1. Принцип роботи
Принцип дії манометра заснований на зрівноважуванні вимірюваного тиску силою пружної деформації трубчастої пружини або більш чутливою двохпластинчаста мембрани, один кінець якої запаяний в тримач, а інший через тягу пов'язаний з трібко-секторних механізмом, що перетворює лінійне переміщення пружного чутливого елемента в круговий рух показує стрілки.
2. Різновиди
До групи приладів вимірюють надлишковий тиск входять:
Манометри - прилади з вимірюванням від 0,06 до 1000 МПа (Вимірюють надлишковий тиск - позитивну різницю між абсолютним і барометричним тиском)
Вакуумметри - прилади вимірюють розрядження (тиску нижче атмосферного) (до мінус 100 кПа).
Мановакуумметри - манометри вимірюють як надмірне (від 60 до 240000 кПа), так і вакуумметрическое (до мінус 100 кПа) тиск.
Напоромери -манометри малих надлишкових тисків до 40 КПа
Тягоміри -вакуумметри з межею до мінус 40 КПа
Тягонапороміри -мановакуумметри з крайніми межами не перевищують ± 20 кПа
Дані наведені згідно ГОСТ 2405-88
Більшість вітчизняних та імпортних манометрів виготовляються відповідно до загальноприйнятих стандартів, в зв'язку з цим манометри різних марок замінюють один одного. При виборі манометра потрібно знати: межа вимірювання, діаметр корпусу, клас точності приладу. Також важливі розташування і різьблення штуцера. Ці дані однакові для всіх випущених в нашій країні і Європі приладів.
Також існують манометри вимірюють абсолютний тиск, тобто надлишковий тиск + атмосферний
Прилад, що вимірює атмосферний тиск, називається барометром.
3. Типи манометрів
Залежно від конструкції, чутливості елемента розрізняють манометри рідинні, вантажопоршневі, деформаційні (з трубчастою пружиною або мембраною). Манометри поділяються за класами точності: 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 (чим менше число, тим точніше прилад).
Манометр низького тиску (СРСР)
4. Види манометрів
За призначенням манометри можна розділити на технічні - загальнотехнічні, електроконтактні, спеціальні, самопішушіе, залізничні, вібростійкі (гліцерінонаповнений), суднові і еталонні (зразкові).
Загальнотехнічні: призначені для вимірювання неагресивних до сплавів міді рідин, газів і парів.
Електроконтактні: мають можливість регулювання вимірюваного середовища, завдяки наявності електроконтактного механізму. Особливо популярним приладом цієї групи можна назвати ЕКМ 1У, хоча він давно знятий з виробництва.
Спеціальні: кіслородние- повинні бути знежирені, так як іноді навіть незначне забруднення механізму при контакті з чистим киснем може призвести до вибуху. Часто випускаються в корпусах блакитного кольору з позначенням на циферблаті О2 (кисень); ацетиленові -не допускають у виготовленні вимірювального механізму сплавів міді, так як при контакті з ацетиленом існує небезпека утворення вибухонебезпечної ацетіленістой міді; аміачні-повинні бути коррозіестоікімі.
Еталонні: володіючи більш високим класом точності (0,15; 0,25; 0,4) ці прилади служать для повірки інших манометрів. Встановлюються такі прилади в більшості випадків на грузопоршневой манометрах або будь-яких інших установках здатних розвивати потрібний тиск.
Суднові манометри призначені для експлуатації на річковому і морському флоті.
Залізничні: призначені для експлуатації на Ж / Д транспорті.
Самопішушіе: манометри в корпусі, з механізмом дозволяє відтворювати на діаграмних папері графік роботи манометра.
5. термопровідні
Термопровідні манометри грунтуються на зменшенні теплопровідності газу з тиском. У таких манометрах вбудована нитка розжарення, яка нагрівається при пропущенні через неї струму. Термопара або датчик визначення температури через опір (ДОТС) можуть бути використані для вимірювання температури нитки розжарення. Ця температура залежить від швидкості з якою нитка розжарення віддає тепло навколишньому газу і, таким чином, від термопровідні. Часто використовується манометр Пірані, в якому використовується єдина нитка розжарення з платини одночасно як нагрівальний елемент і як ДОТС. Ці манометри дають акуратні свідчення в інтервалі між 10 і 10 -3 мм рт. ст. але вони досить чутливі до хімічного складу вимірюваних газів.
5.1. Дві нитки розжарювання
Одна дротяна котушка використовується в якості нагрівача, інша ж використовується для вимірювання температури через конвекцію.
5.2. Манометр Пірані (oдна нитка)
Манометр Пірані складається з металевого дроту, відкритою до вимірюваного тиску. Дріт нагрівається протікає через неї струмом і охолоджується навколишнім газом. При зменшенні тиску газу, охолоджуючий ефект теж зменшується і рівноважна температура дроту збільшується. Опір дроту є функцією температури: вимірюючи напругу через дріт і поточний через неї струм, опір (і таким чином тиск газу) може бути визначено. Цей тип манометра був вперше сконструйований Марчелло Пірані.
Термопарний і термісторний манометри працюють схожим чином. Відмінність же в тому, що термопара і термістор використовуються для вимірювання температури нитки розжарювання.
Вимірювальний діапазон: 10 -3 - 10 мм рт. ст. (Грубо 10 -1 - 1000 Па)
5.3. іонізаційний манометр
Іонізаційні манометри - найбільш чутливі вимірювальні прилади для дуже низьких тисків. Вони вимірюють тиск побічно через вимір іонів утворюються при бомбардуванні газу електронами. Чим менше щільність газу, тим менше іонів буде утворено. Калібрірованіе іонного манометра - нестабільно і залежить від природи вимірюваних газів, яка не завжди відома. Вони можуть бути откалібріровани через порівняння з показаннями манометра Мак Леода, які значно більш стабільні і незалежні від хімії.
Термоелектрони соударяются з атомами газу і генерують іони. Іони притягуються до електрода під відповідним напругою, відомим як колектор. Струм в колекторі пропорційний швидкості іонізації, яка є функцією тиску в системі. Таким чином, вимір струму колектора дозволяє визначити тиск газу. Є кілька підтипів іонізаційних манометрів.
Вимірювальний діапазон: 10 -10 - 10 -3 мм рт. ст. (Грубо 10 -8 - 10 -1 Па)
Більшість іонних манометрів діляться на два види: гарячий катод і холодний катод. Третій вид - це монометра з обертовим ротором більш чутливий і доріг, ніж перші два і тут не обговорюється. У разі гарячого катода електрично нагрівається нитка розжарення створює електронний промінь. Електрони проходять через манометр і іонізують молекули газу навколо себе. Утворені іони збираються на негативно зарядженому електроді. Струм залежить від числа іонів, яке, в свою чергу, залежить від тиску газу. Манометри з гарячим катодом акуратно вимірюють тиск в діапазоні 10 -3 мм рт. ст. до 10 -10 мм рт. ст. Принцип манометра з холодним катодом той же, виключаючи, що електрони утворюються в розряді створеним високовольтним електричним розрядом. Манометри з холодним катодом акуратно вимірюють тиск в діапазоні 10 -2 мм рт. ст. до 10 -9 мм рт. ст. Калібрірованіе іонізаційних манометрів дуже чутливо до конструкційної геометрії, хімічним складом вимірюваних газів, корозії і поверхневим напиленням. Їх калібрування може стати непридатною при включенні при атмосферному і дуже низькому тиску. Склад вакууму при низькому тиску звичайно непередбачуваний, тому мас-спектрометр повинен бути використаний одночасно з іонізаційним манометром для точних вимірювань.
5.4. Гарячий катод
Іонізаційний манометр з гарячим катодом Баярд-Алперта зазвичай складається з трьох електродів працюють в режимі тріода, де катодом є нитка розжарення. Три електрода - це колектор, нитка розжарення і сітка. Струм колектора вимірюється в пікоампер електрометром. Різниця потенціалів між ниткою напруження і землею зазвичай становить 30 В, в той час як напруга сітки під постійним напраженіем - 180-210 вольт, якщо немає опціоноальной електронного бомбардування, через нагрівання сітки, яка може мати високий потенціал приблизно 565 Вольт. Найбільш поширений іонний манометр - це гарячим катодом Баярд-Алперта з маленьким іонним колектором всередині сітки. Скляний кожух з отвором до вакууму може оточувати електроди, але зазвичай він не використовується і манометр вбудовується в вакуумний прилад безпосередньо і контакти виводяться через керамічну плату в стіні ваккумного пристрою. Іонізаційні манометри з гарячим катодом можуть бути пошкоджені або втратити калібрування якщо вони включаються при атмосферному тиску або навіть при низькому вакуумі. Вимірювання іонізаційних манометрів з гарячим катодом завжди логарифмічність.
Електрони випущені ниткою розжарення рухаються кілька разів в прямому і зворотному напрямку навколо сітки поки не потраплять на неї. При цих рухах, частина електронів стикається з молекулами газу і формує електрон-іонні пари (електронна іонізація). Число таких іонів пропорційно щільності молекул газу помноженій на термоелектронний струм, і ці іони летять на колектор, формуючи іонний струм. Так як щільність молекул газу пропорційна тиску, тиск оцінюється через вимір іонного струму.
Чутливість до низького тиску манометрів з гарячим катодом обмежена фотоелектричним ефектом. Електрони, вдаряють в сітку, виробляють рентгенівські промені, які виробляють фотоелектричний шум в іонному колекторі. Це обмежує діапазон старих манометрів з гарячим катодом до 10 -8 мм рт. ст. і Баярд-Алперта приблизно до 10 -10 мм рт. ст. Додаткові дроти під потенціалом катода в промені огляду між іонним колектором і сіткою запобігають цей ефект. У типі вилучення іони притягуються не проводити, а відкритим конусом. Оскільки іони не можуть вирішити, яку частину конуса вдарити, вони проходять через отвір і формують іонний промінь. Цей промінь іона може бути переданий нa кухоль Фарадея.
5.5. холодний катод
Існує два види манометрів з холодним катодом: манометр Пеннінга (введений Максом Пеннінга), і інвертований магнетрон. Главноое відмінність між ними полягає в положенні анода щодо катода. У жодного з них немає нитки розжарювання, і кожному з них потрібна напруга до 0,4 кВ для функціонування. Інвертовані магнетрони можуть вимірювати тиску до 10 -12 мм рт. ст.
Такі манометри не можуть працювати якщо іони, які генеруються катодом рекомбінують перш, ніж вони досягнуть анод. Якщо середня довжина вільного пробігу газу менше, ніж розміри манометра, тоді струм на електроді зникне. Практична верхня межа вимірюваного тиску манометра Пеннінга 10 -3 мм рт. ст.
Точно так же манометри з холодним катодом можуть не включитися при дуже низькому тиску, так як майже повна відсутність газу заважає встановлювати електродний струм - особливо в манометрі Пеннінга, який використовує допоміжне симетричне магнітне поле, щоб створити траєкторії іонів порядку метрів. У навколишньому повітрі підходящі іоние пари формуються за допомогою впливу космічної радіації; в манометрі Пеннінга вжито заходів, щоб полегшити установку шляху розряду. Наприклад, електрод в манометрі Пеннінга зазвичай точно звужується, для полегшення польової емісії електронів.
Цикли обслуговування манометрів з холодним катодом взагалі вимірюються роками, в залежності від газового типу і тиску, в якому вони працюють. Використовуючи манометр з холодним катодом в газах з істотними органічними компонентами, такими як залишки масла насоса, може привести до зростання тонких вуглецевих плівок в межах манометра, які в кінцевому рахунку замиканут електроди манометра, або перешкоджають гереаціі шляху розряду.
6. Застосування манометрів
Манометри застосовуються у всіх випадках, коли необхідно знати, контролювати і регулювати тиск. найбільш часто манометри застосовують в теплоенергетиці, на хімічних, нафтохімічних підприємствах, підприємствах харчової галузі.
7. Кольорове маркування
Досить часто корпусу манометрів, службовців для вимірювання тиску газів, фарбують в різні кольори. Так манометри з блакитним кольором корпусу призначені для вимірювання тиску кисню. Жовтий колір корпусу мають манометри на аміак, білий - на ацітелен, темно-зелений - на водень, сірувато-зелений - на хлор. Манометри на пропан і інші горючі гази мають червоний колір корпусу. Корпус чорного кольору мають манометри призначені для роботи з негорючими газами.