Манометр – это прибор, предназначенный для измерения и показания давления пара, воды и т. д.
Технический манометр по устройству относится к трубчато-пружинным манометрам.
Состоит: из корпуса, стояка, пустотелой изогнутой трубки, стрелки, поводка, зубчатого сектора, шестеренки и пружины. Главной частью манометра является изогнутая пустотелая трубка, которая нижним концом соединена с пустотелой частью стояка. Верхний конец трубки запаян и может перемещаться, а, перемещаясь, передает свое движение зубчатому сектору, смонтированному на стояке, а потом шестерне, на оси которой сидит стрелка.
При подключении манометра к измеряемому давлению, давление внутри трубки стремиться ее выправить, движение трубки передается через поводок шестеренке и стрелке, стрелка двигаясь по шкале, показывает измеряемое давлении.
 |
Пружинные манометры используются для измерения давлений в широких пределах. В этих приборах воспринимаемое давление уравновешивается усилием, возникающим при упругой деформации пружины. В них, в качестве чувствительного элемента применяются трубчатые, одновитковые и многовитковые пружинные сильфоны, коробчатые и плоские мембраны.
Наиболее часто используются показывающие манометры с одновитковой трубчатой пружиной, представляющей собой согнутую по кругу трубку. Один конец его соединен с ниппелем, служащим для подвода давления, а второй закрыт заглушкой и запаян. Поперечное сечение полой трубки имеет вид овала или эллипса, малая ось которой совпадает с радиусом самой пружины. При подводе давления во внутреннюю полость пружины, сечение трубки деформируется, стремясь приобрести наиболее устойчивую форму окружности. При этом свободный конец (заглушенный) трубки перемещается на расстояние, пропорциональное измеренному давлению , и посредством тяги поворачивает зубчатый сектор. В результате стрелка поворачивается на угол. Выбор зазоров в шарнирных и зубчатых зацеплениях обеспечивается спиральной пружиной (волоском), укрепленной одним концом на оси триба, а другим на кронштейне. Поворот показывающей стрелки отсчитывается, по круговой шкале с углом охвата 270*С. Регулировка передаточного механизма для определенного угла поворота стрелки осуществляется изменением положения точки крепления поводка (тяги) в прорези нижнего плеча зубчатого сектора. Корпус прибора круглой формы. В него вложена шкала в форме циферблата.
По принципу действия манометры подразделяются на жидкостные, пружинные, поршневые, и электрические.
Действие жидкостных манометров основано на уравновешивании измеряемого давления столбом жидкости.
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.
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.
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.
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).
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.
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)
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.
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.