Жидкостные средства измерения давления
Жидкостные манометры имеют простую конструкцию и обеспечивают сравнительно высокую точность измерений. Они используются для поверки и градуировки манометров других видов, предназначенных для измерения небольших избыточных давлений, атмосферного давления, вакуума и разности давлений. В жидкостных манометрах измеряемое давление или разность давлений уравновешивается давлением столба жидкости. В работе этих СВИ давления используется принцип сообщающихся сосудов. Уровни жидкости в них совпадают при равенстве давлений над ними, а при неравенстве — избыточное давление в одном из сосудов уравновешивается гидростатическим давлением избыточного столба жидкости в другом сосуде.
Двухтрубчатые U-образные манометры (рис. 5.2) имеют две вертикальные сообщающиеся трубки 1 и 2, закрепленные на металлической шкале 3 с нулем посередине.
Трубки заполняются рабочей жидкостью до нулевого уровня. В трубку 1 (плюсовая камера) подается измеряемое (большее) давление, а трубка 2 (минусовая камера) сообщается с атмосферой. При измерении разности давлений к обеим трубкам подводятся измеряемые давления, отсчеты производят по смещению жидкости от нулевого уровня в обеих трубках: 
Рис. 5.2. U-образный манометр: 1,2 — трубки; 3 — металлическая шкала
где Я — высота столба жидкости, уравновешивающего разность давлений Р и Р2:
где р — плотность рабочей жидкости; g — местное ускорение свободного падения.
В качестве рабочих жидкостей используются вода, спирт, керосин, ртуть, трансформаторное масло и др.
Плотность рабочей жидкости должна быть выше плотности измеряемого вещества.
Чувствительность U-образного манометра равна
Таким образом, с увеличением плотности р рабочей жидкости чувствительность манометра снижается.
Если в трубку 1 подавать давление ниже атмосферного, то жидкость сместиться в трубку 1, что будет соответствовать измерению разряжения.
Чтобы исключить влияние капиллярных сил па результаты измерений в U-образном манометре используют стеклянные трубки диаметром 6-10 мм. Если плотность измеряемой среды рс соизмерима с плотностью рабочей жидкости р, то уравнение (5.3) примет вид 
U-образные манометры с водяным заполнением используют для измерения давления, разряжения, разности давлений воздуха и неагрессивных газов до ±10 кПа. При заполнении их ртутью можно измерять давление воды, жидкостей и газов до 0,1 МПа.
К недостаткам манометров данного типа относятся неточность отсчета положения мениска жидкости, который производится дважды (на двух трубках), влияние температуры окружающей среды, неточность определения местного ускорения свободного падения g. Все это приводит к увеличению погрешности при измерениях. Запись их показаний нельзя автоматизировать, а ИИ нельзя использовать в САР.
Чашечные манометры (однотрубные) (рис. 5.3) являются разновидностью U-образного манометра. У них одна трубка заменена широким сосудом — чашей (плюсовая камера).
Площадь сечения чаши много больше, чем площадь сечения сообщающейся с ней трубки S2, поэтому изменением уровня жидкости /?! в чаше при измерениях можно пренебречь. Так как = = h2S2, то Н = h + h2 = h2( 1 + S2/S <),тогда
а погрешность за счет применения чаши составит 
Рис. 5.3. Чашечный манометр
У одно- и двухтрубных жидкостных манометров основной является погрешность считывания показаний. Погрешность измерения давления в этих манометрах снижается с увеличением пределов измерения. Минимальный диапазон измерений однотрубных манометров с водяным заполнением равен 1,6 кПа при приведенной погрешности менее 1 %.
Микроманометр с наклонной трубкой (рис. 5.4) используется для измерения избыточного давления и разности давлений до 3 МПа.
Он является разновидностью однотрубного чашечного манометра, у которого трубка может изменять угол наклона а, что позволяет изменять диапазон измерений. Если / — длина участка шкалы, то высота столба жидкости, уравновешивающего давление, будет h = /sin а, тогда
Чем меньше угол а, тем больше диапазон измерения, точнее показания прибора.
Жидкостные манометры практически безынерционны, но их нельзя использовать для записи ИИ и в САР. Они относятся к усилительным звеньям. Класс точности 0,5-1,5.
К жидкостным СВИ разности давлений с гидростатическим уравновешиванием относятся поплавковые и колокольные ДМ.
Принцип действия поплавковых ДМ основан па уравновешивании измеряемого перепада давления гидростатическим давлением, создаваемым столбом рабочей жидкости, заполняющим дифманометр. Он представляет собой модернизацию одпотруб-
Рис. 5.4. Микроманометр с наклонной трубкой ного чашечного манометра, у которого чашка представляет собой сосуд 1 с находящимся внутри поплавком 2 (рис. 5.5).
Рис. 5.5. Поплавковый дифманометр:
1 — сосуд; 2 — поплавок; 3 — указатель; 4-6 — вентили; 7 — трубка
Дифференциальный манометр заполняется трансформаторным маслом или ртутью до нулевого уровня. Поплавок 2 механически связан тягой с указателем 3 отсчетного устройства.
Большее давление подается в сосуд 1, а меньшее Р2 — в трубку 7 через вентили 5 и 6. Вентиль 4 служит для исключения выброса рабочей жидкости при односторонней подаче давления. Его открывают перед подачей давления и закрывают после стабилизации давления в сосудах. При подаче давлений поплавок 2 опускается и перемещает указатель 3 до тех пор, пока разность давлений не уравновесится давлением столба жидкости высотой Я согласно формуле (5.5). Учитывая, что Fh2 = fh<, где Ей/— площади поперечного сечения сосуда и трубки соответственно, то, подставив это соотношение в (5.5), ползшим выражение для СХ поплавкового ДМ
Для поплавковых ДМ верхний предел измерения перепада давления 0,063-0,1 МПа. Используется при статических давлениях измеряемых сред до 25 МПа. Класс точности — 1,0; 1,5.
Оснащая поплавок ДТП, можно передавать СИИ на расстояние в виде УФС, а связав указатель поплавка с квадратичным корневым лекалом, — использовать поплавковый ДМ для измерения расхода вещества. Эти ДМ имеют высокую точность и возможность регистрации показаний без использования энергии. Суще-
Рис. 5.6. Колокольный дифманометр:
1 — колокол; 2, 3 — измерительные камеры; 4 — емкость; П — преобразователь перемещения
ственным недостатком является то, что их рабочие жидкости вредные и загрязняют окружающую среду.
Колокольный ДМ (рис. 5.6) представляет собой емкость 4, заполненную рабочей жидкостью, в которую погружен колокол 1, перемещающийся под действием разности давлений.
Для состояния равновесия справедливы равенства:
где dH — перемещение колокола; dh — разность уровней жидкости снаружи и внутри колокола; dx — перемещение жидкости в широком сосуде; Ф — площадь поперечного сечения широкого сосуда.
где Я — перемещение колокола; / — площадь поперечного сечения внутри колокола; F — площадь поперечного сечения колокола снаружи; А/ — площадь поперечного сечения стенки колокола, А/ = — F—f р — плотность рабочей жидкости; рс — плотность измеряемой среды.
Предел измерений можно расширить, уменьшая отношение //А/. Эти ДМ имеют высокую чувствительность, могут использоваться для измерения малых перепадов давлений и разряжений и оснащаться преобразователями перемещений, которые преобразуют перемещение колокола в УФ С ИИ.
Что из себя представляет и для чего нужен манометр для измерения давления воды?
Если надо проконтролировать давление воды в трубе, на помощь приходит манометр. Сложно найти гидравлическую систему, в которой бы он не использовался.
Устройство с пружинящей трубкой изобрел в 1845 году швейцарский инженер, и с тех пор оно не сильно изменилось. В этой статье рассмотрим, что такое манометр для измерения давления воды, каких видов он бывает, как и где устанавливается и т.д.
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.
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.
Места установки:
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.
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.
Какие виды существуют?
Список основных видов манометров для воды:
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:
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:
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:
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:
Устанавливая манометр, надо следить, чтобы циферблат был расположен вертикально, а показания хорошо читались. Запрещено прикладывать усилия к корпусу, закручивая его.
Условия эксплуатации и считывание показателей
На циферблате водяного манометр указывается давление. Оно может измеряться в барах, Паскалях или атмосферах.
Пользоваться манометром можно только в тех условиях, которые оговорены в техническом паспорте. Давление на прибор должно подаваться плавно.
Эксплуатация запрещена, если:
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.
Но не всегда это рентабельно. Зачастую дешевле установить новый манометр.
Поломки, которые можно устранить:
Если износились зубцы передаточного механизма или погнулась пружинная трубка, то такой манометр не подлежит ремонту.
Заключение
Прежде чем устанавливать манометр, надо убедиться в его исправности. При соблюдении правил эксплуатации он прослужит 1-2 года, не нуждаясь в поверке.
Самые дешевые манометры – деформационные, механические. Более дорогие – цифровые, оснащенные датчиками температуры, позволяющие дистанционно управлять насосами, компрессорами и другими устройствами.
Что измеряет манометр и какое давление показывает
Ни одно современное здание не обходится без отопительной системы. А для ее стабильной и безопасной эксплуатации требуется точный контроль давления теплоносителя. Если давление в пределах гидравлического графика стабильное, то отопительная система работает нормально. Однако при ее повышении появляется риск разрыва трубопровода.
Понижение давления также может привести к таким негативным последствиям, как, например, образование кавитации, то есть в трубопроводе образуются пузырьки воздуха, которые, в свою очередь, могут вызвать коррозию. Поэтому поддерживать нормальное давление крайне необходимо, и благодаря манометру это становиться возможным. Помимо отопительных систем такие приборы применяются в самых различных областях.
Описание и назначение манометра
Манометр представляет собой прибор, измеряющий уровень давления. Существуют такие виды манометров, которые применяются в самых разных отраслях, и, разумеется, для каждой из них предназначен свой манометр. Для примера можно взять барометр — прибор, предназначенный для измерения давления атмосферы. Они широко применяются в машиностроении, в сельском хозяйстве, в строительстве, в промышленности и в других сферах.
Эти приборы измеряют давление, и это понятие растяжимое, по крайней мере, и у этой величины также есть свои разновидности. Чтобы ответить на вопрос о том, какое давление показывает манометр, стоит рассмотреть этот показатель в целом. Это величина, определяющая отношение силы, действующей на единицу площади поверхности, перпендикулярно этой поверхности. Практически любой технологический процесс сопровождается этой величиной.
Виды давления:
Для измерения каждого из перечисленных выше видов показателей существуют определенные типы манометров.
Классификация приборов
Типы манометров различаются по двум признакам: по виду измеряемого ими показателя и по принципу действия.
По первому признаку они подразделяются на:
Они работают по принципу уравновешивания разницы давлений определенной силой. Поэтому устройство манометров разное, в зависимости от того, как именно происходит это уравновешивание.
По принципу действия они делятся на:
По назначению существуют такие виды манометров, как:
Устройство и принцип действия
Устройство манометра может иметь различную конструкцию в зависимости от вида и предназначения. Так, например, устройство, измеряющее напор воды, имеет довольно простую и понятную конструкцию. Она состоит из корпуса и шкалы с циферблатом, которая отображает значение. В корпусе имеется встроенная пружина трубчатая либо мембрана с держателем, трипко-секторным механизмом и упругий элемент. Прибор функционирует по принципу уравнивания давления за счет силы изменения формы (деформации) мембраны либо пружины. А деформация, в свою очередь, приводит в движение чувствительный упругий элемент, действие которого отображается на шкале с помощью стрелки.
Жидкостные манометры состоят из длинной трубки, которую наполняют жидкостью. В трубке с жидкостью находится подвижная пробка, на которую влияет рабочая среда, измерять силу напора следует в зависимости от перемещения уровня жидкости. Манометры могут предназначаться для измерения разницы, такие устройства состоят из двух трубок.
Поршневые — состоят из цилиндра и поршня, расположенного внутри. Рабочая среда, в которой измеряется давление воздействует на поршень и уравновешивается грузом некоторой величины. Когда показатель изменяется, поршень перемешается и приводит в действие стрелку, которая показывает значение давления.
Термопроводные состоят из нити накаливания, которые нагреваются, когда через них пропускается электрический разряд. Принцип работы таких приборов основан на снижении теплопроводности газа с давлением.
Манометр Пирани назван так в честь Марчелло Пирани, который впервые сконструировал устройство. В отличие от термопроводных, состоит из металлической проводки, которая также нагревается во время прохождения через нее тока и охлаждается под воздействием рабочей среды, а именно газа. При уменьшении давления газа снижается и эффект охлаждения, а температура проводки возрастает. Величина измеряется посредством измерения напряжения в проводе во время прохождения через нее тока.
Существует два вида ионизационных устройств: с горячим и холодным катодом.
Первый вид был сконструирован Баярдом Аллертом, состоит из электродов, которые работают в режиме триода, а в качестве катода выступает нить накала. Самый распространённый вид горячего катода — ионный манометр, в конструкции которого помимо коллектора, нити и сетки встроен небольшой ионный коллектор. Такие приборы очень уязвимы, они могут легко потерять калибровку, в зависимости от условий работы. Поэтому показания этих приборов всегда логарифмичны.
Холодный катод также имеет свои разновидности: интегрированный магнетрон и манометр Пеннинга. Их главное отличие заключается в положении анода и катода. В конструкции этих приборов нет нити накалывания, поэтому им для работы им требуется напряжение до 0,4 кВт. Использовать такие устройства не эффективно при низком уровне давления. Поскольку они могут просто не заработать и не включиться. Принцип их работы основан на выработке тока, что невозможно при полном отсутствии газа, особенно для манометра Пеннинга. Так как устройство работает только в определенном магнитном поле. Оно необходимо для создания нужной траектории движения ионов.
Маркировка по цвету
Манометры, измеряющие давление газа, имеют цветные корпуса, их специально окрашивают в различные цвета. Существует несколько основных цветов, которые используются для окрашивания корпуса. Как, например, манометры, которые измеряют давление кислорода, имеют корпус голубого цвета с условным обозначением О2, аммиачные манометры имеют корпус, окрашенный в желтый цвет, ацетиленовые — белого цвета, водородные — темно-зеленого, хлорные — серого. Приборы, измеряющие давление горючих газов, окрашиваются в красный цвет, а негорючих —черный.
Преимущества использования
В первую очередь, стоит отметить универсальность манометра, который заключается в возможности контролировать давление и поддерживать ее на определенном уровне. Во-вторых, устройство позволяет получить точные показатели нормы, так и отклонение от них. В-третьих, доступность практически любо человек может себе позволить приобрести данный прибор. В-четвертых, устройство способно работать стабильно и бесперебойно на протяжении длительного времени, и не требует специальных условий или навыков.
Использование таких устройств в таких областях, как медицина, химическая промышленность, машино- и автомобилестроение, морской транспорт и других требующих точного контроля давления, значительно облегчает работу.
Класс точности прибора
Манометров очень много, и каждому виду присваивается определенный класс точности согласно предписаниям ГОСТ, под которым понимается допустимая погрешность, выражающаяся в процентном отношении к диапазону измерений.
Существует 6 классов точности: 0,4; 0,6; 1; 1,5; 2,5; 4. У каждого типа манометра они также различаются. Приведенный выше список относится к рабочим манометрам. Для пружинных устройств, к примеру, соответствуют следующие показатели 0,16; 0,25 и 0,4. Для поршневых — 0,05 и 0,2 и так далее.
Класс точности имеет обратно пропорциональную зависимость от диаметра шкалы прибора и от типа прибора. То есть, если диаметр шкалы больше, то точность и погрешность манометра уменьшается. Класс точности условно принято обозначать следующими латинскими буквами KL также можно встретить и CL, которая указывается на шкале прибора.
Значение погрешности можно вычислить. Для этого используется два показателя: класс точности или KL и диапазон измерений. Если класс точности (KL) равен 4, то диапазон измерений составит 2,5 МПа (Мегапаскаль), а погрешность будет равна 0,1 МПа. Вычисляется по формуле произведение класса точности и диапазона измерений, деленное на 100. Поскольку погрешность выражается в процентах, результат нужно переводить в проценты путем деления на 100.
Помимо основного вида, существует и дополнительная погрешность. Если для вычисления первого вида используются идеальные условия или натуральные величины, влияющие на особенности конструкции прибора, то второй вид напрямую зависит от условий. Например, от температуры и вибрации или других условий.
