Что такое манометр: принцип действия, разновидности и критерии выбора

Давление приходится измерять во всех областях человеческой деятельности; задача возникает на производстве, в научной лаборатории и в быту. Приборы, использующиеся для измерений, достаточно разнообразны, так как работают в разных условиях. Поэтому полезно представлять, что такое манометр, и какое устройство необходимо в том или ином случае. Разбираемся, какие разновидности приборов существуют, как они устроены и чем руководствоваться при подборе подходящего варианта.

Что называют манометром и для чего он нужен

Многие процессы в технических устройствах протекают при определенном давлении газа или жидкости. Контроль этого параметра крайне важен для нормального функционирования или случаев, когда нужно выявить неисправность.

Для контроля используется манометр – это прибор для измерения величины давления в жидкой или газообразной среде в замкнутой системе. Этим он отличается от барометра, отслеживающего изменения давления атмосферы. В быту подобные устройства встречаются в нескольких сферах. Одни замеряют давление в автомобильных шинах, другие контролируют состояние кровеносной системы человека (тонометры). Есть приборы для отопительной системы, для баллонов с газами, и даже для краскопульта.

Любые модели манометров – технические изделия, и важно научиться использовать попавший в руки прибор без ошибок. Разобраться в особенностях конструкции и работы поможет руководство по эксплуатации. Из него можно узнать, например, как правильно читать показания и как часто проводить поверку агрегата.

Принципы работы

Измерение параметров газообразной или жидкой среды выполняется несколькими способами, основанными на следующих принципах работы:

• Пружинные манометры (с трубкой Бурдона). Приборы используются для промышленного измерения давления с помощью кольцеобразной трубки с овальным сечением и одним незакрепленным кольцом. Измеряемая среда действует на внутреннюю поверхность трубки, и движение незакрепленного конца передается на стрелку.
• Мембранные. В данных приборах деформируется чувствительная гофрированная мембрана. Усилие от мембраны передается к тяге, а через нее – на стрелку. Использование мембранных изделий ограничено средами с малым давлением. С другой стороны, они способны работать в агрессивной среде, ведь на мембрану можно нанести защитное покрытие.
• Электроконтактного типа. Измерения проводятся при помощи двух электрических контактов, один из которых настроен на максимальное значение, второй – на минимальное. Электроконтактные приборы подходят для автоматической работы: подачи сигнала, регулировки или блокировки.

Пружинные и мембранные манометры входят в обширную группу деформационных устройств, то есть, основанных на измерении величины деформации упругого элемента. В группу также входят, например сифонные модели, где сифон имеет вид тонкостенного гофрированного сосуда цилиндрической формы. В любой модели имеется передаточный механизм, преобразующий деформацию в линейное или угловое перемещение стрелки на шкале.

Кроме указанных разновидностей, существуют жидкостные и поршневые манометры. В жидкостных моделях давление определяется по уровню столба жидкости, которая находится в сообщающихся сосудах. В поршневых моделях имеется свободно передвигающийся поршень, а давление определяют по усилию, создаваемому калиброванными грузами.

Разновидности и классификации

Приборы, измеряющие давление, достаточно разнообразны, и их можно классифицировать разными способами. Если взять точкой опоры конструкцию, то устройства можно поделить на три группы: деформационные, жидкостные и грузопоршневые. Если отталкиваться от класса точности, то получится другая классификация, причем, чем меньше число (0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0), тем точнее манометр.

Также приборы можно разделить на группы, исходя из будущих условий эксплуатации. Условия бывают довольно разнообразными: газовая или жидкая среда, которая может быть агрессивной, вибрации и другие отягчающие условия. По месту работы выделяют следующие разновидности манометров:

• Технические (общетехнические). Модели для измерения вакуумметрического и избыточного давления в разных диапазонах. Ими пользуются в среде неагрессивных и некристаллизующихся жидкостей, паров и газов (кислорода, ацетилена).
• Электроконтактные. Основное преимущество – возможность автоматического контроля и регулировки текущих значений давления. Подобные модели задействуют в технологических процессах, проходящих с участием некристаллизующихся неагрессивных сред и кислорода.
• Для воды. Водные устройства незаменимы для корректного функционирования систем водоснабжения и отопления. По конструкции различают тыльные и радиальные изделия.
• Эталонные (образцовые). Высокоточные манометры, с помощью которых в промышленности поверяют и калибруют приборы общетехнического назначения.

Давление, как и температура – характеристика среды, которую часто измеряют и контролируют. Поэтому манометры столь разнообразны и приспособлены для работы в разных условиях. Среди них есть и специализированные модели, например:

• Самопишущие. Регистратор с выводом показаний на диаграммную бумагу; профессиональное оборудование, позволяющее измерять давление с высокой точностью. Способны работать автономно, востребованы в опасных зонах, там, где условия непригодны для человека, или существует угроза взрыва.
• Железнодорожные. Ж/д модели нужны для контроля и измерения избыточного давления воды, топлива, воздуха и масла (в силовых и тормозных системах). Сфера эксплуатации обширна: это не только подвижной ж/д состав, но и вагоны трамваев и метро. Особенность газообразных и жидких сред: они неагрессивны к сплавам меди.
• Виброустойчивые. Приборы позволяют получить данные об избыточном давлении в разнообразных средах (жидкой, маслянистой, паро- и газообразной) в условиях вибрации. Подобные модели отличаются гидрозаполнением корпуса, что позволяет точно снимать показания и снизить разрушительное воздействие вибрации.

• Судовые. Корабельные устройства для судов разных типов позволяют контролировать жидкие и газообразные среды. С их помощью измеряют, например, давление дизельного топлива или морской воды. Судовые модели обладают повышенной прочностью и защитой от вибрации; стальной корпус устойчив к коррозии.
• Кислородные. Используются для контроля давления в баллонах с взрывоопасными газами и смесями (например, кислород, ацетилен). Кислородные модели разработаны специальным образом, так, чтобы не допустить контакта с маслом (что потенциально может привести к взрыву).

Критерии выбора

Выбор подходящей модели зависит от следующих параметров:

• Какое давление планируется измерять. Устройство выбирают в зависимости от диапазона измерения, то есть, рабочее давление должно попадать в диапазон шкалы измерения.
• Класс точности. Выражается в виде числа, которое является процентом предельного значения шкалы. Для любого прибора действует правило: чем меньше число, тем точнее будут измерения.

• Избыточное давление. Каждое устройство обладает ограниченным сопротивлением нагрузкам, превышающим максимальное значение шкалы. Если в контуре могут появиться превышающие нагрузки, имеет смысл приобрести специальный девайс или дополнить контур редуктором (регулятором давления).
• Диаметр циферблата. Действует правило: чем он больше, тем точнее будут измерения, однако, далеко не всегда в месте проведения замеров имеется достаточно пространства для крупного циферблата.
• Совместимость материалов. Чувствительные элементы стандартных моделей изготавливаются из меди и ее сплавов, и они совместимы с воздухом, водой и маслом. Для работы в агрессивной среде используют элементы из нержавеющей стали. Если вещество очень агрессивное, горячее, вязкое или пастообразное, подходит мембранный разделитель.

Дополнительные характеристики, на которые нужно обращать внимание

Манометры следует отличать от датчиков давления. Датчик необходимо подключить к устройству или системе, и он будет генерировать электрический сигнал, пригодный для дальнейшего использования. Манометры передают данные по давлению непосредственно на циферблат или дисплей.

Для любого прибора важными являются такие характеристики, как диапазон измерения, класс точности, межповерочный интервал, а также механические параметры, диаметр и расположение штуцера. Однако, независимо от того, для каких целей приобретается прибор, есть и другие характеристики, влияющие на удобство использования девайса.

Аналоговый или цифровой

В аналоговых устройствах стрелка перемещается по циферблату, и усилие передается механическим способом. У такой конструкции есть несколько плюсов, а именно:

• Механические модели не зависят от электричества и работают без перерывов; вам не нужно беспокоиться о своевременной замене батареи или установке блока питания.
• Конструкция достаточно прочная, чтобы противостоять вибрациям и толчкам.

Минус аналоговых моделей – меньшая точность показаний (если сравнивать с цифрой); также их нельзя встроить в систему управления процессом.

В цифровых устройствах значение давления преобразуется в электрический сигнал и отражается на экране. Плюс электронных моделей заключается в следующих возможностях:

• Более высокая точность измерений.

• Приборы часто бывают переносными, что удобно для выборочных замеров и проверок.
• Электронная схема включает дополнительный функционал, например, возможность выборочного сохранения результатов измерений, переключение между единицами измерений.
• Цифровую модель можно встроить в систему управления процессом.

Существенный недостаток только один: электронные манометры являются энергозависимыми; им нужен источник питания.

Сухой или гидрозаполненный

Механические модели (с циферблатом) бывают достаточно чувствительными к вибрационным нагрузкам и перепадам давления. Чтобы сгладить недостаток, корпус некоторых моделей заполняют жидкостью, поэтому иногда необходимо выбирать между сухим или гидрозаполненным устройством.

Преимущество сухого манометра заключается лишь в его невысокой стоимости. Минусы очевидны: прибор плохо защищен от внешних воздействий, которые могут привести к его поломке. К тому же он плохо адаптирован к работе в холодных и влажных условиях. Поэтому сухие модели предпочтительно выбирать для стандартных условий применения (без критических колебаний температуры и влажности).

Герметичный корпус гидрозаполненных моделей заполняется глицерином (вариант: силиконом или смесью глицерина и воды). Плюсом является то, что жидкость гасит вибрации и другие воздействия, и манометр работает более устойчиво, в том числе, и при отрицательных температурах; недостаток – более высокий ценник.

Коротко о главном

Манометры – обширный класс приборов для измерения давления. Так как они работают в разных средах и при разных условиях, то достаточно разнообразны по конструкции и способу передачи измерения на шкалу. К основным критериям выбора относят класс точности, диапазон измерений, размер циферблата. Необходимо обращать внимание и на дополнительные характеристики, вид конструкции и особенности корпуса.