Прибор для измерения вакуума и давления
Содержание:
Приборы измерения давления газов и жидкостей
Манометры используются на всех промышленных и производственных объектах, где необходимо знать и контролировать уровень давления газов или жидкостей. По назначению, эти приборы могут быть общетехническими, специальными или эталонными. По конструкционным особенностям выделяют жидкостные, поршневые, деформационные устройства.
Объектом измерения и контроля может выступать как избыточное давление, так и разряжённая среда газа. Такие метрологические устройства, как манометры, вакуумметры и мановакуумметры отличаются, в первую очередь, установленными пределами измерений. Рассмотрим более подробно технические особенности этих приборов.
Особенности использования и тех. характеристики манометров
Манометры применяют для контроля избыточного давления. В основе его работы лежит возможность уравновешивания давления при помощи силы деформации пружины, один конец которой закреплён, а второй связан с механизмом, передающие колебания чувствительного элемента движению стрелки. Диапазон измерения давления для различных манометров может колебаться от 0 до 100 МПа. Эти метрологические устройства могут иметь различный класс точности. Для рабочих приборов уровень допустимых погрешностей обозначается цифрами от 0,15 до 4. При этом более высокой точности соответствует меньшее число.
Вакуумметры – это те же манометры, но предназначенные для измерения разряжённой среды. В зависимости от принципа действия существуют такие типы устройств:
- классические;
- ёмкостные;
- терморезисторные;
- термопарные;
- ионизационные.
Диапазон возможных измерений зависит от типа прибора. Так, например, классические вакуумметры определяют давление от 10 до 100000 Па, ёмкостные от 1 до 1000 Па, а компрессионные от 0,001 Па.
Мановакууметры способны определять как избыточное, так и отрицательное давление. Большинство приборов работает в диапазоне от -0,1 до 2,4 МПа. На устройстве имеется измерительная шкала с положительными и отрицательными значениями.
Использование специальных манометров для измерения давления газов
Для определения давления таких газов, как ацетилен, пропан, кислород используются специальные манометры, исключающих возможность возгорания или взрыва в процессе эксплуатации. Так, например, кислородные манометры не содержат никакой масляной смазки. Их циферблат окрашивается в голубой цвет и ставиться обозначение кислорода. Приборы для измерения давления ацетилена, не содержат медных деталей, так как медь может вступить во взрывоопасную реакцию с этим газом. Корпус такого изделия окрашивается в белый цвет.
Особые требования предъявляются к метрологическим устройствам, которые контактируют и с другими агрессивными средами. Так, манометры, которые измеряют давление водорода, окрашиваются в зелёный цвет. Приборы, работающие с аммиаком в жёлтый. Для других взрывоопасных газов предусмотрена маркировка красного цвета.
Характеристикой давления является сила, которая равномерно воздействует на единицу площади поверхности тела. Эта сила оказывает влияние на различные технологические процессы. Давление измеряется в паскалях. Один паскаль равен давлению силы в один ньютон на площадь поверхности в 1 м 2 . Применяют приборы для измерения давления.
Виды давления
- Атмосферное давление образуется атмосферой Земли.
- Вакуумметрическое давление – это давление, не достигающее величины атмосферного давления.
- Избыточное давление – это величина давления, превосходящая значение атмосферного давления.
- Абсолютное давление определяется от величины абсолютного нуля (вакуума).
Виды и работа
Приборы, измеряющие давление, называются манометрами. В технике чаще всего приходится определять избыточное давление. Значительный интервал измеряемых величин давлений, особые условия измерения их во всевозможных технологических процессах обуславливает разнообразие видов манометров, которые имеют свои различия по конструктивным особенностям и по принципу работы. Рассмотрим основные из применяемых видов.
Барометры
Барометром называют прибор, измеряющий давление воздуха в атмосфере. Существует несколько видов барометров.
Ртутный барометр действует на основе перемещения ртути в трубке по определенной шкале.
Жидкостный барометр работает по принципу уравновешивания жидкости давлением атмосферы.
Барометр-анероид работает на изменении размеров металлической герметичной коробки с вакуумом внутри, под действием давления атмосферы.
Электронный барометр является более современным прибором. Он преобразовывает параметры обычного анероида в цифровой сигнал, отображающийся на жидкокристаллическом дисплее.
Жидкостные манометры
В этих моделях приборов давление определяется высотой столба жидкости, которое выравнивает это давление. Жидкостные приборы для измерения давления чаще всего выполняют в виде 2-х стеклянных сосудов, соединенных между собой, в которые залита жидкость (вода, ртуть, спирт).
Один конец емкости соединен с измеряемой средой, а второй открыт. Под давлением среды жидкость перетекает из одного сосуда в другой до выравнивания давления. Разность уровней жидкости определяет избыточное давление. Такими приборами замеряют разность давлений и разрежение.
На рисунке 1а изображен 2-х трубный манометр, измеряющий вакуум, избыточное и атмосферное давление. Недостатком является значительная погрешность измерения давлений, имеющих пульсацию. Для таких случаев применяют 1-трубные манометры (рисунок 1б). В них один край сосуда большего размера. Чашка соединена с измеряемой полостью, давление которой передвигает жидкость в узкую часть сосуда.
При замере берется во внимание только высота жидкости в узком колене, так как жидкость изменяет свой уровень в чашке незначительно, и этим пренебрегают. Чтобы произвести замеры малых избыточных давлений используют 1-трубные микроманометры с трубкой, наклоненной под углом (рисунок 1в). Чем больше наклон трубки, тем точнее показания прибора, вследствие увеличения длины уровня жидкости.
Особой группой считаются приборы для измерения давления, в которых движение жидкости в емкости действует на чувствительный элемент – поплавок (1) на рисунке 2а, кольцо (3) (рисунок 2в) или колокол (2) (рисунок 2б), которые связаны со стрелкой, являющейся указателем давления.
Преимуществами таких приборов является дистанционная передача и их регистрация значений.
Деформационные манометры
В технической области приобрели популярность деформационные приборы для измерения давления. Их принцип работы заключается в деформации чувствительного элемента. Эта деформация появляется под действием давления. Упругий компонент связан со считывающим устройством, имеющим шкалу с градуировкой единицами давления. Деформационные манометры делятся на:
Пружинные манометры
В этих приборах чувствительным элементом является пружина, соединенная со стрелкой передаточным механизмом. Давление воздействует внутри трубки, сечение старается принять круглую форму, пружина (1) пытается раскручиваться, в результате стрелка передвигается по шкале (рисунок 3а).
Мембранные манометры
В этих приборах упругим компонентом является мембрана (2). Она прогибается под давлением, и воздействует на стрелку с помощью передаточного механизма. Мембрану изготавливают по типу коробки (3). Это увеличивает точность и чувствительность прибора из-за большего прогиба при равном давлении (рисунок 3б).
Сильфонные манометры
В приборах сильфонного типа (рисунок 3в) упругим элементом является сильфон (4), который выполнен в виде гофрированной тонкостенной трубки. В эту трубку воздействует давление. При этом сильфон увеличивается в длину и с помощью механизма передачи передвигает стрелку манометра.
Сильфонные и мембранные виды манометров используют для замеров незначительных избыточных давлений и вакуума, так как упругий компонент имеет небольшую жесткость. При применении таких приборов для измерения вакуума они получили название тягомеров . Прибор, измеряющий избыточное давление, является напоромером , для измерения избыточного давления и вакуума служат тягонапоромеры .
Приборы для измерения давления деформационного типа имеют преимущество в сравнении с жидкостными моделями. Они позволяют производить передачу показаний дистанционно и записывать их в автоматическом режиме.
Это происходит вследствие преобразования деформации упругого компонента в выходной сигнал электрического тока. Сигнал фиксируется приборами измерений, которые имеют градуировку по единицам давления. Такие приборы имеют название деформационно-электрических манометров. Широкое использование нашли тензометрические, дифференциально-трансформаторные и магнитомодуляционные преобразователи.
Дифференциально-трансформаторный преобразователь
, которая передвигает стальной сердечник (2) трансформатора, а не стрелку. В итоге изменяется сила индукционного тока, подающегося через усилитель (4) на измерительный прибор (3).</p>
<div style=)
Магнитомодуляционные приборы для измерения давления
В таких приборах усилие преобразуется в сигнал электрического тока вследствие передвижения магнита, связанного с упругим компонентом. При движении магнит воздействует на магнитомодуляционный преобразователь.
Электрический сигнал усиливается в полупроводниковом усилителе и поступает на вторичные электроизмерительные устройства.
Тензометрические манометры
Преобразователи на основе тензометрического датчика работают на основе зависимости электрического сопротивления тензорезистора от величины деформации.
Тензодатчики (1) (рисунок 5) фиксируются на упругом элементе прибора. Электрический сигнал на выходе возникает вследствие изменения сопротивления тензорезистора, и фиксируется вторичными устройствами измерения.
Электроконтактные манометры
В схемах сигнализации, системах авторегулирования технологических процессов, приборах тепловой защиты популярными стали электроконтактные манометры. На рисунке изображена схема и вид прибора.
Упругим компонентом в приборе выступает трубчатая одновитковая пружина. Контакты (1) и (2) выполняются для любых отметок шкалы прибора, вращая винт в головке (3), которая находится на внешней стороне стекла.
При уменьшении давления и достижении его нижнего предела, стрелка (4) с помощью контакта (5) включит цепь лампы соответствующего цвета. При возрастании давления до верхнего предела, который задан контактом (2), стрелка замыкает цепь красной лампы контактом (5).
Классы точности
Измерительные манометры разделяют на два класса:
- Образцовые.
- Рабочие.
Образцовые приборы определяют погрешность показаний рабочих приборов, которые участвуют в технологии производства продукции.
Класс точности взаимосвязан с допустимой погрешностью, которая является величиной отклонения манометра от действительных величин. Точность прибора определяется процентным соотношением от максимально допустимой погрешности к номинальному значению. Чем больше процент, тем меньше точность прибора.
Образцовые манометры имеют точность намного выше рабочих моделей, так как они служат для оценки соответствия показаний рабочих моделей приборов. Образцовые манометры применяются в основном в условиях лаборатории, поэтому они изготавливаются без дополнительной защиты от внешней среды.
Пружинные манометры имеют 3 класса точности: 0,16, 0,25 и 0,4. Рабочие модели манометров имеют такие классы точности от 0,5 до 4.
Применение манометров
Приборы для измерения давления наиболее популярные приборы в различных отраслях промышленности при работе с жидким или газообразным сырьем.
Вакуумме́тр (от вакуум и греч. metreo — измеряю) — вакуумный манометр, прибор для измерения давления разрежённых газов.
По принципу действия вакуумметры можно подразделить на следующие типы:
- классические — являются обычными манометрами (жидкостными либо анероидами) для измерения малых давлений. В жидкостных вакуумметрах в измерительном колене применяется масло с известной плотностью и с по возможности малым давлением пара с тем, чтобы не нарушать вакуум. Обычно жидкостные манометры изолируют от остальной вакуумной системы при помощи азотных ловушек — специальных устройств наполняемых жидким азотом и служащих для вымораживания паров рабочего вещества манометра. Область измеряемых давлений от 10 до 100000 Па.
- ёмкостные — основаны на изменении ёмкости конденсатора при изменении расстояния между обкладками. Одна из обкладок конденсатора выполняется в виде гибкой мембраны. При изменении давления мембрана изгибается и меняет ёмкость конденсатора, которую можно измерить. После градуировки возможно использовать прибор для измерения давлений. Область измеряемых давлений от 1 до 1000 Па.
- терморезисторные — работают в мостовой схеме, стремящейся поддерживать постоянное сопротивление (а значит температуру) терморезистора, открытого измеряемому давлению. Чем выше давление газа, тем большую мощность нужно подводить к терморезистору для поддержания неизменной температуры. Соответственно, между давлением и напряжением на датчике (током через него) имеется однозначная зависимость. Если терморезистором является платиновая нить, то такой датчик называется манометром Пирани. Примером могут служить отечественные датчики ПМТ-6-3. Терморезисторные манометры применяются для измерения давлений от 10 −3 до 760 и более Torr
- термопарные — принцип действия основан на охлаждении за счёт теплопроводности. Термопара находится в контакте с нагреваемым проводом. Чем лучше вакуум, тем меньше теплопроводность газа, и следовательно выше температура проводника (теплопроводность разрежённого газа прямо пропорциональна его давлению). Проградуировав подключенный к термопаре милливольтметр при известных давлениях можно использовать измеряемое значение температуры для определения давления. К термопарным относятся, например, отечественные датчики ПМТ-2 и ПМТ-4М. Область измеряемых давлений от 10 −3 до 10 Torr
- ионизационные — принцип действия основан на ионизации газа. По сути, представляют собой вакуумный диод, на анод которого подано положительное, а на дополнительный электрод, называемый коллектором, большое отрицательное напряжение. При понижении давления газа уменьшается число атомов, способных подвергнуться ионизации, и соответственно ионизационный ток (ток коллектора), текущий между электродами при данном напряжении. Область измеряемых давлений от 10 −12 до 10 −1 Torr. Подразделяются на вакуумметры с холодным катодом (Пеннинга и магнетронные) и с накаливаемым катодом. К последним относится датчик ЛМ-2 с постоянной 10 5 мкА/мм.рт.ст.
- альфатрон — разновидность ионизационного вакуумметра. Отличается от последнего тем, что для ионизации используются не электроны, а альфа-частицы, испускаемые источником (порядка 0,1-1мКюри) на радии или плутонии. Альфатроны проще, надежнее, и точнее вакуумметров с катодом, но из-за низкой чувствительности, требующей очень сложной схемы измерения сверхмалых токов, не могут их заменить. Обычно используются в том же диапазоне давлений, что и термопарные (терморезисторные) вакуумметры.
Термопарный и ионизационный вакууметры широко применяются в промышленности и экспериментах, так как являются массовыми, хорошо повторяемыми приборами. Практически все выполняются в виде электронных ламп со стеклянным отростком, соединяющимся с исследуемым объёмом с помощью шланга или припаивания.
Напрямую следует из его типа, поскольку назначение у этих приборов одно и то же, а вот точность и предел измерений достаточно сильно отличаются. Так механическими, можно измерять разрежение до 100 Па (1 Па = 10 −5 Бар), жидкостными – до 0,1 Па, тепловыми – до 0,001 Па, а компрессионными – до 0,001 Па (для примера, ионизационные вакуумметры способны измерить разрежение до 10 −8 Па, и это не предел).
Есть всего два основных элемента: один из них преобразует в электрический сигнал любые изменения состояния чувствительного элемента, другой — оценивает этот сигнал, пересчитывает в единицы давления, и информирует пользователя прибором о степени разрежения на контролируемом участке технологической линии или отдельного механизма. С механическими (анероидами) еще проще: ввернул — и считывай показания по стрелке (поскольку оба элемента объединены в одном корпусе прибора)
Измерительный блок вакуумметра – часть вакуумметра, предназначенная для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, и содержащая блок питания и все электрические цепи, необходимые для работы вакуумметра. В настоящее время среди ведущих мировых производителей вакуумного измерительного оборудования наблюдается тенденция объединения в одном компактном корпусе измерительного блока и преобразователя давления, вакуумметры имеющие такую конструкцию получили название компактные моноблочные вакуумметры.
Отсчетное устройство вакуумметра – часть измерительного блок вакуумметра, предназначенная для отсчитывания значения измеряемой величины. Как правило в современных вакуумметрах отсчетное устройство представляет собой жидкокристаллический дисплей.
Область применения вакуумметров достаточно широка: они используются и в промышленности, и в быту — везде, где нужно знать и регулировать давление: для контроля работы вакуумных насосов, степени разрежения в маслопроводах или технологических полостях, в лабораторных исследованиях, для обслуживания кондиционеров, в автосервисах — для измерения давления во впускном коллекторе.
- Лиофилизация
- Химическое производство
- Системы молекулярной перегонки
- Обслуживание вакуумных насосов
- Анализаторы, спектрометрия
- Вакуумирование и заправка систем охлаждения
- Вакуумная упаковка
- Вакуумная теплоизоляция, двустенные сосуды и трубопроводы
- Изготовление полупроводниковых и электронных компонентов
- Контроль качества
«>
Отправить ответ