Часто при решении задач в области физики приходится сталкиваться с такими приборами, как манометры. Но что такое манометр, как он работает и какие виды бывают? Об этом и поговорим сегодня.

Что такие манометр?

Данный прибор предназначен для измерения избыточного давления. Однако давление может быть разным, а потому и разные манометры существуют. Например, для измерения атмосферного давления применяются вакуумметры, для определения разности давлений используются Но в любом случае измеряют они только давление.

Невозможно сейчас описывать все области применения этих приборов, ведь их очень много. Они могут использоваться в автомобилестроении, в сельском хозяйстве, коммунальном и жилищном хозяйстве, в любом механическом транспорте, металлургической промышленности и т.д. В зависимости от предназначения, существуют разные виды данных измерителей, но суть их всегда сводится к одному - к измерению давления.

Также эти приборы делятся на разные группы в зависимости по принципу измерения. Теперь, когда более-менее понятно, что такое манометр, можно переходить к деталям. В частности, опишем виды и области их применения.

Виды манометров давления

В зависимости от предназначения, манометры могут быть разных видов. Например, жидкостные манометры используются для измерения давления столба жидкости. Есть пружинные приборы, способные измерить прикладываемую силу. Здесь давление измеряется благодаря уравновешиванию силой деформации пружины.

Менее популярными можно назвать поршневые манометры, где измеряемое давление уравновешивается силой, которая действует на поршень прибора.

Также отметим, что в зависимости от назначения и условия использования выпускаются следующие приборы:

• Технические - устройства общего назначения.
• Контрольные, предназначенные для проверки устанавливаемого оборудования.
• Образцовые - для проверки приборов и проведения измерений, где обязательна повышенная точность.

Также эти устройства можно делить по чувствительности элемента, классам точности. Например, по классам точности манометры бывают: 0.15, 0.25, 0.4, 0.6, 1, 1.5, 2.5, 4. Здесь число определяет точность прибора, и чем оно будет ниже, тем прибор точнее.

Пружинные

Предназначаются эти манометры для измерения избыточного давления. Их принцип измерения основан на использовании специальной пружины, которая деформируется под действием давления. Значение деформации чувствительного элемента (пружины) определяется специальным отсчетным устройством, которое, в свою очередь, имеет градуированную шкалу. На этой шкале пользователь видит значение измеряемого давления.

Чувствительным элементом в таких манометрах чаще всего выступает так называемая трубка Бурдона - чувствительная одновитковая пружина. Однако бывают и другие элементы: плоская гофрированная мембрана, многовитковая трубчатая пружина, сильфон (гармоникообразная мембрана). Все они одинаково эффективны, но наиболее простым и доступным и из-за этого наиболее распространенным является манометр, показывающий давление с помощью одновитковой пружины Бурдона. Именно такие модели активно применяются для измерения давления в диапазоне 0.6-1600 кгс/см 2 .

Жидкостные манометры

В отличие от пружинных, в жидкостных манометрах давление измеряется путем уравновешивания весом столба жидкости, а мера давления в данном случае - это уровень жидкости в сообщающихся сосудах. Такие приборы позволяют измерять давление в диапазоне 10-105 Па, и применяются они в основном в лабораторных условиях.

По сути, такой прибор - это U-образная трубка с жидкостью с большим удельным весом по сравнению с жидкостью, непосредственно в которой измеряется гидростатическое давление. Чаще всего такой жидкостью является ртуть.

В эту категорию косвенно можно отнести общетехнические и рабочие приборы типа манометра ТМ-510, ТВ-510, представляющие собой наиболее востребованную категорию. Они измеряют давление некристаллизующихся и неагрессивных паров и газов. Класс точности таких манометров: 1, 2.5, 1.5. Применяются такие на котельных, в системах теплоснабжения, при транспортировке жидкостей, а также в производственных процессах.

Электроконтактные манометры

К этой категории относятся в том числе вакууметры и мановакуумметры. Они предназначаются для измерения давления жидкостей и газов, являющихся нейтральными по отношению к стали и латуни. Конструкция этих приборов аналогичная пружинным, однако разница заключается лишь в больших геометрических размерах. Корпус электроконтактного манометра большой из-за устройства контактных групп. Также такой прибор может воздействовать на давление в контролируемой среде благодаря замыканию/размыканию контактов.

Благодаря особому электроконтактному механизму, который здесь используется, прибор можно применять в системе аварийной сигнализации. Собственно, в этой области он также используется.

Образцовые

Этот тип приборов предназначен для проверки манометров, используемых для измерений в лабораторных условиях. Их основное назначение - проверка исправности показаний рабочих манометров. Отличительная особенность таких приборов - очень высокий класс точности, который достигается благодаря конструктивным особенностям, а также зубчатому зацеплению в передаточном механизме.

Специальные

Эта категория приборов используется в разных отраслях промышленности для измерения давления таких газов, как аммиак, водород, кислород, ацетилен и т.д. Чаще всего измерение манометром специальным возможно только одного типа газа. Для каждого такого манометра указывается для измерения давления которого он предназначается. Также и сам манометр окрашивается в определенный цвет, соответствующий цвету газа, для которого этот прибор предназначен. В обозначении прибора также применяется определенная литера. К примеру, аммиачные манометры всегда окрашиваются в желтый цвет, обозначаются литерой A и имеют коррозионостойкое исполнение.

Существуют специальные виброустойчивые приборы, которые работают в условиях большого пульсирующего давления окружающей среды и сильных вибраций. Если в таких условиях использовать обычный манометр, то долго он не прослужит, т.к. передаточный механизм быстро выйдет из строя. Основной критерий виброустойчивого манометра - это герметичность и коррозионностойкая сталь корпуса.

Самопишущие

Основное отличие таких манометров следует из названия. Эти приборы непрерывно записывают измеряемое давление на диаграмме, что позже позволяет увидеть график изменения давления в определенном временном отрезке. Используются такие приборы в энергетике и промышленности для измерения получения показателей в неагрессивных средах.

Судовые

Эти предназначаются для измерения вакуумметрического давления газов, пара и жидкостей (масла, дизельного топлива, воды). Такие приборы отличаются более высокой влагозащитой, устойчивостью к климатическим воздействиям и вибрациям. Исходя из названия, можно понять их область применения - речной и морской транспорт.

Железнодорожные

В отличие от обычных манометров, показывающих значение давления, железнодорожные приборы не показывают, а преобразовывают давление в сигнал другого вида (цифровой, пневматический и т.д.). Для этого могут быть использованы различные методы.

Такие преобразователи давления активно используются в системах управления технологическими процессами, автоматики и, несмотря на свое прямое название, они применяются в отраслях нефтедобычи, химической и атомной энергетике.

Заключение

Измерение давления требуется во многих отраслях, и для каждой из них существуют специальные манометры со своими уникальными особенностями. Есть даже специальные эталонные манометры, которые предназначаются для настройки и обязательной проверки рабочих приборов. Они хранятся в Ростехнадзоре.

Но в любой отрасли и любой тип этих приборов предназначается для измерения только давления. Теперь вы знаете, что такое манометр, какие бывают виды и приблизительно понимаете принцип измерения давления.

При проектировании и эксплуатации систем отопления наиболее важным показателем и параметром является давление теплоносителя. При нормальном давлении, находящемся в пределах гидравлического графика, рабочий процесс идет без нарушений, теплоноситель доходит до самых отдаленных точек системы отопления. При превышении давления выше критической точки возникает опасность разрыва трубопроводов. При понижении давления ниже допустимого возникает угроза кавитации – образования пузырьков воздуха, приводящих к коррозии и разрушению трубопроводов. Для того, чтобы удерживать показатели давления на требуемом уровне, нужно постоянно за ними наблюдать. Именно для этого и применяются манометры – приборы, которые это самое давление измеряют.

Давлением называют отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. Давлением во многом определяется ход технологического процесса, состояние технологических аппаратов и режимы их функционирования.

ВИДЫ ДАВЛЕНИЯ:

• Атмосферное (барометрическое) давление – давление, создаваемое массой воздушного столба земной атмосферы.
• Абсолютное давление – полное давление с учетом давления атмосферы, отсчитываемое от абсолютного нуля.
• Избыточное давление – разность между абсолютным и барометрическим давлениями.
• Вакуум (разрежение) – разность между барометрическим и абсолютным давлениями.
• Дифференциальное давление – разность двух измеряемых давлений, ни одно из которых не является давлением окружающей среды.

По виду измеряемого давления манометры подразделяют на:

• манометры избыточного давления,
• манометры абсолютного давления,
• барометры,
• вакуумметры,
• мановакуумметры – для измерения избыточного и вакуумметрического давления;
• напоромеры – манометры малых избыточных давлений (до 40 кПа);
• тягомеры – вакуумметры с верхним пределом измерения до 40 кПа;
• дифференциальные манометры – средства измерений разности давлений.

Общий принцип действия манометров основан на уравновешивании измеряемого давления некоторой известной силой. По принципу действия манометры подразделяют на:

• жидкостные манометры;
• пружинные манометры;
• мембранные манометры;
• электроконтактные манометры (ЭКМ);
• дифференциальные манометры.

В жидкостных манометрах измеряемое давление или разность давлений уравновешивается гидростатическим давлением столба жидкости. В приборах используется принцип сообщающихся сосудов, в которых уровни рабочей жидкости совпадают при равенстве давлений над ними, а при неравенстве занимают такое положение, когда избыточное давление в одном из сосудов уравновешивается гидростатическим давлением избыточного столба жидкости в другом. Большинство жидкостных манометров имеют видимый уровень рабочей жидкости, по положению которого определяется значение измеряемого давления. Эти приборы используются в лабораторной практике и в некоторых отраслях промышленности.

Существует группа жидкостных дифманометров, в которых уровень рабочей жидкости непосредственно не наблюдается. Изменение последнего вызывает перемещение поплавка или изменение характеристик другого устройства, обеспечивающих либо непосредственное показание измеряемой величины с помощью отсчетного устройства, либо преобразование и передачу ее значения на расстояние.

Наиболее широкое применение среди приборов для измерения давления нашли пружинные манометры. Их достоинства в том, что они просты по конструкции, надежны и пригодны для измерения давления среды в широком диапазоне от 0,01 до 400 МПа (от 0,1 до 4000 бар).

Упругие чувствительные элементы деформационных манометров:

а - трубчатые пружины;

б - сильфоны;

в, г - плоские и гофрированные мембраны;

д - мембранные коробки;

е - вялые мембраны с жестким центром

Чувствительным элементом пружинного манометра является полая изогнутая трубка эллипсоидного или овального сечения, деформирующаяся под действием давления. Один конец трубки запаян, а второй соединен со штуцером, через который соединяется со средой, в которой измеряется давление. Закрытый конец трубки соединен с передаточным механизмом, смонтированным на стойке, который состоит из поводка, зубчатого сектора, шестеренки с осью и стрелки манометра. Для устранения мертвого хода между зубцами сектора и шестеренки служит спиральная пружина. Шкала проградуирована в единицах давления (паскаль или бар) и стрелка показывает непосредственную величину избыточного давления измеряемой среды. Механизм манометра помещен в корпус. Измеряемое давление поступает внутрь трубки, которая под действием этого давления стремится распрямиться, так как площадь наружной поверхности больше площади поверхности внутренней. Перемещение свободного конца трубки через передаточный механизм передается стрелке, которая поворачивается на определенный угол. Между измеряемым давлением и деформацией трубки существует прямолинейная зависимость и стрелка, отклоняясь относительно шкалы манометра, показывает величину давления.

Принцип действия мембранного манометра основан на пневматической компенсации, где сила развиваемая измеряемым давлением уравновешивается силой упругости мембранной коробки.

Чувствительный элемент прибора состоит из двух спаянных между собой мембран образующих мембранную коробку 1. Измеряемое давление через штуцер подводится к внутренней полости коробки. Под действием разности атмосферного и измеряемого давления коробка изменяет свой объем, что вызывает перемещение жёсткого центра верхней мембраны которая через поводок 2 и рычаг 3 перемещает стрелку прибора 4.

Электроконтактные манометры (ЭКМ) применяют в системах автоматического контроля, регулирования и сигнализации. В две специальные стрелки, устанавливаемые на минимальное и максимальное давление в пределах шкалы, вмонтированы контакты электрической цепи. При достижении подвижной стрелки одного из контактов цепь замыкается, что вызывает подачу сигнала либо соответствующее действие системы, в которую подключен манометр.

1 — указательная стрелка; 2 и 3 — электроконтактные уставки; 4 и 5 — зоны замкнутых и разомкнутых контактов соответственно; 6 и 7 — объекты воздействия.

Исполнение 1 — одноконтактная на замыкание;

Исполнение 2 — одноконтактная на размыкание;

Исполнение 3 — двухконтактная на размыкание-размыкание;

Исполнение 4 — двухконтактная на замыкание-замыкание;

Исполнение 5 — двухконтактная на размыкание-замыкание;

Исполнение 6 — двухконтактная на замыкание-размыкание.

Электрический манометр имеют типовую схему функционирования, которая может быть проиллюстрирована на рис.а). При увеличении давления и достижении им определённого значения указательная стрелка 1 с электрическим контактом входит в зону 4 и замыкает с помощью базового контакта 2 электрическую цепь прибора. Замыкание цепи, в свою очередь, приводит к вводу в работу объекта воздействия 6.

Виды ЭКМ:

• Электроконтактные манометры на микровыключателях: виброустойчивые (жидконаполненные), промышленные, в нержавеющем корпусе, коррозионностойкие с плоской мембраной или трубчатой пружиной.
• Электроконтактные манометры с магнитомеханическими контактами: коррозионностойкие с плоской или трубчатой мембраной, промышленные.
• Электроконтактные манометры взрывозащищённые: с взрывонепроницаемой оболочкой из нержавеющей стали или сплава алюминия, а также используемые для малых давлений.
• Дифференциальные мембранные манометры применяются для измерения перепада давления в газовых фильтрах или в сужающих устройствах расходомеров.

В большинстве манометров технология определения и расчета данных базируется на деформационных процессах в специальных измерительных блоках, например, в сильфонном. Этот элемент выступает индикатором, воспринимающим перепады давления. Блок становится и преобразователем разности в показателях давления – пользователь получает информацию в виде перемещения стрелки указателя на приборе. Кроме того, данные могут быть представлены в Паскалях, охватывая весь измерительный спектр. Такой способ отображения информации, к примеру, обеспечивает дифференциальный манометр Testo 510, который в процессе измерения избавляет пользователя от необходимости держать его в руке, так как на задней стороне прибора предусмотрены специальные магниты.

Сильфонный дифманометр типа ДС:

а - схема сильфонного блока; б - внешний вид; 1 - рабочий сильфон; 2 - кремний органическая жидкость; 3 - внутренняя полость сильфона; 4 - шток; 5 - пружины; 6 - неподвижный стакан; 7 - рычаг; 8 - тореной; 9 - ось; 10 - резиновые кольца; 11 - гофры; 12, 13 - вентили запорные и уравнительный

В механических же устройствах главным индикатором служит расположение стрелки, контролируемое рычажной системой. Движение указателя происходит до момента, пока перепады в системе не перестанут оказывать воздействие определенной силы. Классический пример данной системы показывает дифференциальный манометр ДМ серии 3538М, который обеспечивает пропорциональное преобразование дельты (разности давления) и предоставляет результат оператору в виде унифицированного сигнала.

Давлением называют физическую величину, равную отношению силы, действующей на элемент поверхности нормально к ней, к площади этого элемента.

Различают абсолютное и избыточное давление. Абсолютным (полным) называют давление, отсчитываемое от абсолютного нуля, т. е. истинное давление. Оно может быть как выше, так и ниже атмосферного. Если абсолютное давление ниже атмосферного, его называют остаточным. Разность между атмосферным и остаточным давлением называют вакуумом или разрежением. Избыточное давление представляет собой разность между абсолютным давлением и давлением окружающей среды.

Основная единица давления по Международной системе единиц (СИ) - паскаль (Па). Паскаль равен давлению, вызываемому силой 1Н (1 ньютон), равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м2, т. е. 1 Па - 1 Н/м2.

Соотношения между паскалем и некоторыми внесистемными единицами представлены ниже:

Классификация приборов для измерения давления

Приборы для измерения давления и разрежения обычно классифицируют по роду измеряемой величины и по принципу действия. Деление по первому принципу представлено ниже:

По второму принципу приборы подразделяются на жидкостные, деформационные и электрические манометры.

Жидкостные манометры

Жидкостные стеклянные манометры широко применяются в лабораториях для измерения барометрического давления атмосферного воздуха, вакуума, разности давлений, для градуировки и проверки приборов других систем.

Жидкостные манометры - самые простые и точные приборы для измерения давления. Верхний Предел измеряемых величин - 0,2 МПа (2кгс/см2).

Ртутные барометры

Для измерения атмосферного или близкого к нему давления в открытом пространстве применяют барометры, показывающие абсолютное давление воздуха.

Ртутный барометр (рис. 109) состоит из вертикальной стеклянной трубки, наполненной ртутью; верхний конец трубки запаян, а нижний опущен в чашку с ртутью. В верхней части трубки образуется вакуум. При увеличении давления воздух давит на поверхность ртути в чашке и часть ртути входит в трубку, а при понижении давления происходит обратное. Трубка заключена в оправу, в верхней части которой имеется вертикальный прорез, позволяющий видеть мениск ртути. В пределах этого прореза на оправе нанесена шкала в миллиметрах ртутного столба. Дополнительно имеется подвижная шкала-нониус, позволяющая измерять давление с точностью до десятых долей миллиметра. Перед отсчетом давления необходимо слегка постучать пальцем по защитной оправе барометра, чтобы мениск ртути принял нормальную форму, и установить при помощи винта нулевое деление нониуса на одной линии с верхним мениском ртутного столба.

Пример. На барометре, изображенном на рис. 108, давление в целых числах равно 762 мм рт. ст. К нему следует прибавить столько десятых долей миллиметра, сколько делений по нониусу приходится до первого совпадения одного из них с делениями основной шкалы. В нашем примере - это 7-е деление, следовательно атмосферное давление равно 762 + 0,7 = 762,7 мм рт. ст.

Ртутные барометры устанавливают в помещениях вдали от дверей и окон, укрепляя их на контрольной стене во избежание сотрясения.

При измерении давления барометром необходимо ввести поправки на температуру и силу тяжести. На практике пользуются готовыми таблицами поправок, прилагаемых к барометру. Барометры имеют еще инструментальную поправку, которая приводится в паспорте прибора.

Точность определения давления обычными ртутными барометрами составляет 13,3 Па (0,1 мм рт. ст.).

Жидкостные манометры для измерения избыточного давления

Для измерения давления больше атмосферного выпускаются стеклянные U-образные ртутные манометры с пределами измерения 100 и 160 мм рт. ст., а также U-образные жидкостные манометры, заполненные водой, силиконовым маслом, спиртом, этилфталатом, с пределами измерения 100, 160, 250, 400, 600, 1000 мм жидкостного столба.

Жидкостные манометры представляют собой открытую с обеих сторон стеклянную U-образную трубку, укрепленную на деревянном штативе со шкалой, расположенной между ветвями трубки (рис. 110) .Трубку манометра заполняют запирающей жидкостью до нулевой отметки шкалы. Левый конец трубки присоединяют к установке, в которой измеряется давление, а правый сообщается с атмосферой. Под действием измеряемого давления жидкость в трубке перемещается из одного колена в другое. Когда измеряемое давление уравновесится гидростатическим давлением столба жидкости, перемещение жидкости прекратится. Поскольку давление в системе выше атмосферного, высота столба жидкости в правом колене больше, чем в левом. Разность высот равна величине столба жидкости, измеряемой по градуированной шкале.

Ртутные манометры для измерения вакуума

Для измерения низкого вакуума (более 133 Па) наиболее распространен U-образный стеклянный ртутный вакуумметр (рис. 111). В U-образной манометрической трубке находится ртуть, полностью заполняющая левое колено. Когда вакуумметр будет присоединен к вакуумируемой установке, ртуть в левом колене начнет опускаться и остановится, когда разность уровней в обоих коленах будет соответствовать давлению в системе.

В вакуумметрах заводского изготовления манометрическая трубка сужена в месте нижнего изгиба, чтобы уменьшить скорость движения ртути и предупредить сильный удар в запаянный конец трубки при быстром впускании воздуха в манометр.

Иногда манометрические трубки изготавливают и заполняют ртутью в лаборатории. Манометр монтируют на деревянной подставке либо присоединяют его к установке для вакуумирования и шкалу с делениями укрепляют непосредственно на манометре. Перед заполнением манометрической трубки ртутью ее необходимо вымыть разбавленной азотной кислотой, водой и тщательно высушить; ртуть должна быть также тщательно очищена и осушена.

Предложено много методов заполнения манометра ртутью. По одному из них, заполнение проводят следующим образом: встряхиванием переводят в запаянное колено часть ртути и при помощи вакуум-насоса осторожно откачивают воздух из трубки, держа ее почти в горизонтальном положении. Когда пузырьки воздуха будут удалены, ртуть осторожно нагревают в вакууме спиртовой или газовой горелкой до кипения, непрерывно встряхивая трубку. После дегазации добавляют новую порцию ртути и повторяют эту операцию до тех пор, пока в правом колене уровень ртути не поднимется на 20-25 мм выше изгиба.

По другому способу, при помощи отрезка вакуумной резиновой трубки к манометру присоединяют почти встык стеклянный шар со ртутью, соединенный с масляным вакуумным насосом (рис. 112). Вакуумировав систему до предельного давления, создаваемого масляным насосом, закрывают кран и, поднимая шар, переливают часть ртути в трубку манометра. Затем манометр переворачивают сгибом вверх и снаружи осторожно нагревают пламенем горелки до тех пор, пока ртуть не закипит и из нее не удалятся пузырьки воды и воздуха. После этого в манометр подливают еще ртути, прогретой предварительно в шаре, и повторяют операцию кипячения. Наконец, заполняют и согнутую часть манометра, переворачивают манометр в нормальное положение и добавляют нужное количество ртути.

Затруднения, связанные с заполнением вакуумметра ртутью, могут быть значительно уменьшены, если закрытое колено манометрической трубки не запаяно, а имеет хорошо пришлифованный стеклянный кран (рис. 113). Для заполнения вакуумметра чистую ртуть с помощью водоструйного насоса засасывают в манометрическую трубку при открытом верхнем кране. Кран закрывают, когда ртуть попадает в расширение над ним. Затем ртуть с большой осторожностью нагревают в вакууме для удаления остатков адсорбированного воздуха.

Если манометр правильно заполнен ртутью и не загрязнен воздухом или парами веществ, то при присоединении его к масляному насосу ртуть в обоих коленах должна находиться на одинаковом уровне. Если внутрь закрытого конца манометра попадет воздух или пары веществ, то может возникнуть большая погрешность.

Точность измерений давления таким манометром составляет 66,5-133 Па (0,5-1,0 мм рт. ст.).

При выполнении работ под вакуумом до впуска воздуха в эвакуированную систему необходимо закрывать кран манометра, иначе ртуть загрязняется. Кран следует ненадолго открывать только непосредственно при снятии показаний.

Если в результате неосторожного обращения вода из водоструйного насоса или жидкость, с которой производилась работа в вакууме, попадет в манометр, его нужно разобрать, тщательно вымыть, высушить и вновь заполнить сухой ртутью.

Перед заполнением манометра сухой ртутью, чтобы предотвратить загрязнение ртути, рекомендуется прокипятить резиновый шланг в 5% растворе Na2CO3, тщательно промыть его дистиллированной водой, затем спиртом и высушить струей сухого чистого воздуха.

Уравнительный (подвижный) сосуд со ртутью следует поднимать осторожно, чтобы ртуть не попала в аппаратуру или насос.

Масса ртути для заполнения манометра обычно значительна (2,5-6 кг), потому необходимо очень осторожно обращаться с прибором и строго соблюдать правила работы со ртутью.

Для измерения давления в диапазоне 1330-0,0133 Па (10-0,0001 мм рт. ст.) часто применяют компрессионный ртутный манометр Мак-Леода, принцип действия которого основан на закономерном уменьшении известного объема газа при сжатии под действием ртути. Благодаря этому давление газа достигает заметной величины, а исходный объем газа, равный 100-300 мл, сокращается обычно в 10000-100000 раз. Наиболее употребительны измерительные баллоны шарообразной или грушевидной форм объемом в 100 мл.

Предложено много конструкций компрессионного манометра; две модели приведены на рис. 114. Чувствительность манометра Мак-Леода зависит от отношения объемов измерительного сосуда и измерительного капилляра (от степени сжатия).

Увеличивая объем измерительного сосуда при одновременном уменьшении объема капилляра, можно достигнуть любой степени точности измерения высокого вакуума. На практике точность показания манометра ограничивается массой ртути, препятствующей увеличению объема измерительного сосуда, и диаметром измерительного капилляра. Если диаметр капилляра меньше 0,5 мм, ртуть прилипает к стенкам и капилляр легко забивается.

Манометры Мак-Леода применяют для абсолютных измерений и калибровки вакуумметров других типов. Однако ими нельзя измерять давление паров углеводородов, воды и ртути, так как эти вещества при сжатии конденсируются и адсорбируются на стеклянных стенках прибора.

При пользовании простым манометром Мак-Леода поступают следующим образом: через отвод 8 манометр присоединяют к установке. Резервуар с ртутью 6 опускают так, чтобы ртуть вытекла из баллона 1 и капилляра 2. После того как вакуум в системе установится, резервуар 6 поднимают на такую высоту, чтобы уровень ртути в боковом, открытом капилляре 4 оказался на высоте верхнего конца запаянного капилляра 2. Объем воздуха, оставшегося в капилляре 2, пропорционален первоначальному остаточному давлению. Давление, в соответствии с законом Бойля-Мариотта, может быть вычислено по формуле:

где V1 - обьем баллона 1 вместе с капилляром; V2 - объем воздуха в капилляре 2 после сжатия; dh - разность уровней ртути в капиллярах.

Обычно манометры снабжаются шкалой, прокалиброванной для прямого отсчета давления по величине dh.

В некоторых случаях в паспорте манометра приводится постоянная капилляра К, измеряемая объемом на единицу длины капилляра. В этом случае давление может быть рассчитано по формуле:

Этот метод позволяет построить линейную шкалу зависимости разности уровней ртути от измеряемого давления для данного манометра. Зная разность уровней ртути dh, точный объем V1 и площадь сечения капилляра S, измеряемый вакуум можно также вычислить по формуле:

На основе этих вычислений можно заранее изготовить нелинейную квадратичную шкалу для данного манометра. Линейная шкала удобнее для измерения более высоких давлений, а квадратичная - для более низких.

Показывающие манометры для измерения избыточного давления

Для измерения избыточного давления применяются манометры с одновитковой и многовитковой трубчатыми пружинами. Показывающие лабораторные манометры изготовляют с одновитковой трубчатой пружиной. Последняя представляет собой полую металлическую трубку овального сечения, изогнутую по дуге и закрытую с одного конца. Второй конец пружины впаян в штуцер, соединяющий манометрическую трубку с установкой, в которой измеряется давление. Под действием давления трубчатая пружина меняет форму своего сечения, в результате чего ее запаянный конец перемещается пропорционально измеряемому давлению (трубка разгибается).

Для измерения давления до 5 МПа (50 кгс/см2) трубки изготовляют из латуни и бронзы, для более высоких давлений - из стали.

Показывающие манометры выпускают в круглом корпусе диаметром от 40 до 250 мм с верхними пределами измерений от 0,1 до 160 МПа. Нижний предел у всех манометров равен нулю.

Корпуса манометров, предназначенных для измерения давления различных газов, окрашиваются в соответствующие цвета: для кислорода - в голубой, водорода - в темно-зеленый, ацетилена - в белый, хлора и фосгена - в серовато-зеленый, горючих газов - в красный, а остальных негорючих газов - в черный.

Вакуумметры для различных диапазонов давления

Диапазон давлений, измеряемых вакуумметрами, значителен 1013 - 1,33 * 10 в минус 12 Па (760-10 в минус 13 мм рт. ст.), поэтому в настоящее время применяют различные манометры, каждый из которых имеет свой диапазон измеряемого давления.

Термопарный манометр типа ВТ-3 предназначен для индикации давления в диапазоне 665-66,5 Па (5-0,5 мм рт. ст.) и для измерения давления в диапазоне 13,3 - 0,133 Па (0,1 – 0,001 мм рт. ст.). Прибор состоит из измерительной установки и термопарного манометрического преобразователя (лампы) ЛТ-2 или ЛТ-4М. Измерительная установка обеспечивает питание манометрического преобразователя, измерение тока подогревателя и т. э. д. с.

В диапазоне индикации давления вакуумметр работает только с преобразователем ЛТ-2, работающим в режиме постоянства т. э. д. с., в диапазоне измерения давления - с преобразователями ЛТ-2 или ЛТ-4М, работающими в режиме постоянства тока нагревателя.

Отсчет давлений производится по градуировочным графикам, приведенным в приложении к выпускному аттестату, и инструкции по эксплуатации прибора.

Принцип действия термопарного манометрического преобразователя давления основан на зависимости теплопроводности газа от давления. Температура нагревателя определяет электродвижущую силу термопарного преобразователя. Если в преобразователе, вакуумно соединенном с обследуемым объемом, ток нагревателя поддерживать постоянным, то т. э. д. с. термопарного преобразователя будет определяться давлением окружающего газа, так как изменение температуры нагревателя зависит от теплопроводности окружающего газа. Следовательно, при понижении давления теплопроводность газа уменьшится, температура нагревателя увеличится, и возрастет т. э. д. с. термопары.

Ионизационно-термопарный вакуумметр ВИТ-2 имеет два диапазона измерений: 26,6-0,133 Па (0,2 – 0,001 мм рт. ст.) и 0,133 - 1,33 * 10 в минус 5 Па (10 в минус 3 – 10 в минус 7 мм рт. ст.). Точность измерения давлений в области высокого вакуума не очень велика, и порой определяется лишь порядок величины давления.

Прибор состоит из датчика, соединяемого с вакуумной системой, и отдельного блока электрического питания и измерения. Показания прибора зависят от вида газа, и он требует предварительной градуировки по каждому газу.

Принцип действия ионизационно-термопарных приборов основан на том, что при создании потока электронов в разреженном газе будет происходить ионизация и между двумя электродами, к которым подводится электрическое напряжение, возникнет ионный ток. Сила ионного тока при прочих равных условиях будет пропорциональна плотности газа, а следовательно, при определенной температуре пропорциональна его давлению.

Вакуумметр радиоизотопный ВР-4 предназначен для измерения давления газов в диапазоне давлений 1,33 * 0,01 - 1013 Па (10 в минус 4 - 760 мм рт. ст.) как в лабораторных, так и в производственных условиях.

Вакуумметр ВР-4 состоит из измерительной установки с выносным каскадом и радиоизотопного преобразователя МР-8.

Принцип действия преобразователя основан на свойстве а-частиц ионизировать газ, в результате чего образуется ионный ток, пропорциональный давлению газа.

Плутоний-238, используемый в преобразователе в качестве радиоактивного вещества, не обладает проникающим излучением. Прибор безопасен в эксплуатации. Вскрывать преобразователь категорически запрещается.

Регулирование давления

Приспособления, при помощи которых можно регулировать давление в вакуумируемой системе, по характеру действия могут быть разделены на две группы:

1) регулирующие давление путем периодического впуска воздуха в систему, когда разрежение превышает заданную величину;
2) регулирующие давление путем периодического включения и выключения вакуум-насоса.

Простое и достаточно эффективное приспособление для регулирования давления путем впуска воздуха в вакуумированную систему представлено на рис. 115. На шлифованной поверхности крана имеются риски, начинающиеся у отверстий и постепенно сходящие на нет. Скорость впуска воздуха регулируется длиной и диаметром капилляра.

Для регулирования вакуума наиболее распространены маностаты, в основе действия которых лежит гидростатический принцип (рис. 116). Кран 1 остается открытым до тех пор, пока не будет достигнуто нужное разрежение, затем его закрывают. Если в процессе работы давление в системе повышается, то в промывную склянку 2 через слой жидкости поступит такое количество газа, что разность давлений снова окажется постоянной. Нужная разность давлений устанавливается путем регулирования высоты положения уравнительного сосуда 3.

В качестве маностатной жидкости лучше всего пользоваться дибутилфталатом, силиконовым маслом, маслом для вакуум-насосов.

Ртутные маностаты контактного действия с помощью реле замыкают или размыкают электрическую цепь, что сопровождается включением или выключением электродвигателя вакуумного насоса. Одна из моделей изображена на рис. 117, а. Маностат состоит из замкнутой О-образной стеклянной трубки с краном вверху и с боковым отводом, присоединяемым к вакуумируемой системе. Нижняя часть трубки наполнена ртутью, которая постоянно соприкасается с одним нижним контактом и почти достигает второго контакта. Вначале устанавливают требуемое разрежение при открытом кране маностата, после чего кран закрывают. При увеличении вакуума ртуть в правом колене поднимается и замыкает электрическую цепь, в результате чего реле отключает питание электродвигателя вакуум-насоса.

Маностат другой конструкции (рис. 117,6) представляет собой манометрическую трубку с небольшим резервуаром, который соединен краном с нижней частью открытого колена трубки и трехходовым краном с верхней частью открытого колена и с атмосферой. Один из контактов введен в нижний изгиб трубки, а другой - в закрытое колено на середине расстояния между уровнями ртути в обоих коленах. В этом положении маностат установлен на нуль. Открывая нижний кран, можно спустить некоторое количество ртути из первого колена в резервуар и, таким образом, установить маностат на желаемое остаточное давление, при достижении которого электрическая цепь будет разомкнута. Для уменьшения требуемого остаточного давления резервуар, маностата, включенного в эвакуированную систему, соединяют при помощи трехходового крана с атмосферой, в результате чего ртуть в правом колене поднимается на нужную высоту.

Манометр технический - простой и точный прибор для измерения давления. Он может быть использован для измерения вакуума, давления выше атмосферного, разности давлений. Конструкция манометра определяет каким образом измеряется каждое из видов давления.

Пожалуй, в быту самыми известными манометрами будут: манометр для измерения артериального давления и манометр для измерения давления автомобильных шин.

Принцип работы технического манометра

Принцип действия манометра основан на том, что столб жидкости определенной высоты обладает определенным давлением. Изменение величины жидкостных столбов при приложении на прибор источника давления используется как показатель изменения давления.

В качестве жидкости в манометрах большей частью используются ртуть и вода. Однако возможно использование других, специально приготовленных жидкостей, например, специального масла. В бесцветные жидкости для удобства в работе обычно добавляется краситель. Влияние веса красителя ничтожно и в расчет не принимается.

Как пользоваться техническим манометром

Основные операции по использованию манометра включают в себя проверку его состояния, обнуление, приложение давления и снятие показаний. Если жидкость в манометре загрязнилась, ее следует заменить, иначе это снизит точность производимых измерений.

Следует также проверять наличие в манометре достаточного количества жидкости для измерения давления. Если жидкости недостаточно, следует произвести ее долив в соответствии с инструкциями изготовителя прибора.

Все манометры должны быть нивелированы по уровню до проведения измерений. Без этого измерения будут неточными. В большинстве наклонных манометров имеется специальное устройство для нивелирования прибора. Устройство поворачивается до тех пор, пока пузырек в указателе уровня не примет правильного положения.

Для того, чтобы обеспечить точность, на манометре должен быть установлен эталонный нуль до того, как будет приложено давление и сняты показания. Эталонный нуль манометра выполнен в виде ручки, которая делает возможным установку нулевой отметки на шкале в соответствии с уровнем жидкости.

Эти приготовления помогут обеспечить нормальное функционирование манометра. Далее прикладывается давление и производится снятие нужных показаний.

Как читать показания манометра

После выполнения подготовительных операций можно переходить непосредственно к считыванию показаний манометра. На рисунке ниже показаны уровни водяных столбов для двух типов трубок. Открытая поверхность жидкостного столба называется мениском. Вид поверхности жидкости, показанный на рисунке, называется вогнутым мениском: центр этой поверхности расположен ниже ее внешних краев. Вода всегда образует вогнутые мениски.

На практике считывание показаний уровней для вогнутых менисков всегда производится со дна, т.е. низшей части мениска.

Существует так же и выпуклый мениск. Центр его выше, чем внешние края. Ртуть всегда образует выпуклые мениски. Считывание показаний при выпуклом мениске всегда производится с верхней точки.

Для измерения давления используют манометры и барометры. Барометры используются для измерения атмосферного давления. Для других измерений используются манометры. Произошло слово манометр от двух греческих слов: манос - неплотный, метрео - измеряю.

Трубчатый металлический манометр

Существуют различные типы манометров. Рассмотрим подробнее два из них. На следующем рисунке изображен трубчатый металлический манометр.

Его изобрел в 1848 году француз Э. Бурдон. На следующем рисунке видна его конструкции.

Основные составные части это: согнутая в дугу полая трубка (1), стрелка (2), зубчатка(3), кран(4), рычаг(5).

Принцип действия трубчатого манометра

Один конец трубки запаян. В другой конец трубки, с помощью крана соединяется с сосудом, в котором необходимо измерить давление. Если давление начнет увеличиваться, трубка будет разгибаться, при этом воздействуя на рычаг. Рычаг через зубчатку связан со стрелкой, поэтому при увеличении давления стрелка будет отклоняться, указывая давление.

Если же давление будет уменьшаться, то трубка будет сгибаться, а стрелка двигаться в обратном направлении.

Жидкостный манометр

Теперь рассмотрим другой тип манометра. На следующем рисунке изображен жидкостный манометр. Он имеет форму буквы U.

В его состав входит стеклянная трубка в форме буквы U. В эту трубочку налита жидкость. Один из концов трубки с помощью резиновой трубки соединяют с круглой плоской коробочкой, которая затянута резиновой пленкой.

Принцип действия жидкостного манометра

В исходном положении вода в трубках будет находиться на одном уровне. Если же на резиновую пленку будет оказываться давление, то уровень жидкости в одном колене манометра понизится, а в другом, следовательно, повысится.

Это показано на рисунке выше. Мы давим на пленку пальцем.

Когда мы надавливаем на пленку, давление воздуха, который находится в коробочке, увеличивается. Давление передается по трубке и доходит до жидкости, при этом вытесняя её. При понижении уровня в этом колене, уровень жидкости в другом колене трубки, будет увеличиваться.

По разности уровней жидкости, можно будет судить о разности атмосферного давления и того давления, что оказывается на пленку.

На следующем рисунке показано, как с помощью жидкостного манометра измерить давление в жидкости на различной глубине.