Манометри за измерване на налягане на газ: типове, особености на конструкцията и действие на измервателните уреди

Не рядко възниква необходимост от измерване на налягането, създавано от газ. Например, в бутилки, в газопроводи, в различни съдове и резервоари. За контрол и мониторинг на показателите се използват манометри за измерване на налягане на газ. Тези устройства служат в различни сфери на жизнената дейност, започвайки от медицината до тежката промишленост.

За да не се окаже покупката на уреда напразна, а закупеният манометър да отговаря на изискванията на производствените процеси, си струва да се запознаете с класификацията. Ще Ви запознаем с разновидностите на измервателните уреди за налягане на газ. Ще разкажем за техните конструктивни особености и принципи на действие.

Класификация по тип на измерваното налягане

Приборите, служещи за получаване на данни за параметрите на налягане на газ в газхолдери, транспортни магистрали, в газови бутилки и други резервоари, се класифицират по няколко признака. Те се различават по своето устройство и принцип на действие.

Уредите, с помощта на които се измерва налягането, се подразделят на класове по:

• вид на измерваното налягане;
• предназначение;
• по принцип на действие;
• клас на точност.

По вид на измерваното налягане приборите, предназначени за определяне на точни показатели, се делят на манометри, вакуумметри, тягомери, напоромери, барометри и други.

В зависимост от степента на защитеност от влияние на външната среда се произвеждат следните прибори:

• стандартни;
• защитени от проникване на прах;
• водонепроницаеми;
• защитени от агресивни среди;
• взривоустойчиви.

Едно изделие може да съчетава в себе си няколко вида защита.

На схемата е представено разделянето на измервателните уреди по принцип на действие, по вид налягане, по приложение и по изобразяване. Течните и теглопоршневите прибори за получаване на данни за налягане на газ се прилагат рядко.

Манометърът представлява малък по размер уред, с който се измерва налягане или разлика в наляганията. Принципът на работа на този контролно-измервателен уред зависи от вътрешното му устройство. В рамките на един клас те се подразделят на групи в зависимост от класа на точност.

За да се измери абсолютно налягане, чиито показатели се отчитат от абсолютна нула (вакуум), се използват абсолютни манометри. Излишното налягане се определя с манометър за излишно налягане. В общия случай всички разновидности на тези уреди се наричат с една дума: „манометър“.

Повечето разновидности на манометрите са предназначени за измерване на величини на излишното налягане. Тяхната особеност е, че показват налягане, представляващо разликата между абсолютното и атмосферното.

Вакуумметрите са устройства, които показват стойността на налягането на разреден газ. Използвайки мановакуумметри, се измерва излишно налягане и налягане на разреден газ. Информацията се показва на единна скала.

С помощта на напоромерите се определят параметрите на излишното налягане със стойности до 40 kPa. Тягомерите, напротив, позволяват да се измери разреждането до –40 kPa. С тягонапоромерите се измерват разреждане и излишно налягане в интервала от –20 до +20 kPa.

Манометрите се използват в най-разнообразни отрасли. Работата с газ предполага висок риск, затова е важно да се контролират всички показатели на системата. Информацията за налягането дава на потребителите сведения за текущото състояние на измервания обект.

С диференциални манометри може да се определи разликата в наляганията в две произволни точки, подлежащи на изследване. Микроманометърът е диференциален манометър, който позволява да се измерят стойностите на разликата в наляганията в рамките на 40 kPa.

Класификация по принцип на работа

Газовите манометри в зависимост от механизма за отчитане на показанията се делят на:

• Деформационни;
• Електрически;
• Тегловно-бутални;
• Течни;

Всеки тип има свои характерни особености.

Деформационен вид манометри

Принципът и основите на действие на устройствата от деформационен клас се състои в това, че налягането въздейства върху чувствителния елемент на уреда, който се деформира. Нивото на налягане се определя от степента на деформация.

Деформационните манометри се произвеждат с тръбно-пружинни, силфонни или мембранни работни компоненти, притежаващи висока чувствителност.

Приемащите елементи в тръбно-пружинните устройства са тръбни пружини. Тези изделия представляват огънати в кръг тръби с напречно овално сечение. Газът въздейства върху вътрешната повърхност на тръбата. По време на това въздействие тръбата се деформира и променя формата си, приближавайки се до кръгла.

Единият край на тръбата е запоен и може да се движи. Другият е отворен и е фиксиран от държачи. При изкривяване на пружинената тръба въздействието се упражнява и върху пръстените, които след това огъват пружината. Запоеният край на пружината се движи в съответствие със силата на налягането. Това движение се предава на измервателната скала.

При измерване на налягане до 40 бара се използват кръгообразни пружини. При по-високо налягане се прилагат винтови или спираловидни пружини, намиращи се в една равнина. Грешката на показанията при измерване на налягането по този метод е от 1 до 4%.

Мембранните и силфонните чувствителни елементи позволяват ефективно да се измерват малки стойности на свръхналягане и вакуумметрично налягане.

Силфонът се произвежда по принципа на санитарния силфонен маркуч. Той представлява тънкостенна метална тръба от подвижни напречни пръстени. В зависимост от материала и параметрите на производство силфонът може да бъде повече или по-малко твърд.

Под въздействие на висока температура с течение на времето се натрупват пластични деформации, което нарушава правилността на показанията. Освен това при повишена температура и пулсация на налягането се ускорява изменението на статичната характеристика.

Чувствителните мембранни елементи имат най-голямо разнообразие. Класът на точност на такива устройства не е по-висок от 1,5. В такива прибори е предвидена защитна система. В случай на претоварване мембраната се опира в специално защитно устройство.

Мембранните кутии често се инсталират в прибори, измерващи напор и разреждане. Напоромерите, тягомерите и тягонапоромерите с мембранни кутии се произвеждат с класове на точност 1,5; 2,5 и лимит на измерване до 25 kPa.

Плоските мембрани имат малко преместване на работната точка, затова най-често се използват за преобразуване на налягането в сила. Те са нестабилни, но се изчисляват добре.

Гофрираните мембрани заедно с аналогични кутии се използват за подобряване на статичната характеристика. Първите се движат по-добре, но се поддават трудно на изчисление. Вторите се използват много по-често благодарение на понижената си твърдост.

За да се измерят малки стойности на налягане, се използват устройства с отпуснати мембрани.

Приборите се нуждаят от защита от въздействието на висока температура, тъй като тя се отразява негативно на еластичността и чувствителността на основните работни елементи.

Механични показващи манометри

Много манометри с тръбна пружина всъщност са устройства за директно преобразуване. Това означава, че налягането се преобразува в преместване на чувствителния елемент и на контактуващото с него механично устройство.

На схемата щуцерът е разположен радиално, но се произвеждат и манометри с аксиално разположение на щуцера.

Под въздействието на налягане се премества свободният край на пружината, поводът въздейства върху зъбния сектор и се осъществява завъртане на зъбното колело и показващата стрелка.

Пружинните показващи манометри се произвеждат с обхват на измерване от 0,1 до 103 MPa и имат различни класове на точност. Еталонните модели се пускат с класове на точност 0,15; 0,25; 0,4. Измерителите от работна категория с повишена точност – 1 и 0,6. Работните общотехнически – с класове на точност 1,5; 2,5; 4.

Манометри с електроконтактно действие

Конструктивно представлява доработка на показващия манометър. Същността на работата се състои в това, че при достигане от стрелката на прагова стойност на налягане се осъществява затваряне на веригата.

В конструкцията на показващия манометър допълнително са вградени стрелки с притиснати електрически контакти, които се разполагат срещу сигнализираните стойности

Електрическата верига се затваря и сигнализацията се задейства, когато показващата стрелка достигне една от стрелките с контакти. Класът на точност на такива манометри е 1,5. Обхватът на измерване съответства на стандартните стойности.

За осигуряване на сигнализация или с цел позиционно регулиране се прилагат релета за налягане с маркировка РД. Те измерват налягания в диапазон от 12 до 1600 kPa. Релето се настройва на горна и долна граница на активация по показанията на контролен уред, и то има прекъсваща мощност от 10 W.

Самопишещи модели манометри

Промишлеността произвежда манометри с вградена система за отчитане на показателите, която записва стойностите върху дискова диаграма така, че след това да може да се проследи динамиката на показателите. Един оборот може да се извърши за 8, 12, 24 часа. Движението се осъществява от електродвигател или часовников механизъм.

Работата на манометричния самописец се основава на предаване на сигнал от тръбна пружина с голям диаметър, която има теглителна сила. Тя предава движение от чувствителния елемент към системата за индикация. Устройствата с маркировка МТС записват стойности на свръхналягане.

Такива устройства предполагат контрол от страна на оператора и имат класове на точност 1; 1,5; 2,5.

Сифонните чувствителни елементи се прилагат в самопишещи дифманометри, които допълнително могат да се оборудват с устройство за сигнализация и пневматичен преобразувател. Такива уреди измерват налягане в диапазон от 6,3 kPa до 0,16 MPa и имат класове на точност 1; 1,5.

Теглопоршнев тип манометри

Такива манометри често се използват като еталон при проверка на други измервателни уреди. Техният обхват на измерване е много широк. В зависимост от конструкцията на уреда той може да започва от сериозни стойности на разреждане и да завършва със свръхналягане до 2500 MPa. Класът на точност достига максимални стойности до 0,0015.

Всеки път при въздействие върху измервателния уред на натоварване над определената норма, той губи от продължителността на своя експлоатационен срок и от точността на измерванията.

Принципът на работа се състои в задържането на цилиндъра в буталото в определено състояние, докато от едната страна въздействат калибровъчните тежести, а от другата – измерваното налягане. В зависимост от теглото на тежестите се преценява големината на създаденото налягане.

Основният работен елемент на уреда е измервателната колонка. В зависимост от качеството на нейното производство, точността и чистотата на свързванията се променя и големината на грешката.

Най-малка грешка на измерване имат ГПМ, работещи на газ. Въпреки това такива устройства струват в пъти повече поради особеностите на конструкцията си и необходимостта от филтриране на газа от чужди частици.

Функционално, грузопоршневият манометър се състои от приспособление за създаване на налягане, измервателна система и тежести. Устройството е оборудвано с въртящ механизъм за повишаване и понижаване на налягането, както и с клапан за изпускане на налягането.

Широко се използват манометри с неуплътнено бутало. В тях между буталото и цилиндъра има пролука. Съдът под буталото е запълнен с масло, което под налягане се влива в пролуката и смазва триещите се повърхности.

Електрически измервател на газообразна среда

Такива манометри се използват за преобразуване на прякото или непрякото налягане на газ в електрически параметър. Най-често срещаните манометри от този тип са: тензорезистивни, капацитивни и съпротивителни уреди. Налягането се измерва в диапазон от 100 Pa до 1000 MPa. Уредите се произвеждат с класове на точност от 0,1 до 2,5.

Работата на манометрите, действащи на основата на тензорезистивния ефект, се състои в изменението на стойността на съпротивлението на проводника поради деформация. Те измерват налягане в диапазон от 60 до 10⁸ Pa с минимална грешка.

Фланцовото закрепване на сензора и специалната конструкция на уреда позволяват отчитане на данни за налягането в особено агресивни среди с температура до 300 °C. Използват се за измерване на налягане в системи с бързотечащи процеси.

Схемата на работа на съпротивителните манометри се основава на зависимостта на съпротивлението на проводника от налягането. Обикновено този тип устройства се използват за измерване на налягане от особено високо ниво над 100 MPa.

Чувствителен елемент в такъв уред е манганиновата тел, чието съпротивление лесно се измерва с балансиран мост.

Работата на капацитивните манометри се основава на въздействието на налягането върху мембрана, която представлява подвижен електрод. Когато мембраната се премества, следва изменение на капацитета на преобразувателя. Характеризират се със значителни температурни грешки.

В капацитивните манометри огъването на мембраната се определя от електрическата схема. Такива уреди се използват в системи с бързи промени на налягането.

Течни измерителни уреди

Определянето на налягането с тези уреди става чрез уравновесяване на измерваното налягане с налягането, създадено от течен стълб. По този начин могат да се измерят малко свръхналягане, атмосферно налягане, ниво на вакуум, разлика в наляганията.

Тази група е представена от U-образни манометри, които се състоят от свързани съдове, а налягането се определя по нивата на течността; компенсационни микроманометри; чашковидни манометри, при които вместо втора тръба се използва резервоар; поплавкови, звънцови и пръстеновидни диференциални манометри.

Двутръбните манометри позволяват измерване на разлики в наляганията. В този случай към всяка от тръбите се подават наляганията, които трябва да се измерят.

При течните измерителни уреди работната течност е аналог на чувствителния елемент.

Диференциалните манометри обикновено са оборудвани с аларми, разходомери, регулатори и записващи устройства. Обхватът на измерване е от 10 до 10⁵ Па. В зависимо от течностите, запълващи уреда, границата на измерване се променя.

Деление по функционално предназначение

По предназначение се разграничават следните видове манометри, използвани за измерване на налягане на газ:

• общотехнически;
• еталонни;
• специални.

Нека разгледаме особеностите на всеки вид.

Манометри с общотехническо предназначение

Този вид манометри се произвеждат с цел измерване на стойности на вакуумметрично и свръхналягане за общотехнически цели. Различните модификации на уредите позволяват използването им в най-разнообразни среди. Те се прилагат за измерване на налягане в производството непосредствено по време на технологични процеси.

Налягането в такива уреди оказва въздействие върху тръбата отвътре и предизвиква изместване на незакрепения край. С него взаимодейства механизъм, който движи стрелката.

С такива манометри може да се измерва налягане на газообразни среди, които са неагресивни спрямо медните сплави при работна температура до 150 °C. Обикновено корпусът на изделието се изработва от стомана, а частите на механизма от месингов сплав.

Общотехническите манометри за газ с ниско или високо налягане се произвеждат устойчиви на вибрации с честота в интервала от 10 до 55 Hz, както и с амплитуда на изместване максимум 0,15 милиметра. Те имат няколко класа на точност от 1 до 2,5.

Цифровите манометри имат малки размери, характеризират се с висока точност на измерване и дълъг срок на експлоатация. Освен това такива уреди могат да се калибрират.

Газовите манометри с общотехническо предназначение с електронна платка, на която се показват данните от извършените измервания, набират популярност. Те често се оборудват с преобразуватели, което автоматизира технологичните процеси. Стойностите на налягането се показват на електронен циферблат.

Група специални манометри

Такива уреди се произвеждат за конкретен вид газ и създаваната от него среда. За системи с повишено налягане се произвеждат манометри за газ под високо налягане. Някои газове са агресивни към определени сплави, поради което за работа с тях е необходимо да се използват устойчиви материали.

Специалните манометри се боядисват в бои с различни цветове в зависимост от вида газа.

Пропановите манометри се боядисват в червен цвят, имат стоманен корпус и характеристики на общотехническите манометри. Работното налягане на тези уреди е от 0 до 0,6 МРа. Това е стандартното налягане на пропана. Възможна е експлоатация в диапазон на температури от – 50 до + 60 °С. Температурата на работната среда е до + 150 °С. Често влизат в комплектация с балонни редуктори.

Измерителите на налягане на амоняк в балони и други резервоари се боядисват в жълт цвят. Агрегатите с многостепенно компресиране се оборудват с температурна скала. Компонентите на манометъра се изработват от материали, устойчиви на въздействието на амонячни пари.

При наличие на сериозни динамични натоварвания манометрите се запълват с глицерин или силикон

Ацетиленовият манометър се боядисва в бял цвят. Изработва се като манометър за системи за безопасност от обезмаслени материали. Използва се за измерване на свръхналягане в различни разпределителни и генериращи ацетилен системи. Корпусът е изработен от стомана, а вътрешните компоненти от латунна сплав. Диапазонът на допустимите температури е от – 40 до + 70 °С.

Водородният манометър се боядисва в тъмнозелен цвят. Манометърът за други горими газове се боядисва в червен цвят. Измерителният уред за негорими смеси се боядисва в черен цвят. Кислородният манометър се боядисва в син цвят.

Еталонни уреди за измерване на налягане

Този тип манометри е предназначен за проверка, калибриране и настройка на други уреди с цел осигуряване на максимално висока точност на измерванията. Такива устройства се отличават с по-висок клас на точност в сравнение с общотехническите. Работните еталони се делят на три разреда.

Контролните манометри, използвани за контрол на достоверността на показанията на измерителните уреди на мястото на монтаж, се наричат още манометри с повишена точност. Работният диапазон на измерване е от 0-0,6 до 0-1600 бара за газообразни среди.

Манометрите за обикновени и композитни газови балони трябва да преминават процедура по проверка не по-рядко от веднъж годишно, освен ако други срокове не са посочени в документите към уреда. Проверката се извършва от акредитирани метрологични организации, които притежават статут на юридически лица. След проверката се издава свидетелство и се поставя клеймо.

Уредът трябва да се свали от бутилката и да се занесе в метрологичната служба. Там проверяващи и калибратори с помощта на набор от еталони и спомагателни уреди за около 10 дни ще извършат проверката

Предавателните механизми в еталонните манометри се обработват с повишена честота на зъбното зацепване. Те се характеризират с минимално триене в стрелковия механизъм, както и с висока чувствителност на вътрешните елементи.

Образцовите манометри с клас на точност 0,4 имат скала от 250 единици, а с клас на точност 0,15 или 0,25 имат скала от 400 единици с цена на делението 1 единица. Експлоатацията на уреда е възможна при различна температура в зависимост от напълнителя на корпуса. Идеалната работна температура е 20 °C.

Със спецификата на зареждане на газовите бутилки ще ви запознае следващата статия. Струва си да я прочетат всички собственици на крайградски имоти, които не са свързани към централизирано газоснабдяване.

Изводи и полезно видео по темата

Принцип на работа на пружинния манометър:

Характеристика и области на приложение на манометъра:

Манометрите се произвеждат за решаване на различни задачи. Най-голяма популярност имат общотехническите видове, използвани в малки производства, от различни фирми при работа с газово оборудване и системи. Електроконтактните манометри са устройства, които сигнализират за достигане на критична стойност.

За проверка и настройка на манометри се използват еталонни манометри. Специални манометри се произвеждат за измерване на налягане на конкретна газообразна среда. Сред тях се радват на голяма популярност пропановите манометри, които често се монтират в комплект с редуктор на газови бутилки.

Искате ли да споделите полезна информация по темата на статията, да зададете въпрос или да публикувате снимка? Моля, оставете коментари в блок формата по-долу. Споделяйте полезни сведения и препоръки, които биха могли да бъдат полезни на посетителите на сайта.