Манометр (от греческого manos — редкий, неплотный и metreo — измеряю) — прибор или установка для измерений давления или разности давлений. В зависимости от назначения манометры разделяются на:
дифференциальные (для измерений разности давлений);
абсолютного давления;
избыточного давления (для измерений разности между абсолютным значением измеряемого давления и абсолютным давлением окружающей среды);
вакуумметры.
Манометр состоит из устройств: воспринимающего давление, преобразующего его в другую физическую величину (перемещение, силу, электрический сигнал и др.) и отсчётного, или регистрирующего.
Различают следующие виды манометров:
- жидкостные, основанные на уравновешивании измеряемого давления или разности давлений давлением столба жидкости;
- грузопоршневые, основанные на уравновешивании измеряемого давления давлением, создаваемым массой поршня, грузоподъёмного устройства и грузов (с учётом сил жидкостного трения);
- электрические, основанные на зависимости электрических параметров преобразователя от измеряемого давления; — деформационные, основанные на зависимости деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы от измеряемого давления (делятся на 3 основных вида: мембранные, сильфонные, трубчато-пружинные).
При измерениях наиболее употребительны электрические деформационные манометры в которых деформация чувствительного элемента преобразуется в электрический сигнал (чувствительный элемент соединён с параметрическим преобразователем — тензорезисторным, индуктивным, потенциометрическим, ёмкостным и т. д.).
Дифманометр (дифференциальный манометр), прибор для измерения разности (перепада) давлений; применяется также для измерений уровня жидкостей и расхода жидкости, пара или газа по методу перепада давлений. По принципу действия различают:
жидкостные, в которых измеряемое давление или разрежение уравновешивается столбом жидкости;механические, в которых давление уравновешивается силами упругости различных чувствительных элементов — мембраны, пружины, сильфона. Упругая деформация чувствительного элемента — величина, пропорциональная измеряемому давлению.
Жидкостные дифманометры разделяются на трубные, поплавковые, кольцевые и колокольные.
Бывают двухтрубные (U-образные) и однотрубные (с сосудом и вертикальной трубкой и с сосудом и наклонной трубкой, служащей для увеличения точности отсчёта при измерении малых величин).
Действие двухтрубного основано на использовании сообщающихся сосудов, заполненных жидкостью, столб которой одновременно является гидравлическим затвором и создаёт гидростатическое давление, противодействующее измеряемому.
Один конец U-образной трубки, заполненной жидкостью, соединяют с замкнутым пространством, в котором надо измерить избыточное давление, а второй остаётся открытым (под барометрическим давлением).
Разность уровней жидкости в трубках показывает избыточное давление Pизб = Pабс — Pбар = P;
P = hrg, где h — разность уровней жидкости, r — плотность заполняющей жидкости, g — ускорение свободного падения.
Уравнение для однотрубного дифманометра с сосудом и вертикальной трубкой .
Аналогично уравнению для двухтрубного дифманометра. Величина перемещения жидкости в трубке однотрубного дифманометра прямо пропорциональна измеряемому перепаду давлений и зависит от соотношения квадратов диаметров или площадей сечения трубки и сосуда: f/F = d2/D2. Чтобы упростить измерения, обычно принимают соотношение, при котором h2 будет отличаться от h1 не более чем на 1%; поэтому величиной h1 пренебрегают и отсчёт производят только по уровню жидкости в трубке. Для исключения погрешности шкала изготовляется с делениями, равными не 1 мм, а меньше (0,9 мм).
Кольцевой дифманометр («кольцевые весы») имеет чувствительный элемент в виде полого кольца с перегородкой . В нижней части кольца, заполненного жидкостью (вода, масло, ртуть), укреплён компенсационный груз. При P1 = P2 уровень жидкости в обеих частях кольца одинаков, а центр тяжести груза находится на вертикальной оси, проходящей через центр кольца. При P1 > P2 жидкость в левой части опустится, а в правой поднимется. Усилие, создаваемое действием разности давлений на перегородку, вызывает момент, стремящийся повернуть кольцо по часовой стрелке.
Колокольный дифманометр представляет собой колокол, погружённый в жидкость и перемещающийся под влиянием разности давлений внутри (большее) и снаружи (меньшее) колокола. Противодействующая измеряемому давлению сила создаётся утяжелением колокола (гидростатическое уравновешивание) или деформацией пружины, на которой подвешивается колокол (механическое уравновешивание).
В мембранных дифманометрах упругая металлическая мембрана прогибается под влиянием измеряемого давления, по величине прогиба определяют давление. В некоторых конструкциях дифманометров мембрана служит только для разделения камер.
Противодействующую силу при деформации создаёт тарированная цилиндрическая спиральная пружина, которая разгружает мембрану. Некоторые мембранные дифманометры имеют защиту от односторонней перегрузки и могут применяться для измерения не только перепадов, но и избыточных давлений.
Дифманометры с неметаллическими мембранами (из резины и т.п. материалов) обладающие необходимой механической прочностью, устойчивостью к воздействию агрессивных сред, эластичностью при значительных изменениях температур (от -50 до +50 °С) имеют только цилиндрическую спиральную пружину, не воспринимают изгибающих моментов и сжимающих усилий и работают только на растяжение. Для увеличения перемещения они изготовляются гофрированными и имеют жёсткий центр, образованный двумя металлическими дисками.
Эластичные мембраны получили распространение в мембранных дифманометрах, пневмопреобразователях и регулирующих устройствах пневмоавтоматики.
Мембранные манометры применяются для измерения небольших избыточных давлений (0,04 МПа) жидких, газообразных и особенно вязких сред (сахарный сироп, сусло, купажи, масло, мазут и др.).
В сильфонных манометрах упругим чувствительным элементом является сильфон – эластичная гофрированная трубка, внутри и извне которой создаются разные давления: одно из них – измеряемое, другое – опорное. Чем больше превышение давления внутри над давлением извне сильфона, тем больше он растягивается. Благодаря гофрированным складкам деформация сильфона не приводит к потере герметичности. К подвижному торцу сильфона прикрепляют шток, который превращает деформацию сильфона в линейное перемещение.
Схема экспериментальной установки приведена на рисунке. Основной её элемент – капилляр 2, опущенный одним концом в пробирку 1 с исследуемой жидкостью, которая его смачивает. Поворачивая трёхходовой кран 3, можно позволить воздуху в капилляре сообщаться либо с атмосферой, либо с сильфоном 4 и открытым водяным манометром 5. Когда давление воздуха в капилляре равно атмосферному, исследуемая жидкость в нём поднимается на некоторую высоту h над поверхностью в пробирке, образуя вогнутый мениск. Создавая при помощи сильфона 4 над мениском избыточное по сравнению с атмосферным давление, измеряемое манометром 5, можно добиться того, что уровни жидкости в капилляре 2 и пробирке 1 сравняются.
Источник: http://www.e-ope.ee/_download/euni_repository/file/2393/Teooria.zip/__30.html
Больше интересных и полезных статей на нашем форуме по АСУ ТП: https://p4b.su/forums
Тендера фриланс по АСУ ТП: https://p4b.su/projects
Библиотека с технической литературой по промышленной автоматизации: https://p4b.su/library