называемый кольцевыми весами, представляет собой металлическую трубку, согнутую в кольцо и установленную на призме. Нижняя половина кольца заполнена жидкостью, в верхней имеется перегородка. При разности давления Ризб и Ратм жидкость будет перетекать в сторону меньшего давления. Перетекание жидкости приведет к изменению центра тяжести и повороту кольца, а вместе с ним и стрелки прибора, которая по шкале покажет изменение давления. Чтобы получить шкалу прибора равномерной, предусмотрено специальное лекальное устройство.

Приборами «кольцевые весы» измеряют давление, разрежение и перепад давления, в последнем  случае их называют дифференциальными  манометрами (дифманометрами). Давление подводят к кольцу посредством гибких резиновых и пластмассовых трубок 8, а при измерении высоких давлений применяют металлические трубки, выполненные в виде спирали. 

Пружинные манометры. Чувствительным элементом в них  являются одно или многовитковые  пружины. Чувствительный элемент связан механически с измерительным  устройством и вместе с ним  находится в общем корпусе. Одновитковая пружина представляет собой стальную или латунную полую трубку, согнутую по окружности. Один конец пружины  впаян в основание прибора. На этом же основании смонтирован механизм передачи со стрелкой и круглый корпус манометра. Измеряемая среда подводится во внутреннюю полость пружины через  ниппель.

Под давлением измеряемой среды трубчатая пружина стремится  выпрямиться, ее свободный конец  отклоняется и через тягу поворачивает зубчатый сектор, который в свою очередь поворачивает грибку (шестерню), а с ней и стрелку на угол, пропорциональный давлению. При повороте шестерни стрелка, сидящая на ее пси, тоже поворачивается и указывает на шкале измеряемое давление. Многовитковая пружина представляет собой полую трубку с пятью — семью витками, расположенными по винтовой линии. Пружина одним концом А неподвижно закреплена в корпусе прибора и через капиллярную трубку соединяется с измеряемой средой. Второй свободный конец Б пружины наглухо закрыт и через втулку соединен с осью.

Многовитковая трубчатая  пружина длиннее одновитковой, поэтому  ее свободный конец при том  же давлении перемещается значительно  больше. Под действием давления пружина, раскручиваясь, поворачивает ось и  сидящий на ней рычаг с кареткой. Поворот рычага и каретки передается через тягу поводку и мостику. С мостиком жестко связан держатель  пера. С изменением давления перо движется по диаграммной бумаге и записывает давление. Диаграммную бумагу перемещает часовой механизм или электрический  синхронный двигатель. Манометры с  многовитковой пружиной применяют  главным образом как самопишущие  приборы. Их используют также для  дистанционной передачи показаний  на расстояние. В этом случае в манометр встраивают электрическое или пневматическое передающее устройство. 

Мембранные манометры. В качестве примера манометров этого  типа на рассмотрим манометр мембранный электрический (ММЭ), входящий в систему ГСП, который является бесшкальным прибором. Их применяют для измерения избыточного давления неагрессивных жидкостей или газов и преобразования его в унифицированный электрический выходной сигнал, подаваемый на вторичный измерительный прибор.

Манометр состоит  из трех основных узлов:

измерительного блока,

преобразователя,

усилителя.

В измерительный  блок входит мембранная коробка с  плоской мембраной (чувствительный элемент), ввинченной в крышку, и  магнитный плунжер. Измеряемое давление через штуцер подается внутрь корпуса, закрытого герметично крышкой. К крышке зажимом, надетым на втулку и затянутым винтом, жестко крепится преобразователь.

Усилитель установлен на трех стойках, укрепленных на крышке, под действием измеряемого давления скрепленной с мембраной плунжер  перемещается вверх, в результате чего постоянный магнит М создает магнитный  поток. Разность этого потока и потока обратной связи (устройство обратной связи  на рисунке не показано) преобразуется  в электрический сигнал рассогласования  и усиливается усилителем, после  чего в виде выходного токового нала подается на вторичный измерительный  прибор. 

Сильфонные манометры используют для измерения небольших давлений и разрежений в качестве показывающих и самопишущих приборов. Чувствительным элементом в них является сильфон, который представляет собой гофрированную тонкостенную металлическую трубку, изготовленную из высокопрочного сплава. Сильфоны преобразуют измеряемое давление в тяговое усилие, перемещающее стрелку манометра.

В сильфонном манометре один конец сильфона закреплен на жестком неподвижном основании, другой герметически закрыт. Давление подводят внутрь сильфона через основание. Если давление больше атмосферного, то длина сильфона увеличивается, вследствие чего стрелка (или перо) прибора через систему рычагов движется по шкале. Для увеличения жесткости внутри сильфона установлена пружина.

Напоромеры, тягомеры и тягонапоромер используют для измерения давлений (напора) до 2500 мм вод. ст. и разрежений (тяги), они работают по такому же принципу, как и описанные выше приборы для измерения давления. 

Мембранные напоромеры с горизонтальной профильной шкалой применяют для измерения давления сухого не запыленного воздуха в установках промышленной вентиляции, котельных установках, печных агрегатах и установках кондиционирования воздуха. Чувствительный элемент этого прибора — герметическая мембранная коробка из упругой латуни с двумя круглыми металлическими гофрированными крышками-мембранами, спаянными по окружности. При изменении давления ведущий штифт, припаянный к центру верхней мембраны, перемещается вместе с ней, поворачивая при этом коленчатый рычаг. Последний через тягу и рычаг поворачивает ось и закрепленную на ней стрелку по шкале. Ход мембраны не пропорционален изменению давления, поэтому для выравнивания хода мембраны и обеспечения равномерности шкалы применяют специальное устройство, состоящее из плоской пружины и кронштейна с установочными винтами, регулируемыми таким образом, чтобы стрелка прибора перемещалась равномерно.

Стрелку прибора  устанавливают на нуль конусным регулирующим винтом и рычагом. При этом пружина  оттягивает рычаг вниз, прижимая его  к конусу.

Тягомеры отличаются от напоромеров только расположением кронштейна с установочными винтами. У напоромеров кронштейн находится над пружиной, а у тягомеров — под пружиной.

Тягонапоромер имеют два кронштейна с установочными винтами, один из которых расположен над пружиной, а другой — под ней. 

Вакуумметры. Принцип  действия их аналогичен принципу действия пружинных манометров с одновитковой трубчатой пружиной. В вакуумметрах давление внутри трубчатой пружины  меньше атмосферного давления, поэтому  она не стремится выпрямиться (как  в пружинных манометрах), а, наоборот, еще больше скручивается. 

Мановакуумметры. С правой стороны от нулевой отметки шкалы ведут отсчет избыточного давления, а с левой стороны — разрежения.

Специальные манометры – манометры измеряющие давление сред, отличных от нормальных; активных по отношению к медным сплавам; имеющие конструктивные особенности для использования в особых условиях.

► Газовые манометры. Конструкция газовых манометров предусматривает меры безопасности для персонала при разрыве чувствительного элемента, приборы настраиваются и испытываются на средах, исключающих масла или в последующем очищаться от излишков масел.  Корпуса газовых манометры рекомендовано окрашивать в различные цвета (аммиак – желтый, ацетилен – белый, водород – темно-зеленый, кислород - голубой, хлор и фосген - серовато-зеленый, пропан и другие горючие газы – красный, другие негорючие газы – черный). Но не все производители придерживаются такой рекомендации. При заказе и эксплуатации газовых манометров необходимо учитывать, что многие газы обладают специфическими свойствами (водород разрушает сталь; ацетилен при соприкосновении с медными сплавами, содержащими более 70% меди, образует ацетиленистую медь – взрывчатое вещество). Манометры, используемые для измерения давления ацетилена, кислорода и пропана могут также называться сварочными. Примеры (ТМ серия 10)

► Кислородные манометры – манометры, измеряющие давление кислорода (сред с долей кислорода 23% и более). Контакт кислорода с минеральными маслами и некоторыми органическими веществами вызывает взрыв, причем мощность и возникновение взрыва не определяется количеством масла. Принципиальная отличительная особенность кислородных манометров – это строгий контроль предельно допустимых концентраций масла на поверхностях манометра, которые контактируют с кислородсодержащими средами. На шкале манометра должно быть обозначение - кислород, маслоопасно.

Конструкция, диапазоны измерений, классы точности, размеры корпусов кислородных манометров практически не отличается от технических  манометров. К кислородным манометрам, как и газовым,  предъявляются повышенные требования надежности прибора. Технические манометры могут переводиться в разряд кислородных путем обезжиривания, последующего контроля наличия масла на внутренних поверхностях прибора и нанесения соответствующего обозначения на шкале прибора (специальное исполнение технических манометров, электроконтактных манометров, взрывозащищенных манометров, виброустойчивых манометров, судовых манометров - указывается при заказе манометра).

► Железнодорожные манометры (МПф). Применяются для измерения давления неагрессивных по отношению к медным сплавам жидкостей и газов (вода, топливо, масло, воздух) в силовых и тормозных системах и установках подвижного состава железных дорог, метрополитена и вагонов трамваев, а также для измерения давления хладонов (указывать при заказе) в холодильных машинах, устанавливаемых в железнодорожных вагонах-рефрижератора. Железнодорожные манометры имеют конструктивные особенности крепления манометра и корпуса, характеризуются виброустойчивостью, корпус изготовлен из нержавеющей стали.

► Судовые манометры (МТСПф-100-OM2, МНКр-60). Манометры судовые предназначены для измерения давления жидкостей (дизельного топлива, масла, воды, морской воды), газов и водяного пара в окружающей среде, насыщенной парами смазочного масла, дизельного топлива и морской воды. Специальное исполнение для измерения давления хладонов и кислорода (указывать при заказе).

► Специальные манометры для вязких, кристаллизующихся, содержащих твердые частицы сред. Манометры для пищевой промышленности (МТП100/1-ВУМ).

► Аммиачные манометры (описаны в разделе Коррозионностойкие манометры)

► Котловые манометры (ДМ8010-Уф, раздел Показывающие манометры )