Классификация средств измерения давления

Для прямого измерения давления жидкой или газообразной среды с

отображением его значения непосредственно на шкале, табло или индика-

торе первичного измерительного прибора применяются манометры

(ГОСТ 8.271-77). Если отображение значения давления на самом первич-

ном приборе не производится, но он позволяет получать и дистанционно

передавать соответствующий измеряемому параметру сигнал, то такой

прибор называют измерительным преобразователем давления (ИПД)

или датчиком давления. Возможно объединение этих двух свойств в од-

ном приборе (манометр-датчик).

Манометры классифицируют по принципу действия и конструкции,

по виду измеряемого давления, по применению и назначению, по типу отображения данных и другим признакам (рис. 29).

 

Рис. 29. Классификация манометров

 

По принципу действия манометры можно подразделить на:

- жидкостные (измеряемое давление уравновешивается гидростати-

чески столбом жидкости (воды, ртути) соответствующей высоты);

- деформационные (давление определяется по величине деформации

и перемещения упругого чувствительного элемента (УЧЭ) - мембраны, трубчатой пружины, сильфона);

- электрические (давление определяется на основании зависимости

электрических параметров: сопротивления, емкости, заряда, частоты - чув-

ствительного элемента (ЧЭ) от измеряемого давления).

- грузопоршневые (измеряемое или воспроизводимое давление гид-

ростатически уравновешивается через жидкую или газообразную среду

прибора давлением веса поршня с грузоприемным устройством и комплек-

том образцовых гирь);

По виду измеряемого давления манометры подразделяют на:

- собственно манометры (приборы для измерения избыточного и аб-

солютного давления);

- вакуумметры (приборы для измерения разрежения);

- мановакуумметры (приборы для измерения давления и разреже-

ния);

- барометры (приборы для измерения атмосферного давления);

- дифференциальные манометры (дифманометры) (приборы для из-

мерения разностного давления);

- напоромеры (приборы для измерения небольших (до 20-40 кПа) из-

быточных давлений газовых сред);

- тягомеры (приборы для измерения небольших (до 20-40 кПа) раз-

режений газовых сред);

- тягонапоромеры (приборы для измерения небольших (до 20-40

кПа) избыточных давлений и разрежений газовых сред);

- микроманометры (дифманометры с малым перепадом давления).

Технические характеристики всех этих средств измерения давления

определяются соответствующими общими техническими условиями

(ГОСТ 2405-88, ГОСТ 18140-81 и др).

По области применения манометры подразделяют на:

- общепромышленные или технические (работающие в промышленных условиях при перепадах температур и влажности окружащей среды, вибрациях, загрязнении внешней среды и т.п.);

- лабораторные (приборы повышенной точности для использования в

комфортных и стабильных условиях лабораторий);

- образцовые (для поверки рабочих манометров);

- эталонные (хранители единиц давления с целью передачи их образ-

цовым приборам);

- специальные (применяются в экстремальных условиях: на железно-

дорожном транспорте, судах, котельных установках, при работе с кислот-

ными и другими агрессивными средами).

По типу отображения значений измеряемого давления манометры подразделяют на:

- прямопоказывающие (с визуальным считыванием данных непо-

средственно по аналоговой (стрелочной) или цифровой шкале прибора);

- сигнализирующие (электроконтактные) (с выдачей управляющего

электрического сигнала путем замыкания или размыкания контактов при

достижении измеряемым давлением заранее установленного контрольного

значения);

- регистрирующие (самопишущие) (с записью в память значений

давления как функции времени и их отображением на электронном табло).

Манометры выполняют функцию локального контроля и в большин-

стве случаев из-за отсутствия возможности дистанционного доступа к их

показаниям (за исключением манометров с унифицированным выходным

электрическим сигналом) не могут использоваться для целей современной

автоматизации. Такую возможность обеспечивают измерительные прео-

бразователи давления.

Классифицируются эти приборы по принципу действия, виду измеряемого давления и типу выходного сигнала (рис. 30). ИПД различаются, кроме того, по используемым единицам измерения и ряду основных технических параметров (ГОСТ 22520-85).

По принципу действия или способу преобразования измеряемого

давления в выходной сигнал ИПД подразделяются, прежде всего, на:

- деформационные (деформационные перемещения упругого чувст-

вительного элемента (мембраны, сильфона, трубки Бурдона) трансформи-

руются с помощью дополнительных промежуточных механизмов и преоб-

разователей в электрический или электромагнитный сигнал);

- электрические (измеряемое давление, оказывая воздействия на чув-

ствительный элемент, изменяет его собственные электрические параметры: сопротивление, ёмкость или заряд, которые становятся мерой этого давления).

В последние годы получили развитие и другие принципы создания

ИПД: волоконно-оптические, гальваномагнитные, объемного сжатия, акустические, диффузионные и т.д.

По виду измеряемого давления ИПД подразделяются на:

- преобразователи абсолютного давления (ДА);

- преобразователи избыточного давления (ДИ);

- преобразователи вакууметрического давления (ДВ);

- преобразователи избыточного/вакууметрического давления

(ДИВ);

- преобразователи дифференциального давления (ДД);

- преобразователи гидростатического давления (ДГ).

По выходному сигналу ИПД подразделяются на:

- аналоговые (измеряемое давление преобразуется в аналоговый

унифицированный пневматический или электрический сигнал);

- цифровые.

 

Рис. 30. Классификация измерительных преобразователей давления

 

Жидкостные манометры

Жидкостные манометры отличаются простотой конструкций и срав-

нительно высокой точностью измерения. Их широко применяют как в ка-

честве переносных (лабораторных), так и технических приборов для изме-

рения давления.

U-образный манометр, представляющий собой согнутую в виде буквы U стеклянную трубку показан на рис. 31.а. Трубка закреплена на пластине со шкалой, расположенной между коленами трубки, и заполнена жидкостью (спиртом, водой, ртутью). Один конец трубки соединен с полостью, в которой измеряется давление, другой конец трубки сообщается с атмосферой. Под действием измеряемого давления жидкость в трубке перемещается из одного колена в другое до тех пор, пока измеряемое давление не уравновесится гидростатическим давлением столба жидкости в открытом колене. Система находится в равновесии, если гидростатическое давление столба жидкости в открытом колене уравновешивается давлением в другом колене:

Если давление в пространстве, с которым соединен прибор, ниже атмосферного, то жидкость в трубках переместится в обратном направлении, и высота ее столба будет соответствовать разрежению (вакууму). Присоединив оба свободных конца трубки прибора к двум полостям с разными давлениями, можно по разности уровней жидкости в приборе определить разность давлений.

Погрешность считывания разности высот уровней жидкости в трубках зависит от цены деления шкалы. Без дополнительных оптических устройств при цене деления 1 мм погрешность считывания разности уровней составляет ±2 мм с учетом погрешности нанесения шкалы.

Чашечный манометр, являющийся разновидностью U-образного,

показан на рис.31.б. Одно из колен чашечного манометра выполнено в виде сосуда, диаметр которого больше диаметра трубки, представляющей собой другое колено. Полость с измеряемым давлением (больше атмосферного) соединяется с чашкой, а трубка соединяется с атмосферой. Так как площадь сечения чашки больше площади сечения трубки, жидкость под действием давления в чашке опускается на высоту H, которая меньше высоты подъема в трубке h. Обычно площадь сечения чашки значительно больше сечения трубки, поэтому величиной понижения уровня жидкости в чашке пренебрегают, и результат отсчитывают только по высоте столба жидкости в трубке от начального значения. Однако, при этом возникает погрешность, вызванная понижением уровня жидкости в чашке,

что изменяет положение нуля шкалы. На практике площади сечений чашки S и трубки s выбирают обычно такими, чтобы отношением s/S можно было пренебречь. В основном для чашечных приборов s/S ≤ 1/400.

Измерение в чашечных манометрах высоты только одного столба рабочей жидкости приводит к снижению погрешности считывания, которая не превышает ±1 мм при цене деления 1мм.

 

Рис. 31. Жидкостные манометры

 

Разновидностью чашечных манометров является микроманометр с наклонной трубкой (рис.31.в). Наклонное положение трубки увеличивает

протяженность шкалы L при одном и том же измеряемом давлении и в результате повышает точность получаемых данных:

Как правило, угол наклона трубки имеет несколько фиксированных положений, что позволяет производить измерения в нескольких диапазонах. Значение синуса угла наклона трубки обычно наносится на сектор микроманометра.