ДОКЛАД
На тему:
МАНОМЕТРЫ
ученика 7 класса В
Янович Сергея
Манометры (от греч. manos - редкий, неплотный и metreo - измеряю), служат
для измерения давления жидкостей,газов и паров. Различают манометры для определения абсолютного давления, отсчитываемого от нуля (полного вакуума); избыточного давления, то есть превышения давления над атмосферным; разности двух давлений, отличающихся от атмосферного (дифференциальные манометры, или дифманометры). Приборы для измерения давления, соответствующего атмосферному, называют барометрами, давления ниже атмосферного - вакуумметрами. избыточного давления и давления ниже атмосферного-ман.вакуумметрами. Шкалы манометра могут быть градуированы в килопаскалях (кПа) или мегапаскалях (MПа), а также в кгс/м2, кгс/см2, барах, мм вод. ст., мм рт. ст. и др.
По принципу действия манометры могут быть жидкостными, грузопоршневыми, деформационными (смотри рисунок), тепловыми и другими, по способу представления информации о величине измеряемого давления - показывающими, регистрирующими и сигнализирующими. Кроме манометров с непосредственным отсчетом показаний применяют так называемые бесшкальные датчики (измерительные преобразователи) давления с унифицированными (стандартизованными) пневматическими или электрическими выходными сигналами. Такие датчики широко используют в системах автоматического контроля, регулирования и управления химико-технологическими процессами, в частности при автоматизации пожаро- и взрывоопасных производств. Датчики давления должны надежно работать при наличии интенсивной вибрации, нестационарных температурных и электромагнитных полей, а также в агрессивных средах, в условиях высокой влажности. запыленности и загазованности окружающей среды. Дифманометры применяют в приборах для измерения уровня и плотности жидкости по величине гидростатического давления, а также в приборах для измерения расхода жидкости, пара или газа по перепаду давлений на сужающих поток устройствах (диафрагмах, соплах Вентури и других).
Основные типы манометров: жидкостные (а - U-образный, б, в - чашечные соотв. с постоянным и переменным углом j наклона трубки, г - поплавковый, д - колокольный, е - кольцевой); грузопоршневые (ж); деформационные (з - показывающий с трубчатой пружиной, и - мембранный разделитель давлений с закрытой камерой); 1 - поплавок; 2 - колокол; 3 - перегородка; 4 - опора; 5, 8 - грузы; 6 - поршень; 7 - цилиндр; 9 - пружина; 10 - передаточный механизм; 11 - камера; р, ратм - соотв. измеряемое и атмосферное давления; Н - высота столба манометрической жидкости; х, ax - меры измеряемого давления.
Жидкостные манометры В таких приборах измеряемое давление (разрежение) либо разность давлений уравновешивается давлением столба манометрической жидкости, заполняющей прибор. Диапазон измерения - 10 - 105 Па. Жидкостные манометры применяют в основном при определении давления в лаб. условиях и при поверке других манометры Погрешность измерения U-образных и чашечных манометры (0,5-1,0%) определяется погрешностью самого прибора, ошибкой отсчета показаний и несоответствием действительного и расчетного значений плотности манометрической жидкости. Двухчашечные (компенсационные) микроманометры с верхними пределами измерения до 2,5-103 Па имеют погрешность 0,02-0,05%. При малых пределах измерения (до 104 Па) манометры заполняют легкими жидкостями (водой, спиртом, толуолом, силиконовым маслом), при увеличении пределов измерения до 105 Па - ртутью.
В поплавковых, колокольных и кольцевых дифманометрах мера измеряемого давления (перепада) - не высота столба жидкости, а определяемое им положение подвижного элемента прибора. Манометрической жидкостью в поплавковых дифманометрах обычно служит ртуть или силиконовое масло. Пределы измерения серийных приборов (от 4-103 Па до 0,16 MПа) обеспечиваются изменением высоты и диаметра одного из сосудов дифманометра. Погрешность не более 2,5% от верхнего предела измерения. Колокольные дифманометры (манометрическая жидкость - вода или масло) используют для измерения малых давлений и перепадов давлений от 25 до 400 Па. Погрешность 1,5 и 2,5% от диапазона измерения.
В кольцевых дифманометрах (кольцевых весах) замкнутый сосуд с непроницаемой перегородкой в верхней части установлен на призматическую опору, которая расположена в центре тяжести сосуда.
Под действием разности давлений по обе стороны перегородки манометрическая жидкость перемещается внутри кольца в сторону полости с меньшим давлением. Кольцо поворачивается в обратном направлении, пока момент силы, действующей на перегородку, не станет равным моменту силы тяжести противодействующего груза. Мера измеряемой разности давлений - угол поворота кольца. Основные достоинства кольцевых манометры: высокая чувствительность, независимость угла поворота от плотности манометрической жидкости, независимость показаний от температуры окружающего воздуха. Верхние пределы измерения от 400 до 2,5 • 104 Па, погрешность 1,0 и 1,5% от предела шкалы. Поплавковые, колокольные и кольцевые дифманометры - показывающие или записывающие приборы, которые манометры б. снабжены счетчиками расхода, регуляторами, сигнализаторами, а также устройствами для получения унифицированных пневматических или электрических сигналов дистанционной передачи.
Грузопоршневые манометры В этих приборах измеряемое давление, действующее через манометрическую жидкость на поршень манометры, уравновешивается весом поршня и набора калиброванных грузов. Наиболее распространены манометры с неуплотненным поршнем, между которым и цилиндром имеется небольшой зазор. Пространство под поршнем заполнено специальным маслом, которое под давлением поступает в зазор и обеспечивает смазку трущихся поверхностей. При измерении давления для уменьшения трения между цилиндром и поршнем. Последний приводится во вращение электродвигателем или вручную. Изменяя вес грузов и площадь сечения поршня, можно изменять пределы измерения манометры в широком диапазоне (от 2500 Па до 2500 MПа). Приборы отличаются высокой точностью и стабильностью показаний; погрешность от 0,02 до 0,2% от верхнего предела измерения. Для определения небольших избыточных давлений, разрежения, абсолютного и атмосферного давлений применяют манометры специальных конструкций. Грузопоршневые манометры используют, как правило, для поверки манометров других типов и при лабораторных измерениях.
Деформационные манометры Измеряемое давление или разность давлений определяется по деформации упругих чувствительных элементов: трубчатых манометрических пружин - одно- и двухвитковых, S-образных, винтовых, геликоидальных, спиральных; плоских и гофрированных мембран; мембранных коробок; сильфонов; цилиндрических трубок и стаканов. Пределы измерения от 10 до 2,5 • 109 Па. Простота преобразования давления в упругую деформацию чувствительного элемента и большое разнообразие удобных в эксплуатации конструкций обусловили широкое применение деформационных манометры в химической промышленности наиболее распространены так называемые пружинные манометры с одновитковым трубчатым чувствительным элементом. Под действием давления деформируется сечение пружины и происходит перемещение ее свободного конца, преобразуемое передаточным механизмом в перемещение стрелки, которая показывает давление по шкале. Диапазон измерения обычно от 0,1 до 2500 MПа, погрешность 0,16-4,0%.
В химии и химической технологии для защиты пружинных манометры от контакта с агрессивными и высокотемпературными средами часто используют т. наз. мембранные разделители давления с закрытой камерой. Внутренняя полость манометрической пружины заполняется минеральным или силиконовым маслом, через которое передается измеряемое давление рабочей среды, непосредственно соприкасающейся с разделительной мембраной. Последнюю изготовляют из нержавеющих сталей и сплавов, в том чсле с высоким содержанием Ni и Мо, а также из титановых сплавов и Та. При измерении давления вязких, полимеризующихся и кристаллизующихся сред применяют так называемые бескамерные манометры с открытым чувствительным или разделительным элементом - сильфоном либо мембраной.
Для измерения небольших давлений (разрежений) и разности давлений применяют манометры с чувствительными элементами в виде сильфонов, гофрированных мембран и мембранных коробок. В зависимости от диаметра, толщины и свойств материала, формы и глубины гофрировки чувствительных элементов можно измерять давление от 100 до 107 Па и более. Погрешность 0,5-2,5%.
В химической промышленности распространены датчики, основанные обычно на принципе электрической (реже - пневматической) компенсации. Диапазон измерения от 100 Па до 1000 MПа, погрешность 0,5-1,5%. Наиболее перспективны приборы, действие которых основано на так называемом тензорезистивном эффекте - изменении электрического сопротивления твердого проводника (чувствительного элемента) в результате его деформации, пропорциональной измеряемому давлению. Эти датчики отличаются простотой конструкции, небольшими габаритами и массой, повышенной виброустойчивостью, высокими динамическими характеристиками и небольшой погрешностью (0,25-0,50%). В СССР разработан комплекс тензорезисторных преобразователей давления (избыточного и абсолютного, а также разрежения) и разности давлений с упругими чувствительными элементами на основе монокристаллических подложек из искусственного сапфира с кремниевыми тензорезисторами. Диапазон измерения от 60 до 108 Па, погрешность обычно не превышает 0,1, 0,25 или 0,5%. В комплекс входят также преобразователи гидростатического давления, предназначенные для получения информации о плотности или уровне жидкостей. которые находятся в открытых либо закрытых резервуарах под давлением. Фланцевое крепление датчика к резервуару с рабочей жидкостью и бескамерная конструкция мембранного измерительного узла позволяют контролировать гидростатическое давление агрессивных, вязких и кристаллизующихся сред при 200-300°С.