Манометры для измерения давления газа: типы, особенности конструкции и действия измерителей Нередко появляется необходимость в измерении давления, создаваемого газом. Например, в баллонах, в газопроводах, в различных емкостях и сосудах. Для контроля и мониторинга показателей применяют манометры для измерения давления газа. Эти устройства служат в разных сферах жизнедеятельности, начиная от медицины, заканчивая тяжелой промышленностью.
Для того чтобы приобретение прибора оказалось не напрасным, а купленный манометр соответствовал требованиям производственных процессов, стоит ознакомиться с классификацией. Мы познакомим вас с разновидностями измерителей давления газа. Расскажем об их конструктивных особенностях и принципах действия.
Что это за устройство?
Манометр – это прибор для измерения избыточного, то есть искусственно созданного, давления воды, пара или иной рабочей среды.
Говоря простыми словами, он показывает, насколько водяное давление в трубе больше атмосферного.
В быту, сфере ЖКХ и на промышленных предприятиях наиболее распространены приборы с пружиной в виде трубки овального сечения (носит имя Бурдона – человека, запатентовавшего ее). Они просты по конструкции и недорого стоят.
Внешне водяной манометр – округлый предмет в металлическом или пластиковом корпусе. Циферблат со шкалой закрыт оргстеклом из метакрилата или поликарбоната.
Манометры. Назначение и классификация
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.
Зачем устанавливается?
Измерительные приборы устанавливают, чтобы следить за состоянием системы. Давление в трубопроводах не должно превышать некоторого порогового значения. В то же время оно должно быть достаточным для работы различных устройств.
Для работы душевой с гидромассажем нужно давление 3-4 бар, стиральной машинки – порядка 0,5 бар, а фильтра обратного осмоса – 2-6 бар.
Места установки:
- насосные станции;
- котельные;
- железнодорожный транспорт, автомобили, воздушные и водные суда;
- напорные трубопроводы;
- водонагревательные приборы;
- системы фильтрации.
Манометры покупают для личного пользования, чтобы, например, периодически контролировать давление воды, поступающей в смеситель.
На постоянной основе их устанавливают на насосных станциях рядом с гидроаккумуляторами и реле давления, чтобы автоматически включать и выключать насос. Часто манометры входят в состав блоков автоматики.
Устройство манометра для измерения давления воды
Манометр для измерения давления воды в водопроводе обладает очень простой конструкцией. Прибор состоит из корпуса и шкалы, на которой указывается измеряемая величина. Внутри корпуса может быть расположена трубчатая пружина или двухпластинчатая мембрана. Также внутри устройства находится держатель, трибко-секторный механизм и упругий чувствительный элемент.
Принцип действия прибора основывается на уравновешивании показателей давления посредством силы деформации мембраны или пружины. В результате этого процесса упругий чувствительный элемент смещается, что приводит в действие показывающую стрелку устройства.
Принцип действия
В деформационном (пружинном) манометре вода попадает в изогнутую трубку, сделанную из медного сплава. Давление воды приводит к деформации трубки, соединенной с механизмом, который заставляет поворачиваться стрелку.
Манометры с одновитковой пружиной рассчитаны на давление до 100 атм. Для измерения более высокого давления применяют пружины с несколькими витками, закрученными в спираль или винт.
Есть устройства, в которых вместо трубки установлена тонкая двухпластинчатая мембрана. Они подходят для вязких или загрязненных растворов, выдерживают сильные вибрации, но чувствительны к колебаниям температуры.
Металлический манометр
Внешний вид металлического манометра вы уже увидели на рисунке 1. Рассмотрим теперь его внутреннее устройство, которые бывает основных двух типов. Первый представлен на рисунке 5.
Рисунок 5. Устройство металлического манометра №1.
Изогнутая пустотелая трубка 1, запаянная с одного конца, с другой стороны соединяется с краном 4, который сообщается с сосудом, в котором необходимо измерить давление.
При увеличении давления трубка 1 начинает разгибаться, и при помощи рычажного механизма 5 и зубчатки 3 передает движение стрелке 2, которая двигается вдоль шкалы прибора.
Трубка 1 обладает упругостью, и при уменьшении давления возвращается в свое изначальное положение, а стрелка – к нулевому делению шкалы.
На рисунке 6 представлен немного другой тип металлического манометра.
Рисунок 6. Устройство металлического манометра №2.
Различие в строении заключается только в том, что трубка запаяна с двух сторон, но имеет выход для подключения к сосуду, в котором необходимо измерить давление. Также здесь присутствуют две тяги (рычага) 2.
Заметим, что, несмотря на небольшие различия в устройстве (рисунки 4 и 6), принцип действия металлических манометров остается одним и тем же.
Реальный внешний вид металлического манометра представлен на рисунке 7.
Рисунок 7. Реалистичное изображение металлического манометра.
Какие виды существуют?
Список основных видов манометров для воды:
- Самые распространенные – общетехнические пружинные манометры для воды, с диапазоном измерения от 0 до 10 или от 0 до 6 атмосфер. Диаметр корпуса может быть от 40 до 160 мм, чаще всего – 100.
- Котловые – с диаметром корпуса 250 мм. Они нужны, чтобы на расстоянии снимать показания прибора.
- Виброустойчивые манометры – заполнены внутри вязкой жидкостью, в частности раствором глицерина или силиконовым маслом. Измеряют давление в условиях сильных вибраций. Применяются на насосных станциях, автомобилях, компрессорах, поездах.
- Коррозионностойкие манометры – для работы с химически агрессивными средами.
- Высокоточные нужны для поверки и опрессовки.
- Цифровые электронные – механическая сила преобразуется в электрический сигнал. Показания снимают с табло, можно программировать, некоторые приборы можно подключать к компьютеру.
- Электроконтактные (сигнализирующие) – приборы, в которых устанавливается верхний и нижний пределы давления. В случае их преодоления электронный прибор срабатывает и передает сигнал на управляющее устройство.
- Термоманометры – это приборы, измеряющие давление и температуру в системе отопления или водоснабжения. На лицевой стороне две шкалы, по которым снимают показания.
Для каких манометров устанавливают классы по точности
Все манометры, позиционирующиеся как изделия, отвечающие нормам ГОСТОв и иных актов по качеству, имеют кл. точн. Вкратце перечислим виды аппаратов.
Самый простой механический измеритель давления:
Наиболее распространенная группа ДМ — механические, они же деформационные, аналоговые.
Механические изделия могут быть трубчатыми (с трубчатой дужкой-пружиной, обычно одновитковой).
Данная дужка — это так называемая трубка Бурдона, не совсем пружина в традиционном понимании, а пружинистая (упругая) дуга. Скоба через сочленение рычажков, на конце которого есть зубчатая часть, передает влияния измеряемого явления на шестерню стрелки, двигает ее по шкале. Механизм может дополняться обычной плоской пружинкой.
Деформационные измерители также иногда называют «манометрами прямого действия».
К аналоговым ДМ относят мембранные аппараты, где основным чувствительным элементом является мембрана, реагирующая на давление. Есть еще сильфонные приборы, их можно назвать усовершенствованной модификацией последних: чувствительная часть — гофрированная (гармошкой) коробочка (камера), то есть сильфон.
К механике относят жидкостные и грузопоршневые манометры. У первых чувствительный элемент — жидкость в колбе, у вторых есть специальная система противовесов, поршневых сочленений.
Грузопоршневые изделия обычно применяются как образцовые, эталонные приборы:
Отдельная группа манометров — электроконтактные (ЭКМ), они могут быть механическими или цифровыми (последние обычно всегда такие).
ЭКМ механического типа фактически это те же пружинные изделия, но у них есть электровыводы для передачи данных на связанное с ними контрольное и прочее оборудование.
Третья большая отдельная группа типов манометров — цифровые или электронные. Чувствительные элементы тут специальные датчики или та же дугообразная дужка (скоба), пружина, мембрана, но показания интерпретирует микросхема, она же выводит их на ЖК дисплей цифрами, как у калькуляторов.
ДМ также подразделяются на стрелочные и с выводом результатов на ЖК табло.
По измерителям давления также есть такие варианты разновидностей:
- образцовые (эталонные для поверок, проверок других таких приборов);
- высокоточные. Обычно такими являются электронные приборы;
- аксиальные, радиальные.
Ниже пример образцового механического манометра (шкала намного расширенная, соответственно, особо точная):
Разделение на виды для рассматриваемого вопроса не особо значимо, наличие класса по погрешностям не зависит от типа прибора. Если этот параметр не указан, значит, прибор не надежный, самый простой и дешевый, не для основательного оборудования, не для целей, требующих определенной точности, и его применение крайне нежелательное для важных задач.
Чем отличается от датчика?
Манометр – это прибор, который дает возможность определять в любой момент времени давление. Он может снабжаться датчиком, термометром и другими дополнительными элементами.
Датчик – часть системы оповещения. Он срабатывает только при каком-то определенном значении давления. Показания датчика преобразуются в сигнал, позволяющий отрегулировать работу системы в автоматическом или ручном режиме.
Критерии выбора
Прежде чем покупать прибор, надо точно уяснить, для чего он нужен и в каком месте его будут устанавливать.
Важные критерии выбора:
- Диапазон измерений. Правило: рабочее давление в трубопроводе должно быть не более 2/3 максимума шкалы измерений, но не менее 1/3. Если в трубе давление 5 атм, то надо покупать манометр со шкалой 0…10 атм.
- Класс точности изменяется от 0,15 до 3. Чем меньше – тем точнее. Для системы подачи холодной или горячей воды вполне достаточно точности 1,5 %.
- Расположение штуцера бывает радиальное или торцевое, когда он снизу; и осевое или фронтальное, когда он сзади.
- Рабочий интервал температур.
- Температурные условия эксплуатации.
- Рабочая среда (вода, пар, масло и так далее);
- Диаметр. Он должен быть таким, чтобы прибор помещался в выбранном месте, а циферблат хорошо просматривался.
Необходимо также обратить внимание на присоединительную резьбу штуцера. Она может быть метрической – ее параметры измеряются в мм, обозначается буквой М, например М20/1,5, что означает внешний диаметр 19,9 мм, внутренний – 18,7 мм, шаг 1,5. Отечественные производители по умолчанию используют ее.
Трубная резьба обозначается литерой G. G1/2» означает наружный диаметр 20,9 мм, внутренний – 18,6, шаг – 1,8 мм или 14 ниток на дюйм.
В техническом паспорте нового прибора обязательно должна стаять отметка о заводской поверке. Давность поверки менее года подтверждает, что прибор дает правильные показания.
Где и по какой цене продаются?
Цена на манометр зависит от его конструкции. Самый простой аналоговый прибор стоит порядка 120 р. Если он снабжен термометром, то цена увеличивается в два раза. Цифровые устройства в десятки раз дороже.
Известные торговые марки в России:
- РОСМА;
- Физтех;
- Манотомь;
- МЕТЕР;
- ЮМАС;
- Теплоконтроль.
Это далеко не полный список. Зарубежные аналоги, кроме цены, ничем принципиально не отличаются. Исключение могут составлять лишь узкоспециализированные приборы.
Купить манометры можно в интернет-магазине, непосредственно у производителя или компании, которая занимается продажей контроль-измерительных приборов. Ими торгуют магазины по продаже оборудования для отопления и водоснабжения.
Подключение к системе водоснабжения
Чтобы измерить давление в водопроводной системе, к ней надо подсоединить манометр.
Возможные места подключения к водопроводу в квартире:
- шланг душа;
- подводка к бачку унитаза;
- шланг к стиральной или посудомоечной машине;
- подводка к смесителю на кухне или в ванной;
- магистральный фильтр.
В некоторых случаях для подсоединения манометра потребуется навинтить переходник. Если подходящего переходника нет, то используют резиновый шланг, который зажимают хомутами.
Перед тем как разгерметизировать систему (открыть краны), надо перекрыть воду. Если манометр устанавливается для постоянной работы, то его необходимо защитить от гидроударов, пульсаций среды, перепадов температур.
Для этого перед ним устанавливают:
демпферные блоки – клапаны, трехходовые краны, игольчатые вентили, позволяющие перекрывать воду и сбрасывать избыточное давление;- сифонная трубка применяется, если температура рабочей среды больше 80℃;
- мембранные разделители предохраняют от попадания в манометр абразивных веществ, агрессивных сред.
Устанавливая манометр, надо следить, чтобы циферблат был расположен вертикально, а показания хорошо читались. Запрещено прикладывать усилия к корпусу, закручивая его.
Как проверить давление воды без манометра?
Узнать показатели давления воды в трубопроводе можно без помощи манометра. Все, что для этого требуется – это использовать самодельное приспособление из прозрачного 2-метрового шланга, которое очень просто изготовить своими руками.
В основном, шланг применяется с целью получения замеров давления воды на выходе из крана. Чтобы узнать нужные показатели, один конец шланга вставляется в кран, а второй закупоривается пробкой. После этого в шланг нужно впустить немного воды.
Прежде, чем начать «эксперимент», потребуется выполнить 2 условия:
- Установить шланг в вертикальное положение;
- Переместить нижний конец шланга так, как указано в схеме.
Далее определить приблизительное давление воды можно по указанной формуле: P=Pатм*H0/H1, где:
- P – давление в системе, измеряемое в атмосферах;
- Pатм – давление, которое присутствует внутри шланга до момента открытия крана;
- H0 – высота воздушного столба внутри шланга до момента открытия крана;
- H1 – высота воздушного столба после заполнения шланга водой.
Нужно отметить, что собранное приспособление по принципу действия полностью повторяет обыкновенный жидкостный манометр.
Условия эксплуатации и считывание показателей
На циферблате водяного манометр указывается давление. Оно может измеряться в барах, Паскалях или атмосферах.
Соотношение между единицами измерения примерно такое: 1 атм = 100 кПа = 0,1 МПа = 1 бар = 1 кгс/см2 = 750 мм рт. ст. Это приближенное соотношение. Если надо провести измерения с высокой точностью, то учитывают, что 1 атм = 101,325 кПа = 1,01325 бар.
Пользоваться манометром можно только в тех условиях, которые оговорены в техническом паспорте. Давление на прибор должно подаваться плавно.
Эксплуатация запрещена, если:
- при подаче давления стрелка не движется;
- разбито или треснуло приборное стекло;
- стрелка прыгает и не возвращается в нулевое положение после сброса давления.
Чтобы быть уверенным в правильных показаниях манометра, надо проводить поверку. Новые приборы поверяет изготовитель. Далее контролируется время между поверками.
Допустимый срок указан в паспорте и составляет 1 или 2 года. Поверку проводят в Центре стандартизации и метрологии или в организации, у которой есть лицензия.
Возможные поломки и пути их решения
Причиной поломки приборов становится некачественный материал изготовления или нарушение правил эксплуатации, например, превышение рабочего давления или использование при температуре, на которую он не рассчитан.
Если на манометре стоит пломба после поверки, то вскрывать его нельзя. В этом случае надо заменить прибор или отдать в ремонт той же компании, которая проводит поверку.
Но не всегда это рентабельно. Зачастую дешевле установить новый манометр.
Поломки, которые можно устранить:
- микротрещины в трубке запаивают;
- гнутые и сломанные стрелки меняют;
- неисправная пружина, обеспечивающая вращение стрелки, также подлежит замене.
Если износились зубцы передаточного механизма или погнулась пружинная трубка, то такой манометр не подлежит ремонту.
Нормативные документы
Пояснение, что такое класс точности манометра подается ГОСТами, в частности Р 8.905:
Главные акты по точности для манометров — ГОСТы Р 8.905 и 2405. Источниками норм также служат документы, связанные с ними и те, на которые они содержат ссылки. Далее статью будем иллюстрировать выдержками текста в форме изображений из указанных двух нормативных документов.
Для конкретных сфер уровень корректности может устанавливаться действующими для нее нормами, в том числе по охране и безопасности труда, например, для сосудов, работающих под давлением (баллоны и подобное) есть нижеприведенные нормы.
Вопрос по погрешностям регулируется, конкретизируется актами для отдельных узких областей, например, для скважинных насосов:
