Манометр
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Манометр

Манометр (від греч.(грецький) manós — рідкий, нещільний і ...метр ) , прилад для вимірів тиску рідин і газів. Розрізняють М. для вимірів абсолютного тиску, відлічуваного від нуля (повного вакууму); М. для вимірів надлишкового тиску, тобто різниці між абсолютним і атмосферним тиском, коли абсолютний тиск більший атмосферного; діфманометри для вимірів різниці двох тиску, кожне з яких, як правило, відрізняється від атмосферного. Для вимірів тиску, відповідного атмосферному, застосовують барометри, для вимірів тиску розріджених газів — вакуумметри (головним чином в вакуумній техніці ) .

загрузка...

  При вимірах тиску користуються М., в яких шкали градуйовані в різних одиницях (див. Тиск ) .

  Основа вимірювальної системи М. — чутливий елемент, що є первинним перетворювачем тиску. Залежно від принципу дії і конструкції чутливого елементу розрізняють М. рідинні поршневі, деформаційні (пружинні). Крім того, знаходять вживання прилади, дія яких заснована на вимірі змін фізичних властивостей різних речовин під дією тиску.

  Окрім М. з безпосереднім відліком свідчень або їх реєстрацією, широко використовуються так звані бесшкальниє М. з уніфікованими пневматичними або електричними вихідними сигналами, які поступають в системи контролю, автоматичного регулювання і управління різними технологічними процесами. Сфери застосування М. різних типів показані на мал. 1 .

  В рідинних М. чутливим елементом є стовп рідини, що врівноважує вимірюваний тиск. Ідея використовувати рідину для виміру тиску належить італійському ученому Е. Торрічеллі (1640). Перші ртутні М. були зроблені італійським механіком В. Вівіані (1642) і французьким ученим Би. Паськалем (1646). Конструктивного виконання рідинних М. відрізняється великою різноманітністю. Основні різновиди рідинних М.: u-образні (двотрубні), чашкові (однотрубні) і двохчашкові. Сучасні рідинні М. мають межі вимірів від 0,1 н/м 2 до 0,25 Мн/м 2 (~ від 0,01 мм вод. cm. до 1900 мм pm. cm. ) і знаходять вживання головним чином для вимірів з високою точністю в лабораторних умовах. Рідинні М., службовці для виміру малого надлишкового тиску і розріджень менше 5 кн/м 2 (37,5 мм pm. ст. ), називаються мікроманометрами. При малих межах вимірів рідинні М. заповнюються легкими рідинами (вода, спирт, толуол, силіконові масла), а при збільшенні меж вимірів — ртуттю. При вимірі тиску чашковим мікроманометром ( мал. 2 ) рідина, що заповнює судину, витісняється в трубку, зміну рівня рідині порівнюють з шкалою, отградуїрованной в одиницях тиску. Межі вимірів приладу не перевищують 2 кн/м 2 (~200 мм вод. ст. ) при найбільшому вугіллі нахилу. Для точних вимірів і перевірки мікроманометрів ін. типів застосовують двохчашкові мікроманометри компенсаційного типа, в яких одна з судин (чашка) жорстко закріплена, а друга судина з метою створення необхідного для урівноваження тиску стовпа рідини переміщається у вертикальному напрямі. Переміщення, визначуване за допомогою точної шкали з ноніусом або по кінцевим мірам довжини, безпосередньо характеризує вимірюваний тиск. Компенсаційними мікроманометрами можна вимірювати тиск до 5 кн/м 2 (~500 мм вод. ст. ) , при цьому погрішність не перевищує (2—5)×10 -3 н/м 2 , або (2—5)×10 -2 мм вод. cm.

  Верхню межу виміру рідинних М. можна підвищити, збільшивши висоту стовпа рідини і вибравши рідину з більшою щільністю. Проте навіть при заповненні М. ртуттю його верхня межа виміру рідко перевищує 0,25 Мн/м 2 (~1900 мм рт. ст. ), наприклад в чашкових М., в яких широка судина повідомлена з вертикальною трубкою. Рідинні М. для вимірів з високою точністю оснащують електричними або оптичними відліковими пристроями, а їх конструктивного виконання дозволяє усунути різні джерела погрішностей (вплив температури, дія вібрацій, капілярні сили і т. д.). Високу точність забезпечує двохчашковий ртутний М. абсолютного тиску з так званим ємкісним відліком ( мал. 3 ), який застосовується для визначення температури в еталонному газовому термометрі (Всесоюзний науково-дослідний інститут метрології імені Д. І. Менделєєва). Межі вимірів М. складають (0—0,13) Мн/м 2 (0—1000 мм pm. ст. ).

  Для поліпшення експлуатаційних характеристик (в основному точність свідчень) в рідинних М. застосовують стежачі системи, які дозволяють автоматично визначати висоту стовпа рідини.

  В поршневих М. чутливим елементом є поршень або інше тіло, за допомогою якого тиск врівноважується вантажем або яким-небудь силоїзмерітельним пристроєм. Поширення набув М. з так званим неущільненим поршнем, в якому поршень прітерт до циліндра з невеликим зазором і переміщається в нім в осьовому напрямі. Вперше подібний прилад був створений в 1833 росіянами ученими Е. І. Парротом і Е. Х. Ленцем ; широке вживання поршневі М. знайшли в другій половині 19 століть завдяки роботам Е. Рухгольца (Німеччина) і А. Амага (Франція), які незалежно один від одного запропонували «неущільнений» поршень. Основна перевага поршневих М. перед рідинними полягає в можливості виміру ними великого тиску при збереженні високої точності. Поршневий М. з відносно невеликими габаритами (висота ~0,5 м-код ) перевершує по межах вимірів і точності 300-метровий ртутний М., конструкція якого була розроблена французьким ученим Л. Кальете (1891). М. був змонтований на Ейфелевій башті в Парижі. Верхня межа виміру поршневих М. складає близько 3,5 Гн/м 2 (3,5×10 8 мм вод. ст. ). При цьому висота вимірювальної установки не перевищує 2,5 м-коду . Для виміру такого тиску ртутним М. потрібно було б довести його висоту до 26,5 км. .

  Найбільш поширені грузопоршневиє М. з простим неущільненим поршнем ( мал. 4 ). Простір під поршнем заповнений маслом, яке під тиском поступає в зазор між поршнем і циліндром, що забезпечує мастило поверхонь, що труться. Обертання поршня відносно циліндра запобігає появі контактного тертя. Тиск визначається вагою вантажів, що врівноважують його, і площею перетину поршня. Змінюючи вагу вантажів і площу перетину поршня, можна в широкому діапазоні міняти межі вимірів, які для М. даного типа складають 0,04—10 Мн/м 2 (0,4—100 кгс/см 2 ). При цьому погрішності найбільш точних еталонних М. не більше 0,002—0,005 %. При подальшому підвищенні меж вимірів площа поршня стає настільки малою, що для вантажів необхідно конструювати спец.(спеціальний) пристрої (опорні штанги, пристрої важелів). Наприклад, для зменшення ваги вантажів в М. системи М. К. Жоховського (СРСР) врівноважуюче зусилля створюється за допомогою гідравлічного мультиплікатора . В цьому випадку навіть при вимірі високого тиску 2,5 Гн/м 2 (2,5×10 4 кгс/см 2 ) вимірювальна установка гранично компактна і не вимагає накладення великого числа вантажів.

  Поршневі М. спец.(спеціальний) конструкцій застосовуються також при вимірі невеликого надлишкового тиску, розріджень, абсолютного і атмосферного тиску. Як правило, поршневі системи таких М. заздалегідь врівноважуються спеціальним пристроєм, що дозволяє знизити нижню межу вимірів практично до нуля. Поршень може бути урівноважений, наприклад, пружинним механізмом. Обертання поршня здійснюється від електродвигуна. При створенні розрідження в просторі над верхньою частиною поршня надлишок атмосферного тиску врівноважують вантажі, що накладаються на його нижню частину.

  Окрім циліндрових поршнів, застосовують сферичні і конічні поршні. У так званих дзвонових М. роль поршня виконує дзвін, а в М. типа «кільцевих вагів» — плоска перегородка усередині полого кільця.

  Поршневі М. застосовують для градуювання і перевірки М. інших типів, при точних вимірах і контролі тиску з виходом свідчень на цифровий лічильник або з передачею їх на відстань.

  В деформаційних М. чутливим елементом є пружна оболонка, яка сприймає вимірюване тиск. Деформація цієї оболонки є мірою тиску, що викликав її. Деформаційні М. залежно від конструкції чутливого елементу діляться на трубчасті, мембранні і сільфони. Принцип визначення тиску по пружній деформації тонкої оболонки був запропонований в 1846 німецьким ученим Р. Шинцем, а окремий випадок цього методу — визначення тиску по деформації порожнистої трубчастої пружини — в 1848 французьким ученим Е. Бурдоном, по імені якого трубчаста пружина часто називається трубкою Бурдону. Межі вимірів деформаційних М. охоплюють широкий діапазон тиску — від 10 н/м 2 до 1000 Мн/м 2 (1—10 8 мм вод. ст. ).

  Простота принципу дії, компактність конструкції, зручність в експлуатації зумовили вживання деформаційних М. при промислових вимірах. Простий трубчастий М. ( мал. 5 ) має порожнисту зігнуту по дузі трубку, один кінець якої приєднаний до об'єму, де вимірюється тиск, другий, запаяний кінець — до важеля передавального механізму. При зміні тиску трубка деформується, переміщення її кінця через передавальний механізм повідомляється стрілці, яка показує тиск за шкалою. Поряд з трубчастою пружиною в М. часто застосовують мембрану або сільфон . Окрім механічного перетворення деформації чутливого елементу в свідчення М., застосовуються також електричні або оптичні методи перетворення, у тому числі з передачею результатів вимірів на відстань.

  В системах автоматичного регулювання і контролю технологічних процесів застосовують деформаційні М. з силовою компенсацією (по методу вимірів). В цьому випадку М. складається з вимірювального блоку і уніфікованого електричного або пневматичного силового перетворювача. Вимірюваний тиск перетвориться чутливим елементом вимірювального блоку в зусилля, яке врівноважується силоміць, зворотному зв'язку, що розвивається механізмом, а не деформацією чутливого елементу. На виході перетворювача механізму створюється стандартний електричний або пневматичний сигнал, пропорційний вимірюваному тиску. Дана система дозволяє застосовувати один і той же перетворювач в М. для виміру абсолютного, надлишкового тиску і розрідження, різниці тиску, а також інших теплоенергетичних параметрів (температури, рівня, щільності, витрати). При цьому можлива зміна меж вимірів в широкому діапазоні за рахунок зміни співвідношень плечей важелів перетворювача і площ сильфонов. Вимірювальний блок М. абсолютного тиску складається з двох сильфонов ( мал. 6 ), пов'язаних з Т-подібним важелем перетворювача. У одному з сильфонов створено розрідження, другою повідомлений з об'ємом, в якому вимірюється тиск. Під дією тиску заслінка Т-подібного важеля притискається до сопла, що приводить до збільшення тиску в сільфоні зворотного зв'язку і появи врівноважуючого зусилля. Перетворювач харчується стислим повітрям від стороннього джерела. Вихідний тиск за допомогою пневмоусилітеля передається на апаратуру, що фіксує результати вимірів.

  При вимірі дуже високого тиску (понад 2,5 Мн/м 2 ) або тиску, близьких до нуля (менше 10 н/м 2 ), вживання М. вказаних вище типів пов'язане з великими труднощами або просто неможливе. У цих випадках знайшли вживання М., принцип дії яких заснований на вимірі якого-небудь фізичного параметра, пов'язаного з тиском певною залежністю. При вимірі малого абсолютного тиску застосовують іонізаційні, теплові, вязкостниє, радіометричні М. (див. Вакуумметрія ). При вимірі високого тиску широко використовують, наприклад, манганіновиє М., в яких під дією тиску змінюється електричний опір тонкої манганінової дроту. Знаходять вживання також М., дія яких заснована на магнітострикційному ефекті (див. Магнітострикція ), швидкості поширення звуку в середовищі і ін. Високою точністю відрізняються М., принцип дії яких заснований на залежності температури плавлення ртуті від тиску. Перехід ртуті з твердого стану в рідке супроводиться стрибкоподібною зміною об'єму, що дозволяє надійно фіксувати відповідні моменту плавлення температуру і тиск і забезпечує хорошу відтворюваність результатів. Вимірювальна установка з таким М. дозволяє визначати тиск до 4 Гн/м 2 (~4×10 2 мм вод. ст. ) з погрішністю, що не перевищує 1 %, і використовується як еталон надвисокого тиску (до 4 Гн/м 2 ) при перевірці і градуюванні М.

  Подальше вдосконалення М. передбачає підвищення їх точності, розширення меж вимірів, забезпечення вищої надійності і довговічності, зручності експлуатації. Підвищенню точності М. сприяє використання таких матеріалів, як дисперсійно-твердіючі сплави, кварц (наприклад, для виготовлення чутливих елементів деформаційних М.), вживання пружних опор, оптичних і електричних методів зняття свідчень і реєстрації їх. При автоматизації вимірів знаходять вживання різні засоби, що дозволяють передавати результати вимірів на пристрої з цифровим відліком, записуючі і друкуючі пристрої які можуть знаходитися на значних відстанях від місць вимірів (наприклад, передача результатів виміру атмосферного тиску на Марсе і Венері при обльоті їх штучними супутниками), і так далі.

 

  Літ.: Жоховський М. До., Техніка виміру тиску і розрідження, 2 видавництва, М., 1952; його ж, Теорія і розрахунок приладів з неущільненим поршнем, 2 видавництва, М., 1966; Андрюхина О. Б., Граменіцкий Ст Н., Зразкові грузопоршневиє прилади для виміру тиску, сили і маси. [Огляд], М., 1969: Хансуваров До. І., Точні прилади для виміру абсолютного тиску, М., 1971.

  До. І. Хансуваров.

Мал. 3. Схема манометра абсолютного тиску з ємкісним відліком свідчень: 1 — судини; 2 — металеві пластини; 3 — ртуть; 4 — скляні сполучні трубки; 5 — відліковий мікроскоп; 6 — шкала.

Мал. 2. Рідинний чашковий мікроманометр з похилою трубкою типа ММН.

Мал. 4. Грузопоршневой манометр МП-60 з простим неущільненим поршнем: 1 — вантажі; 2 — грузопріємная тарілка; 3 — обмежувач; 4 — воронка; 5 — поршень; 6 — циліндр.

Мал. 6. Принципова схема бесшкального манометра абсолютного тиску типа МАС-П1: 1 — порівняльний сільфон; 2 — вимірювальний сільфон; 3 — сопло; 4 — заслінка; 5 — сільфон зворотного зв'язку; 6 — пневмоусилітель.

Мал. 5. Трубчастий манометр ММ-40: 1 — трубка; 2 — важіль передавального механізму; 3 — передавальний механізм; 4 — стрілка.

Мал. 1. Сфери застосування манометрів різних типів.