Манометр — из чего состоит? Виды и типы
Что такое манометр
Термин «манометр» в основе имеет два греческих слова: «измерять» и «неплотный». Из этого понятны его назначение и основные функции — измерения в неких неплотных средах (жидкостях и газах).
Манометр — это прибор для измерения искусственно созданного давления газа или жидкости в замкнутой системе. |
Не следует путать его с барометром, который тоже показывает давление, но только атмосферное. В то время как с помощью манометра можно измерить, с какой силой жидкость или газ давит на стенки герметично закрытой емкости. Условно говоря, он показывает плотность воздуха внутри закрытого пространства.
Единица измерения давления: паскаль (Па). Она отражает силу в 1 Н, которая равномерно действует на площадь 1 кв. м. Также давление иногда измеряют в барах, атмосферах, миллиметрах ртутного или водяного столба.
Для чего нужен манометр
В зависимости от модификации манометры могут использоваться в самых разных сферах:
при накачивании автомобильных шин;
в обслуживании систем кондиционирования и отопления;
в гидравлических узлах для передвижения железнодорожной стрелки;
для контроля давления в пневматических агрегатах на производстве;
в нефтяной и газодобывающей промышленности;
для обслуживания двигателей на морских судах и т. д.
Основное назначение манометра — проинформировать об избыточном или недостаточном давлении воды, пара, газа или иной рабочей среды. В промышленности также выделяют сигнальные приборы, которые помогают предотвратить взрывы и техногенные катастрофы из-за разрыва емкостей с опасными веществами (например, аммиаком или горячим паром).
Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова
Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков
Жидкостный манометр
Этот тип манометров появился первым еще в XVII веке. Он ведет свое начало от опытов Торричелли — одного из учеников Галилео Галилея.
Итальянский ученый погружал в емкость запаянную с одного конца и наполненную ртутью трубку. Некоторое количество ртути выливалось из трубки, и в ее верхней части получался вакуум. Соответственно, при повышении атмосферного давления ртутный столбик в трубке поднимался, а при понижении — опускался.
Принцип работы жидкостного манометра в целом похож на принцип работы системы из опыта Торричелли.
Если одну из трубок подключить к накачивающему устройству или к закрытой емкости, на жидкость в ней будет действовать измеряемое давление (Р1). В то время как на жидкость во второй трубке действует только атмосферное давление (Р2). При изменении Р1 уровень жидкости во второй трубке тоже будет меняться.
Измерив разность высоты столба Δh = h1 − h2, можно узнать, насколько изменилось давление Δp = p1 − p2.
Результат измерений, полученный в сантиметрах ртутного столба, переводят в паскали из расчета:
1 см ртутного столба (при 0°C) = 1333,22 Па.
Для получения результата сразу в паскалях можно воспользоваться формулой, которая определяет давление воды на стенки емкости:
Ускорение свободного падения (g) равно 9,8 H/кг.
Интересный факт!
Слава изобретателя манометра принадлежит Торричелли, но на самом деле он был придуман на столетие раньше Леонардо да Винчи. Гениальный художник и ученый написал трактат по гидравлике, в котором рассказал о замере давления воды с помощью U-образной системы. Однако этот труд до широкой публики дошел только в XIX веке.
Другие виды манометров
Жидкостный манометр дает возможность точных измерений, но у него есть большой недостаток: конструкция боится ударов и вибраций.
Деформационные манометры
Манометр деформационного типа — это компактное механическое устройство, измеряющее давление сразу в паскалях (без перевода из других единиц). Его рабочим элементом является дугообразная или спиральная трубка Бурдона, в которую накачивается газ. Если давление внутри трубки повышается, она начинает распрямляться, и это движение через систему тяг передается на стрелку. При снятии давления она возвращается в свое первоначальное положение.
Вместо трубки может быть использована пружина, мембрана или другой чувствительный элемент, который деформируется под давлением. Принцип действия манометра остается тем же: деформация передается на стрелку, движущуюся по шкале.
Деформационные металлические манометры чаще всего используются в быту и на производстве. Они компактны, отлично переносят вибрации, не требуют строго вертикальной установки. Если нужно выбрать, к примеру, автомобильный манометр, он будет именно такого типа.
Интересный факт!
Деформационный манометр был изобретен случайно. В 1845 году швейцарский ученый Р. Шинц наблюдал, как на производстве рабочие восстанавливали сплющенную металлическую трубку, заглушив один ее конец и закачав внутрь воду. Под действием давления трубка разогнулась, а ученому пришла в голову мысль использовать такой же элемент для измерений, но работать с воздухом, а не с водой.
Поршневые манометры
Несмотря на то, что поршневые манометры были созданы раньше деформационных, они получили меньшее распространение. Сегодня такие приборы используются для исследования скважин в нефте- и газодобывающей промышленности, а также для сверки показаний в лабораториях.
На рисунке ниже можно увидеть, из чего состоит манометр поршневого типа. В самом простом варианте это емкость с маслом, соединенная при помощи штуцера с измеряемой средой. В емкость погружен цилиндр с тщательно притертым поршнем (зазор между стенками цилиндра и поршнем должен быть минимальным). На торце поршня закреплена тарель, на которую могут укладываться грузы.
Снизу на поршень действует измеряемое давление Р, сверху оно уравновешивается некой силой, создаваемой весом самого поршня и грузов G1+ G2.
Давление под поршнем рассчитывается по формуле:
, где G1— масса грузов, G2— масса поршня с тарелью, g — ускорение свободного падения, F — площадь поршня.
Также давление можно выразить через силу согласно закону Паскаля:
P = F / S, где F — сила, действующая на поршень, S — площадь поршня.
С помощью поршневых маномеров впервые измеряли давление ученые-физики Георг Паррот и Эмиль Ленц. Но широкое распространение эти приборы получили благодаря некому Рухгольцу, который запустил их в массовое производство.
Бесплатные занятия по английскому с носителем
Занимайтесь по 15 минут в день. Осваивайте английскую грамматику и лексику. Сделайте язык частью жизни.
Задачи
Чтобы научиться решать задачи под руководством опытного преподавателя, приходите на онлайн-курсы по физике для 9 класса!
Задача 1
В канистру налит бензин и высота столба составляет 0,6 м. Плотность бензина — 710 кг/м
Решение:
Нам известно:
h = 0,6 м;
ρ = 710 кг/м2.
Согласно формуле, определяющей давление жидкости на стенки сосуда:
Р = ρgh;
P = 710 × 9,8 × 0,6 = 4174,8 Па = 4,7 кПа.
Ответ: 4,7 кПа.
Задача 2
На поршень, погруженный в цилиндр с маслом, положили груз весом 3 кг. Площадь поршня составляет 2 см2, а его вес — 300 гр. Чему равна сила давления под поршнем?
Решение:
Итак, у нас дано:
G1= 3 кг;
G2= 300 гр = 0,3 кг;
F = 2 см2 = 0,0002 м2;
Ускорение g равно 9,8 H/кг.
Ответ: 161,7 кПа.
Другие конструкции жидкостных манометров — книга «МАНОМЕТРЫ» от НПО «ЮМАС»
Жидкости в качестве индикатора величины измеряемого давления применяются в манометрических приборах, в которых под воздействием измеряемого давления смещается уровень жидкости, что приводит к перемещению центра тяжести и указательной стрелки. Такие устройства называются кольцевыми.
Кольцевой жидкостный манометрический прибор функционирует на основе смещения под воздействием измеряемого давления центра тяжести столба жидкости, заключенного в кольцевой канал. Подвижность оси этого канала приводит к его повороту, угол которого отражает величину измеряемого давления.
Одна из конструкций кольцевого жидкостного манометра приведена на рис. 3.7а. Трубка 1, а в некоторых моделях может использоваться цилиндр с двойной стенкой, изготовлена в виде замкнутого кольца с внутренней перегородкой 2, по обе стороны которой имеются входные штуцеры 3. На внутреннем диаметре кольцевой трубки имеется жестко соединенная с ней перемычка 4, центр которой установлен на подвижной оси 5. Перпендикулярно перемычке неподвижно закреплен отвес 6, на конце которого для обеспечения устойчивости системы находится груз 7.
Среда измеряемого давления через гибкие эластичные трубки подводится к входным штуцерам (при измерении избыточного давления один входной штуцер соединяется с атмосферой). Под ее воздействием (рис. 3.7,б) рабочая жидкость вытесняется из одной половины кольцевой трубки в другую, образуя при этом разницу уровней рабочей жидкости h1. Это приводит к смещению центра тяжести кольцевой трубки и повороту как этой трубки, так и перемычки с отвесом. Угол q отражает значение разницы давлений во входных штуцерах, и по его величине, считываемой со шкалы 8, определяют измеряемый параметр. Таким образом
ризм = сq, (3.13)
где с – постоянная прибора, которая практически не изменяется при угле q, равном 0…30°.
|
Рис. 3.7. Кольцевой жидкостный манометр: а – при равновесии подведенных давлений; б – в состоянии не равновесия; 1 – кольцевая трубка; 2 –внутренняя перегородка; 3 – входные штуцеры; 4 – перемычка; 5 – подвижная ось; 6 – отвес; 7 – груз; 8 – шкала |
Груз задает масштаб зависимости угла q поворота от величины измеряемого давления.
Достоинство кольцевых манометров заключается в независимости их показаний от плотности рабочей жидкости и находящейся над ней газовой среды, а также отсутствии специальных уплотнений. Однако приборы этого типа дорогостоящи при изготовлении, требуют более совершенных технологических решений, сложны их монтаж и обслуживание.
Другой разновидностью жидкостного манометра является устройство, работа которого основана на вытеснении стороннего штока измеряемым давлением и уравновешивании положения этого штока дополнительными калиброванными грузами. На рис. 3.8 показана схема такого прибора. Измеряемая среда давлением ризм подается в замкнутую камеру 1, заполненную жидкостью, и выталкивает шток 2. При оптимальном подборе массы штока с грузами его выталкивание осуществляется на величину, удобную для контроля и пропорциональную измеряемому давлению.
Рис. 3.8. Манометр жидкостно-поршневой: 1 – камера; 2 – шток; 3 – грузы |
При калиброванной площади торца штока масса грузов, возвращающих этот шток в первоначальное положение, является мерой значения измеряемого давления.
Что такое манометр? Какой прибор используется для измерения атмосферного давления?
Что такое манометр?
Манометр – это прибор, используемый для измерения и индикации давления. Есть два типа манометров, аналоговые и цифровые. Самой простой и простой формой аналога является манометр U-Tube, стеклянная или резиновая трубка, изогнутая в форме буквы «U», где числа перечислены и расположены через каждый дюйм с каждой стороны, а между изгибами находится вода. из «У». При приложении давления, положительного или отрицательного, вода перемещается, указывая на давление позади нее, выраженное в дюймах водяного столба (в водяном столбе). Дюймы водяного столба являются наиболее распространенной формой измерения в отрасли HVAC при измерении статического давления или давления газа, хотя другие единицы измерения доступны и используются во всем мире. Одним из наиболее распространенных аналоговых типов является манометр Magnehelic®. Их много раз устанавливал производитель системы, чтобы подрядчики могли легко считывать давление в системе. Однако автономные цифровые манометры стали новым отраслевым стандартом, когда речь идет об измерении статического давления. Благодаря считыванию более высокой точности, дополнительным двойным портам, дополнительным параметрам и считываниям во многих случаях их намного проще использовать.
Зачем использовать манометр?
Статическое давление — это величина давления, которое вентилятор выталкивает или вытягивает, чтобы перемещать воздух по воздуховодам ОВКВ. Чтобы представить статическое давление в простой форме, представьте себе давление в шине, это статическое давление, дающее давление на внутреннюю часть шины, чтобы надуть ее. Одной из возможностей, которую чаще всего упускают из виду специалисты по обслуживанию, является предложение клиентам улучшенной производительности системы HVAC. Есть много способов улучшить производительность системы – добавление больших или дополнительных воздуховодов; поиск и устранение узких мест и ограничений; установка амортизаторов; балансировка системы; и регулировка скорости вентилятора. Национальное исследование, проведенное NCI, показывает, что средняя неэффективная система HVAC работала на 55% своей номинальной мощности. Это означает, что потребитель платит на 45% больше, чем ему нужно, за электроэнергию для работы его неэффективной системы.
Баланс статического давления является одним из наиболее важных факторов при проектировании систем ОВКВ. Проще говоря, статическое давление относится к сопротивлению воздушному потоку в воздуховоде системы ОВКВ и ее компонентах. Давление (толчок) воздуха должно быть больше, чем сопротивление потоку, иначе воздух не будет циркулировать должным образом или эффективно через воздуховоды.
Если статическое давление превышает расчетные характеристики вентиляторов, результатом будет система с плохим или низким расходом воздуха. В то время как простое техническое обслуживание, замена ограничительных воздушных фильтров и очистка грязных вентиляторов и змеевиков, увеличат поток воздуха, если статическое давление в системе выше или ниже проектных условий, система никогда не будет работать с полной эффективностью или мощностью. Это может привести к большему количеству неудовлетворенных клиентов и возможности отказа оборудования в будущем.
Fieldpiece SDMN6 — надежное решение.
SDMN6 также измеряет давление газа до +/- 60 дюймов водяного столба (в водяном столбе) с разрешением 0,1 дюйма, помогая определить правильность давления газа на выходе из дома или регулятора. Показания статического давления до +/- 2” водяного столба с разрешением 0,010” водяного столба, что позволит техническим специалистам измерять небольшие различия в статическом давлении. Способность прибора считывать как положительное, так и отрицательное давление позволяет использовать его для измерения вакуумных линий управления. Легко читаемый двойной дисплей показывает выбранный порт на верхнем дисплее, а перепад давления отображается под ним, без необходимости прокручивать дисплей или выполнять вычисления. Кнопка установки нуля позволяет выполнять простую регулировку нуля, переводя расходомер в соответствие с различным давлением окружающей среды. Входящие в комплект датчики статического давления значительно повышают точность, а также упрощают настройку.
Имея на выбор четыре различные единицы измерения (дюймы вод. ст., мм вод. ст., мбар и фунт/кв. дюйм), любые измерения, требуемые производителем, могут быть легко выбраны и считаны. Дисплей с яркой подсветкой обеспечивает простоту использования независимо от того, насколько темным является помещение, в котором вы работаете. ”, а также кейс для переноски, в который помещается манометр, все его принадлежности и несколько универсальных реле давления. Благодаря технической поддержке мирового класса и одному из лучших в отрасли гарантийных услуг вы можете быть уверены, что вы и ваши инструменты в надежных руках.
Все о манометрах – что это такое и как они работают
Манометры – это точные приборы, которые используются для измерения давления, то есть силы, прикладываемой газом или жидкостью к единице площади поверхности из-за воздействия веса этого газа или жидкость от силы тяжести. В зависимости от типа и конфигурации манометры могут быть настроены на измерение различных значений давления. Распространенный тип манометра, с которым знакомо большинство людей, — это тот, который врачи и медицинские работники используют для измерения и контроля артериального давления пациента. Этот тип манометра называется сфигмоманометром.
В этой статье будут описаны различные типы манометров, объяснено, как они работают, представлены области их применения и рассмотрены вопросы поправочного коэффициента, используемые для манометров.
Определения давления
Полезно рассмотреть несколько основных принципов, касающихся давления. Давление — это мера количества силы (F), действующей на единицу площади (A):
Таким образом, единицей измерения давления является значение силы, деленное на квадрат значения расстояния. В метрических единицах единицей измерения давления является ньютон/(метр) 9.0039 2 , известный как Паскаль (Па). Другие распространенные единицы измерения давления включают фунты на квадратный дюйм (psi), миллибары, атмосферы (атм), миллиметры ртутного столба (мм рт.ст.) и дюймы водяного столба (в H 2 O).
Давление может быть представлено тремя конкретными категориями:
- Абсолютное давление
- Манометрическое давление
- Перепад давления
Абсолютное давление измеряет значение давления, оказываемого относительно абсолютного нулевого давления вакуума. Манометрическое давление представляет собой разницу между измеренным значением давления и местным атмосферным давлением (представьте, что это манометр в шинах). Дифференциальное давление используется для описания измерения, которое представляет собой разницу между двумя (неизвестными) уровнями давления, где не указывается эталонное давление, но измерение величины давления, на которое они различаются, по-прежнему важно.
Таким образом, полное или абсолютное давление можно определить через манометрическое и атмосферное давление следующим образом:
Типы манометров
Манометры можно разделить на два основных типа: аналоговые манометры и цифровые манометры, каждый из которых рассматривается ниже.
Аналоговые манометры и принципы их работы
Аналоговые манометры используют жидкость, которая содержится в U-образной трубке и работает по принципу гидростатического баланса. Жидкость в трубке осядет на одинаковую высоту в каждом отрезке трубки, когда оба конца открыты для атмосферного давления. Но если к одному из патрубков U-образной трубки приложить положительное давление, то уровень жидкости в этом патрубке упадет, а в другом поднимется. Это связано с тем, что давление будет заставлять жидкость падать в одной части и подниматься в другой до тех пор, пока вес столба жидкости, возникающего в результате приложенного давления, не станет достаточным, чтобы противостоять этому значению давления. Следовательно, вертикальное расстояние между уровнями жидкости в двух концах трубки представляет собой меру величины приложенного давления. Эти распространенные типы аналоговых манометров называются манометрами с U-образной трубкой. Наблюдаемое значение давления (P) является функцией высоты (h) и плотности (ρ) жидкости, используемой в манометре, причем значение (g) представляет гравитационную постоянную.
Другим типом аналоговых манометров является манометр колодцевого типа, иногда называемый цистерновым манометром. Манометр колодезного типа похож на U-образный, с той разницей, что площадь поперечного сечения одной из ветвей U-образной формы намного больше площади поперечного сечения второй ветви. Такое расположение приводит к меньшему перемещению уровня жидкости в большей части под действием давления, что позволяет эффективно использовать одну шкалу для считывания значения давления, в отличие от двух шкал в стиле U-образной трубки.
Наклонные манометры, как следует из названия, имеют трубку, расположенную не вертикально, а под небольшим углом к горизонтальной плоскости. Эта конструкция позволяет прибору наблюдать за относительно небольшим изменением давления, что обеспечивает улучшенную чувствительность и разрешение.
Другой тип манометра называется абсолютным манометром. В абсолютных манометрах используется герметичный патрубок, который позволяет только одному патрубку трубки манометра подвергаться внешнему давлению. На герметичной стороне существует вакуум, который представляет собой абсолютное нулевое давление, запечатанное столбиком ртути. Таким образом, манометр измеряет абсолютное давление, а не манометрическое или дифференциальное давление. Этот тип манометра может быть либо колодцевым, либо U-образным, описанным выше. Ртутные барометры, измеряющие атмосферное давление, являются распространенным примером абсолютного манометра.
В аналоговых манометрах используются различные жидкости. Общие жидкости показаны в таблице 1 ниже, которые иногда называют манометрическими жидкостями. Путем изменения используемой жидкости можно изменять точность, диапазон и чувствительность аналогового манометра. Жидкости с плотностью выше, чем у воды, обеспечивают более широкий диапазон, но более низкое разрешение. Точно так же снижение плотности манометрической жидкости, также называемой индикаторной жидкостью, уменьшит диапазон давления, но повысит ее чувствительность.
Таблица 1 – Примеры индикации жидкостей для использования в манометрах
Жидкость для индикации | Диапазон температур | Удельный вес* |
Ртуть высокой чистоты | -30 или F – 200 или Ф | 13,54 @ 71,6 или F |
Красное масло #827 | 40 или Ф – 120 или Ф | 0,827 @ 60 или F |
Красное масло Unity # 100 | 30 или Ф – 100 или Ф | 1,00 @ 73 или F |
Зеленый концентрат #1000 | 40 или Ф – 120 или Ф | 1. 000 @ 55 или F |
Ацетилен тетрабромид | 40 или Ф – 100 или Ф | 2,95 @ 78 или F |
Дибутилфталат | 20 o F – 150oF | 1,04 @ 80 или F |
Цифровые манометры и принципы их работы
Цифровые манометры, также известные как электронные манометры, не полагаются на гидростатический баланс жидкостей для определения давления. Вместо этого они содержат преобразователь давления, устройство, которое может преобразовывать наблюдаемый уровень давления в электрический сигнал, характеристическое значение которого пропорционально величине давления или является показателем величины давления. Упругая часть преобразователя отклоняется под давлением, и это отклонение затем преобразуется в значение электрического параметра, который может быть обнаружен и откалиброван в соответствии с показаниями давления. Датчики давления обычно используют один из трех типов электрических параметров — резистивный, емкостный или индуктивный.
- Резистивные датчики приводят к деформации, изменяющей электрическое сопротивление тензорезистора.
- Емкостные преобразователи полагаются на изменения значения емкости, наблюдаемые в результате деформации, изменяющей относительное положение двух пластин конденсатора.
- Индуктивные преобразователи используют деформацию упругой части для изменения линейного движения прикрепленного ферромагнитного сердечника внутри катушки или индуктора. Это движение изменяет ЭДС индукции и переменный ток, генерируемый в катушке.
Для выполнения измерений при очень низких давлениях используются дополнительные типы датчиков давления, включая манометр Пирани, датчик термопарного типа и ионизационный манометр. Манометры низкого давления также называют микроманометрами.
Цифровые манометры имеют некоторые преимущества перед аналоговыми моделями. Цифровые манометры:
- Имеют портативные размеры, меньший вес и легко читаемые дисплеи.
- Может взаимодействовать с компьютером или программируемым логическим контроллером (ПЛК).
- Не полагайтесь на использование манометрических жидкостей, некоторые из которых (например, ртуть) могут быть токсичными.
- Не подвержены проблемам, связанным со свойствами жидкости, которые могут повлиять на точность измерений.
- Может корректировать отклонения от стандартных условий с помощью программного обеспечения.
Поскольку они не являются первичным эталоном, они требуют периодической калибровки по первичному эталону.
Исправления свойств жидкости, применимые к манометрам
Аналоговые манометры, которые полагаются на свойства жидкостей, подлежат корректировке. Плотность жидкости не зависит от температуры, а напряженность гравитационного поля зависит как от высоты над уровнем моря, так и от широты. Эти факты обуславливают использование методологий коррекции и необходимость установления стандартных ссылок, чтобы можно было установить и согласовать определение давления. Ссылка 5 ниже содержит полное объяснение методологий, применимых к этим поправкам, которые здесь представлены лишь кратко.
- Поправка на плотность жидкости – учитывает тот факт, что плотность индикаторной жидкости не зависит от температуры
- Поправка на гравитационное поле – корректирует изменение силы гравитационного поля на заданной высоте и широте относительно его значения на уровне моря и 45,54 o северной широты
- Поправка на напор – корректировка разницы между плотностью столба жидкости и плотностью среды под давлением той же высоты
- Поправка на изменения шкалы – вносит поправку на тот факт, что отмеченные градации шкалы изменят свое разделительное расстояние из-за изменения температуры, при которой выполняется измерение давления (это связано с тепловым расширением/сжатием материала, из которого сделана шкала). построен)
- Поправка на сжимаемость жидкостей – эта поправка в основном применима при более высоких давлениях, когда плотность жидкости может измениться из-за сжатия жидкости
- Другие поправки – к ним относятся поглощение газа жидкостью, что может изменить ее плотность, а также капиллярный эффект, влияющий на интерпретацию показаний по шкале
Как используются манометры
Манометры используются в различных отраслях промышленности и могут измерять давление и скорость потока. Обычное использование включает:
- Техническое обслуживание систем HVAC
- Мониторинг метеорологических и погодных условий
- Контроль давления газа в трубопроводных системах
- Измерение расхода жидкости
- Физиологические измерения, такие как артериальное давление
- Мониторинг работы компрессорных систем
Резюме
В этой статье представлен краткий обзор манометров и принципов их работы. Для получения информации о других продуктах обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.
Источники:
- https://www.enotes.com/homework-help/how-does-manometer-work-what-its-purpose-how-can-531462
- https://sciencing.com/do-manometers-work-5187684.html
- https://www.brighthubengineering.com/marine-engines-machinery/106548-using-a-u-tube-manometer-for-measuring-fluid-and-gas-pressures/
- https://faraday.