Единицы измерения давления и разряжения. Приборы для измерения давления.

 

 Давление. Единицы измерения давления и виды давлений.

Давлением называется величина, выражающая отношение силы приложенной к единице площади. В соответствии с международной системой СИ за единицу измерения давления принят Паскаль - (Ра), который равен давлению, создаваемому силой в один ньютон (N), на площадь 1 м².

Р=F/S. 1Па= 1Н/ м². 1 МПа=1000 кПа=1 000 000 Па.

 

К внесистемным единицам измерения давления относят: кгс/см², кгс/м², мм рт. ст., мм вд. ст. В нашей газовой отрасли в основном применяют следующие единицы измерения давления: Па и кгс/см. кв. (техническая атмосфера) и мм.вод.ст.

Поэтому необходимо знать соотношения между этими величинами.

                                                             1 кгс/см² = 98066,5 Ра @ 100 kPa@ 0,1 MPa;

1мм ртутного столба = 133,32 Па;

1мм вод. ст. = 10 Па;

1 кгс/ см2 = 98066,5 Па ≈ 100 кПа;

 

Различаются следующие виды давления:

· абсолютное (P_А), полное давление, под которым находится вещество, за начало принимают абсолютный ноль давления:

P_А = P + P_Б; 

Абсолютный ноль может существовать либо в замкнутом объеме, из которого удалены все молекулы, либо при полном прекращении движений молекул, т.е. при Т= 0 К.

·  атмосферное или барометрическое (P_Б), - давление окружающего воздуха

(переменная величина);

· избыточное давление (P), - разность между абсолютным давлением и барометрическим:

P = P_А - P_Б;

· разрежение (P_Р) - разность между барометрическим и абсолютным давлением (остаточное давление):

P_Р = P_Б - P_А ,   (при определенных значениях - вакуум).

Вакуум - глубокое разрежение - менее 66650 Па.

 

 Приборы для измерения давления классифицируются по следующим признакам.

По роду измеряемой величины:

· для измерения атмосферного давления - барометры;

· для измерения избыточного давления - манометры, микроманометры, напоромеры;

· для измерения разряжения и вакуума - вакуумметры, тягомеры;

· для измерения избыточного давления и разряжения - тягонапоромер;

· для измерения разности 2-х давлений - дифференциальные манометры.

 

По принципу действия:

· жидкостные манометры (U - образные, колокольные, компрессионные и др.);

· грузопоршневые манометры;

· деформационные манометры (мембранные, сильфонные, трубчато-пружинные, с вялой мембраной);

· унифицированные датчики давления;

 

Жидкостные манометры.

Принцип действия жидкостных манометров основан на том, что измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости.

 U-образный манометр состоит из U-образной стеклянной трубки, заполненной жидкостью, прямолинейной миллиметровой шкалы. Шкала чаще всего бывает двусторонней с нулевой отметкой по середине, поэтому необходимо считать 1 мм шкалы равным 2 мм вд. ст. К одному концу трубки по гибкой резиновой или пластмассовой трубке подводится давление измеряемой среды. Под действием этого давления вода в одном колене трубки понижается, а в другом – повышается.

При частых изменениях давления измеряемой среды уровень жидкости в трубках колеблется, в связи с чем трудно производить точный отсчет в обеих трубках одновременно. В этом случае более удобен однотрубный (чашечный) манометр. Он состоит из сосуда (чаши), сечение которого во много раз больше сечения трубки. При изменении давления уровень жидкости в трубке малого сечения поднимается на большую величину, в то время как в чаше большего сечения опускается незначительно. Поэтому показания прибора можно отсчитывать только по изменению уровня жидкости в трубке малого сечения, пренебрегая изменением уровня в чаше.

При отсчете показаний стеклянных жидкостных манометров невооруженным глазом для исключения явления параллакса необходимо следить за тем, чтобы глаз наблюдателя находился строго на уровне мениска столбика.

Жидкостные манометры ремонту не подвергаются. Для поддержания их в технически исправном состоянии осуществляют следующие мероприятия при техническом обслуживании:

· выявляют отсутствие разрывов столбика жидкости в манометрических трубках и следов испарения манометрической жидкости и в случае обнаружения устраняют;

· у манометров со вложенной шкалой проверяют смещение нуля шкалы относительно горизонтали (уровень в сообщающихся сосудах).

При выходе из строя трубок, подводящих давление к манометру, их заменяют новыми.

 Грузопоршневые манометры.

Грузопоршневые манометры (ГМП)– образцовые приборы, которые могут создать и измерять высокое давление (до 250 Мпа) при помощи поршня с грузами, воздействующими на замкнутый объём жидкости.

      В этих приборах измеряемое давление определяется по величине нагрузки, воздействующей на поршень определенной площади. Грузопоршневые манометры имеют высокую точность (0,02; 0,05; 0,2) и широкий диапазон измерения (0,1- 250 МПа). Обычно их применяют для градуировки и поверки манометров. 

Поршень ГПМ и внутренняя поверхность колонки пришлифовываются, в результате чего между ними образуется незначительный (3-5 мкм) кольцевой зазор, который препятствует поступлению масла наружу и способствует движению поршня с малым трением.

       Давление масла при равновесном состоянии системы уравновешивается грузами и весом поршня с учетом рабочей площади поршня.

Достоинства ГПМ: - эти приборы обладают высокой чувствительностью и точностью, поэтому предназначены для градуировки и поверки различных видов деформационных манометров.

Недостатки ГПМ: - влияние на их чувствительность трения поршня в цилиндрической колонке. В связи с этим при применении ГПМ необходимо строго соблюдать вертикальность расположения прибора и проворачивать поршень вокруг оси от руки (90 об/мин). 

Класс точности ГПМ 0,02 - 0,35.

                                

 Деформационные манометры.

 

Для измерения давления, разряжения и разности давлений в промышленных условиях наибольшее распространение получили деформационные манометры. Они охватывают диапазоны измерений от 0 -160 Ра до 0 -1000 MPa. Диапазон измерения манометров, вакуумметров и мановакуумметров определяется рядом 1; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0 и 10n, где n - целое положительное или отрицательное число. Чувствительными элементами этих приборов могут быть:

· мембрана;

· сильфон.

· серповидная трубчатая пружина (трубка Бурдона), или многовитковая трубчатая пружина (геликс);

 

 Мембранные манометры.

 

       Упругие чувствительные элементы мембранных манометров мембраны и мембранные коробки.

       Мембраны изготовляют из прорезиненной ткани, синтетических материалов, нержавеющей стали, фосфористой бронзы.

       Мембраны представляют собой гибкую тонкую, обычно гофрированную пластину. Для увеличения рабочего тягового усилия мембраны в ее центральной части устанавливают металлический диск, называемый жестким центром.

       Принцип работы: Измеряемое давление через штуцер воздействует на мембрану, которая деформируется и через передаточный механизм приводит в движение стрелку.

       Мембранные манометры, как правило, бывают показывающими и имеют предел измерения 0.02 – 3 Мпа.

       Класс точности 2.5.

 

Мембранные коробки состоят из двух мембран, которые спаяны или сварены по наружному контуру. Под действием измеряемого давления, подводимого к мембранной коробке, прогибаются обе мембраны. Результирующие перемещение центра верхней мембраны относительно нижней равно сумме прогибов обеих мембран.

 Мембранные коробки применяют в мембранных напоромерах, тягомерах, тягонапоромерах.

Датчики – реле давления имеют плоские вялые мембраны. Эти приборы выпускаются с двух- и трехпозиционными контактными устройствами.

 

 Сильфонные манометры

Сильфонные манометры используют для измерения небольших давлений и разряжений в качестве показывающих и самопищущих приборов.

Чувствительным элементом в них является сильфон, который представляет собой гофрированную тонкостенную металлическую трубку, изготовленную из высокопрочного сплава (латунь, нержавеющая сталь т т.д.).

Сильфон используется в качестве упругого чувствительного элемента, преобразующего измеряемое давление в перемещение или тяговое усилие.

 

В сильфонном манометре один конец сильфона закреплен на жестком неподвижном основании, другой – герметически закрыт. Давление подводят внутрь сильфона через основание, при этом длина сильфона увеличивается, вследствие чего стрелка прибора через систему рычагов движется по шкале. Для увеличения жесткости внутри сильфона может устанавливаться пружина.

Пределы измерений - до 2,5 МПа.

Эти приборы имеют класс точности 1 и 1.5.

 

 Пружинные манометры

Чувствительным элементом в пружинных манометрах служат трубчатые одновитковые и многовитковые пружины. Чувствительный элемент связан механически с измерительным устройством и вместе находятся в общем корпусе.

Пружина представляет собой стальную или латунную полую трубку, согнутую по окружности. Один конец пружины впаян в основание прибора. На этом основании смонтирован механизм передачи со стрелкой. Свободный конец пружины соединен через поводок (тягу) с зубчатым сектором, находящимся в зацеплении с трибкой (шестерней). На оси шестерни закреплена стрелка.

Общий принцип действия пружинных манометров состоит в том, что под действием измеряемого давления чувствительный элемент деформируется и посредством передаточного механизма деформация преобразуется в круговое движение стрелки вдоль шкалы. При этом перемещение стрелки будет пропорционально деформации чувствительного элемента, а следовательно, и измеряемому давлению. 

Манометры в свою очередь подразделяются на образцовые, контрольные и технические. Основное различие между ними – качество материала из которого изготовлена трубчатая пружина, диаметр корпуса, пределы шкалы, отделка деталей прибора в целом.

1. Образцовые манометры (типа МО) применяют для поверки и калибровке рабочих манометров, а также для точных измерений в лабораторных условиях. Dкор=160 и 250 мм, предельные значения измерения давления 0.1-60 МПа. Шкалы разбиты на 100, 250 делений. Класс точности 0.16, 0.25.

2. Контрольные манометры Dкор=160 мм, Класс точности 0.4, 0.6.

3. Технические манометры Dкор= 60-250 мм, Класс точности 0.6, 1, 1.5, 2.5 и 4.

 

Дифференциальные манометры

 

Дифференциальные манометры это приборы, предназначенные для измерения разности давлений (перепада на сужающем устройстве, на пылеуловителях и т.д.).

Классификация по принципу действия: жидкостные и деформационные

· к жидкостным относятся дифманометры с видимым мениском - поплавковые, колокольные и кольцевые (типа ДП-730);

· к деформационным - сильфонные (типа ДСС-712) и мембранные (типа