Манометр: назначение и принцип работы¶
Манометр — прибор для измерения давления газов, жидкостей и паров относительно атмосферного (избыточное давление) или абсолютного давления. Принцип действия большинства манометров основан на уравновешивании измеряемого давления силой упругой деформации чувствительного элемента — трубчатой пружины, мембраны, сильфона или поршня. Манометры применяются в промышленности, энергетике, медицине, авиации, автотранспорте и бытовой технике.
¶Что измеряет манометр
Манометр измеряет избыточное давление — разницу между давлением измеряемой среды и атмосферным давлением. Показания прибора равны нулю, когда внутреннее и внешнее давление одинаковы (например, при открытом кране прибора на воздухе). Абсолютное давление получают суммированием показаний манометра и барометрического давления.
Следует отличать манометр от других приборов для измерения давления:
- Барометр — измеряет атмосферное давление.
- Вакуумметр — измеряет давление ниже атмосферного (разрежение).
- Баровакуумметр — измеряет как избыточное, так и разреженное давление.
- Микроманометр — измеряет малые избыточные давления (единицы и десятки паскалей).
- Тягомер — измеряет разность давлений (тягу в дымовых трубах, тягу вентиляции).
¶Классификация
По принципу действия манометры делятся на жидкостные, механические (пружинные) и электрические.
¶Жидкостные
Измеряют давление по высоте столба жидкости (воды, ртути, масла). К ним относятся:
- Пьезометр — простейшая трубка, открытая сверху; высота подъёма жидкости соответствует избыточному давлению.
- Манометр У-образный — U-образная трубка с рабочей жидкостью; давление определяется по разности уровней в двух коленах.
- Манометр жидкостный сифонный — для измерения больших давлений.
- Манометр дифференциальный жидкостный — измеряет разность двух давлений.
Жидкостные манометры просты и точны, но ограничены по диапазону измерений и чувствительны к колебаниям температуры.
¶Механические (пружинные)
Наиболее распространённый тип. Давление деформирует чувствительный элемент, а деформация преобразуется в перемещение стрелки по шкале.
- Манометр трубчатый ( Bourdon ) — чувствительный элемент выполнен в виде изогнутой (спиральной, табличной) металлической трубки, свёрнутой в спираль. Под действием давления трубка стремится выпрямиться, поворачивая стрелку. Изобретён французом Эженом Бурдоном в 1849 году. Наиболее распространённый тип в промышленности и быту.
- Манометр мембранный — чувствительный элемент — гофрированная мембрана. Применяется для вязких, агрессивных и кристаллизующихся сред.
- Манометр сильфонный — чувствительный элемент — металлический сильфон (гофрированный цилиндр). Применяется для высоких давлений и агрессивных сред.
- Манометр поршневой — давление уравновешивается грузом на поршне. Относится к высокоточным образцовым приборам.
¶Электрические (электронные, датчики давления)
Преобразуют давление в электрический сигнал. Чувствительный элемент (мембрана, тензодатчик, пьезоэлемент) деформируется под действием давления, изменяя электрическое сопротивление, ёмкость или ЭДС. К ним относятся тензорезистивные, пьезорезистивные, пьезоэлектрические, ёмкостные и вибрационные датчики давления. Электронные манометры обеспечивают передачу данных на расстояние, интеграцию с системами автоматизации и регистрацию показаний.
¶Основные характеристики
| Характеристика | Описание |
|---|---|
| Диапазон измерений | От долей паскаля (микроманометры) до тысяч мегапаскалей (поршневые) |
| Класс точности | 0,02; 0,05; 0,1; 0,15; 0,25; 0,4; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 (ГОСТ 8.027) |
| Присоединительные размеры | Резьбовое присоединение, фланец, штуцер |
| Рабочая среда | Газ, пар, вода, нефтепродукты, агрессивные жидкости |
| Температура среды | От −50 до +600 °C и выше (в зависимости от исполнения) |
¶Применение
Манометры устанавливаются на котлах, компрессорах, насосах, газопроводах, баллонах со сжатым газом, шинах автомобилей и летательных аппаратов. В медицине используются тонометры для измерения артериального давления (манометры ртутные и анероидные). В пищевой промышленности — на автоклавах и стерилизаторах. Обязательная установка манометров на паровых и водогрейных котлах регламентируется правилами промышленной безопасности (ФНП, утверждённые приказом Ростехнадзора).
¶Метрологическая поверка
В Российской Федерации манометры, применяемые в сферах, подлежащих государственному метрологическому контролю и надзору, подлежат периодической поверке. Периодичность поверки для большинства промышленных манометров составляет 12 месяцев (для образцовых — 2 года). Поверка проводится в соответствии с ФЗ «Об обеспечении единства измерений» и методиками поверки, утверждёнными Росстандартом.
¶История
Первые приборы для измерения давления появились в XVII веке в связи с работами Торричелли и Паскаля по гидростатике. У-образный манометр описан в трудах XVIII века. Трубчатый манометр запатентован Эженом Бурдоном в 1849 году во Франции. В России массовое производство манометров развилось в XIX веке вместе с паровым машиностроением; в советский период были созданы отраслевые стандарты (ГОСТ 2405-88 «Манометры технические. Общие технические условия»).
Источники:
- ГОСТ 2405-88. Манометры технические. Общие технические условия.
- ГОСТ 8.027-2001. ГСИ. Манометры. Общие метрологические требования.
- Справочник по измерению давления и разрежения / под ред. В. И. Дьяконова. — М.: Издательство стандартов.
- ФНП «Правила безопасности опасных производственных объектов, на которых используются подъёмные сооружения» и связанные требования Ростехнадзора.
- Кремер Л. К., Фукс Л. Г. Технические измерения давления и разрежения. — М.: Энергия.