Принцип работы манометров и область применения

Манометр ионизационный

Манометры ионизационные являются самыми чувствительными приборами измерения для очень маленького давления. Они производят замеры косвенно через измерение тех ионов, которые образуются при бомбардировке газов электронами. Чем меньше плотность газа, тем меньше будет образовано ионов. Калибрование ионизационного манометра нестабильно. Оно зависит от природы газа, который измеряется. А эта природа известна не всегда. Могут быть они откалибрированы через сравнение со значениями манометра Мак Леода, которые от химии независимы и более стабильны.

Термоэлектроды с атомами газа ударяются и регенерируют ионы. Они притягиваются к электроду под напряжением, которое для них подходит (это подходящее напряжение называется коллектором). В коллекторе ток пропорционален скорости ионизации, которая в системе является функцией давления. Именно так при помощи измерений тока коллектора можно определить газовое давление.

Большинство ионных манометров подразделяются на три вида:

1. Холодный катод.
2. Горячий катод. Электрически нагреваемая нить накала образует электронный луч. В этом случае электроны проходят через прибор и вокруг себя ионизируют молекулы газа. Ионы, которые образовались, скапливаются на электроде с отрицательным зарядом.
3. Прибор с вращающимся ротором. Он отличается высокой ценой и чувствительностью.

Калибрование ионных манометров очень чувствительно к химическому составу измеряемых газов, конструкционной геометрии, поверхностным напылениям и коррозии. Непригодной их калибровка может стать при включении в среде очень низкого или атмосферного давления.

Измерять давление необходимо во многих промышленных отраслях, вот только приборы для этого используют различные. Но независимо от этого данная величина ничем, кроме манометра, не определяется.

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.

Ионизационные

являются самыми чувствительными устройствами, которые используются для вычисления малых давлений. Как следует из названия устройства, его принцип работы основывается на измерении ионов, которые образуются под воздействием электронов на газ. Количество ионов зависит от плотности газа. Однако ионы имеют очень нестабильную природу, которая напрямую зависит от рабочей среды газа или пара. Поэтому для уточнения применяются другой вид манометра Мак Леода. Уточнение происходит за счет сравнения показателей ионизационного манометра, с показаниями прибора Мак Леода.

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.

Манометры других типов

На практике для измерения больших давлений используют не жидкостные, а пружинные манометры. В их основе – деформация твердого тела, в данном случае – пружины. Под действием давления пружина сжимается и через механизмы вращает стрелку прибора. Иногда вместо пружины используют согнутую в дугу металлическую трубу с запаянным концом. Когда в нее подается давление, она разгибается и посредством механизмов двигает стрелку манометра.

Существуют компрессионные манометры. Они работаю на законах термодинамики, в частности – на законе Бойля-Мариотта. Такие манометры могут измерять очень низкие давления.

Инструменты и материалы

Для проведения подобной работы требуются определенные материалы и инструменты. Список выглядит следующим образом:

1. Воздушный манометр, который применяется для измерения давления воздуха в камерах или других изделиях.
2. Специальный переходник, у которого резьба 7/16-20 UNF.
3. Фильтрующий блок. В большинстве случаев попадание посторонних элементов в системы запрещается. Для их фильтрации устанавливается специальный фильтр. Выбор фильтра проводится в зависимости от условий эксплуатации.
4. Соединение, которое применяется для непосредственного подключения устройства к системе.
5. Хомуты для обеспечения требуемого уровня герметичности соединения всех частей. Рекомендуется приобретать хомуты из нержавеющей стали, так как подобный вариант прослужит намного дольше.

Все необходимое, как правило, можно приобрести по относительно низкой цене.

Что такое манометр

Манометр — это физический прибор, который позволяет измерять давление. Чаще всего, его используются на производстве. Там, где повышенное давление жидкости или газа может привести к взрыву или другой опасной ситуации. Самый простой манометр — пружинный.

Также существует мембранный тип. В этом случае строение устройства другое и для измерения применяется мембрана, состоящая из двух пластинок. Мембрана чувствительна к высокому давлению. Один конец мембраны соединен с держателем, а другой конец посредством тяги сообщается с секторным механизмом, преобразующим изменение давление в круговой ход стрелки.

Выбор конкретного типа манометра зависит от того, в каких условиях его предстоит эксплуатировать людям. Некоторые модели используются для того, чтобы работать только с жидкостью, другие измеряют исключительно газовое давление. Механические манометры отличаются высоким уровнем точности и не намного уступают цифровым аналогам.

Помимо производства, диагностики автомобилей, эти приборы также используются в медицине для того, чтобы измерять артериальное давление у человека и вовремя диагностировать гипертонию или гипотонию. В манжету нагнетается воздух (это происходит при механическом нажатии на специальную «грушу» или путем нажатия кнопки в современных электронных вариантах), стрелка отклоняется до тех пор, пока не достигнет максимального значения. После постепенного стравливания воздуха, стрелка начинает движение в обратном направлении в сторону нуля. У электронных моделей вместо стрелки имеется дисплей с цифровой шкалой. Медицинская версия прибора называется тонометром, так как она измеряет не только давление, но и пульс человека.

Тонометры используются не только врачами в больницах и поликлиниках, а их также применяют в домашних условиях. Результаты измерений становятся известными уже через несколько секунд после нажатия кнопки включения. На дисплее отображаются цифры артериального давления, а также параметры, показывающие частоту сердечных сокращений, или пульс. При любом отклонении от нормы пациенту прописывается медикаментозное лечение.

Назначение манометров

В зависимости от конструкции манометра, он может измерять давление воздуха, газа, пара или жидкости. 

Единица измерения давления является паскаль (Па). Паскаль отражает силу в 1Н, которая действует равномерно на площадь 1 квадратный метр.

Манометры могут применяться для измерения таких значений, как: давления, которое ниже атмосферного, избытка давления, атмосферного давления, разницы давлений.

Манометр используют для следующих целей:

• для накачиваний шин автомобилей;
• для обслуживания систем отопления и кондиционирования;
• для мониторинга давления в пневматических агрегатах на производстве;
• в гидравлических узлах;
• в газодобывающей и нефтяной промышленностях;
• для обслуживания двигателей, например, в морских судах.

Главное и основное назначение манометра — это мониторинг и информирование о недостаточном или избыточном давлении газа, воды или пара. В промышленной сфере также используют манометры с функцией сигнального предупреждения, которые могут предотвратить техногенные катастрофы, взрывы.

Устройство манометра для измерения давления воды

Манометр для измерения давления воды в водопроводе обладает очень простой конструкцией. Прибор состоит из корпуса и шкалы, на которой указывается измеряемая величина. Внутри корпуса может быть расположена трубчатая пружина или двухпластинчатая мембрана. Также внутри устройства находится держатель, трибко-секторный механизм и упругий чувствительный элемент. Принцип действия прибора основывается на уравновешивании показателей давления посредством силы деформации мембраны или пружины. В результате этого процесса упругий чувствительный элемент смещается, что приводит в действие показывающую стрелку устройства.

Классификация по способу функционирования

По способу работы приборы могут быть водяными, электрическими или цифровыми, помимо этих категорий существуют и другие разновидности.

Водяные

Водяные устройства действуют по принципу уравновешивания газового вещества давлением, формирующим столб с жидкостью. Благодаря им можно уточнить уровень разреженности, разность, избыточные и атмосферные данные. В эту группу входят регуляторы U-образного типа, конструкция которых напоминает сообщающиеся сосуды, причем давление в них определяется с учетом уровня воды. Также к водяным причисляют компенсационные, чашечные, поплавковые, колокольные и кольцевые газомеры, рабочая жидкость внутри них аналогична чувствительному элементу.

Электрические

Тензорезистивный электрический манометр

Этот прибор для измерения давления бытового газа преобразует его в электрические данные. В эту категорию входят тензорезистивные и емкостные манометры. Первые меняют показания проводникового сопротивления после деформации и измеряют показатели до 60-10 Па с незначительными погрешностями. Их применяют в системах с быстро протекающими процессами. Емкостные газомеры влияют на подвижный электрод в виде мембраны, прогиб которой можно определить электрической схемой, они подходят для систем с ускоренными падениями давления.

Цифровые

Цифровые или электронные приборы относятся к устройствам высокой точности и чаще всего используются для монтажа в воздушной или гидравлической среде. Из плюсов таких регуляторов отмечают удобство и компактные размеры, максимально долгий срок эксплуатации и возможность проводить калибровку в любое время. В основном их применяют, чтобы контролировать состояние узлов транспортных средств. Помимо этого газомеры цифрового типа включают в состав топливных магистралей.

Другие

Помимо регуляторов со стандартными характеристиками и настройками для получения точных данных используются приборы других типов. В этот перечень входят грузопоршневые газомеры, которые представляют собой своеобразные образцы для поверки аналогичных устройств. Их главная рабочая деталь – измеряющая колонка, от состояния и точности показаний которой меняется величина погрешности. Во время работы цилиндр удерживается внутри поршня на нужном уровне, одновременно с одной стороны на него влияют грузы калибровки, с другой только давление.

Источники

• https://sovet-ingenera.com/gaz/equip/manometry-dlya-izmereniya-davleniya-gaza.html
• https://skysmart.ru/articles/physics/manometr
• https://StrojDvor.ru/gazosnabzhenie/manometry-dlya-izmereniya-davleniya-gaza/

Как проверить давление воды без манометра?

Узнать показатели давления воды в трубопроводе можно без помощи манометра. Все, что для этого требуется – это использовать самодельное приспособление из прозрачного 2-метрового шланга, которое очень просто изготовить своими руками.

В основном, шланг применяется с целью получения замеров давления воды на выходе из крана. Чтобы узнать нужные показатели, один конец шланга вставляется в кран, а второй закупоривается пробкой. После этого в шланг нужно впустить немного воды.

Прежде, чем начать «эксперимент», потребуется выполнить 2 условия:

• Установить шланг в вертикальное положение;
• Переместить нижний конец шланга так, как указано в схеме.

Далее определить приблизительное давление воды можно по указанной формуле: P=Pатм*H0/H1, где:

• P – давление в системе, измеряемое в атмосферах;
• Pатм – давление, которое присутствует внутри шланга до момента открытия крана;
• H0 – высота воздушного столба внутри шланга до момента открытия крана;
• H1 – высота воздушного столба после заполнения шланга водой.