В ГРП для контроля работы оборудования и измерения параметров газа применяют следующие КИП:
- термометры для замера температуры газа;
- показывающие и регистрирующие (самопишущие) манометры для замера давления газа;
- приборы для регистрации перепада давлений на скоростных расходомерах;
- приборы учета расхода газа (газовые счетчики или расходомеры).
Все КИП должны подвергаться государственной или ведомственной периодической поверке и быть в постоянной готовности к выполнению измерений. Готовность обеспечивается метрологическим надзором. Метрологический надзор заключается в осуществлении постоянного наблюдения за состоянием, условиями работы и правильностью показаний приборов, осуществлении их периодической проверки, изъятии из эксплуатации пришедших в негодность и не прошедших проверки приборов. КИП должны устанавливаться непосредственно у места замера или на специальном приборном щитке. Если КИП монтируют на приборном щитке, то используют один прибор с переключателями для замера показаний в нескольких точках.
КИП присоединяют к газопроводам стальными трубами. Импульсные трубки соединяют сваркой или резьбовыми муфтами. Все КИП должны иметь клейма или пломбы органов Росстандарта.
КИП с электрическим приводом, а также телефонные аппараты должны быть во взрывозащищенном исполнении, в противном случае их ставят в помещении, изолированном от ГРП.
К наиболее распространенным видам КИП в ГРП относятся приборы, рассматриваемые далее в настоящем разделе.
Приборы для измерения давления газа подразделяются:
- на жидкостные приборы, в которых измеряемое давление определяется величиной уравновешивающего столба жидкости;
- пружинные приборы, в которых измеряемое давление определяется величиной деформации упругих элементов (трубчатые пружины, сильфоны, мембраны).
Жидкостные манометры используют для замера избыточных давлений в пределах до 0,1 МПа. Для давлений до 10 МПа манометры заполняют водой или керосином (при отрицательных температурах), а при измерении более высоких давлений - ртутью. К жидкостным манометрам относятся и дифференциальные манометры (дифманометры). Их применяют для замеров перепада давления.
Дифференциальный манометр ДТ-50 (рисунок ниже), Толстостенные стеклянные трубки прочно закрепляют в верхней и нижней стальных колодках. Вверху трубки присоединяют к камерам-ловушкам, предохраняющим трубки от выброса ртути в случае повышения максимального давления. Там же расположены игольчатые вентили, с помощью которых можно отключать стеклянные трубки от измеряемой среды, продувать соединительные линии, а также выключать и включать дифманометр. Между трубками расположены измерительная шкала и два указателя, которые можно устанавливать на верхний и нижний уровни ртути в трубках.
Дифференциальный манометр ДТ-50
а - конструкция; б - схема расположения каналов; 1 - вентили высокого давления; 2, 6 - колодки; 3 - камеры-ловушки; 4 - измерительная шкала; 5 - стеклянные трубки; 7 - указатель
Дифманометры можно использовать и как обычные манометры для замера избыточных давлений газа, если одну трубку вывести в атмосферу, а другую - в измеряемую среду.
Манометр с одновитковой трубчатой пружиной (рисунок ниже). Изогнутая пустотелая трубка, закреплена нижним неподвижным концом к штуцеру, с помощью которого манометр присоединяют к газопроводу. Второй конец трубки запаян и шарнирно связан с тягой. Давление газа через штуцер передается на трубку, свободный конец которой через тягу вызывает перемещение сектора, зубчатого колеса и оси. Пружинный волосок обеспечивает сцепление зубчатого колеса и сектора и плавность хода стрелки. Перед манометром устанавливают отключающий кран, позволяющий при необходимости снять манометр и заменить его. Манометры в процессе эксплуатации должны проходить государственную поверку один раз в год. Рабочее давление, измеряемое манометром, должно находиться в пределах от 1/3 до 2/3 их шкалы.
Манометр с одновитковой трубчатой пружиной
1 - шкала; 2 - стрелка; 3 - ось; 4 - зубчатое колесо; 5 - сектор; 6 - трубка; 7 - тяга; 8 - пружинный волосок; 9 - штуцер
Самопишущий манометр с многовитковой пружиной (рисунок ниже). Пружина выполнена в виде сплюснутой окружности диаметром 30 мм с шестью витками. Вследствие большой длины пружины ее свободный конец может перемещаться на 15 мм (у одновитковых манометров - только на 5-7 мм), угол раскручивания пружины достигает 50-60°. Такое конструктивное исполнение позволяет применять простейшие рычажные передаточные механизмы и осуществлять автоматическую запись показаний с дистанционной передачей. При подключении манометра к измеряемой среде свободный конец пружины рычага будет поворачивать ось, при этом перемещение рычагов и тяги будет передаваться оси. На оси закреплен мостик, который соединен со стрелкой. Изменение давления и перемещение пружины через рычажный механизм передаются стрелке, на конце которой установлено перо для записи измеряемой величины давления. Диаграмма вращается с помощью часового механизма.
Схема самопишущего манометра с многовитковой пружиной пружиной
1 - многовитковая пружина; 2, 4, 7 - рычаги; 3, 6 - оси; 5 - тяга; 8 - мостик; 9 - стрелка с пером; 10 - картограмма
Поплавковые дифференциальные манометры.
Широкое распространение в газовом хозяйстве нашли поплавковые дифманометры (рисунок ниже) и сужающие устройства. Сужающие устройства (диафрагмы) служат для создания перепада давления. Они работают в комплекте с дифманометрами, измеряющими создаваемый перепад давления. При установившемся расходе газа полная энергия потока газа складывается из потенциальной энергии (статического давления) и кинетической энергии, то есть энергии скорости.
До диафрагмы поток газа имеет начальную скорость ν 1 в узком сечении эта скорость возрастает до ν 2 , после прохождения диафрагмы лоток расширяется и постепенно восстанавливает прежнюю скорость.
При возрастании скорости потока увеличивается его кинетическая энергия и соответственно уменьшается потенциальная энергия, то есть статическое давление.
За счет разности давлений Δp = p ст1 - p ст2 ртуть, находящаяся в дифманометре, перемещается из поплавковой камеры в стакан. Вследствие этого расположенный в поплавковой камере поплавок опускается и перемещает ось, с которой связаны стрелки прибора, показывающего расход газа. Таким образом, перепад давления в дроссельном устройстве, измеренный с помощью дифференциального манометра, может служить мерой расхода газа.
Поплавковый дифференциальный манометр
а - конструктивная схема; б - кинематическая схема; в - график изменения параметров газа; 1 - поплавок; 2 - запорные вентили; 3 - диафрагма; 4 - стакан; 5 - поплавковая камера; 6 - ось; 7 - импульсные трубки; 8 - кольцевая камера; 9 - шкала указателя; 10 - оси; 11 - рычаги; 12 - мостик пера; 13 - перо; 14 - диаграмма; 15 - часовой механизм; 16 - стрелка
Зависимость между перепадом давления и расходом газа выражается формулой
где V - объем газа, м 3 ; Δp - перепад давления, Па; К - коэффициент, постоянный для данной диафрагмы.
Значение коэффициента К зависит от соотношения диаметров отверстия диафрагмы и газопровода, плотности и вязкости газа.
При установке в газопроводе центр отверстия диафрагмы должен совпадать с центром газопровода. Отверстие диафрагмы со стороны входа газа выполняют цилиндрической формы с коническим расширением к выходу потока. Диаметр входного отверстия диска определяют расчетным путем. Входная кромка отверстия диска должна быть острой.
Нормальные диафрагмы могут применяться для газопроводов с диаметром от 50 до 1200 мм при условии 0,05 < m < 0,7. Тогда m = d 2 /D 2 где m - отношение площади отверстия диафрагмы к поперечному сечению газопровода; d и D - диаметры отверстия диафрагмы и газопровода.
Нормальные диафрагмы могут быть двух видов: камерные и дисковые. Для отбора более точных импульсов давления диафрагма размещается между кольцевыми камерами.
Плюсовый сосуд присоединяют к импульсной трубке, отбирающей давление до диафрагмы; к минусовому сосуду подводят давление, отбираемое после диафрагмы.
При наличии расхода газа и перепада давления часть ртути из камеры выжимается в стакан (рисунок выше). Это вызывает перемещение поплавка и соответственно стрелки, указывающей расход газа, и пера, отмечающего на диаграмме величину перепада давления. Диаграмма приводится в движение от часового механизма и делает один оборот в сутки. Шкала диаграммы, разделенная на 24 части, позволяет определить расход газа за 1 ч. Под поплавком помещается предохранительный клапан, который разобщает сосуды 4 и 5 в случае резкого перепада давления и тем самым предотвращает внезапный выброс ртути из прибора.
Сосуды сообщаются с импульсными трубками диафрагмы через запорные вентили и уравнительный вентиль, который в рабочем положении должен быть закрыт.
Силъфонные дифманометры (рисунок ниже) предназначены для непрерывного измерения расхода газа. Действие прибора основано на принципе уравновешивания перепада давления силами упругих деформаций двух сильфонов, торсионной трубки и винтовых цилиндрических пружин. Пружины - сменные, их устанавливают в зависимости от измеряемого перепада давлений. Основные части дифманометра - сильфонный блок и показывающая часть.
Принципиальная схема сильфонного дифманометра
1 - сильфонный блок; 2 - плюсовый сильфон; 3 - рычаг; 4 - ось; 5 - дроссель; 6 - минусовый сильфон; 7 - сменные пружины; 8 - шток
Сильфонный блок состоит из сообщающихся между собой сильфонов, внутренние полости которых заполнены жидкостью. Жидкость состоит из 67% воды и 33% глицерина. Сильфоны связаны между собой штоком 8. В сильфон 2 подводится импульс до диафрагмы, а в сильфон 6 - после диафрагмы.
Под действием более высокого давления левый сильфон сжимается, вследствие чего жидкость, находящаяся в нем, через дроссель перетекает в правый сильфон. Шток, жестко соединяющий донышки сильфонов, перемещается вправо и через рычаг приводит во вращение ось, кинематически связанную со стрелкой и пером регистрирующего и показывающего прибора.
Дроссель регулирует скорость перетекания жидкости и тем самым снижает влияние пульсации давления на работу прибора.
Для соответствующего предела измерения применяют сменные пружины.
Счетчики газа. В качестве счетчиков могут использоваться ротационные или турбинные счетчики.
В связи с массовой газификацией промышленных предприятий и котельных, увеличением видов оборудования возникла необходимость в измерительных приборах с большой пропускной способностью и значительным диапазоном измерений при небольших габаритных размерах. Этим условиям в большей мере удовлетворяют ротационные счетчики, в которых в качестве преобразовательного элемента применяются 8-образные роторы.
Объемное измерение в этих счетчиках осуществляется вследствие вращения двух роторов за счет разности давлений газа на входе и на выходе, Необходимый для вращения роторов перепад давления в счетчике составляет до 300 Па, что позволяет использовать эти счетчики даже на низком давлении. Отечественная промышленность выпускает счетчики РГ-40-1, РГ-100-1, РГ-250-1, РГ-400-1, РГ-600-1 и РГ-1000-1 на номинальные расходы газа от 40 до 1000 м 3 /ч и давление не более 0,1 МПа (в системе единиц СИ расход 1 м 3 /ч = 2,78*10 -4 м 3 /с). При необходимости можно применять параллельную установку счетчиков.
Ротационный счетчик РГ (рисунок ниже) состоит из корпуса, двух профилированных роторов, коробки зубчатых колес, редуктора, счетного механизма и дифференциального манометра. Газ через входной патрубок поступает в рабочую камеру. В пространстве рабочей камеры размещены роторы, которые под действием давления протекающего газа приводятся во вращение.
Схема ротационного счетчика типа РГ
1 - корпус счетчика; 2 - роторы; 3 - дифференциальный манометр; 4 - указатель счетного механизма
При вращении роторов между одним из них и стенкой камеры образуется замкнутое пространство, которое заполнено газом. Вращаясь, ротор выталкивает газ в газопровод. Каждый поворот ротора передается через коробку зубчатых колес и редуктор счетному механизму. Таким образом учитывается количество газа, проходящего через счетчик.
Ротор подготавливают к работе следующим образом:
- снимают верхний и нижний фланцы, затем роторы промывают мягкой кистью, смоченной в бензине, поворачивая их деревянной палочкой, чтобы не повредить шлифованную поверхность;
- затем промывают обе коробки зубчатых колес и редуктор. Для этого заливают бензин (через верхнюю пробку), проворачивают роторы несколько раз и сливают бензин через нижнюю пробку;
- закончив промывку, заливают масло в коробки зубчатых колес, редуктор и счетный механизм, заливают соответствующую жидкость в манометр счетчика, соединяют фланцы и проверяют счетчик путем пропускания через него газа, после чего замеряют перепад давления;
- далее прослушивают работу роторов (должны вращаться бесшумно) и проверяют работу счетного механизма.
При техническом осмотре следят за уровнем масла в коробках зубчатых колес, редукторе и счетном механизме, замеряют перепад давления, проверяют на плотность соединения счетчиков. Счетчики устанавливают на вертикальных участках газопроводов так, чтобы поток газа направлялся через них сверху вниз.
Турбинные счетчики.
В этих счетчиках колесо турбины под воздействием потока газа приводится во вращение; число оборотов колеса прямо пропорционально протекающему объему газа. При этом число оборотов турбины через понижающий редуктор и магнитную муфту передается на находящийся вне газовой полости счетный механизм, показывающий суммарный объем газа, прошедший через прибор при рабочих условиях.
Принцип работы
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.
Разновидности
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 .
Типы манометров
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).
Манометр низкого давления(СССР)
Виды манометров
По назначениям манометры можно разделить на технические - общетехнические, электроконтактные, специальные, самопишущие, 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 проверки 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.
Термопроводность
Термопроводные манометры основываются на уменьшении теплопроводности газа с давлением. В таких манометрах встроена нить накала, которая нагревается при пропускании через неё 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.
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 неё 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)
Ионизационный манометр
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 ионизируют 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.
Горячий катод
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 распространённый 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 вакуумного 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.
Холодный катод
Существует два вида манометров с холодным катодом: манометр Пеннинга (введённый Максом Пеннингом), и инвертированный магнетрон. Главное различие между ними состоит в положении анода относительно катода. Ни у одного из них нет нити накаливания, и каждому из них требуется напряжение до 0,4 кВ для функционирования. Инвертированные магнетроны могут измерять давления до 10 −12 мм рт. ст.
Такие манометры не могут работать если ионы, генерируемые катодом рекомбинируют прежде, чем они достигнут анод. Если средняя длина свободного пробега газа меньше, чем размеры манометра, тогда ток на электроде исчезнет. Практическая верхняя граница измеряемого давления манометра Пеннинга 10 −3 мм рт. ст.
Точно так же манометры с холодным катодом могут не включиться при очень низких давлениях, так как почти полное отсутствие газа мешает устанавливать электродный ток - особенно в манометре Пеннинга, который использует вспомогательное симметричное магнитное поле, чтобы создать траектории ионов порядка метров. В окружающем воздухе подходящие ионые пары формируются посредством воздействия космической радиации; в манометре Пеннинга приняты меры, чтобы облегчить установку пути разряда. Например, электрод в манометре Пеннинга обычно точно сужается, для облегчения полевой эмиссии электронов.
Циклы обслуживания манометров с холодным катодом вообще измеряются годами, в зависимости от газового типа и давления, в котором они работают. Используя манометр с холодным катодом в газах с существенными органическими компонентами, такими как остатки масла насоса, может привести к росту тонких углеродистых плёнок в пределах манометра, которые в конечном счете замыкают электроды манометра, или препятствуют гереации пути разряда.
Применение манометров
Манометры применяются во всех случаях, когда необходимо знать, контролировать и регулировать давление. Наиболее часто манометры применяют в теплоэнергетике, на химических, нефтехимических предприятиях, предприятиях пищевой отрасли.
Цветовая маркировка
Довольно часто корпуса манометров, служащих для измерения давления газов, окрашивают в различные цвета. Так манометры с голубым цветом корпуса предназначены для измерения давления кислорода. Жёлтый цвет корпуса имеют манометры на аммиак, белый – на ацетилен, тёмно-зелёный – на водород, серовато-зелёный – на хлор. Манометры на пропан и другие горючие газы имеют красный цвет корпуса. Корпус чёрного цвета имеют манометры, предназначенные для работы с негорючими газами.
См. также
- Микроманометр
Примечания
Ссылки
| Эта статья или раздел нуждается в переработке. |
Измерение давления широко используется во многих технологических процессах. Этот вид измерений необходим для безопасной работы установок, учёта расхода жидкостей и т.д. Современные приборы измерения давления обеспечивают точное определение давления в различных средах, в том числе агрессивных.
Один из самых известных и распространённых приборов для измерения давления – манометр. В общем случае манометр – это измерительный прибор или установка для измерения давления или разности давлений. Его характеризуют класс точности 0,2; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 (меньше – точнее) и пределы измерения. В зависимости от вида давления, которое измеряет манометр, различают:
Манометры абсолютного давления измеряют абсолютное давление, т.е. которое отсчитывается от абсолютного нуля;
Манометры положительного избыточного давления измеряют избыточное давление;
Вакуумметры измеряют давление существенно ниже атмосферного (вакууметрическое). Используются такие манометры в вакуумной технике для измерения давления в разреженных средах;
Барометры измеряют атмосферное давление;
- дифференциальные манометры (дифманометры) измеряют разность давлений;
- мановакуумметры измеряют положительное и отрицательное избыточное давление;
- микроманометры измеряют разницу давлений, значения которых близки между собой.
Выделяют следующие виды манометров:
- Общетехнические, общепромышленные, рабочие манометры
Самая обширная и востребованная категория манометров. Манометры общетехнические измеряют избыточное и вакуумметрическое давление неагрессивных и некристаллизующихся жидкостей, газов и пара. Эти приборы устойчивы к воздействию вибраций, возникающих при работе промышленного оборудования. Классы точности 1; 1,5; 2,5. К общетехническим относятся манометры котловые для работы в системах теплоснабжения. В группу общетехнических манометров входят также манометры цифровые, отображающие результаты измерений на цифровом табло, имеющие цифровые и токовые выходы. Применяются в производственных процессах, теплоэнергетике, при транспортировании жидкостей и газов, в механизированных установках.
- Образцовые манометры
Манометры образцовые используются для поверки измерительных приборов и измерения избыточного давления жидкостей и газов с повышенной точностью. Они имеют высокий класс точности: грузопоршневые манометры - 0,05; 0,2; пружинные манометры - 0,16; 0,25; 0,4. Высокая точность измерения давления достигается за счёт конструктивных особенностей и поверхности зубчатого зацепления в передаточном механизме с особо чистой обработкой.
- Электроконтактные манометры
Манометры электроконтактные используются для контроля и сигнализирования о пороговых значениях давлений. Манометры данного вида измеряют избыточное и вакуумметрическое давление неагрессивных и некристаллизующихся жидкостей, газов и пара и дискретно управляют внешними электрическими цепями при превышении порогового значения. Коммутирование управляющего механизма выполняется стандартной контактной группой либо оптопарой. Промышленностью выпускаются манометры электроконтактные взрывозащищённые.
- Специальные манометры
Специальные манометры предназначены для измерения избыточного и вакуумметрического давления газов (аммиака, кислорода, ацетилена, водорода). Применяются в различных отраслях промышленности и техники. Специальный манометр измеряет давление только одного вида газа. Для различения манометров на их шкале указывается название газа, корпус окрашивается в определённый цвет, в обозначении манометров используется соответствующая литера. Например, манометры аммиачные имеют корпус жёлтого цвета, коррозионостойкое исполнение, в обозначении есть буква А. Классы точности такие же, как у манометров общетехнических.
- Самопишущие манометры
Манометры самопишущие измеряют и непрерывно записывают на диаграммной бумаге измеряемое давление (от одного до трёх значений одновременно). Предназначены для измерения избыточного и вакуумметрического давления неагрессивных сред. Используются в промышленности, энергетике.
- Судовые манометры
Манометры судовые измеряют избыточное и вакуумметрическое давление жидкостей (дизельное топливо, масло, вода), водяного пара и газов. Имеют повышенную влагопылезащиту, виброустойчивость, устойчивы к климатическим воздействиям. Используются на речном и морском транспорте.
- Железнодорожные манометры
Манометры железнодорожные измеряют избыточное и вакуумметрическое давление сред (вода, топливо, масло, воздух, хладоны) в системах и установках подвижного состава рельсового электротранспорта.
В отличии от манометров, датчики и преобразователи давления не измеряют, а преобразовывают давление в сигнал другого вида (унифицированный электрический, пневматический, цифровой). Для преобразования используются различные методы (ёмкостный, резистивный, резонансный и т.д.) Датчики измеряют избыточное, вакуумное, абсолютное и дифференциальное давление, давление-разрежения, гидростатическое.
Датчики (преобразователи) давления характеризуются пределами измерений, частотным диапазоном, точностью измерений, массогабаритными показателями. Датчики давления ДМ5007 выпускаются с цифровым индикатором, в искро- и взрывобезопасном исполнении. Они имеют высокую надёжность, чувствительность и обеспечивают высокую точность измерений.
Преобразователи давления серии Сапфир-22МПС имеют встроенный цифровой индикатор, унифицированный электронный блок. Для измерения давления используется тензопреобразователь, сопротивление которого изменяется при деформации чувствительного элемента от воздействия измеряемого давления. Электрический сигнал от тензопреобразователя передаётся в электронный преобразователь и далее на выходе в виде унифицированного токового сигнала. Система термокомпенсации и микропроцессорной обработки сигнала, применённые в Сапфир-22МПС, повысили точность измерений, упрощают установку «нуля», «диапазона измерения» и установку пределов измерений внутри поддиапазонов.
Преобразователи давления широко применяются в системах автоматики и управления технологическими процессами, на объектах нефтяной, газовой, химической промышленности и атомной энергетики.
Работа манометрического термометра основана на зависимости между температурой и давлением среды (жидкости, газа) в замкнутой термосистеме. Манометрические термометры используют в технологических процессах для измерения температуры жидкостей и газов.
В зависимости от типа рабочего тела (конденсат или газ) манометрические термометры делят на конденсационные и газовые. Термометры конденсационного типа маркируются ТКП, например, ТКП-160Сг-М2.
Электроконтактные манометрические термометры имеют сигнальные стрелки, задающие верхний и нижний пороги срабатывания. При достижении температуры любого из порогов, происходит замыкание или размыкание электроконтактной (сигнальной) группы. Данная особенность, позволяющая сигнализировать о предельной температуре в системе, позволила назвать термометры этого типа электроконтактными или сигнализирующими. К ним относится манометрический термометр ТКП-100Эк.
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.
Манометры принято разделять по следующим признакам:
– по виду измеряемого давления;
– принципу действия;
– классу точности;
– назначению.
По виду измеряемого давления манометры делятся на две группы. В первую группу входят:
а) манометры для измерения избыточного давления, с верхним пределом измерения от 0,6 до 10000 кгс/см2;
б) вакуумметры для измерения разрежений:
– вакуумметры для измерения разрежений (до – 1,0 кгс/см2);
– мановакуумметры, которые являются манометрами как избыточного (от 0,6 до 24 кгс/см2), так и вакуумметрического (до - 1,0 кгс/см2) давления;
– напорометры – манометры избыточных малых давлений до 0,4 кгс/см2;
– тягометры – вакуумметры с верхним пределом измерения, не превышающем 0,4 кгс/см2;
– тягонапорометры – мановакуумметры с крайними пределами до 0,2 кгс/см2.
Вторую группу манометров составляют манометры абсолютного давления, приспо- собленные для измерения давления, отсчитываемого от абсолютного нуля. В их число входят:
– укороченные жидкостные манометры (измеряют абсолютные давления);
– барометры – манометры абсолютного давления, приспособленные для измерения давления атмосферы;
– укороченные барометры – ртутные вакуумметры для измерения абсолютных давле- ний менее 0,2 кгс/см2;
– вакуумметры остаточного давления для измерения глубокого вакуума менее 0,002 кгс/см2.
Особняком стоит третья группа манометров:
– дифманометры для измерения разности двух давлений, из которых ни одно не явля- ется давлением окружающей среды;
– микроманометры для измерения давлений или разности давлений газовых сред с верхним пределом измерения менее 0,04 кгс/см2.
По принципу действия манометры делятся на четыре основные группы:
– жидкостные, основанные на гидростатическом принципе, когда измеряемое давле- ние уравновешивается давлением столба манометрической жидкости;
– грузопоршневые, в которых измеряемое давление или разность давлений уравнове- шивается давлением, создаваемым весом неуплотненного поршня и грузов;
– деформационные (пружинные) манометры, в которых измеряемое давление или раз- ность давлений определяется по деформации упругого элемента;
– манометры, основанные на других физических принципах.
Под классом точности прибора понимают предельное значение допустимых основных и дополнительных погрешностей его, выраженное в процентах от диапазона измерений дан- ного прибора. Установлен следующий ряд классов манометров: 0,005; 0,02; 0,05; 0,15; 0,25;
0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 6,0.
По признаку метрологического назначения манометры можно разделить на три груп- пы: технические (рабочие); лабораторные (контрольные); образцовые, служащие для поверки других манометров.
В жидкостных манометрах или дифманометрах (рис. 2.4) измеряемое давление или разность давлений уравновешивается давлением столба жидкости. Мерой измеряемого дав- ления в этих приборах является высота столба манометрической жидкости, в качестве кото- рой чаще применяются: этиловый спирт, дистиллированная вода и ртуть. Таким образом, из- мерение давления практически сводится к измерению линейной величины, которое может быть выполнено более просто с достаточно высокой степенью точности.
Рассмотрим основные типы жидкостных манометров.
Двухтрубный (U-образный) манометр . Этот манометр (рис. 2.4, а) представляет собой U-образную трубку, или две трубки, сообщающиеся нижними частями. Давления р 1 и р 2 под- водятся к обоим открытым концам. Разность этих давлений преобразуется в разность уров- ней жидкости в трубках. Функция преобразования имеет вид
D h =
D p
g ´ (ρ - ρc)
где Δр – разность подводимых давлений, Па; Δh – разность уровней жидкости в трубках, м; g
| Р 2 |
| Р 2 |
| d T |
| 2 |
| Р 1 |
| d P |
Резервуара и трубки имеют 1
место незначительные из- менения уровня жидкости
в резервуаре. Отсчет раз- а б
ности уровней при измере- 5 4
Нии давлений производит- ся только по трубке. Перед
Измерениями устанавли-
Р 1 Р 2
Вают нуль отсчета при рав- 0 α 0
ных давлениях: р 1 = р 2.
Фактическая высота 3
столба жидкости
Δh = h Т - h Р ,
| Р 2 |
| Р 1 |
здесь d T
– диаметры
трубки и резервуара. г
Подставляя (2.33) в
формулу (2.32), получаем
Рис. 2.4. Жидкостные манометры
P 2
где l – длина столба жидкости в трубке.
Высота гидростатического столба в трубке:
h Т = l ´ sinα , где α – угол наклона измерительной трубки.
После подстановки h P
в (1.17) получаем
Δ h = l ´ (sin α +
| d |
Величину в скобке называют постоянной манометра. На базе такого манометра устро- ен микроманометр, в котором в качестве рабочей жидкости чаще всего используют спирт.
Чашечный манометр абсолютного давления. Верхний конец измерительной трубки чашечного манометра абсолютного давления (рис. 2.4, г) запаян. При соответствующем за- полнении рабочей жидкостью (обычно ртутью) в полости трубки над жидкостью устанавли- вается давление, близкое к абсолютному нулю (p 2 = 0 ). В связи с этим высота столба в изме- рительной трубке пропорциональна абсолютному давлению p 1. Высота подъема столба жид- кости подсчитывается по формуле (2.32).
Поплавковый манометр . В отличие от других видов чашечных манометров в по- плавковом (рис. 2.4, д) измерительным элементом является не трубка 2, а резервуар 1 .
Трубка выполняет функцию уравновешивающего элемента. Выходная величина – пе- ремещение поплавка 3, находящегося в резервуаре. Функция преобразования может быть найде- на из уравнения:
D p .
| d |
| ) |