Манометры для измерения газа: виды, конструктивные особенности и принципы работы

Порой возникает необходимость в определении давления, создаваемого газом в таких системах, как газовые баллоны, трубопроводы и различные резервуары. Для контроля этих показателей применяются манометры, позволяющие осуществлять мониторинг давления в самых различных сферах, включая медицину и тяжелую промышленность.

Чтобы избежать ненужных затрат и выбрать подходящее устройство, важно ознакомиться с классификацией манометров. В данной статье мы представим вам различные виды измерителей давления газа, их конструктивные особенности и принципы их работы.

Классификация по типу измеряемого давления

Приборы для определения давления газа, находящегося в газгольдерах, трубопроводах и баллонах, можно разделить на несколько категорий по различным критериям, включая их устройство и принцип работы.

Измерительные устройства классифицируются по:

• виду измеряемого давления;
• назначению;
• принципу действия;
• классу точности.

По типу давления манометры можно разделить на манометры, вакуумметры, тягомеры, напоромеры, барометры и прочие.

В зависимости от степени защиты от внешних факторов выделяют следующие типы:

• стандартные;
• защищенные от пыли;
• водонепроницаемые;
• устойчивые к агрессивным средам;
• взрывозащитные.

Одно устройство может обладать несколькими уровнями защиты.

На предоставленной схеме визуально показано подразделение измерительных приборов по принципу работы, характеру давления, области применения и типу отображения. Жидкостные и грузопоршневые приборы редко используются для измерения давления газа.

Манометр — это компактное устройство для измерения давления или разности давлений. Его работа зависит от конструкции, и внутри одного класса манометра возможна дополнительная классификация по точности.

Абсолютное давление, отсчитываемое от нуля, измеряют с помощью абсолютных манометров, а превышение давления определяют с помощью манометров избыточного давления. Общепринято всей группе данных приборов давать общее название — манометры.

Большинство манометров предназначены для измерения избыточного давления. Они показывают разницу между атмосферным и абсолютным давлением.

Вакуумметры фиксируют значение давления редкого газа. Мановакуумметры позволяют измерять как избыточное давление, так и давление редкого газа, а данные выводятся на одной шкале.

Напоромеры используются для измерения избыточного давления, не превышающего 40 кПа, тогда как тягиомеры фиксируют разреженность до – 40 кПа. Тягонапоромеры могут измерять разрежение и избыточное давление в диапазоне от – 20 до + 20 кПа.

Манометры находят применение в самых различных отраслях, поскольку работа с газами сопряжена с риском. Поэтому критически важно контролировать параметры системы; информация о давлении дает представление о состоянии измеряемого объекта.

С помощью дифференциальных манометров можно определять разность давлений в двух точках, находящихся под исследованием. Микроманометр позволяет измерять разницу давления в пределах 40 кПа.

Классификация по принципу работы

Газовые манометры бывает разных типов, и они классифицируются по механизму считывания показаний:

• Деформационные;
• Электрические;
• Грузопоршневые;
• Жидкостные.

Каждый из этих типов обладает своими характерными особенностями.

Деформационные манометры

Работа устройств деформационного типа основывается на том, что давление воздействует на чувствительный элемент, вызывая его деформацию, которая и определяет уровень давления.

Деформационные манометры могут иметь трубчато-пружинные, сильфонные или мембранные рабочие элементы с высокой чувствительностью.

В трубчато-пружинных манометрах используются пружины, представляющие собой изогнутые трубки с овальным сечением. Газ воздействует на их внутреннюю поверхность, в результате чего пружины деформируются и изменяют свою форму.

Один из концов трубки герметично запаян и может перемещаться, в то время как другой зафиксирован. При искривлении пружины также изменяется положение кольца, что приводит к изменению положения запаянного конца, которое передается на измерительную шкалу.

Для давления до 40 бар применяются круговые пружины, а при более высоких значениях — винтовые или спиралевидные пружины. Погрешность измерений при этом составляет от 1 до 4%.

Мембранные и сильфонные элементы хорошо подходят для измерения небольших значений давления.

Сильфон, выполненный в виде тонкостенной трубки с кольцами, может быть как жестким, так и мягким, в зависимости от материала. При высокой температуре возможно накопление пластических деформаций, которые негативно сказываются на точности показаний.

Чувствительные мембранные компоненты отличаются многообразием. Точность таких приборов не превышает 1,5. В них предусмотрены защитные системы для предотвращения повреждений при перегрузках.

Мембранные элементы часто применяются в манометрах, измеряющих давление сниженное и повышенное. Эти устройства могут иметь классы точности 1,5, 2,5 и ограничениями до 25 кПа.

Плоские мембраны обладают небольшими перемещениями и часто используются для преобразования давления в силу, при этом они менее устойчивы, но хорошо поддаются расчету.

Гофрированные мембраны лучше перемещаются, но имеют сложность в расчетах; тем не менее, они используются чаще благодаря своей низкой жесткости.

Для измерения малых значений давления применяются приборы с вялыми мембранами.

Важно защищать приборы от высоких температур, так как они негативно влияют на чувствительность и упругость рабочих элементов.

Механические показывающие манометры

Многие манометры на основе трубчатых пружин представляют собой устройства прямого преобразования, где давление вызывает смещение чувствительного элемента и взаимодействующего с ним механизма.

Штуцер может располагаться радиально или осевым образом, в зависимости от конструкции.

Под воздействием давления свободный конец пружины перемещается, что вызывает взаимодействие с зубчатым сектором и поворот шестерни, приводящий в движение стрелку индикатора.

Манометры с пружинами имеют диапазон измерений от 0,1 до 103 МПа и различные классы точности. Образцовые модели имеют точность 0,15; 0,25; 0,4, в то время как более точные рабочие модели достигают классов 1 и 0,6, а общетехнические имеют точность 1,5; 2,5; 4.

Манометры с электроконтактным действием

Эти устройства представляют собой улучшенные версии манометров с показателями. При достижении определенного уровня давления стрелка замыкает электрическую цепь.

В манометрах с показанием установлены контакты, которые замыкаются, когда стрелка доходит до заданного значения.

Сигнализация срабатывает, когда стрелка достигает данных контактов, а точность таких приборов составляет 1,5. Диапазоны измерения стандартные.

Для сигнализации или управления применяются реле давления, которые работают в диапазонах от 12 до 1600 кПа и настраиваются на верхние и нижние пороги по данным контрольного прибора, имея при этом разрывную мощность до 10 Вт.

Самопишущие манометры

На рынке представлен иные манометры с встроенной системой фиксации значений на диаграмме, что позволяет отслеживать изменения показателей в течение времени — один оборот может занимать 8, 12 или 24 часа. Движение колонны производится с помощью электродвигателя или механизма таймера.

Работа самопишущих манометров основывается на передаче сигнала от трубы большого диаметра, обеспечивающей тяговое усилие. Она передает движение от чувствительного элемента к индикаторной системе. Устройства с маркировкой МТС фиксируют значения избыточного давления.

Эти приборы требуют контроля со стороны оператора и имеют классы точности 1; 1,5; 2,5.

Сильфонные чувствительные элементы используются в самопишущих дифманометрах, которые могут дополнительно иметь сигнализаторы и преобразователи для пневматического действия. Эти устройства способны измерять давление в диапазоне от 6,3 кПа до 0,16 МПа и обладают точностью до классов 1 и 1,5.

Грузопоршневые манометры

Данный тип манометров часто служит эталоном для проверки других измерительных устройств благодаря своему широкому диапазону измерения. В зависимости от конструктивных особенностей, они могут измерять разрежение начиная с малых значений и вплоть до 2500 МПа избыточного давления. Точность таких манометров может достигать 0,0015.

При превышении допустимых нагрузок на измерительный прибор снижается его срок службы и точность показаний.

Принцип работы данного устройства основан на удержании цилиндра в поршне в определенном положении, при этом с одной стороны действуют калибровочные грузики, а с другой — измеряемое давление. Величина создаваемого давления оценивается по весу грузов.

Главный рабочий элемент устройства — измерительная колонка, и её качество изготовления, а также точность соединений, влияют на величину погрешности измерений.

Грузопоршневые манометры, функционирующие на газе, имеют наименьшую погрешность. Однако цена таких устройств значительно выше по причине конструктивных особенностей и необходимости фильтрации газа от посторонних частиц.

В состав грузопоршневого манометра входит устройство для создания давления, измерительная система и грузики. Измеритель оснащён механизмом для увеличения и уменьшения давления, а также вентиля для его сброса.

Манометры с неуплотнённым поршнем также широко распространены. В таких конструкциях есть зазор между поршнем и цилиндром, а пространство под поршнем заполнено маслом, которое под давлением попадает в зазор, смазывая движущиеся части.

Электрические манометры для газов

Эти манометры преобразуют напрямую или косвенно давление газа в электрические параметр. К наиболее распространённым типам относятся тензорезистивные, емкостные и резистивные приборы, способные измерять давление в диапазоне от 100 Па до 1000 МПа, с точностью от 0,1 до 2,5.

Манометры на основе тензорезистивного эффекта работают за счёт изменения сопротивления проводника при деформации. Они способны измерять давление от 60 до 10⁸ Па с минимальной погрешностью.

Фланцевое соединение датчика и особая конструкция позволяют собирать данные о давлении в агрессивных средах при температуре до 300 °C. Их используют для измерения давления в системах с быстрыми изменениями.

Принцип работы манометров основан на том, что сопротивление проводника варьируется в зависимости от давления. Обычно такие приборы предназначены для измерения давления высоких значений — выше 100 МПа.

В качестве чувствительного элемента здесь используется манганиновая проволока, которая измеряется с помощью уравновешенного моста.

Емкостные манометры работают по принципу изменения давления на мембрану, которая является подвижным электроды. При перемещении мембраны изменяется ёмкость преобразователя. Эти устройства обладают выраженными температурными погрешностями.

В емкостных манометрах прогиб мембраны определяется электрической схемой, что делает их удобными для работы в системах с резкими изменениями давления.

Жидкостные манометры

Манометры определяют давление через уравновешивание измеряемого давления с давлением, создаваемым столбом жидкости. Этот метод позволяет измерять незначительное избыточное давление, атмосферное давление, уровень разрежения и разницу давлений.

К этой категории относятся U-образные манометры, состоящие из соединённых сосудов, где давление определяется по уровням жидкости; компенсационные микроманометры; чашечные манометры, использующие резервуар вместо второй трубки, а также поплавковые, колокольные и кольцевые дифманометры.

Двухтрубные манометры позволяют измерять разность давлений, к каждой трубке подводится давление для измерения.

В жидкостных манометрах рабочая жидкость выполняет функцию чувствительного элемента.

Дифманометры часто дополнены сигнализаторами, счетчиками и записывающими устройствами. Их диапазон измерений составляет от 10 до 10⁵ Па, и предел измерений варьируется в зависимости от используемых жидкостей.

Классификация по функциональному назначению

В зависимости от назначения можно выделить несколько типов манометров для измерения давления газа:

• общетехнические;
• эталонные;
• специальные.

Рассмотрим подробнее каждый из этих типов.

Манометры общего назначения

Эти приборы предназначаются для измерения как вакуумметрического, так и избыточного давления в различных производственных целях. Разнообразие модификаций позволяет использовать их в различных средах. Они применяются для непосредственного измерения давления в процессе технологических операций.

Внутри манометра давление воздействует на трубку и вызывает смещение её незакреплённого конца, что взаимодействует с механизмом, перемещающим стрелку.

Такие приборы могут измерять давление газов, которые не агрессивны для медных сплавов при температуре до 150 °C. Обычно корпуса изготавливают из стали, а детали механизма — из латунного сплава.

Манометры общего назначения для газов низкого и высокого давления способны выдерживать колебания с частотой от 10 до 55 Гц и амплитудой смещения до 0,15 миллиметра. Они имеют категорию точности от 1 до 2,5.

Цифровые модели манометров характеризуются небольшими размерами, высокой точностью и долговечностью, а также возможностью калибровки.

Увеличивают популярность газовые манометры общего назначения с электронными дисплеями, которые отображают результаты измерений. Такие устройства нередко оснащены преобразователями, что упрощает автоматизацию технологических процессов. Данные давления выводятся на электронные табло.

Специальные манометры

Эти приборы создаются под конкретный тип газа и его среду. Для систем с повышенным давлением производят манометры для газов высокого давления. Некоторые газы могут вызывать коррозию при взаимодействии с определёнными сплавами, что требует использования подходящих материалов.

Специальные манометры часто окрашивают в различные цвета в зависимости от типа газа.

Манометры для пропана имеют красный цвет, стальной корпус и параметры, схожие с манометрами общетехнического назначения. Максимальное рабочее давление составляет 0,6 МПа, что является стандартом для пропана. Эксплуатация возможна при температурах от –50 до +60 °C, а температура среды может достигать +150 °C. Нередко они входят в состав комплектации с баллонными редукторами.

Манометры для аммиака окрашиваются в жёлтый цвет, и их компоненты изготовлены из устойчивых к паровам аммиака материалов. Устройства с многоступенчатым сжатием дополнительно оснащаются температурной шкалой.

При наличии значительных динамических нагрузок манометры заполняются глицерином или силиконом.

Манометры для ацетилена окрашивают в белый цвет, они делают их из нейтральных к коррозии материалов. Используются для измерения избыточного давления в системах распределения и генерации ацетилена. Корпус изготавливают из стали, внутренние детали — из латунного сплава. Диапазон рабочих температур составляет от –40 до +70 °C.

Манометры для водорода окрашиваются в тёмно-зелёный цвет. Для прочих горючих газов применяется красная окраска, для ненагревательных смесей — чёрная, для кислорода — голубая.

Эталонные манометры

Эти манометры предназначены для выполнения проверки, калибровки и настройки других приборов, чтобы обеспечить предельную точность измерений. Они отличаются более высоким классом точности по сравнению с общетехническими приборами. Рабочие эталоны делятся на три группы.

Контрольные манометры, также известные как манометры повышенной точности, предназначены для проверки достоверности показаний установленного оборудования. Их рабочий диапазон составляет от 0-0,6 до 0-1600 бар для газов.

Манометры для стандартных и композитных газовых баллонов должны проходить проверку не реже одного раза в год, в случаях, когда иное не указано в сопроводительной документации. Процедура поверки осуществляется аккредитованными метрологическими организациями. После калибровки устройство получает специальное свидетельство и отметку.

Чтобы выполнить проверку, необходимо снять манометр с баллона и отнести в метрологическую службу, где поверители и калибровщики используют набор эталонов и вспомогательных приборов для проверки, которая занимает около 10 дней.

Передаточные механизмы в эталонных манометрах имеют высокую частоту зубчатого зацепления, что обеспечивает минимальные потери на трение в стрелочном механизме и высокую чувствительность его внутренних элементов.

Образцовые манометры с классом точности 0,4 имеют шкалу в 250 единиц, а с классами 0,15 или 0,25 — в 400 единиц с шагом деления 1. Устройство может работать при различных температурных условиях в зависимости от наполнителя корпуса, с оптимальным рабочим значением в 20 °C.

В следующем материале будет подробно рассмотрен процесс заправки газовых баллонов. Эта информация будет полезна всем, кто владеет загородными домами и не имеет доступа к централизованному газоснабжению.

Резюме и интересное видео по теме

Принцип действия пружинного манометра:

Описание и области применения манометров:

Существует множество типов манометров, каждая разновидность предназначена для решения определенных задач. Наибольшей популярностью пользуются универсальные модели, которые широко используются в малом бизнесе, а также различными организациями при работе с газовыми системами и оборудованием. Электроконтактные манометры — это устройства, предназначенные для подачи сигналов при достижении критического давления.

Для проверки точности и корректировки показаний манометров используют эталонные устройства. Также существуют специальные модели, предназначенные для измерения давления в определенных газах. Особенно популярны манометры для пропана, которые обычно устанавливаются совместно с редукторами на газовых баллонах.

Если у вас есть желание поделиться полезной информацией по данному вопросу, задать вопросы или разместить фотографии, не стесняйтесь, оставляйте комментарии в форме, расположенной ниже. Мы рады вашим советам и рекомендациям, которые могут оказаться полезными для других посетителей сайта.