Принцип работы манометра

Где используются гидростатические уровнемеры и какие виды существуют

Вычисление[править | править код]

В каждой жидкости существует давление, обусловленное её собственным весом p = G / S = m g / S {displaystyle p=G/S=mg/S} {displaystyle p=G/S=mg/S}; так как m = ρ V {displaystyle m=rho V} {displaystyle m=rho V}, то p = ρ g V / S {displaystyle p=rho gV/S} {displaystyle p=rho gV/S}; учтём, что V = S h {displaystyle V=Sh} {displaystyle V=Sh} и получим формулу p = ρ g h {displaystyle p=rho gh} {displaystyle p=rho gh}.

Плотность жидкости ρ {displaystyle rho } rho зависит от температуры. Для очень точных вычислений плотность следует рассчитывать по специальной формуле. Давление на данной глубине одинаково во всех направлениях. Суммарное давление, обусловленное весом столба жидкости и давлением поршня, называют гидростатическим давлением[2].

Для бытовых расчетов можно принять, что с ростом глубины на каждые 10 метров пресной воды, давление увеличивается на 0,1 МПа (1 атмосфера).

Приборы для измерения давления жидкости.

Приборы для измерения давления применяются во многих отраслях промышленности и классифицируются, в зависимости от своего предназначения, следующим образом:

· Барометры – измеряют атмосферное давление.

· Вакуумметры – измеряют вакуумметрическое давление.

· Манометры – измеряют избыток давления.

· Мановакуумметры – измеряют вакуумметрическое и избыточное давление.

· Баровакуумметры – измеряют абсолютное давление.

· Дифференциальные манометры – измеряют разность давлений.

По принципу работы приборы для измерения давления могут быть следующих типов:

· Прибор жидкостный (давление уравновешивается с помощью веса столба жидкости).

· Грузопоршневые приборы (измеряемое давление уравновешивается усилием, которое создают калиброванные грузы).

· Приборы с дистанционной передачей показаний (используются изменения различных электрических характеристик вещества под воздействием измеряемого давления).

· Прибор пружинный (измеряемое давление уравновешивается силами упругости пружины, деформация которой служит мерой давления).

Для измерения давления применяют различные приборы, которые можно подразделить на две основные группы: жидкостные и механические.

Простейшим прибором является пьезометр, измеряющий давление в жидкости высотой столба той же жидкости. Он представляет собой стеклянную трубку, открытую с одного конца (трубка на рис. 14а). Пьезометр — очень чувствительный и точный прибор, однако он удобен только при измерении небольших давлений, в противном случае трубка получается очень длинной, что осложняет его применение. image205.jpgimage207.jpg

image209.jpg

Для уменьшения длины измерительной трубки применяют приборы с жидкостью большей плотностью (например, ртутью). Ртутный манометр представляет собой У-образную трубку, изогнутое колено которого заполняется ртутью (рис. 14б). Под действием давления в сосуде уровень ртути в левом колене манометра понижается, а в правом — повышается.

Дифференциальный манометр применяют в тех случаях, когда необходимо измерить не давление в сосуде, а разность давлений в двух сосудах или в двух точках одного сосуда (рис. 14 в).

Применение жидкостных приборов ограничивается областью сравнительно небольших давлений. Если необходимо измерять высокие давления, применяют приборы второго типа -механические.

Пружинный манометр является наиболее распространенным из механических приборов. Он состоит (рис.15а) из полой тонкостенной изогнутой латунной или стальной трубки (пружины) 1, один конец которой запаян и соединен приводным устройством 2 с зубчатым механизмом 3. На оси зубчатого механизма располагается стрелка 4. Второй конец трубки открыт и соединен с сосудом, в котором замеряется давление. Под действием давления пружина деформируется (распрямляется) и через приводное устройство приводит в действие стрелку, по отклонению которой определяют значение давления по шкале 5.

image211.jpg

Мембранные манометры также относятся к механическим (рис. 15б). В них вместо пружины устанавливается тонкая пластина-мембрана 1 (металлическая или из прорезиненной материи). Деформация мембраны посредством приводного устройства передается стрелке, указывающей значение давления.

Механические манометры имеют по сравнению с жидкостными некоторые преимущества: портативность, универсальность, простоту устройства и эксплуатации, большой диапазон измеряемых давлений.

Для измерения давлений меньше атмосферного применяют жидкостные и механические вакуумметры, принцип работы которых тот же, что и у манометров.

Принцип сообщающихся сосудов.

Сообщающиеся сосуды

Сообщающимися image213.pngназывают сосуды, имеющие между собой канал, заполненный жидкостью. Наблюдения показывают, что в сообщающихся сосудах любой формы однородная жидкость всегда устанавливается на одном уровне.

Иначе ведут себя разнородные жидкости даже в одинаковых по форме и размерам сообщающихся сосудах. Возьмем два цилиндрических сообщающихся сосуда одинакового диаметра (рис. 51), на их дно нальем слой ртути (заштрихован), а поверх него в цилиндры нальем жидкости с разными плотностями, например r2 h1).

Мысленно выделим внутри трубки, соединяющей сообщающиеся сосуды и заполненнной ртутью, площадку площади S, перпендикулярную горизонтальной поверхности. Так как жидкости покоятся, давление на эту площадку слева и справа одинаково, т.e. p1=p2. Согласно формуле (5.2), гидростатическое давление p1=1gh1 и p2=2gh2. Приравняв эти выражения, получаем r1h1 = r2h2, откуда

Следовательно, разнородные жидкости в состоянии покоя устанавливаются в сообщающихся сосудах таким образом, что высоты их столбов оказываются обратно пропорциональными плотностям этих жидкостей.

Если r1=r2, то из формулы (5.4) следует, что h1=h2, т.е. однородные жидкости устанавливаются в сообщающихся сосудах на одинаковом уровне.

Чайник и его носик представляют собой сообщающиеся сосуды: вода стоит в них на одном уровне. Значит, носик чайника должен
image215.png

На башне устанавливается большой бак с водой (водонапорная башня). От бака идут трубы с целым рядом ответвлений, вводимых в дома. Концы труб закрываются кранами. У крана давление воды, заполняющей трубы, равно давлению столба воды, имеющего высоту, равную разности высот между краном и свободной поверхностью воды в баке. Так как бак устанавливается на высоте десятков метров, то давление у крана может достигать нескольких атмосфер. Очевидно, что давление воды на верхних этажах меньше давления на нижних этажах.

Вода в бак водонапорной башни подается насосами

На принципе сообщающихся сосудов устроены водомерные трубки для баков с водой. Такие трубки, например имеются на баках в железнодорожных вагонах. В открытой стеклянной трубке, присоединенной к баку, вода всегда стоит на том же уровне, что и в самом баке. Если водомерная трубка устанавливается на паровом котле, то верхний конец трубки соединяется с верхней частью котла, наполненной паром.

Это делается для того, чтобы давления над свободной поверхностью воды в котле т в трубке были одинаковыми.

Петергоф — великолепный ансамбль парков, дворцов и фонтанов. Это единственный ансамбль в мире, фонтаны которого работают без насосов и сложных водонапорных сооружений. В этих фонтанах используется принцип сообщающихся сосудов — учтены уровни фонтанов и прудов-хранилищ.

Источник

Принцип действия манометра 

Манометр — это прибор для измерения избыточного давления. Из-за того, что эта величина может быть различной, приборы имеют разновидности.

  • Принцип действия манометра 
  • Виды и конструкция прибора

Принцип действия манометра основан на уравновешивании измеряемого давления силой упругой деформации трубчатой пружины или более чувствительной двухпластинчатой мембраны, один конец которой запаян в держатель, а другой через тягу связан с трибко-секторным механизмом, преобразующим линейное перемещение упругого чувствительного элемента в круговое движение показывающей стрелки.

Что это за устройство?

foto17128-2Манометр – это прибор для измерения избыточного, то есть искусственно созданного, давления воды, пара или иной рабочей среды.

Говоря простыми словами, он показывает, насколько водяное давление в трубе больше атмосферного.

В быту, сфере ЖКХ и на промышленных предприятиях наиболее распространены приборы с пружиной в виде трубки овального сечения (носит имя Бурдона – человека, запатентовавшего ее). Они просты по конструкции и недорого стоят.

Внешне водяной манометр – округлый предмет в металлическом или пластиковом корпусе. Циферблат со шкалой закрыт оргстеклом из метакрилата или поликарбоната.

Зачем устанавливается?

Измерительные приборы устанавливают, чтобы следить за состоянием системы. Давление в трубопроводах не должно превышать некоторого порогового значения. В то же время оно должно быть достаточным для работы различных устройств.

Для работы душевой с гидромассажем нужно давление 3-4 бар, стиральной машинки – порядка 0,5 бар, а фильтра обратного осмоса – 2-6 бар.

foto17128-3Места установки:

  • насосные станции;
  • котельные;
  • железнодорожный транспорт, автомобили, воздушные и водные суда;
  • напорные трубопроводы;
  • водонагревательные приборы;
  • системы фильтрации.

Манометры покупают для личного пользования, чтобы, например, периодически контролировать давление воды, поступающей в смеситель.

На постоянной основе их устанавливают на насосных станциях рядом с гидроаккумуляторами и реле давления, чтобы автоматически включать и выключать насос. Часто манометры входят в состав блоков автоматики.

История открытия[править | править код]

Это основное свойство жидкостей было открыто и проверено на опыте Блезом Паскалем в 1653 г., хотя несколько ранее оно было уже известно Стевину[источник не указан 1297 дней].

Единица измерения[править | править код]

Единицей измерения давления в международной системе единиц является Паскаль. На практике гидростатическое давление часто измеряют в атмосферах, принимая за 1 атмосферу давление в 76 см ртутного столба, при температуре 0 °C при нормальном ускорении свободного падения 9,80665 м/с².

На основании гидростатического парадокса можно гидростатическое давление измерять также высотой столба ртути или воды, способного производить то же давление на единицу поверхности.

Какие виды существуют?

Список основных видов манометров для воды:

  1. Самые распространенные – общетехнические пружинные манометры для воды, с диапазоном измерения от 0 до 10 или от 0 до 6 атмосфер. Диаметр корпуса может быть от 40 до 160 мм, чаще всего – 100.
  2. Котловые – с диаметром корпуса 250 мм. Они нужны, чтобы на расстоянии снимать показания прибора.
  3. Виброустойчивые манометры – заполнены внутри вязкой жидкостью, в частности раствором глицерина или силиконовым маслом. Измеряют давление в условиях сильных вибраций. Применяются на насосных станциях, автомобилях, компрессорах, поездах.
  4. Коррозионностойкие манометры – для работы с химически агрессивными средами.
  5. Высокоточные нужны для поверки и опрессовки.
  6. Цифровые электронные – механическая сила преобразуется в электрический сигнал. Показания снимают с табло, можно программировать, некоторые приборы можно подключать к компьютеру.
  7. Электроконтактные (сигнализирующие) – приборы, в которых устанавливается верхний и нижний пределы давления. В случае их преодоления электронный прибор срабатывает и передает сигнал на управляющее устройство.
  8. Термоманометры – это приборы, измеряющие давление и температуру в системе отопления или водоснабжения. На лицевой стороне две шкалы, по которым снимают показания.

Параметры манометров

При выборе манометров следует учитывать следующие параметры:

  • Среда, в которой измеряется давление
  • Область применения
  • Класс точности манометра
  • Диаметр, согласно ГОСТ 2405-88. “Манометры, вакуумметры, мановакуумметры” выпускаются манометры диаметром 40, 50, 63, 100, 160, 250 миллиметров
  • Предел измерений
  • Единицы измерения давления – МПа, Бар, Кгс/см2
  • Материал корпуса
  • Наличие фланца
  • Присоединительная резьба штуцера
  • Расположение штуцера – радиальное или осевое

Манометр с осевым и радиальны штуцером

Шкала манометра

На манометре может быть нанесено несколько шкал, для измерения давления в различных единицах.

Шкала манометра

На представленном манометре нанесены шкалы для измерения давления в МПа и psi. Прибор показывает давление 250 Bar или 3500 psi.

Гидростатический парадокс[править | править код]

Гидростатическое давление на тело не зависит от направления.

Вычисление немного усложняется, когда надо узнать давление, производимое на не горизонтальную часть стенки сосуда вследствие тяжести налитой на него жидкости. Здесь причиной давления становится вес столбов жидкости, имеющих основанием каждую бесконечно малую частицу рассматриваемой поверхности, а высотой вертикальное расстояние от каждой такой частицы до свободной поверхности жидкости. Расстояния эти будут постоянны только для горизонтальных частей стенок и для бесконечно узких горизонтальных полосок, взятых на боковых стенках; к ним одним можно прилагать непосредственно формулу гидростатического давления. Для боковых же стенок надо суммировать, по правилам интегрального исчисления, давления на все горизонтальные элементы их поверхности; в результате получается общее правило: давление тяжелой жидкости на всякую плоскую стенку равняется весу столба этой жидкости, имеющему основанием площадь этой стенки, а высотой вертикальное расстояние её центра тяжести от свободной поверхности жидкости. Поэтому давление на дно сосуда будет зависеть только от величины поверхности этого дна, от высоты уровня жидкости в него налитой и от её плотности, от формы же сосуда оно зависеть не будет. Это положение известно под именем «гидростатического парадокса» и было разъяснено ещё Паскалем.

Действительно, оно кажется на первый взгляд неверным, потому что в сосудах с равными доньями, наполненными до равной высоты одной и той же жидкостью, вес её будет очень различный, если формы различны. Но вычисление и опыт (сделанный в первый раз Паскалем) показывают, что в сосуде, расширяющемся кверху, вес излишка жидкости поддерживается боковыми стенками и передается весам через их посредство, не действуя на дно, а в сосуде, суживающемся кверху, гидростатическое давление на боковые стенки действует снизу вверх и облегчает весы ровно на столько, сколько весило бы недостающее количество жидкости.

Закон Паскаля[править | править код]

Чем глубже, тем выше давление.

(левая часть графика)

Гидростатическое давление жидкости с постоянной плотностью в однородном поле тяжести ( = несжимаемая жидкость) подчиняется закону Паскаля:

p ( h ) = ρ g h {displaystyle p(h)=rho ,g,h} {displaystyle p(h)=rho ,g,h}

где:

ρ {displaystyle rho } rho — плотность [для пресной воды: ρ ≈ 1000 кг/м³] g {displaystyle g} g — ускорение свободного падения [для Европы: g ≈ 9,81 м/с²] h {displaystyle h} h — высота (здесь: жидкости) [м] p {displaystyle p} p — [Па]

p ( h ) {displaystyle p(h)} {displaystyle p(h)} = гидростатическое давление (p) зависит от высоты (h) жидкости.[4]

Рекомендации по выбору

Все модели манометров изготавливаются по определенным государственным стандартам. Следовательно, они являются взаимозаменяемыми. Выбор манометра для отдельного измерения или изготовления манометрических систем необходимо осуществлять по его техническим характеристикам и условиям эксплуатации. Следует обратить внимание на такие характеристики приборов:

Рекомендации по выбору монометра
  1. Габариты и масса.
  2. Диапазон измерений (максимальная величина).
  3. Вид.
  4. Класс точности.
  5. Степень защиты.
  6. Устойчивость к вибрациям.
  7. Срок службы.
  8. Среда эксплуатации.
  9. Диапазон рабочих температур.
  10. Резьба.

Перед выбором прибора-измерителя следует определить его основные функции в какой-либо системе. Например, нет смысла переплачивать деньги за образцовый манометр для измерения давления в шинах или использования в масляных станциях.

Таким образом, для выбора манометра следует руководствоваться его основными техническими характеристиками и условиями эксплуатации в различных системах. Очень важно придерживаться основных критериев, поскольку это позволит избежать различных неблагоприятных ситуаций.

Типы

Манометры классифицируют по особенностям использования:

  • общетехнические;
  • газовые, из названия понятно, что измеряет манометр (отличаются цветовой и буквенной маркировкой, например, желтые — для аммиака (А), голубые – для кислорода (К);
  • эталонные (с их помощью проверяют, настраивают другие устройства);
  • электроконтактные (в системах сигнализации, установленных там, где есть риски образования взрывоопасных составов) и т.д.

Критерии выбора

Прежде чем покупать прибор, надо точно уяснить, для чего он нужен и в каком месте его будут устанавливать.

Важные критерии выбора:

  1. Диапазон измерений. Правило: рабочее давление в трубопроводе должно быть не более 2/3 максимума шкалы измерений, но не менее 1/3. Если в трубе давление 5 атм, то надо покупать манометр со шкалой 0…10 атм.
  2. Класс точности изменяется от 0,15 до 3. Чем меньше – тем точнее. Для системы подачи холодной или горячей воды вполне достаточно точности 1,5 %.
  3. Расположение штуцера бывает радиальное или торцевое, когда он снизу; и осевое или фронтальное, когда он сзади.
  4.  Рабочий интервал температур.
  5. Температурные условия эксплуатации.
  6. Рабочая среда (вода, пар, масло и так далее);
  7. Диаметр. Он должен быть таким, чтобы прибор помещался в выбранном месте, а циферблат хорошо просматривался.

Необходимо также обратить внимание на присоединительную резьбу штуцера. Она может быть метрической – ее параметры измеряются в мм, обозначается буквой М, например М20/1,5, что означает внешний диаметр 19,9 мм, внутренний – 18,7 мм, шаг 1,5. Отечественные производители по умолчанию используют ее.

Трубная резьба обозначается литерой G. G1/2» означает наружный диаметр 20,9 мм, внутренний – 18,6, шаг – 1,8 мм или 14 ниток на дюйм.

В техническом паспорте нового прибора обязательно должна стаять отметка о заводской поверке. Давность поверки менее года подтверждает, что прибор дает правильные показания.

Преимущества использования

В первую очередь, стоит отметить универсальность манометра, который заключается в возможности контролировать давление и поддерживать ее на определенном уровне. Во-вторых, устройство позволяет получить точные показатели нормы, так и отклонение от них. В-третьих, доступность практически любо человек может себе позволить приобрести данный прибор. В-четвертых, устройство способно работать стабильно и бесперебойно на протяжении длительного времени, и не требует специальных условий или навыков.

Использование таких устройств в таких областях, как медицина, химическая промышленность, машино- и автомобилестроение, морской транспорт и других требующих точного контроля давления, значительно облегчает работу.

Где и по какой цене продаются?

Цена на манометр зависит от его конструкции. Самый простой аналоговый прибор стоит порядка 120 р. Если он снабжен термометром, то цена увеличивается в два раза. Цифровые устройства в десятки раз дороже.

foto17128-6Известные торговые марки в России:

  • РОСМА;
  • Физтех;
  • Манотомь;
  • МЕТЕР;
  • ЮМАС;
  • Теплоконтроль.

Это далеко не полный список. Зарубежные аналоги, кроме цены, ничем принципиально не отличаются. Исключение могут составлять лишь узкоспециализированные приборы.

Купить манометры можно в интернет-магазине, непосредственно у производителя или компании, которая занимается продажей контроль-измерительных приборов. Ими торгуют магазины по продаже оборудования для отопления и водоснабжения.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...