Термин «манометр», используемый в тексте, является обобщающим и помимо непосредственно манометров, также подразумевает вакуумметры и мановакуумметры. В данном материале не рассматриваются цифровые приборы.

Манометры - одни из самых распространенных приборов в промышленности и ЖКХ. Уже более ста лет они надежно служат людям. Потребности производства инициировали разработку манометров различного назначения, отличающихся размерами, конструкцией, присоединительной резьбой, диапазонами и единицами измерений, классом точности. Неправильный выбор приборов приводит к их преждевременному выходу из строя, недостаточной точности измерений или переплате за излишний функционал.

Манометры можно классифицировать по следующим критериям.

1. По области применения.

1.1. Технические манометры стандартного исполнения - предназначены для измерения избыточного и вакуумметрического давления неагрессивных, некристаллизующихся жидкостей, пара и газа.

1.2. Технические специальные - манометры для работы с конкретными средами или в специфических условиях. К специальным относятся следующие манометры:

Кислородные;

Ацетиленовые;

Аммиачные;

Коррозионностойкие;

Виброустойчивые;

Судовые;

Железнодорожные;

Манометры для пищевой промышленности.

Кислородные манометры конструктивно не отличаются от технических манометров, но в процессе производства проходят дополнительную очистку от масел, так как при соприкосновении кислорода с маслами может произойти воспламенение или взрыв. На шкалу наносится обозначение О 2 .

Ацетиленовые манометры изготавливаются без использования меди и ее сплавов. Это обусловлено тем, что при взаимодействии меди и ацетилена образуется взрывоопасная ацетиленистая медь. Ацетиленовые манометры маркируются символами С 2 Н 2 .

Аммиачные и коррозионностойкие манометры имеют механизмы из нержавеющей стали и сплавов, не подверженных коррозии при взаимодействии с агрессивными средами.

Конструкция виброустойчивых манометров обеспечивает работоспособность при воздействии вибрации в диапазоне частот, примерно в 4-5 раз превышающем допустимую частоту вибрации стандартных технических манометров.

Некоторые типы виброустойчивых манометров могут заполняться демпфирующей жидкостью. В качестве демпфирующей жидкости используют глицерин (диапазон рабочих температур от -20 до +60 о С) или жидкость ПМС-300 (диапазон рабочих температур от -40 до +60 о С).

Манометры для пищевой промышленности не имеют прямого контакта с измеряемой средой и отделены от нее мембранным разделительным устройством. Надмембранное пространство заполняется специальной жидкостью, которая передает усилие на механизм манометра.

Корпуса манометров обычно окрашивают в цвет соответствующий области применения: аммиачные - в желтый, ацетиленовые - в белый, для водорода - в темно-зеленый, для горючих газов, например, пропана, - в красный, для кислорода - в голубой, для негорючих газов - в черный.

2. Электроконтактные (сигнализирующие) манометры.

Электроконтактные (сигнализирующие) манометры имеют в своем составе контактные группы для подключения внешних электрических цепей. Используются для поддержания давления в технологических установках в заданном диапазоне.

Контактные группы электроконтактных (сигнализирующих) манометров согласно ГОСТ 2405-88 могут иметь одно из четырех исполнений:

III - два размыкающих контакта: левый указатель (min) - синий, правый (max) - красный;

IV - два замыкающих контакта: левый указатель (min) - красный, правый (max) - синий;

V - левый контакт размыкающий (min); правый замыкающий контакт (max) - оба указателя синие;

VI - левый контакт замыкающий (min); правый контакт размыкающий (max) - оба указателя красные.

Большинство российских заводов принимает исполнение V в качестве стандартного. То есть если в заявке не будет указано исполнение электроконтактного манометра, то заказчик почти гарантированно получит прибор с контактными группами этого исполнения. При отсутствии паспорта можно определить исполнение контактных групп по цвету указателей.

Электрокониактные (сигнализирующие) манометры подразделяются на общепромышленные и взрывозащищенные. К заказу взрывозащищенных манометров нужно подходить очень тщательно, с тем, чтобы вид взрывозащиты прибора соответствовал объекту повышенной опасности.

3. Единицы измерения давления.

Градуировка шкал манометров осуществляется в одной из единиц: кгс/см 2 , бар, кПа, МПа. Однако нередко можно встретить манометры с двойной шкалой. Первая шкала проградуирована в одной из перечисленных выше единиц, вторая в psi - фунт-силах на квадратный дюйм. Данная единица является внесистемной и применяется в основном в США. В табл. 1 приведено соотношение указанных единиц между собой.

Табл. 1. Соотношение единиц давления

	Па	кПа	МПа	кгс/см 2	бар
Па		10 -3	10 -6	10,197*10 -6	10 -5
кПа	10 3		10 -3	10,197*10 -3	10 -2
Мпа	10 6	10 3		10,1972
кгс/см 2	98066,5	98,0665	0,980665		0,980665
бар	10 5			1,0197
	6894,76	6,8948	6,8948*10 −3	70,3069*10 −3	68,9476*10 −3

Приборы, проградуированные в кПа, называют манометрами для измерения низких давлений газов. В качестве чувствительного элемента используется мембранная коробка, тогда как в манометрах на большие давления применяют изогнутую или спиральную трубку.

4. Диапазон измеряемых давлений.

В физике различают несколько видов давления: абсолютное, барометрическое, избыточное, вакуум. Абсолютное давление - это давление измеренное относительно абсолютного вакуума. Абсолютное давление отрицательным быть не может.

Барометрическое - это атмосферное давление, которое зависит от высоты над уровнем моря, температуры и влажности воздуха. На отметке ноль метров над уровнем моря оно принято равным 760 мм ртутного столба. В технических манометрах эта величина принята за нуль, то есть значение барометрического давления на результаты измерений не влияет.

Избыточное давление - это разность между абсолютным давлением и барометрическим, при условии, что абсолютное давление превышает барометрическое.

Вакуум - разность абсолютного давления и барометрического, когда абсолютное давление меньше барометрического. Поэтому вакуумметрическое давление не может быть больше барометрического.

Исходя из этого становится понятно, что вакуумметры измеряют разряжение. Мановакуумметры перекрывают область вакуума и избыточного давления. Манометры измеряют избыточное давление. Существует еще один класс приборов, называемых дифманометрами. Дифманометры включаются в две точки одной системы и показывают перепад давления газообразных или жидких веществ.

Диапазоны измеряемых давлений стандартизированы и приняты равными определенному ряду значений, которые приведены в табл. 2.

Табл. 2. Стандартный ряд значений для градуировки шкал.

Тип прибора	Диапазоны измеряемых давлений, кгс/см 2
Вакуумметры	1…0
Мановакуумметры	1…0,6; 1,5; 3; 5; 9; 15; 24
Манометры	0…0,6; 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40; 60; 100; 160; 250; 400; 600; 1000; 1600
	0…2500; 4000; 6000; 10000

5. Класс точности манометров

Класс точности - допустимая погрешность прибора, выраженная в процентах от максимального значения шкалы данного прибора. Класс точности наносится производителями на шкалу. Чем меньше это значение, тем точнее прибор. Один и тот же тип манометра может иметь разный класс точности. Например, завод «Манотомь» в стандартном исполнении производит приборы с классом точности 1,5, а под заказ может изготовить аналогичные приборы с классом точности 1,0. В табл. 3 приведены данные по классам точности применительно к различным видам манометров.

Табл. 3. Класс точности манометров российских производителей.

Тип прибора	Класс точности
Манометры образцовые	0,15; 0,25; 0,4
Манометры точных измерений	0,4; 0,6; 1,0
Технические манометры	1,0; 1,5; 2,5; 4
Манометры сверхвысоких давлений

У приборов импортного производства значение класса точности может несколько отличаться от российских аналогов. Например, у европейских технических манометров класс точности может быть 1,6.

Чем меньше диаметр корпуса прибора, тем ниже его класс точности.

6. Диаметр корпуса

Чаще всего манометры изготавливаются в корпусах, имеющих следующие диаметры: 40, 50, 60, 63, 100, 150, 160, 250 мм. Но можно встретить приборы и с другими размерами корпуса. Например, виброустойчивые манометры производства «Физтех» типа ДМ8008-Вуф (ДА8008-Вуф, ДВ8008-Вуф) изготавливаются в корпусах диаметром 110 мм, а уменьшенный вариант этого прибора, ДМ8008-Вуф (ДА8008-Вуф, ДВ8008-Вуф) Исполнение 1, имеет диаметр 70 мм.

Манометры с корпусом в 250 мм часто называют котловыми. Они не имеют специальных исполнений и применяются на теплоэнергетических объектах и позволяют с рабочего места оператора контролировать давление на нескольких расположенных рядом установках.

7. Конструкция манометров

Для подключения манометра к системе используется штуцер. Различают радиальное (нижнее) расположение штуцера и осевое (тыльное). Осевой штуцер может быть с центральным расположением или со смещенным относительно центра. Многие типы манометров в силу конструктивных особенностей не имеют исполнения с осевым штуцером. Например, сигнализирующие (электроконтактные) манометры изготавливают только с радиальным штуцером, так как на тыльной стороне размещается электрический разъем.

Размер резьбы на штуцере зависит от диаметра корпуса. Манометры с диаметрами - 40, 50, 60, 63 мм изготавливаются с резьбой М10х1,0-6g, М12х1,5-8g, G1/8-B, R1/8, G1/4-В, R1/4. На манометрах большего размера применяется М20х1,5-8g или G1/2-В. Европейские нормы предусматривают применение не только указанных выше типов резьбы, но и конических - 1/8 NPT, 1/4 NPT, 1/2 NPT. Кроме того, в промышленности используются специфические присоединения. Манометры, измеряющие высокие и сверхвысокие давления, могут иметь внутреннюю коническую или цилиндрическую резьбу.

Конструкция корпуса манометра зависит от способа и места установки. Приборы, устанавливаемые открыто на магистралях, как правило, не имеют дополнительных креплений. При установке в шкафы, панели управления используются манометры с передним или задним фланцем. Можно выделить следующие исполнения манометров:

С радиальным штуцером без фланца;

С радиальным штуцером с задним фланцем;

С осевым штуцером с передним фланцем;

С осевым штуцером без фланца.

Манометры стандартного исполнения, как правило, имеют степень защиты IP40. Специальные манометры, в зависимости от области применения, могут изготавливаться со степенью защиту IP50, IP53, IP54 и IP65.

В ряде случаев, манометры должны пломбироваться с тем, чтобы исключить возможность несанкционированного вскрытия приборов. С этой целью некоторые производители изготавливают на корпусе проушину и комплектуют винтом с отверстием в головке, позволяющие установить пломбу.

8. Защита от высоких температур и перепадов давления

На погрешность измерений и ресурс манометров серьезное влияние оказывает температура. Этот фактор воздействует на внутренние элементы конструкции при контакте с измеряемой средой, а внешне через температуру окружающей среды.

Большинство манометров должно эксплуатироваться при температуре окружающей и измеряемой среды не более +60 о С, максимум +80 о С. Некоторые производители изготавливают приборы, рассчитанные на температуру измеряемой среды до +150 о С и даже +300 о С. Однако измерения при высоких температурах можно производить манометрами стандартного исполнения. Для этого манометр должен подключаться к системе через сифонный отвод (охладитель). Сифонный отвод - это трубка специальной формы. На концах отвода имеется резьба для подключения к магистрали и присоединения манометра. Сифонный отвод образует ответвление, в котором отсутствует циркуляция измеряемой среды. В результате в месте подключения манометра температура может в разы отличаться от температуры в основной магистрали.

Другим фактором, влияющим на долговечность манометров, являются резкие перепады давления или гидроудары. Для снижения влияния этих факторов используют демпферы. Демпфер может быть выполнен в виде отдельного устройства, устанавливаемого перед манометром или монтироваться во внутреннем канале держателя прибора.

Защитить манометр можно и другим способом. В случаях, когда нет необходимости постоянно контролировать давление в системе, манометр можно установить через кнопочный кран. Таким образом прибор будет подключаться к контролируемой магистрали лишь на время, в течение которого будет нажата кнопка крана.

Приборы для измерения избыточного давления называются манометрами, вакуума (давления ниже атмосферного) - вакуумметрами, избыточного давления и вакуума - мановакуумметрами, разности давлений (перепада) - дифференциальными манометрами.

Основные серийно выпускаемые приборы для измерения давления по принципу действия делятся на следующие группы:

Жидкостные - измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости;

Пружинные - измеряемое давление уравновешивается силой упругой деформации трубчатой пружины, мембраны, сильфона и т.д.;

Поршневые - измеряемое давление уравновешивается силой, действующей на поршень определенного сечения.

В зависимости от условий применения и назначения промышленностью выпускаются следующие типы приборов для измерения давления:

Технические - приборы общего назначения для эксплуатации оборудования;

Контрольные - для поверки технических приборов на месте их установки;

Образцовые - для поверки контрольных и технических приборов и измерений, требующих повышенной точности.

Манометры пружинные

Назначение . Для измерения избыточного давления широкое применение нашли манометры, работа которых основана на использовании деформации упругого чувствительного элемента, возникающей под действием измеряемого давления. Значение этой деформации передается отсчетному устройству измерительного прибора, градуированному в единицах давления.

В качестве чувствительного элемента манометра чаще всего используется одновитковая трубчатая пружина (трубка Бурдона). Другими видами чувствительных элементов являются: многовитковая трубчатая пружина, плоская гофрированная мембрана, гармоникообразная мембрана - сильфон.

Устройство . Манометры с одновитковой трубчатой пружиной широко применяются для измерения избыточного давления в пределах 0,6 - 1600 кгс/см². Рабочим органом таких манометров является полая трубка элипсовидного или овального сечения, изогнутая по окружности на 270°.

Устройство манометра с одновитковой трубчатой пружиной показано на рисунке 2.64. Трубчатая пружина - 2 открытым концом жестко соединена с держателем - 6, укрепленным в корпусе - 1 манометра. Держатель проходит через штуцер - 7 с резьбой, служащей для соединения с газопроводом, в котором измеряется давление. Свободный конец пружины закрыт пробкой с шарнирной осью и запаян. Посредством поводка- 5 он связан с передаточным механизмом, состоящим из зубчатого сектора - 4, сцепленного с шестеренкой - 10, сидящей неподвижно на оси вместе с указательной стрелкой - 3. Рядом с шестеренкой расположена плоская спиральная пружина (волосок) - 9, один конец которой соединен с шестеренкой, а другой закреплен неподвижно на стойке. Волосок постоянно прижимает трубку к одной стороне зубцов сектора, тем самым устраняя мертвый ход (люфт) в зубчатом зацеплении и обеспечивает плавность хода стрелки.

Рис. 2.64. Показывающий манометр с одновитковой трубчатой пружиной

Манометры электроконтактные

Назначение. Манометры, вакууметры и мановакууметры электроконтактные типа ЭКМ ЭКВ, ЭКМВ и ВЭ-16рб предназначены для измерения, сигнализации или двухпозиционного регулирования давления (разряжения) нейтральных по отношению к латуни и стали газов и жидкостей. Измерительные приборы типа ВЭ-16рб выполняются во взрывозащищенном корпусе и их можно устанавливать в пожароопасных и взрывоопасных помещениях. Рабочее напряжение электроконтактных устройств до 380В переменного тока или до 220В постоянного тока.

Устройство .Устройство электроконтактных манометров аналогично пружинным, с той лишь разницей, что корпус манометра имеет большие геометрические размеры за счет монтажа контактных групп. Устройство и перечень основных элементов электроконтактных манометров представлены на рис. 2.65..

Манометры образцовые.

Назначение. Манометры и вакууметры образцовые типа МО и ВО предназначены для проверки манометров, вакууметров и мановакууметров для измерений в лабораторных условиях давления и разряжения неагрессивных жидкостей и газов.

Манометры типа МКО и вакууметры типа ВКО предназначены для проверки исправности действия рабочих манометров на месте их установки и для контрольных измерений избыточного давления и разряжения.

Рис. 2.65. Электроконтактные манометры: а - типа ЭКМ; ЭКМВ; ЭКВ;

Б - типа ВЭ - 16 Рб основные части: трубчатая пружина; шкала; подвижный

Механизм; группа подвижных контактов; входной штуцер

Манометры электрические

Назначение . Электрические манометры типа МЭД предназначены для непрерывного преобразования избыточного или вакууметрического давления в унифицированный выходной сигнал переменного тока. Эти приборы применяют для работы в комплекте со вторичными дифференциально-трансформаторными приборами, машинами централизованного контроля и другими приемниками информации, способными принимать стандартный сигнал ввиде взаимной индуктивности.

Устройство и принцип действия . Принцип действия прибора, как и у манометров с одновитковой трубчатой пружиной, основан на использовании деформации упругого чувствительного элемента при воздействии на него измеряемого давления. Устройство электрического манометра типа МЭД показано на рис. 2.65.(б). Упругим чувствительным элементом прибора служит трубчатая пружина - 1, которая смонтирована в держателе - 5. К держателю привернута планка - 6, на которой закреплена катушка - 7 дифференциального трансформатора. На держателе смонтированы также постоянное и переменное сопротивления. Катушка закрыта экраном. К держателю подводится измеряемое давление. Держатель прикреплен к корпусу - 2 винтами - 4. Корпус из алюминиевого сплава закрыт крышкой, на которой укреплен штепсельный разъем - 3. Сердечник - 8 дифференциального трансформатора связан с подвижным концом трубчатой пружины специальным винтом - 9. При подаче в прибор давления, трубчатая пружина деформируется, что вызывает пропорциональное измеряемому давлению, перемещение подвижного конца пружины и связанного с ним сердечника дифференциального трансформатора.

Эксплуатационные требования, предъявляемые к манометрам технического назначения:

· при установке манометра наклон циферблата от вертикали не должен превышать 15°;

· в нерабочем положении стрелка измерительного прибора должна находиться в нулевом положении;

· манометр прошел поверку и имеет клеймо и пломбу с указанием даты поверки;

· отсутствуют механические повреждения корпуса манометра, резьбовой части штуцера и т.д.;

· цифровая шкала хорошо видна обслуживающему персоналу;

· при измерении давления влажной газообразной среды (газ, воздух), трубка перед манометром выполняется в виде петли, в которой влага конденсируется;

· на месте отбора измеряемого давления (перед манометром) должен быть установлен кран или вентиль;

· для уплотнения места присоединения штуцера манометра должны использоваться прокладки, изготовленные из кожи, свинца, отожженной красной меди, фторопласта. Использование пакли и сурика не допускается.

Принцип работы

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.

Разновидности

В группу приборов измеряющих избыточное давление входят:

Манометры - приборы с измерением от 0,06 до 1000 МПа (Измеряют избыточное давление - положительную разность между абсолютным и барометрическим давлением)

Вакуумметры - приборы измеряющие разряжения (давления ниже атмосферного) (до минус 100 кПа).

Мановакуумметры - манометры измеряющие как избыточное (от 60 до 240000 кПа), так и вакуумметрическое (до минус 100 кПа) давление.

Напоромеры -манометры малых избыточных давлений до 40 КПа

Тягомеры -вакуумметры с пределом до минус 40 КПа

Тягонапоромеры -мановакуумметры с крайними пределами не превышающими ±20 кПа

Данные приведены согласно ГОСТ 2405-88

Большинство отечественных и импортных манометров изготавливаются в соответствии с общепринятыми стандартами, в связи с этим манометры различных марок заменяют друг друга. При выборе манометра нужно знать: предел измерения, диаметр корпуса, класс точности прибора. Также важны расположение и резьба штуцера. Эти данные одинаковы для всех выпускаемых в нашей стране и Европе приборов.

Также существуют манометры измеряющие абсолютное давление, то есть избыточное давление+атмосферное

Прибор, измеряющий атмосферное давление, называется барометром.

Типы манометров

В зависимости от конструкции, чувствительности элемента различают манометры жидкостные, грузопоршневые, деформационные (с трубчатой пружиной или мембраной). Манометры подразделяются по классам точности: 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 (чем меньше число, тем точнее прибор).

Виды манометров

По назначениям манометры можно разделить на технические - общетехнические, электроконтактные, специальные, самопишушие, железнодорожные, виброустойчивые(глицеринозаполненые), судовые и эталонные (образцовые).

Общетехнические: предназначены для измерения не агрессивных к сплавам меди жидкостей, газов и паров.

Электроконтактные: имеют возможность регулировки измеряемой среды, благодаря наличию электроконтактного механизма. Особенно популярным прибором этой группы можно назвать ЭКМ 1У, хотя он давно снят с производства.

Специальные: кислородные- должны быть обезжирены, так как иногда даже незначительное загрязнение механизма при контакте с чистым кислородом может привести к взрыву. Часто выпускаются в корпусах голубого цвета с обозначением на циферблате О2(кислород); ацетиленовые -не допускают в изготовлении измерительного механизма сплавов меди, так как при контакте с ацетиленом существует опасность образования взрывоопасной ацетиленистой меди; аммиачные-должны быть коррозиестоикими.

Эталонные: обладая более высоким классом точности (0,15;0,25;0,4) эти приборы служат для поверки других манометров. Устанавливаются такие приборы в большинстве случаев на грузопоршневых манометрах или каких-либо других установках способных развивать нужное давление.

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.

Термопроводность

Термопроводные манометры основываются на уменьшении теплопроводности газа с давлением. В таких манометрах встроена нить накала, которая нагревается при пропускании через нее тока. Термопара или датчик определения температуры через сопротивление (ДОТС) могут быть использованы для измерения температуры нити накала. Эта температура зависит от скорости с которой нить накала отдаёт тепло окружающему газу и, таким образом, от термопроводности. Часто используется манометр Пирани, в котором используется единственная нить накала из платины одновременно как нагревательный элемент и как ДОТС. Эти манометры дают точные показания в интервале между 10 и 10−3 мм рт. ст., но они довольно чувствительны к химическому составу измеряемых газов.

[править]Две нити накаливания

Одна проволочная катушка используется в качестве нагревателя, другая же используется для измерения температуры через конвекцию.

Манометр Пирани (oдна нить)

Манометр Пирани состоит из металлической проволоки, открытой к измеряемому давлению. Проволока нагревается протекающим через нее током и охлаждается окружающим газом. При уменьшении давления газа, охлаждающий эффект тоже уменьшается и равновесная температура проволоки увеличивается. Сопротивление проволоки является функцией температуры: измеряя напряжение через проволоку и текущий через неё ток, сопротивление (и таким образом давление газа) может быть определено. Этот тип манометра был впервые сконструирован Марчелло Пирани.

Термопарный и термисторный манометры работают похожим образом. Отличие же в том, что термопара и термистор используются для измерения температуры нити накаливания.

Измерительный диапазон: 10−3 - 10 мм рт. ст. (грубо 10−1 - 1000 Па)

Ионизационный манометр

Ионизационные манометры - наиболее чувствительные измерительные приборы для очень низких давлений. Они измеряют давление косвенно через измерение ионов образующихся при бомбардировке газа электронами. Чем меньше плотность газа, тем меньше ионов будет образовано. Калибрирование ионного манометра - нестабильно и зависит от природы измеряемых газов, которая не всегда известна. Они могут быть откалибрированы через сравнение с показаниями манометра Мак Леода, которые значительно более стабильны и независимы от химии.

Термоэлектроны соударяются с атомами газа и генерируют ионы. Ионы притягиваются к электроду под подходящим напряжением, известным как коллектор. Ток в коллекторе пропорционален скорости ионизации, которая является функцией давления в системе. Таким образом, измерение тока коллектора позволяет определить давление газа. Имеется несколько подтипов ионизационных манометров.

Измерительный диапазон: 10−10 - 10−3 мм рт. ст. (грубо 10−8 - 10−1 Па)

Большинство ионных манометров делятся на два вида: горячий катод и холодный катод. Третий вид - это манометр с вращающимся ротором более чувствителен и дорог, чем первые два и здесь не обсуждается. В случае горячего катода электрически нагреваемая нить накала создаёт электронный луч. Электроны проходят через манометр и ионизуют молекулы газа вокруг себя. Образующиеся ионы собираются на отрицательно заряженном электроде. Ток зависит от числа ионов, которое, в свою очередь, зависит от давления газа. Манометры с горячим катодом аккуратно измеряют давление в диапазоне 10−3 мм рт. ст. до 10−10 мм рт. ст. Принцип манометра с холодным катодом тот же, исключая, что электроны образуются в разряде созданным высоковольтным электрическим разрядом. Манометры с холодным катодом аккуратно измеряют давление в диапазоне 10−2 мм рт. ст. до 10−9 мм рт. ст. Калибрирование ионизационных манометров очень чувствительно к конструкционной геометрии, химическому составу измеряемых газов, коррозии и поверхностным напылениям. Их калибровка может стать непригодной при включении при атмосферном и очень низком давлении. Состав вакуума при низких давлениях обычно непредсказуем, поэтому масс-спектрометр должен быть использован одновременно с ионизационным манометром для точных измерений.

Горячий катод

Ионизационный манометр с горячим катодом Баярда-Алперта обычно состоит из трёх электродов работающих в режиме триода, где катодом является нить накала. Три электрода - это коллектор, нить накала и сетка. Ток коллектора измеряется в пикоамперах электрометром. Разность потенциалов между нитью накала и землёй обычно составляет 30 В, в то время как напряжение сетки под постоянным напражением - 180-210 вольт, если нет опционоальной электронной бомбардировки, через нагрев сетки, которая может иметь высокий потенциал приблизительно 565 Вольт. Наиболее распространенный ионный манометр - это горячим катодом Баярда-Алперта с маленьким ионным коллектором внутри сетки. Стеклянный кожух с отверстием к вакууму может окружать электроды, но обычно он не используется и манометр встраивается в вакуумный прибор напрямую и контакты выводятся через керамическую плату в стене ваккумного устройства. Ионизационные манометры с горячим катодом могут быть повреждены или потерять калибровку если они включаются при атмосферном давлении или даже при низком вакууме. Измерения ионизационных манометров с горячим катодом всегда логарифмичны.

Электроны испущенные нитью накала движутся несколько раз в прямом и обратном направлении вокруг сетки пока не попадут на неё. При этих движениях, часть электронов сталкивается с молекулами газа и формирует электрон-ионные пары (электронная ионизация). Число таких ионов пропорционально плотности молекул газа умноженной на термоэлектронный ток, и эти ионы летят на коллектор, формируя ионный ток. Так как плотность молекул газа пропорциональна давлению, давление оценивается через измерение ионного тока.

Чувствительность к низкому давлению манометров с горячим катодом ограничена фотоэлектрическим эффектом. Электроны, ударяющие в сетку, производят рентгеновские лучи, которые производят фотоэлектрический шум в ионном коллекторе. Это ограничивает диапазон старых манометров с горячим катодом до 10−8 мм рт. ст. и Баярда-Алперта приблизительно к 10−10 мм рт. ст. Дополнительные провода под потенциалом катода в луче обзора между ионным коллектором и сеткой предотвращают этот эффект. В типе извлечения ионы притягиваются не проводом, а открытым конусом. Поскольку ионы не могут решить, какую часть конуса ударить, они проходят через отверстие и формируют ионный луч. Этот луч иона может быть передан нa кружку Фарадея.

Многие системы автомобилей работают под давлением. Особенно это актуально для тех моделей машин, которые уже давно были сняты с конвейера и не были оснащены современными электронными устройствами. Ведь сегодня давление в трубопроводах измеряется при помощи специальных электронных датчиков, которые, кроме функциональных особенностей, не имеют ничего общего с таким устройством как механический манометр.

Однако применение последнего остается актуальным и сегодня. Ведь электроника – совсем не надежная вещь, и когда она выходит из строя, автовладельцам приходится возвращаться к использованию старого доброго механического манометра. О том, как работает это устройство, в чем его преимущества, и каковы особенности подключения, мы и поговорим в сегодняшней статье.

1. Как работает механический манометр, и какие существуют разновидности этого устройства?

Во многих технологических процессах возникает необходимость в измерении давления. Для чего нужен этот показатель? В первую очередь для того, чтобы обеспечить безопасную работу установок и осуществлять правильный учет расхода жидкостей в трубопроводе. Делать это при помощи современных приборов очень просто, тем более что их характеристики позволяют получать точные данные о давлении даже в агрессивной среде.

Несмотря на прогресс и постоянную попытку ученых усовершенствовать процесс измерения давления, на сегодняшний день наиболее распространенным прибором для этого является манометр . При этом, механический манометр, несмотря на целый ряд недостатков, многие автовладельцы все равно продолжают использовать до сих пор.

Первый был изобретен очень давно, и подтолкнула изобретателей к этому потребность определять, какой уровень давления находится в жидкости или газе. Зачастую манометр используется для измерения избытка давления, после чего уже определяется отличие между абсолютным показателем и барометрическим.

Среди всех манометров выделяют несколько классов или типов по классу точности. В частности, сегодня можно приобрести манометр с такой точностью:

Самый точный манометр – это тот, класс точности которого является наименьшим. В целом манометр – это контрольно-измерительный прибор. Корпус такого прибора зачастую изготавливается из стали. А вот шницель, при помощи которого устройство можно подключать к трубопроводу, изготавливается из латуни. В целом, независимо от применения, внешняя форма манометров практически не отличается: это небольшой циферблат, от которого отходит трубка, при помощи которой и осуществляется измерение давления.

В транспортных средствах широкое применение получили механические манометры. Отличием такого устройства является наличие в корпусе специальной пружины, которая по внешнему виду напоминает свернутую трубку. Из-за этого механический манометр иногда именуют «трубчатым», хотя у него есть еще одно название – стрелочный. Он является самым распространенным примером механического манометра.

Конечно, очень высокой точностью такой прибор похвастаться не может, но все равно остается наиболее удобным для непрофессионального использования. Однако такое свойство как высокая прочность и небольшие размеры сделали стрелочный манометр популярным и в производстве. Процесс измерения давления при помощи стрелочного механического манометра происходит следующим образом:

- один конец трубки (пружины), который не припаян, соединяется при помощи крана с сосудом, давление жидкости или газа в котором необходимо измерять;

Если давление высокое или начинает расти в процессе снятия показателей, трубка манометра начнет разгибаться и воздействовать на специальный рычаг;

Этот рычаг посредством зубчатки или оси соединен со стрелкой циферблата, которая начнет отклоняться;

Когда давление начинает падать, трубка сгибается обратно, и стрелка возвращается в исходное положение.

Поскольку прибор проходит обязательную регулировку, то на самых точных манометрах пружина начинает сжиматься уже при 0,1 атмосферы, что вы можете проследить на циферблате. По такому же принципу работают и тонометры, при помощи которых измеряется артериальное давление человека. К слову, согласно виду давления, которое измеряет манометр, все приборы принято делить на таковые:

1. Приборы абсолютного давления. Показатель такого манометра исчисляется от показателя абсолютного нуля.

2. Приборы положительного избыточного давления, благодаря которым измеряется избыточное давление.

3. Вакуумные приборы. Могут измерять давление, которое находится ниже атмосферного. Применяются для измерения давления в разреженной среде.

4. Барометры. Применяются для измерения атмосферного давления.

5. Дифференциальные приборы (дифманометры). Измеряют разницу в давлении, которая возникает в нескольких веществах.

6. Мановакуумные приборы. Позволяют измерять положительное и отрицательное избыточное давление.

7. Микроманометры. Позволяют измерять разницу давлений, значения которых находятся очень близко друг к другу.

Механические манометры также имеют свои разновидности, и наиболее часто встречающимся прибором из этой группы является сильфонный манометр. В таких устройствах вместо обычной пружины используется специальная гофрированная трубка, которая называется сильфон. Его отличие от обычного устройства заключается в том, что он обладает значительно меньшей жесткостью, а значит, и более высокой чувствительностью.

Как результат, полученные при помощи такого прибора измерения отличаются высокой точностью. Но не стоит забывать и о недостатке такого прибора: из-за низкого перепада упругости на сильфоне могут оставаться деформации. Поэтому такое устройство необходимо очень сильно беречь от перезагрузок.

Среди видов механических манометров следует выделить такие:

1. Технические.

2. Контрольные.

3. Образцовые.

2. Плюсы и минусы манометра механического типа действия.

Достоинств у данного прибора достаточно много, иначе бы он не был настолько популярен среди автолюбителей и механиков. В частности, среди плюсов механического манометра стоит назвать следующие:

Доступность. Такой прибор очень легко купить, а чтобы им пользоваться, не нужно получать специальное образование или техническую подготовку.

Недорогой. Купить механический манометр может каждый, независимо от его благосостояния.

Простота использования. Для того чтобы получить результат, вам придется приложить минимум усилий.

Точность. Несмотря на то, что в точности полученных результатов современные электронные датчики давления, конечно же, обходят механический манометр, он все равно остается достаточно точным прибором.

Наличие дополнительных кнопок. К примеру, устройство может быть оборудовано кнопкой спуска воздуха или сбивания полученного результата. Все это делает его еще более практичным.

Но если уже говорить о недостатках механического манометра, то их тоже наберется немало. Однако знать о них обязательно нужно, поскольку большинство недостатков очень важно учитывать в процессе использования прибора:

1. Прибор очень боится влаги. Поскольку он изготовлен из металлических деталей, в результате перепадов влажности на нем может появиться коррозия, которая может полностью вывести манометр из строя, хотя чаще всего это является причиной неточности получаемых в результате измерения данных.

2. В сравнении с другими типами манометров они менее точны. Во время использования механического манометра рекомендуется делать 2-3 замера подряд, после чего среднее значение всех замеров воспринимать как истинное значение давления в трубопроводе.

3. Некоторые модели манометров изготовляются с очень маленьким и непонятным циферблатом. Это усложняет восприятие результата замеров.

4. Тенденция снижения точности результата с приближением стрелки прибора к самой верхней отметке диапазона циферблата.

Таким образом, если правильно хранить и использовать механический манометр, с его помощью можно осуществлять достаточно точные замеры давления жидкости или газа в трубопроводе.

3. Как пользоваться прибором: установка механического манометра.

Использование данного прибора очень простое. Чаще всего его применяют для того, чтобы узнать давление автомобильных жидкостей – бензина и масла. Пригодится механический манометр и в том случае, если вам понадобится подкачать автомобильные шины до необходимого уровня давления. Конечно, его можно «измерять» и при помощи интуиции, однако использовать специальный прибор все же надежнее.

Допустим, у вас как раз возникла необходимость измерять давление в шинах, которые вы только что подкачали. Для этого выполняйте следующие действия:

- если на приборе есть кнопка сброса предыдущего показателя, то в первую очередь нажимаем на нее, чтобы стрелка манометра вернулась на показатель «0»;

Присоедините шницель манометра к ниппелю шины и удерживайте в таком положении несколько секунд, внимательно наблюдая за стрелкой на циферблате прибора;

В это время воздух под давлением поступает в изогнутую пружину и немного расправляет ее (в зависимости от того, какое давление);

Снимаем манометр с шины и фиксируем на листке бумаги полученное значение;

Повторяем процедуру еще хотя бы один раз (если значения совпали, то третья проверка будет лишней);

Подкачиваем колеса, если в том есть необходимость и снова делаем замер давления. Оптимально, чтобы в задних колесах давление было равно 1,9 атмосфер, а в передних – 1,8 атмосфер.

Но бывают случаи, когда у автовладельца не просто возникает потребность измерять давление жидкости или газа, а постоянно фиксировать его. В таком случае манометр буквально врезается в трубопровод и надежно крепится к нему. Чтобы соединение было герметичным, можно изначально встроить в трубопровод что-то на подобие ниппеля, и уже к нему крепить манометр. Тогда с такой конструкции прибор можно будет снять и вернуть на место в любое время.

Но все же, установка механического манометра для постоянного контроля за давлением сегодня осуществляется очень редко. Ведь данные, которые предоставляет устройство, может считать только человек, а после этого ему придется самостоятельно подстраивать все остальные системы под значение давления. В этом плане значительно упрощает задачу электронный датчик давления и , которые могут сделать все без вмешательства человека.

Так что, можем констатировать одно: несмотря на всю ценность и полезность механического манометра, этот прибор уже отживает свой век. Сегодня он используется как портативное устройство, потребность в использовании которого возникает только тогда, когда отказывают электронные датчики.

Подписывайтесь на наши ленты в

Практическая работа

Цель работы: изучение пружинных манометров типа ОБМ (устройство, принцип действия, работа).

Пружинный манометр типа ОБМ

Манометр (от греческого manos - редкий, неплотный и metreo-измеряю) - прибор для измерений избыточного давления (давления выше атмосферного) паров, газов или жидкостей, заключенных в замкнутом пространстве. Разновидностью манометра является вакуумметр - прибор для измерений давления, близкого к нулю и мановакуумметр прибор для измерений разряжения и избыточного давления.

Самыми популярными у потребителей являются манометры с трубкой Бурдона или деформационные манометры, конструкцию которых придумал Э. Бурдон в 1849г.

Трубка Бурдона - главный конструктивный элемент манометра, его чувствительный элемент, являющийся первичным преобразователем давления.

Трубка Бурдона выполнена обычно из латуни или фосфористой бронзы, имеет на низкие давления форму полукруга, на средние и высокие давления форму витка. Одним концом трубка соединена с входным штуцером манометра, который является присоединительным элементом к измеряемой среде а второй конец запаян и расположен консольно. Путем применения трубок более сложной формы (спиральной, винтообразной) можно получать приборы с большей чувствительностью, но меньшим пределом измерения.

Принцип действия деформационных манометров.

Под давлением среды консольно расположенный конец трубки Бурдона перемещается - трубка старается распрямиться. Величина этого перемещения пропорциональна величине давления.

Несложная рычажно-зубчатая передача приводит в движение стрелку, указывающую на шкале прибора величину давления. Такое устройство имеют большинство манометров отечественных марок МП, МТП, ДМ ТМ, М 3/1, ОБМ, МТИ, МПТИ, МО, немецкие манометры Wika 111.10, 111.12, 213.53, RCh, RСhg, RChgG и манометры других производителей.

Общий вид пружинного манометра типа ОБМ показан на рис.1.

Рисунок 1 – Пружинный манометр типа ОБМ

Рисунок 2 - Схема устройства манометра с трубкой Бурдона

1-трубка Бурдона, 2-тяга передаточного механизма, 3-зубчатый сектор, 4-стрелка, 5-штуцер

В качестве чувствительных элементов у манометров ис­пользуются трубчатые пружины. Как видно из рис. 3, один конец трубчатой пружины 3 переходит в штуцер 7 для восприятия измеряемого давления. Под действием давления свободный конец манометрической трубки 5 будет деформи­роваться (изгибаться), причем величина упругой деформации пропорциональна измеряемому давлению. В силу этого со­отношения измерительная стрелка 1 за счет перемещения кинематического узла (трибка 2 - сектор 4 - поводок 6) показывает относительно шкалы прибора истинное значение измеряемого давления.

Рисунок 3 – Кинематическая схема манометра с трубкой Бурдона

1-стрелка, 2- трибка, 3 – пружина, 4-зубчатый сектор, 5-датчик давления (манометрическая трубка), 6-поводок, 7-штуцер

Пружинные показывающие и самопишущие манометры ремонтируются силами ремонтных служб метрологического подразделения. Для этого на специальном участке рабочие места должны быть оборудованы резервными стеклами стан­дартного ряда диаметром 60, 100, 160 и 250 мм, стандартны­ми шкалами, специальными съемниками для демонтажа из­мерительных стрелок с осей приборов; струбцинами для крепежа деталей манометров, набором лерок для восстановления забитых резьб штуцеров М 20X1,4, приспособлениями для вычерчивания шкал, наборами пинцетов и часовых луп, на­борами газовых горелок малой величины для пайки чувстви­тельных элементов (пружин).

Наиболее трудоемкими операциями является замена чув­ствительного элемента (трубки) манометра и регулировка кинематического звена «сектор - трибка» (см. рис. 3).

Замену чувствительного элемента прибора производят после его использования для замера давления, превышающе­го максимальное. В результате этого трубка растягивается, возникает остаточная деформация, не подлежащая ремонту. Для ремонта такого прибора производят его полную разбор­ку, штуцер 7 закрепляют в тиски и с помощью газовой горелки демонтируют трубку 5 из платы. После оплавления припоя неисправную трубку извлекают пассатижами, а на ее место после зачистки поверхности устанавливают аналогич­ную манометрическую пружину (на заданный предел измере­ния давления). Место пайки обрабатывают растворителем - канифолью с ацетоном (спиртом) или соляной кислотой.