Как определить давление по манометру

Что измеряет манометр и какое давление показывает

Ни одно современное здание не обходится без отопительной системы. А для ее стабильной и безопасной эксплуатации требуется точный контроль давления теплоносителя. Если давление в пределах гидравлического графика стабильное, то отопительная система работает нормально. Однако при ее повышении появляется риск разрыва трубопровода.

Понижение давления также может привести к таким негативным последствиям, как, например, образование кавитации, то есть в трубопроводе образуются пузырьки воздуха, которые, в свою очередь, могут вызвать коррозию. Поэтому поддерживать нормальное давление крайне необходимо, и благодаря манометру это становиться возможным. Помимо отопительных систем такие приборы применяются в самых различных областях.

Описание и назначение манометра

Манометр представляет собой прибор, измеряющий уровень давления. Существуют такие виды манометров, которые применяются в самых разных отраслях, и, разумеется, для каждой из них предназначен свой манометр. Для примера можно взять барометр — прибор, предназначенный для измерения давления атмосферы. Они широко применяются в машиностроении, в сельском хозяйстве, в строительстве, в промышленности и в других сферах.

Эти приборы измеряют давление, и это понятие растяжимое, по крайней мере, и у этой величины также есть свои разновидности. Чтобы ответить на вопрос о том, какое давление показывает манометр, стоит рассмотреть этот показатель в целом. Это величина, определяющая отношение силы, действующей на единицу площади поверхности, перпендикулярно этой поверхности. Практически любой технологический процесс сопровождается этой величиной.

Виды давления:

• атмосферное — давление атмосферы земли, которое создается массой воздушного столба;
• абсолютное давление —это показатель, отсчет которого с учетом атмосферного, начинается с нуля;
• избыточное — под избыточным подразумевают разность двух показателей атмосферного и абсолютного;
• вакуум или, другими словами, разряженное — наоборот, представляет собой разницу абсолютного и атмосферной или барометрической величины;
• дифференциальное — это разность между двумя измеряемыми показателями, которые не имеют отношения к природным показателям.

Для измерения каждого из перечисленных выше видов показателей существуют определенные типы манометров.

Классификация приборов

Типы манометров различаются по двум признакам: по виду измеряемого ими показателя и по принципу действия.

По первому признаку они подразделяются на:

• приборы, предназначенные для измерения атмосферного давления, иначе они называются барометры;
• приборы, измеряющие избыточное и абсолютное;
• вакуумметры, призваны измерять разность атмосферного и абсолютного давлений;
• напорометры, измеряют малое (до 40 кПа) избыточное давление;
• тагометры, вид вакуумметра, которое измеряет избыточное давление верхнего предела 40 кПа;
• дифференциальные манометры, измеряют разность давлений.

Они работают по принципу уравновешивания разницы давлений определенной силой. Поэтому устройство манометров разное, в зависимости от того, как именно происходит это уравновешивание.

По принципу действия они делятся на:

• жидкостные, уравновешивание разницы давлений в таких приборах происходит за счет гидростатического давления столба жидкости, в устройстве используется принцип сообщающихся сосудов;
• пружинные имеют простую конструкцию, и широко применяются для измерения давления среды в широких диапазонах;
• мембранные, основаны на пневматической компенсации, уравновешивание давления происходит за счет силы упругости мембранной коробки;
• электроконтактные, применяются в автоматических системах контроля и сигнализации, поскольку с их помощью можно регулировать измеряемую среду благодаря встроенному в корпус электроконтактному механизму;
• дифференциальные используются для измерения уровня жидкостей под напором расхода жидкости, пара и газа с помощью диафрагм.

По назначению существуют такие виды манометров, как:

• общетехнические приборы применяются для измерения напора жидкостей, газов и паров, химически нейтральных к сплавам меди;
• кислородные, они производятся в корпусах голубого цвета с указанием О2 на циферблате, применяются для измерения кислородного давления в баллонах или вакуумах;
• ацетиленовые применяются для контроля избыточного давления ацетилена;
• эталонные применяются в целях проверки других приборов, поскольку они обладают большой точностью;
• судовые применяются в судах и морском транспорте;
• железнодорожные используются на железнодорожном транспорте;
• самопишущие имеют встроенный механизм, который позволяет воспроизводить на бумаге результат работы.

Устройство и принцип действия

Устройство манометра может иметь различную конструкцию в зависимости от вида и предназначения. Так, например, устройство, измеряющее напор воды, имеет довольно простую и понятную конструкцию. Она состоит из корпуса и шкалы с циферблатом, которая отображает значение. В корпусе имеется встроенная пружина трубчатая либо мембрана с держателем, трипко-секторным механизмом и упругий элемент. Прибор функционирует по принципу уравнивания давления за счет силы изменения формы (деформации) мембраны либо пружины. А деформация, в свою очередь, приводит в движение чувствительный упругий элемент, действие которого отображается на шкале с помощью стрелки.

Жидкостные манометры состоят из длинной трубки, которую наполняют жидкостью. В трубке с жидкостью находится подвижная пробка, на которую влияет рабочая среда, измерять силу напора следует в зависимости от перемещения уровня жидкости. Манометры могут предназначаться для измерения разницы, такие устройства состоят из двух трубок.

Поршневые — состоят из цилиндра и поршня, расположенного внутри. Рабочая среда, в которой измеряется давление воздействует на поршень и уравновешивается грузом некоторой величины. Когда показатель изменяется, поршень перемешается и приводит в действие стрелку, которая показывает значение давления.

Термопроводные состоят из нити накаливания, которые нагреваются, когда через них пропускается электрический разряд. Принцип работы таких приборов основан на снижении теплопроводности газа с давлением.

Манометр Пирани назван так в честь Марчелло Пирани, который впервые сконструировал устройство. В отличие от термопроводных, состоит из металлической проводки, которая также нагревается во время прохождения через нее тока и охлаждается под воздействием рабочей среды, а именно газа. При уменьшении давления газа снижается и эффект охлаждения, а температура проводки возрастает. Величина измеряется посредством измерения напряжения в проводе во время прохождения через нее тока.

Ионизационные являются самыми чувствительными устройствами, которые используются для вычисления малых давлений. Как следует из названия устройства, его принцип работы основывается на измерении ионов, которые образуются под воздействием электронов на газ. Количество ионов зависит от плотности газа. Однако ионы имеют очень нестабильную природу, которая напрямую зависит от рабочей среды газа или пара. Поэтому для уточнения применяются другой вид манометра Мак Леода. Уточнение происходит за счет сравнения показателей ионизационного манометра, с показаниями прибора Мак Леода.

Существует два вида ионизационных устройств: с горячим и холодным катодом.

Первый вид был сконструирован Баярдом Аллертом, состоит из электродов, которые работают в режиме триода, а в качестве катода выступает нить накала. Самый распространённый вид горячего катода — ионный манометр, в конструкции которого помимо коллектора, нити и сетки встроен небольшой ионный коллектор. Такие приборы очень уязвимы, они могут легко потерять калибровку, в зависимости от условий работы. Поэтому показания этих приборов всегда логарифмичны.

Холодный катод также имеет свои разновидности: интегрированный магнетрон и манометр Пеннинга. Их главное отличие заключается в положении анода и катода. В конструкции этих приборов нет нити накалывания, поэтому им для работы им требуется напряжение до 0,4 кВт. Использовать такие устройства не эффективно при низком уровне давления. Поскольку они могут просто не заработать и не включиться. Принцип их работы основан на выработке тока, что невозможно при полном отсутствии газа, особенно для манометра Пеннинга. Так как устройство работает только в определенном магнитном поле. Оно необходимо для создания нужной траектории движения ионов.

Маркировка по цвету

Манометры, измеряющие давление газа, имеют цветные корпуса, их специально окрашивают в различные цвета. Существует несколько основных цветов, которые используются для окрашивания корпуса. Как, например, манометры, которые измеряют давление кислорода, имеют корпус голубого цвета с условным обозначением О2, аммиачные манометры имеют корпус, окрашенный в желтый цвет, ацетиленовые — белого цвета, водородные — темно-зеленого, хлорные — серого. Приборы, измеряющие давление горючих газов, окрашиваются в красный цвет, а негорючих —черный.

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.

Класс точности прибора

Манометров очень много, и каждому виду присваивается определенный класс точности согласно предписаниям ГОСТ, под которым понимается допустимая погрешность, выражающаяся в процентном отношении к диапазону измерений.

Существует 6 классов точности: 0,4; 0,6; 1; 1,5; 2,5; 4. У каждого типа манометра они также различаются. Приведенный выше список относится к рабочим манометрам. Для пружинных устройств, к примеру, соответствуют следующие показатели 0,16; 0,25 и 0,4. Для поршневых — 0,05 и 0,2 и так далее.

Класс точности имеет обратно пропорциональную зависимость от диаметра шкалы прибора и от типа прибора. То есть, если диаметр шкалы больше, то точность и погрешность манометра уменьшается. Класс точности условно принято обозначать следующими латинскими буквами KL также можно встретить и CL, которая указывается на шкале прибора.

Значение погрешности можно вычислить. Для этого используется два показателя: класс точности или KL и диапазон измерений. Если класс точности (KL) равен 4, то диапазон измерений составит 2,5 МПа (Мегапаскаль), а погрешность будет равна 0,1 МПа. Вычисляется по формуле произведение класса точности и диапазона измерений, деленное на 100. Поскольку погрешность выражается в процентах, результат нужно переводить в проценты путем деления на 100.

Помимо основного вида, существует и дополнительная погрешность. Если для вычисления первого вида используются идеальные условия или натуральные величины, влияющие на особенности конструкции прибора, то второй вид напрямую зависит от условий. Например, от температуры и вибрации или других условий.

Что такое манометр, как устроен и расчет

В данной статье мы разберем что такое манометр, как он устроен и как рассчитывается давление.

Манометр может быть любым устройством, которое измеряет давление. Однако, если не оговорено иное, термин «манометр» чаще всего относится конкретно к U-образной трубке, частично заполненной жидкостью. Вы можете легко построить этот тип манометра как часть лабораторного эксперимента, чтобы продемонстрировать влияние давления воздуха на столбе жидкости.

Манометр — это научный прибор или датчик, который измеряет давление.

Строим простой манометр

Простой манометр можно построить, частично заполнив прозрачную пластиковую трубку цветной жидкостью, чтобы можно было легко наблюдать за уровнем жидкости. Затем трубка сгибается в U-образную форму и фиксируется в вертикальном положении. В этой точке уровни жидкости в двух вертикальных колоннах должны быть одинаковыми, так как они в настоящее время подвергаются воздействию одинакового давления. Поэтому этот уровень отмечен и обозначен как нулевая точка манометра.

Измерение давления

Манометр расположен напротив измеренной шкалы, чтобы обеспечить любую разницу в высоте двух столбцов. Этот перепад высот может быть использован непосредственно для сравнительного сравнения различных испытательных давлений. Манометр этого типа также можно использовать для расчета абсолютного давления, когда плотность жидкости в манометре известна.

Как это устроено

Один конец трубки соединен с газонепроницаемым уплотнением с источником испытательного давления. Другой конец трубки остается открытым для атмосферы и, следовательно, будет подвергаться давлению приблизительно 1 атмосфера (атм). Если испытательное давление превышает контрольное давление в 1 атм, жидкость в испытательной колонне направляется вниз по колонне. Это приводит к тому, что жидкость в контрольной колонне поднимается на равную величину.

Расчет давления

Давление, оказываемое столбом жидкости, может быть задано уравнением P = hgd. В этом уравнении P — расчетное давление, h — высота жидкости, g — сила тяжести, а d — плотность жидкости. Поскольку манометр измеряет перепад давления, а не абсолютное давление, мы используем замену P = Pa — P0. В этой замене Pa — это испытательное давление, а P0 — контрольное давление.

Пример: использование манометра

Предположим, что жидкость в манометре представляет собой ртуть, а высота жидкости в контрольной колонке на 0,02 метра выше, чем высота жидкости в испытательной колонне. Используйте 13 534 килограмма на кубический метр (кг / м ^ 3) для плотности ртути и 9,8 метра в секунду в квадрате (м / с ^ 2) для ускорения силы тяжести. Вы можете рассчитать перепад давления между двумя колоннами как hgp = 0,02 x 9,8 x 13 534 = приблизительно 2 653 кг • м-1 • с-2. Для единиц давления вы можете использовать паскаль, с приблизительно 101 325 паскалями, равными 1 атм давления. Следовательно, перепад давления в манометре составляет Pa — P0 = 2653 / 101,325 = 0,026 атм. Итак, давление в испытательной колонне (Па) равно P0 + 0,026 атм = 1 + 0,026 атм = 1,026 атм.

Манометры- измерительная шкала

Манометры. Стандартные измерительные шкалы

Виброустойчивые манометры – это механические приборы для измерения давления в системах подачи неагрессивных газообразных и жидких сред. Особенность конструкции этих приборов заключается в заполнении внутренней полости жидкостью для повышения устойчивости к воздействию вибрации и пульсации. Благодаря этому такие манометры применяются на промышленных предприятиях, в энергетических комплексах, а также системах бытового снабжения.

Диапазон измерения – один из самых важных параметров прибора.

Стандартный ряд давлений для манометров:

0-1, 0-1.6, 0-2.5, 0-4, 0-6, 0-10, 0-16, 0-25, 0-40, 0-60, 0-100, 0-160, 0-250, 0-400, 0-600, 0-1000 кгс/см2=бар=атм=0.1Мпа=100кПа

Кроме того, при выборе манометра необходимо обращать внимания на такие параметры как диаметр и класс точности.

Диаметр манометра — это важный параметр для манометров в круглом корпусе. Стандартный ряд диаметров для манометров: 40, 50, 63, 80, 100, 150, 160, 250 мм.

Класс точности — это допустимый процент погрешности измерения от шкалы измерения.

Стандартный ряд классов точности для манометров: 4, 2.5, 1.5, 1, 0.6, 0.4, 0.25, 0.15.

Какую шкалу выбрать

Если Вы не знаете, какую шкалу купить, то выбор диапазона происходит довольно просто, главное чтобы рабочее давление попадало в диапазон от 1/3 до 2/3 шкалы измерения. Например, обычно в трубе давление воды 5.5 атм. Для стабильной работы нужно выбирать прибор со шкалой 0-10 атм, так как давление 5.5атм попадает в диапазон от 1/3 до 2/3 шкалы 3.3 атм и 6.6 атм соответственно. Многие задаются вопросом — что случится, если рабочее давление будет менее 1/3 шкалы или больше 2/3 шкалы измерения? Если измеряемое давление меньше 1/3 шкалы, то резко возрастет погрешность измерения давления. Если измеряемое давление больше 2/3 шкалы, тогда механизм прибора будет работать в режиме перегрузки и может выйти из строя раньше гарантийного срока.

Как самому рассчитать погрешность манометра?

Допустим у Вас манометр на 10 атм классом точности 1.5. Это значит, что допустимая погрешность манометра 1.5% от шкалы измерения, т. е. 0.15 атм. Если погрешность прибора больше — то прибор необходимо менять. Понять без специального оборудования исправный прибор или нет, исходя из нашего опыта, почти невозможно. Принять решение о несоответствии класса точности может только организация, у которой есть проверочная установка с эталонным манометром с классом точности в четыре раза меньше, чем класс точности проблемного манометра. Два прибора устанавливаются на линию с давлением и сравниваются два показания.

Выбираем шинный манометр — подешевле и поточнее

Эксперты «За рулем» протестировали полтора десятка автомобильных манометров, как механических, так и электронных, и знают, какой лучше приобрести.

Неправильное давление в шинах влияет на десяток параметров автомобиля — от расхода топлива, управляемости и тормозного пути до ресурса шин и подвески. В любом автомобильном компрессоре есть встроенный манометр, но точность подобных приборов не ахти, поэтому отдельный манометр в хозяйстве все-таки нужен. Особенно в межсезонье, поскольку при падении температуры окружающего воздуха на 10 °C давление в шинах уменьшается приблизительно на 0,1 бар. И если последний раз давление выставляли в летний зной, то осень шины могут встретить с недостаточным давлением.

Мы приобрели полтора десятка разнооб­разных манометров, как механических, так и электронных. Сознательно не удостоили вниманием дешевые манометры-брелоки, а также дорогущие профессиональные приборы. Не брали на тест и манометры с широким диапазоном измерений (до 10,0 бар), предназначенные для грузового транспорта. Причина простая: относительная погрешность измерений в начале шкалы априори значительно больше, чем в ее конце. А при замерах давления на легковушках, у которых реальное давление в шинах гораздо ниже, чем у грузовиков, стрелке широкодиапазонных приборов придется трудиться именно в начале шкалы.

На фото приборы расположены в алфавитном порядке. Все результаты замеров относятся только к данной выборке изделий и не могут служить основанием для выводов о качестве всей продукции той или иной фирмы.

Методика испытаний

Проверку точности измерений мы проводили в двух «реперных точках» — 2,0 и 2,6 бар. В этот диапазон попадают значения, рекомендованные для большинства легковушек.

В качестве образцового манометра использовали поверенный Intercomp 360090. Каждый из тестируемых приборов поочередно проверяли с двумя шинами, накачанными соответственно до 2,0 и 2,6 бар. После каждой проверки очередного изделия давление в шинах контролировали образцовым манометром, при необходимости подкачивая их.

Помимо точности показаний оценивали удобство подсоединения, способность запоминать результат (это умеют не все), возможность отсчета в разных единицах измерения, наличие подсветки. Часть приборов снабжена дефлятором для стравливания воздуха в процессе измерения. Имея такой манометр, целесообразно немного перекачивать все шины, а затем точно подгонять давление.

Замеры проводили при температуре +25 °C. Если испытываемый манометр выдает показания не в барах, мы пересчитывали их, чтобы сопоставить с показаниями образцового манометра.

Ориентировочная цена 80 руб.
Заявленный диапазон измерений до 3,5 атм

Дешевый манометр забавной конструкции в обоих замерах завысил истинное значение давления примерно на 0,1 бар. Выдвижной шток, обработанный заводской смазкой, придется тщательно оберегать от попадания песка и пыли.

Ориентировочная цена 320 руб.
Заявленный диапазон измерений до 4 атм

В исходном состоянии трубка была почти полностью вывернута. Головка изделия поворотная. Но одно никак не связано с другим — а неопытный пользователь решит, что «так и должно быть». Манометр запоминает результаты измерений. Показал абсолютно точное давление в первом замере и недобрал до истины примерно 0,6 бар во втором. Два крепежных винта в самой «ходовой» части шкалы неуместны.

Ориентировочная цена 450 руб.
Заявленный диапазон измерений 0–7,0 атм

Симпатичное изделие с чехлом в комплекте корректно отработало в обеих «точках». Подсветки нет. Показания запоминает.

Ориентировочная цена 525 руб.
Заявленный диапазон измерений 0–7,0 атм

Тяжелый прибор приятно взять в руки — добротная вещь. Есть подсветка, удобная и яркая. Показания в обеих «точках» практически не отличаются от истинных. Данные запоминает.

Ориентировочная цена 380 руб.
Заявленный диапазон измерений —

Трубка прибора в состоянии поставки была выкручена полностью, поэтому манометр сильно травил воздух. После закручивания он всё равно продолжил подвирать, занизив показания в выбранных «точках» на 0,15 и 0,25 бар соответственно. Результаты измерений запоминает.

Ориентировочная цена 1155 руб.
Заявленный диапазон измерений 0–2,5 атм

Этот довольно дорогой прибор с заявленным диапазоном до 2,5 атм не обязан измерять давление 2,6 бар. Сбросили давление в шине до предела его возможностей, и он отработал точно. Есть дефлятор. Запоминать измеренные значения не умеет.

Ориентировочная цена 950 руб.
Заявленный диапазон измерений 0,15–7,00 бар

Цифровой китайский прибор показал 2,05 бар вместо требуемых 2,0, зато 2,6 бар измерил четко. Показания запоминает.

Ориентировочная цена 1650 руб.
Заявленный диапазон измерений 0–7 атм

Самый дорогой в нашей выборке прибор не запоминает результаты измерений. Навёртывать массивную муфту очень удобно. Есть дефлятор. Показания расходятся с истинными на сотые доли бара.

Ориентировочная цена 380 руб.
Заявленный диапазон измерений 0,0–4,5 бар

Наш экземпляр оказался некондиционным: трубка болтается, резинка держится плохо. А если затянуть всё как следует, прибор… перестает работать. Впрочем, при ослабленном креплении показания точны.

Ориентировочная цена 450 руб.
Заявленный диапазон измерений —

Прибор показал верные цифры, но… неверные результаты, поскольку отградуирован в кг/см², а не в барах. При пересчете имеем занижение параметров на пару процентов. Запоминать показания не обучен.

Ориентировочная цена 700 руб.
Заявленный диапазон измерений 0,15–7,00 бар

Из всех цифровых приборов в нашей выборке этот — худший. Показания занижает примерно на 0,1 бар; держать его в момент измерения неудобно: два раза выскальзывал из рук.

Ориентировочная цена 905 руб.
Заявленный диапазон измерений 0,35–10,50 кг/см²

Прибор снабжен подсветкой, выдал правильные значения в обеих «точках».

Ориентировочная цена 235 руб.
Заявленный диапазон измерений до 4 кг/см²

Наш экземпляр оказался саморазбирающимся. Выдал точные показатели, но не в тех единицах: после пересчета из кг/см² в бары имеем занижение примерно на пару процентов. Запоминает результаты измерения. Две заклепки в середине шкалы откровенно мешают.

Ориентировочная цена 360 руб.
Заявленный диапазон измерений 0,5–7,0 бар

Пользоваться прибором такой формы неудобно: либо не подлезешь, либо показания увидишь не сразу. Точность хорошая, ошибки измерений невелики — от 0,01 до 0,04 бар.

Что в итоге?

Явных проколов наши испытания не выявили. Это хорошее подтверждение тому, что не надо покупать откровенно сувенирные побрякушки, от которых мы сразу и отказались.

Какой манометр предпочесть — механический или электронный? Электронные сразу выдают результат, не требуя от владельца умения ориентироваться в хитросплетениях малогабаритных шкал, проградуированных в разных единицах измерения. Подсветка для них также не проблема. Правда, батарейки могут разрядиться в самый неподходящий момент, ведь манометр обречен валяться в недрах багажника. Но больше других нам приглянулся AirLine APR-МD‑06: удобный, симпатичный, не врет. Только не забывайте вовремя менять источник питания.

В чем измеряют давление

Соотношения между наиболее популярными единицами измерения давления:

• 1 бар = 0,98692 атм = 1,0197 ат (кгc/см²) = 10 5 Па = 14,504 psi;
• 1 ат = 1 кгc/см² = 0,96784 атм = 0,980665 бар = 14,223 psi;
• 1 атм = 1,01325 бар = 1,033 ат = 14,696 psi.

Даже наша небольшая выборка продемонстрировала, что каждый производитель измеряет давление по-своему. К примеру, эталонный манометр размечен в барах, прибор IMG Steel Tire Gauge V720 (№ 10) — в кг/см² и psi, Автостоп (№ 1) предпочитает атмосферы (атм — физическая атмосфера), а создатели прибора Heyner AeroStop (№ 9) явно полагают, что кг/см² и бар — это одно и то же, а потому одной шкалы на двоих им вполне ­достаточно.

• Совет: не поленитесь уточнить, каким должно быть давление в колесах вашей машины, не перепутав при этом бары с атмосферами. Затем, выбрав подходящий манометр, убедитесь, что правильно истолковываете его показания. С электронными изделиями на эту тему общаться легче: они обычно лихо перескакивают из одной системы единиц в другую — достаточно нажать на кнопочку.