Устройство и принцип работы манометра

Устройство и принцип работы манометра

Измерение давления производится с помощью чувствительного элемента — трубки Бурдона, диафрагмы, столба жидкости, тензодатчика и т.д. Наиболее распространены следующие приборы измерения давления:

  • Пьезометр
  • U-образная трубка
  • Пружинный манометр на основе трубки Бурдона
  • Диафрагменный манометр
  • Диафрагменный датчик давления
  • Тензометрический датчик давления
  • Сильфонный датчик давления
  • Пьезо-электрический датчик давления

Рассмотрим принцип действия манометров разных типов.

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.

Читайте также  Инструмент для обжима интернет кабеля
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.

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.

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.

Манометр безопасный

Что делает конструкцию манометра безопасной? Ответ на этот вопрос заключается в 3-х деталях.

Безопасный манометр усилен приварной пластиной из нержавеющей стали, которая отделяет циферблат от внутренней части прибора с трубкой Бурдона и трибко-секторным механизмом. При взрыве пластина перенаправляет освобождаемую энергию на заднюю часть манометра, а не переднюю. И тем самым опасная среда и детали манометра вылетят не в сторону оператора, а от него.

Задняя выдуваемая стенка не приварена, а герметично спрессована. И в случае избыточного давления она отстреливает и перенаправляет энергию опять же в сторону от оператора.

Конструкция безопасного манометра

Ламинированное и многослойное стекло, которое закрывает циферблат, также предотвратит несчастный случай. Оно лопнет из-за взрыва, но не разлетится на осколки.

Уникальное решение для безопасности манометров предлагает французский производитель Bourdon: компенсационную мембрану в выдуваемой стенке.

Принцип действия мембраны в том, что она снижает пик давления в корпусе манометра и тем самым уменьшает импульс, который передается на выдуваемую стенку. Этот новый элемент конструкции обеспечивает дополнительную защиту прибора и безопасность персонала, который в момент взрыва может находиться перед манометром или за ним.

Отличить безопасный манометр можно по маркировке на циферблате в виде обведенной в круг латинской буквы S (от английского слова safety – «безопасность»).

Маркировка на циферблате безопасного манометра

Принцип действия манометра основан на уравновешивании измеряемого давления силой упругой деформации трубчатой пружины или более чувствительной двухпластинчатой мембраны, один конец которой запаян в держатель, а другой через тягу связан с трибко-секторным механизмом, преобразующим линейное перемещение упругого чувствительного элемента в круговое движение показывающей стрелки.

В зависимости от назначения приборы для измерения давления делятся на следующие основные группы:

  • манометры – для измерения избыточного давления;
  • вакуумметры – для измерения вакуумметрического давления (вакуума);
  • мановакуумметры – для измерения вакуумметрического и избыточного давлений;
  • напоромеры — для измерения малых избыточных давлений;
  • тягомеры -вакуумметры с минусовым пределом;
  • барометры – для измерения атмосферного давления;
  • баровакуумметры – для измерения абсолютного давления;
  • дифференциальные – для измерения разности давлений.

По принципу действия все приборы для измерения давления можно разделить на следующие типы:

  • жидкостные — приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается весом столба жидкости, а изменение уровня жидкости в сообщающихся сосудах служит мерой давления, называются жидкостными. К этой группе относятся чашечные и U-образные манометры, диффманометры и др.;
  • грузопоршневые — приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается усилием, создаваемым калиброванными грузами, воздействующими на свободно передвигающийся в цилиндре поршень;
  • приборы с дистанционной передачей показаний — приборы, в которых используются изменения тех или иных электрических свойств вещества (электрического сопротивления проводников, электрической емкости, возникновение электрических зарядов на поверхности кристаллических минералов и др.) под действием измеряемого давления. К таким приборам относятся манганиновые манометры сопротивления, пьезоэлектрические манометры с применением кристаллов кварца, турмалина или сегнетовой соли, емкостные манометры, ионизационные манометры и др.;
  • пружинные — приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается силами упругости пружины, деформация которой служит мерой давления. Благодаря простоте конструкции и удобству пользования пружинные приборы получили широкое применение в технике.

По назначению разделяют следующие виды манометров:

  • технические: предназначены для измерения не агрессивных к сплавам меди жидкостей, газов и паров;
  • электроконтактные: в конструкции имеют специальные группы электрических контактов (обычно 2);
  • виброустойчивые применяются в условиях высоких вибраций;
  • взрывозащищенные в корпусе из взрывоустойчивых сплавов на основе алюминия;
  • коррозионносойкие для эксплуатации в особо жестких условиях, имеют высокий класс пылевлагозащиты;
  • аммиачные используются для измерения давления агрессивных газов и жидкостей;
  • судовые манометры предназначены для эксплуатации на речном и морском флоте;
  • железнодорожные: предназначены для эксплуатации на Ж/Д транспорте;
  • самопишушие: манометры в корпусе, с механизмом позволяющим воспроизводить на диаграмной бумаге график работы манометра;
  • для нефтегазовых скважин: применяются для измерения давления внутри нефтяных и газовых скважин на большой глубине;
  • сверхвысокое давление: предназначены для измерения сверхвысокого избыточного давления агрессивных некристаллизующихся сред.

По метрологическому назначению измерительные приборы делятся на образцовые и рабочие.

  • образцовыми измерительными приборами называются приборы, предназначенные для поверки других измерительных приборов;
  • рабочими измерительными приборами называются все измерительные приборы, служащие для непосредственных измерений.

ТМ-510Р.05, ТМ-510Р.06

ТМ-510Р.05, ТМ-510Р.06 от производителя ЗАО «Росма» собираются на базе манометров ТМ-510, а после установки электроконтактной приставки становятся полноценными ЭКМ.

В данных моделях ЭКМ используются контакты с магнитным поджатием, которые позволяют коммутировать большие токи с большой разрывной мощностью контактов, по сравнению с приборами, имеющие скользящие контакты.

ЭКМ ТМ-510Р.05, ТМ-510Р.06 характеризуются надежным электрическим соединением при динамических нагрузках.

  1. Двухконтактная электрическая схема;
  2. Максимально возможное напряжение

380 В;

  • Максимально возможный ток — 1 А;
  • Максимально возможная разрывная мощность контактов — 30 Вт;
  • ЭКМ100Вм

    ЭКМ100Вм – является электроконтактным манометром на микровыключателях, предназначен для замыкания или размыкания электрической цепи при достижении заданного предела давления. Обеспечивает визуальную индикацию контролируемого давления.

    При необходимости может быть оснащен дополнительными опциями:

    1. Бобышки, отводы или импульсные трубки ;
    2. Краны и клапаны;
    3. Прокладки, переходники, демпферы и т.д.

    Модель ЭКМ100Вм имеет следующие характеристики:

    • Диапазон возможных измерений до 4 МПа;
    • Класс точности 2.5;
    • Диаметр корпуса 100 мм;
    • электроконтактной группой V исполнения по ГОСТ 2405-88.

    Технологии не стоят на месте, все совершенствуется, в том числе и конструкции измеряемых приборов.

    Так, например, современные цифровые датчики ЭКМ-1005, ЭКМ-2005 от заводов-изготовителей Теплоклимат, Теплоконтроль и Элемер, совсем скоро вытеснят устаревшие стрелочные приборы. Это электронные показывающие современные интеллектуальные контактные манометры имеющим как дискретные, так и аналоговый выход (4-20 мА).

    Они уже пользуются на рынке достаточно большим спросом. Поэтому не важно, какими характеристиками обладает прибор, рано или поздно появится новый, более удобный и полезный в работе.

    Устройство манометра

    Среди плюсов данного прибора могу отметить его комплектацию. В одном прочном корпусе есть основная система и все необходимые контакты. Благодаря этому не приходится устанавливать лишние фитинги.

    Я отмечу также одно единственное отрицательное качество данного устройства – его небольшая мощность. Это позволяет экономить энергию при работе прибора.

    Помимо прочного корпуса манометр состоит из измерительного блока, ионизатора и камеры, внутри которой находится небольшая пластина. Также там размещается активный источник энергии, за счёт которого осуществляется всё действие. Снаружи корпуса есть шкала, помогающая отслеживать измерение давления. Она перемещается на несколько делений в зависимости от показателей. Весь механизм закрыт прозрачным стеклом.

    Внутри установлен электрический преобразователь, которой способствует перемещению энергии. Под действием давления образуется сила, действующая на участок цепи. Измерительный блок имеет достаточно простое строение. Он состоит из двух сильфонов, которые связаны с основным рычагом, преобразующим энергию.

    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.

    Проверка давления исходя из расхода воды

    Второй способ определения давления заключается в выполнении расчетов с использованием данных о количестве воды, вытекающей из крана. Помимо этих данных, также потребуется:

    • Узнать конфигурацию трубопровода и определить, из какого материала он изготовлен;
    • Рассчитать диаметр трубы;
    • Определить интенсивность вытекания жидкости;
    • Определить степень открытия крана.

    Чтобы рассчитать давление, понадобится мерная 3-литровая емкость и секундомер. Емкость нужно подложить под кран и засечь время, за которое она полностью наполнится водой.


    Определить приблизительное давление можно уже после выполненной операции, однако полученные результаты будут очень неточными. Ведь в любом случае банка будет полностью заполнена менее, чем за 10 секунд, из-за чего полученная величина давления будет значительно меньше, чем по регламенту. Тем не менее, отталкиваться всегда нужно от того, что 3-литровая емкость будет полностью заполняться водой за 7 и менее секунд. В таком случае давление внутри трубопровода будет наиболее приближенным к регламентированному.