Манометр: что это и принцип работы на примере ММН 2400

Что такое манометр

Термин «манометр» основан на двух греческих словах: «измерять» и «ослаблять». Это дает нам представление о его назначении и основной функции — измерение в ряде непроницаемых сред (жидкостей и газов).

Манометр — это прибор, измеряющий давление искусственно созданного газа или жидкости в замкнутой системе.

Его не следует путать с барометром, который также показывает давление, но только атмосферное. С другой стороны, манометр измеряет, какое давление оказывает жидкость или газ на стенки герметичного контейнера. В традиционном смысле он показывает плотность воздуха в замкнутом пространстве.

Единица измерения давления: паскаль (Па). Она отражает силу в 1 Н, действующую равномерно на площадь в 1 квадратный метр. Иногда давление также измеряется в барах, атмосферах, миллиметрах ртути или столбах воды.

Для чего нужен манометр

В зависимости от модификации, манометры могут использоваться для различных целей.

• При накачивании автомобильных шин.

• В системах кондиционирования воздуха или отопления.

• В гидравлических установках для перемещения железнодорожных знаков.

• Для контроля давления пневматических устройств на производстве.

• В нефтегазовой промышленности.

• Для обслуживания двигателей на судах и т.д.

Основное назначение манометров — информировать об избыточном или недостаточном давлении в воде, паре, газе или других рабочих средах. В промышленности также существуют сигнальные устройства, которые помогают предотвратить взрывы и техногенные катастрофы, связанные с разрывом сосудов, содержащих опасные вещества, такие как аммиак или горячий пар.

Жидкостный манометр

Этот тип инструмента впервые появился в 17 веке. Его можно проследить до экспериментов Торричелли, одного из учеников Галилео Галилея.

Итальянский ученый погрузил трубку, запаянную с одного конца и наполненную ртутью, в контейнер. Определенное количество ртути выливалось из трубки, создавая вакуум в верхней части. При повышении атмосферного давления столбик ртути в трубке поднимается, а при понижении атмосферного давления — опускается.

Принцип работы жидкостного манометра примерно аналогичен принципу работы системы Торричелли. Устройство представляет собой систему сообщающихся сосудов — две трубки соединены в U-образную конфигурацию. Половину системы составляет жидкость (обычно ртуть), и если на нее действует только атмосферное давление — уровень жидкости в обеих трубках будет одинаковым.

Если одна из трубок подсоединена к наполнительному устройству или закрытой емкости, жидкость в ней будет находиться под измеренным давлением (P1). На жидкость во второй трубке, с другой стороны, влияет только атмосферное давление (P2). При изменении P1 уровень жидкости во второй трубке также будет меняться.

Измерив разницу в высоте столба Δh = h1 — h2, мы узнаем степень изменения давления Δp = p1 — p2.

Измерения в сантиметрах ртутного столба переводятся в паскали в следующем соотношении

1 см рт. ст. (при 0°C) = 1333,22 Па.

Чтобы сразу получить результат в паскалях, можно воспользоваться формулой для определения давления воды на стенки сосуда

P = ρgh, где ρ — плотность жидкости, g — ускорение силы тяжести, а h — высота колонки.

Ускорение силы тяжести (g) равно 9,8H/кг.

Интересные факты! Репутация изобретателя манометра принадлежит Торричелли, но на самом деле он был изобретен за столетие до Леонардо да Винчи. Этот гениальный художник и ученый написал трактат по гидравлике, в котором описал способ измерения давления воды с помощью U-образной системы. Однако широкой публике эта работа стала известна только в 19 веке.

Измерение давления воздуха с помощью жидкостного манометра

Что произойдет, если мы нажмем пальцем на пленку? На рисунке 2 видно, что уровень жидкости в колене манометра, соединенного с резиновой трубкой, падает.

Вспомните закон Паскаля: давление, приложенное к жидкости или газу, передается в любую точку и не меняется во всех направлениях. Таким образом, когда мы нажимаем на пленку, мы увеличиваем давление воздуха в коробке.

Поскольку коробка соединена с коленом стеклянной трубки, давление также передается на жидкость в этом колене. Обозначим его словом «первый». Это означает, что давление в первом локте будет больше давления во втором локте, поскольку на это локоть действует только атмосферное давление.

Жидкость достигнет равновесия и остановится. Это происходит, когда избыточное давление в первом колене равно избыточному давлению столба жидкости в другом колене.

Величина давления на пленку будет зависеть от силы нажатия: чем сильнее мы давим, тем выше будет столб избыточной жидкости. Поэтому изменение давления может быть связано с высотой этого избыточного столба.

Измерение давления жидкости с помощью жидкостного манометра

С помощью жидкостных манометров мы также можем измерять давление в жидкостях.

Конструкция манометра остается неизменной. Однако мы можем погрузить завернутую в фольгу коробку в емкость с водой. Чем глубже ящик, тем больше разница в высоте жидкости на локте манометра. Можно сказать, что чем больше давление, создаваемое жидкостью в контейнере, тем оно больше.

Что если мы повернем ящик в другом направлении на ту же глубину? Закон Паскаля снова поможет нам ответить на этот вопрос. Показания манометра не изменятся, потому что давление одинаково во всех направлениях на одной и той же глубине/высоте.

Вид жидкостного манометра

Посмотрите на Рисунок 4, где показано, как выглядит жидкостный манометр в реальной жизни.

Рисунок 4: Реальный вид жидкостного манометра.

Металлический манометр

Вы уже видели внешний вид металлического калибра на рисунке 1. Теперь давайте рассмотрим его внутреннюю структуру, которая бывает двух основных типов.

Устройство металлического манометра 1-ого типа

Согнутая полая трубка 1, запаянная на одном конце, соединена с запорным клапаном 4 на другом конце. Этот запорный клапан соединен с сосудом, в котором необходимо измерить давление.

При повышении давления трубка 1 начинает ослабевать и с помощью рычажного механизма 5 и шестерни 3 передает движение указателю 2, который перемещается по шкале прибора.

Трубка 1 является эластичной. В результате при снижении давления он возвращается в исходное положение. Указатель возвращается на нулевую отметку шкалы.

Устройство металлического манометра 2-ого типа

Единственное различие в конструкции заключается в том, что трубка запаяна с обеих сторон. Однако он имеет выход, который может быть соединен с сосудом, в котором необходимо измерить давление. Также имеются две тяги (рычаги) 2.

Обратите внимание, что, несмотря на небольшие различия в конструкции (рис. 4 и 6), металлический манометр работает по одному и тому же принципу.

Вид металлического манометра

Реалистичный внешний вид металлического манометра показан на рис. 7.

Рис. 7: Реалистичный вид металлического манометра

Другие виды манометров

Жидкостные манометры могут производить точные измерения, но у них есть один существенный недостаток: конструкция боится ударов и вибраций. По этой причине сегодня эти устройства в основном используются в лабораториях. С развитием промышленности появились другие типы манометров, которые могут измерять давление в любых условиях — на движущихся механизмах, при сильных вибрациях и т.д. Существует разница между тензометрическим и поршневым (самовзвешивающимся поршневым) манометром.

Деформационные манометры

Тензометрический датчик — это компактное механическое устройство, измеряющее давление в паскалях (без пересчета из других единиц). Его рабочим элементом является изогнутая или спиральная трубка Бурдона, в которую закачивается газ. Если давление в трубке повышается, она начинает расширяться, и это движение передается на указатель через штриховую систему. При сбросе давления он возвращается в исходное положение.

Трубка может быть заменена пружиной, мембраной или другим чувствительным элементом, который деформируется под давлением. Принцип действия манометра остается прежним: деформация передается стрелке, перемещающейся по шкале.

Манометры из деформированного металла чаще всего используются в быту и промышленности. Они компактны, прекрасно выдерживают вибрации и не требуют строго вертикального монтажа. Если бы вам пришлось выбирать, например, автомобильный манометр, он был бы именно такого типа.

Интересные факты! Тензометр был изобретен случайно. В 1845 году швейцарский ученый Р. Шинц наблюдал, как рабочие на производстве ремонтировали плоскую металлическую трубку, заткнув один ее конец пробкой и закачав в нее воду. Из-за давления трубка сплющилась, и у ученого возникла идея провести измерения с помощью того же элемента, но работая не с водой, а с воздухом.

Поршневые манометры

Хотя поршневые манометры были созданы раньше тензометрических, они были менее распространены. Сегодня такие приборы используются в нефтегазовой промышленности для испытания скважин и проверки показаний в лаборатории.

На рисунке ниже показан состав поршневого манометра. В простейшем виде он представляет собой сосуд, содержащий масло, который соединен с рабочей средой с помощью сопла. Цилиндр с хорошо отшлифованным поршнем (зазор между стенкой цилиндра и поршнем должен быть как можно меньше) погружается в сосуд. На конце поршня закреплен диск, на который можно поместить грузы.

Измеренное давление P действует на поршень снизу и уравновешивается сверху весом самого поршня и силой, оказываемой грузами G1 + G2.

Давление под поршнем рассчитывается по формуле

где G1 — масса массы, G2 — масса поршня и диска, g — ускорение силы тяжести, F — площадь поршня.

Согласно закону Паскаля, давление можно также выразить в терминах силы

P = F / S, где F — сила, действующая на поршень, а S — площадь поршня.

Поршневые манометры были впервые использованы для измерения давления физиками Джорджем Парроттом и Эмилем Ленцем. Но своей популярностью эти устройства обязаны человеку по имени Рухольц, который запустил их в массовое производство.

Применение манометров

Манометры являются одним из наиболее распространенных устройств и встречаются в самых разных системах. Например, в отопительных котлах, газовых трубах, водопроводах, компрессорах, автоклавах, баллонах, баллонных пневматических пистолетах и т.д.

Преимущества работы с ними очевидны. Они помогают держать под контролем уровень давления в различных механизмах.

Микроманометр ММН-2400

• 
• 
• 
• 

• 
• 
• 
• 

Наклонный миниатюрный манометр ММН-2400 предназначен для измерения избыточного, вакуумметрического и дифференциального давления в смесях газ/газ, неагрессивных к стали, оловянным сплавам, латуни или полиэтилену в диапазоне до 2400 Па (240 кгс/м2) и статического давления до 10000 Па (1000 кгс/м2).

Область применения

• Контроль вентиляции производственных помещений.
• Экологический контроль различных промышленных выбросов.
• Мониторинг процесса газопылевых потоков.
• Определение расхода воздуха в следующих системах Аэродинамическая, газовая и вентиляционная.
• Лабораторные исследования.
• Проверка рабочего оборудования.

Может использоваться в качестве эталонного прибора для проверки других менее точных измерительных приборов. Основным рабочим рычагом микроманометра является этанол, который используется в качестве рабочей жидкости.

Технические характеристики

• Длина шкалы, мм. 300;
• Класс точности: 1.
• Масштабная величина: 1 мм.
• Рабочая жидкость: технический этанол, плотность 0,8095 + 0,0005 г/см³, температура (20 + 0,5)°С.
• Температура рабочей жидкости в момент измерения. 10… .35 °С;
• Габаритные размеры: 432x207x200 мм.
• Масса: 2,7 кг.

Принцип действия

Принцип работы MMN-2400 основан на том, что давление (или перепад давления) измеряемого газа уравновешивается давлением столба рабочей жидкости, образующегося в измерительной трубке (давление, подводимое к измерительной трубке, низкое). В этом случае содержание спирта в измерительной трубке повышается, а содержание спирта в баке падает.

Микрометр следует использовать только на плоском, устойчивом столе или ровной поверхности. Перед работой прибор необходимо установить ногой так, чтобы пузырек каждого уровня находился в центре.

Для лучшего обзора мениска рекомендуется окрасить этанол, залитый в микрометр, метиловым красным красителем.

Диапазон измерения	600 … 2400 Па (60 … 240 кгс/м²)
Класс точности	1,0
Вес	2,7 кг
Рабочая жидкость	Модифицированный этанол ГОСТ 18300-72, плотность 0,8095±0,0005 г/см³, температура 20±0,5°С.
Размеры (Д х Ш х В)	432 x 207 x 200 мм
Температура рабочей жидкости	+10 … +35°С

Конструкция манометра

Измерительный прибор Микрометр MMN-2400 представляет собой изделие, оснащенное наклонной трубкой.

Его уникальной особенностью является многодиапазонная производительность.

С помощью этого прибора можно измерять давление газовых компонентов (манометр, вакуум).

Эти газы должны быть нейтральными для латуни, олова, стали и полиэтилена. Также можно рассчитать дифференциальное давление газообразных сред.

Рис. 1. Схема установки микропрессометра MMN-2400

На тарелке 21 находится колба 22, которая плотно закрыта колпачком или клапаном 16.
Имеется трехходовой запорный клапан 17, крышка 18, перекрывающая колодец для заполнения и слива спирта, и регулятор нулевого мениска 19, предназначенный для выравнивания мениска спирта в измерительной трубке по нулевой отметке шкалы.

На рычаге 14 пластины 21 закреплены посредством конического вала держатели 6 (из шести) с прокладками 12 и 1, удерживающие стеклянную измерительную трубку 5, в которую входит защитная втулка 4. Концы этой трубки 5 вставляются в отверстия прокладок 12, 1, имеющих сальники с резиновыми уплотнениями 2 и зажимные устройства 10.

С левой стороны колодца она закреплена резиновой трубкой 13 с колбой 22, а с правой стороны — резиновой трубкой 3 с трехходовым клапаном 17. Измерительная трубка 5 располагается относительно геометрической оси вращения рычага 6 и перемещается вдоль нулевой шкалы. Длина шкалы на стеклянной измерительной трубке составляет 300 мм; наименьшее деление шкалы — 1 мм.

Для закрепления кронштейна с измерительной трубкой под нужным углом наклона к пластине 21 крепится дуга 20 с пятью отверстиями, величина которых определяется по дуге напротив каждого отверстия. Кронштейн 6 (vi) фиксируется в нужном положении дуги 20 (xx) с помощью зажима 7 (vii), т.е. удерживается во втулке держателя.

В горизонтальном положении микрометр MMN-2400 фиксируется на 2 уровнях 8 и 9 цилиндрической ампулы только тогда, когда шкала и мерка находятся на крышке. Устройство приводится в горизонтальное положение с помощью двух регулировочных ножек 15. Наполнение и опорожнение осуществляется через отверстие в крышке устройства, которое закрывается пробкой 18.

Прибор соединяется с точкой измерения с помощью резиновой трубки, надетой на разъем 3-ходового клапана 17.

Трехходовой клапан состоит из 3 ниппелей, названных буквами a, b и c. Отверстие 0 используется для взаимодействия с атмосферой.

Порт A используется для частого соединения клапана со стеклянной измерительной трубкой микроскопического измерительного прибора MMN-2400.

Резиновая трубка от точки измерения помещается на разъем С при изменении избыточного давления, на разъем В при измерении вакуумметрического давления; при измерении разности давлений положительная трубка помещается на разъем С, а отрицательная — на разъем В.

Порты 3-ходового крана установлены таким образом, что при полном повороте крана против часовой стрелки сосуд и измерительная стеклянная трубка будут соединены с атмосферой, а порты на разъемах B и C будут закрыты: в этом положении 3-ходового крана контролируется «0».

При повороте пробки по часовой стрелке до конца насадки, соединение В будет подключено к колбе 22, соединение В к соединению А и через него к измерительной стеклянной трубке, при таком положении трехходового клапана будет производиться измерение.

Принцип и порядок работы

Перед использованием MMN-2400(5)-1 необходимо.

• Поместите его на устойчивую поверхность.
• Добейтесь положения пузыря на любом уровне в центре (отрегулируйте ножки).
• Установите опору на K = 0,8 (очень высокое положение).
• Поверните пробку 3-ходового клапана против часовой стрелки (до упора).
• Налейте этанол (плотность 0,8095 ± 0,0005 к/куб. см) в контейнер.
• Если плотность спирта отличается (в пределах погрешности), добавьте поправку к измеренному значению.
• Спирт следует заменить сразу же после его загрязнения.
• Наденьте резиновую трубку на трубку, идущую от 3-ходового клапана, и поверните золотник по часовой стрелке до максимума.
• Если в спиртовой колонке есть воздушные карманы (поднятие уровня спирта в измерительной трубке путем всасывания), они будут выдуваться в резервуар со спиртом.
• Настройка «нулевой точки» осуществляется путем установки держателя в наклонное положение (перед этим стопор 3-ходового клапана поворачивается против часовой стрелки до положения упора)
• Проверьте горизонтальное положение прибора, когда он прикреплен к объекту измерения (при необходимости используйте уровень)
• Начните процедуру подсчета после максимального поворота крышки 3-ходового клапана по часовой стрелке.

Этанол можно окрасить метиловым красителем (50 мг/1 л спирта), который делает мениск более заметным. Показания точны с точностью до одного деления шкалы.

Гарантия

• Изготовитель гарантирует соответствие MMN-2400 требованиям технических условий в течение 18 месяцев со дня установки при соблюдении потребителем условий эксплуатации, транспортирования и хранения.
• Средний срок службы устройства составляет 6 лет.

Технические характеристики

Диапазон давления, Па (кгс/кв.м)	Минимальное значение шкалы, Па (кгс/кв.м)
K-value	Вверху
0,2	600 (60)	2 (0,2)
0,3	900 (90)	3 (0,3)
0,4	1200 (120)	4 (0,4)
0,6	1800 (180)	6 (0,6)
0,8	2400 (240)	8 (0,8)

Характеристики	Значение
Класс точности	1
Рабочая жидкость	Промышленный спирт
Габаритные размеры, мм	432x207x200
Вес (кг)	2,7

Комплектация

1. Микрометр MMN-2400 (5)-1,0 — 1 шт.
2. Сальниковая набивка — 5 г.
3. Стержень — 1 шт.
4. Вкладыш — 3 шт.
5. Стеклянная трубка — 1 шт.
6. Сменное кольцо — 4 шт.
7. Документация: Паспорт и руководство пользователя — 1 шт.

Аналоги Микроманометр ММН-2400

Вторичное оборудование VMD 4882-03
Компенсированный микроомметр MKV-250
Дифманометр DM-3583M, DMT-3583M
Манометр DM2005Cr