Классификация и типы
По методу измерения дифференциальные манометры подразделяются на две группы. Представителями первой группы являются механические дифманометры с чувствительными элементами в виде мембран, мембранных коробок или сильфонов. Вторую группу составляют жидкостные дифманометры с чувствительными элементами типа поплавка, колокола или полого кольца с внутренней перегородкой.
Определение величины давления в дифманометрах первой группы определяется величиной деформации упругих чувствительных элементов, а во второй группе – по величине уравновешивающего столба жидкости.
Обычно тип чувствительного элемента, воспринимающего давление контролирующей среды, содержится в названии дифманометров: мембранные, сильфонные, колокольные и т.п. Рассмотрим устройство и принцип действия каждого из этих типов.
Мембранные дифманометры. В этих приборах чувствительным элементом является металлическая или мягкая мембрана. С целью увеличения чувствительности мембраны выполняют гофрированными, из них изготавливают и мембранные коробки.
Конструктивно дифманометр (рис.1) представляет собой полый корпус с двумя герметичными камерами, образованными установкой мембраны. «Плюсовая» и «минусовая» камеры соединяются с точками отбора давления посредством импульсных трубок и вентильного блока.
Рис. 1 Мембранный дифманометр
- Катушки дифтрансформатора
- Пружина
- Сердечник дифтрансформатора
- Мембрана
- Штуцера «плюсовой» (нижней) и «минусовой» (верхней) камер.
Изменение разности давлений вызывает изменение положения мембраны, причем сила давления, действующая на мембрану, компенсируется упругостью пружины. Вместе с мембраной перемещается и связанный с ней штоком сердечник дифтрансформатора, вызывая пропорциональное изменение выходного сигнала.
Сильфонные дифманометры. Чувствительным элементом в этих дифманометрах служит сильфон – гофрированная коробка или трубка, помещенный в герметичную полость корпуса. Внутренние полости корпуса и сильфона являются рабочими камерами, соединенными с точками отбора давления. Чем больше отличаются давления в рабочих камерах, тем больше перемещение подвижной части сильфона. Подвижная часть сильфона механически связана с преобразователем перемещения в электрический сигнал.
Колокольные дифманометры. Элементом, реагирующим на изменение давления служит колокол, полупогруженный в жидкость и меняющий свое положение в функции разности давлений. Давление от точек отбора подается внутрь колокола (плюсовая камера) и в полость с жидкостью (минусовая камера). Компенсация силы, действующей на колокол, осуществляется за счет упругости пружины.
Кольцевые дифманометры. В дифманометре этого типа чувствительный элемент представляет собой полое кольцо с внутренней перегородкой. Половина полости кольца заполнена жидкостью, а давление от точек отбора подается через штуцера по обе стороны перегородки. Кольцо закреплено с возможностью поворота. При равенстве давлений одинаковые уровни жидкости оказывают одинаковое давление на перегородку – кольцо находится в равновесии. При уменьшении давления с одной из сторон перегородки, уровень жидкости в ней повысится, а в другой стороне понизится. Сила, обусловленная перепадом давлений и действующая на перегородку, повернет кольцо на угол, пропорциональный разности давлений.
Поплавковые дифманометры. В поплавковых манометрах давления жидкостей и перепадомерах о величине контролируемого параметра судят по положению подвижного поплавка. Конструктивно прибор содержит два сообщающихся сосуда разного сечения, заполненных ртутью, причем сосуд большего сечения соединен с плюсовой импульсной линией. При колебаниях перепада давления синхронно изменяется уровень ртути в плюсовом сосуде и положение находящегося в ней поплавка. Поплавок системой кинематики связан с отсчетным механизмом.
Цифровые дифманометры
Устройства этого типа кроме основных функций измерения разницы в давлении способны определять динамические показатели рабочих сред. Такие приборы обозначаются маркировкой ДМЦ-01м. Дифференциальный манометр цифровой, в частности, используется в системах контроля вентиляции производственных объектов, позволяет рассчитывать показатели потребления газа, учитывая температурные корректировки, а также вести учет средних расходов по измеренным позициям. Устройство снабжено микропроцессором, который автоматически ведет учет измерений и накопления информации по газоходу. Все получаемые сведения о результатах работы отображаются на дисплее.
Преимущества и недостатки
Жидкостные манометры имеют как сильные, так и слабые стороны. При их использовании удается оптимизировать капитальные и эксплуатационные издержки на контрольно-измерительные мероприятия. В то же время следует помнить о возможных рисках и уязвимых местах таких конструкций.
Среди ключевых преимуществ измерительных приборов с жидкостным наполнением следует отметить:
- Высокая точность измерений. Приборы с низким уровнем погрешности могут использоваться в качестве образцовых для поверки различного контрольно-измерительного оборудования.
- Простота использования. Инструкция по использованию прибора является предельно простой и не содержит каких-либо сложных или специфических действий.
- Невысокая стоимость. Цена жидкостных манометров значительно ниже по сравнению с другими типами оборудования.
- Быстрый монтаж. Подключение к целевым трубопроводам производится с помощью подводящих устройств. Осуществление монтажа/демонтажа не требует специального оборудования.
При использовании манометрических устройств с жидкостным наполнением следует учитывать и некоторые слабые стороны таких конструкций:
- Резкий скачок давления может привести к выбросу рабочей жидкости.
- Возможность автоматической фиксации и передачи результатов измерений не предусмотрена.
- Внутреннее устройство жидкостных манометров определяет их повышенную хрупкость
- Приборы характеризуются достаточно узким диапазоном измерений.
- Корректность измерений может быть нарушена некачественной очисткой внутренних поверхностей трубок.
Сильфонный дифманометр
Также этот вариант прибора называют показывающим. Конструкция сильфонных манометров основывается на двух частях – показывающей и сильфонной. Что касается первой части, то ее, как правило, представляет круглый корпус средним диаметром 150-200 мм, внутри которого заключен стрелочный трибко-секторный механизм. Цена деления обычно составляет 1 мбар, что оптимально для измерения технологических показателей давления. Дифференциальный манометр с сильфоном, в частности, используется в системах тепло-энергетики и газоснабжения, обслуживающих не агрессивные среды наподобие азота, аргона, воздуха и т. д.
Рабочая же часть устройства формируется средствами деформации упругой механики, состоящей из сильфонов, пружин и торсионной трубки. Собственно, активная среда воздействует на демпферную систему, которая передает физические сигналы элементам показывающей системы. Причем точность сильфонных устройств довольно высокая, поскольку механика не воспринимает помехи от температурно-влажностных негативных факторов.
Двухтрубные модели
Данные приборы используются для измерения показателей давления и определения разностей между ними. Это устройства с видимым уровнем, который обычно представлен в U-образной форме. По конструкции такой дифференциальный манометр представляет собой установку из двух вертикальных сообщающихся трубок, которые фиксируются на деревянной или металлической основе. Обязательным компонентом устройства является и пластинка со шкалой. В ходе подготовки к измерению трубы заполняют рабочей средой.
Далее в одну из труб начинается подача измеряемого давления. Одновременно с этим вторая труба взаимодействует с атмосферой. В процессе измерения дельты обе трубки испытывают измеряемое давление. Двухтрубный дифференциальный манометр с жидкостным заполнением используется для измерения показателей разрежения, давления неагрессивных газов и воздушных сред.
Дифференциальный манометр: виды, принцип работы
Дифференциальный манометр – это устройство, которое применяют для выполнения замера перепада давления. С его помощью можно замерить уровень жидкости, находящейся в ёмкостях с повышенным напором. Манометр этого класса может быть использован для определения расхода жидкости или газа. У дифманометра есть другое название – датчик разности давлений.
Как пример можно рассмотреть манометр дифференциальный цифровой ДМЦ 01м. Это изделие применяют для замера напора в рабочей среде. Его довольно часто устанавливают в системы приточно-вытяжной вентиляции. Манометр обеспечивает расчет параметров потока газа, в том числе скорость и расход.
Это изделие способно рассчитывать параметры потоков газа, отводимые от источника загрязнения. В зависимости от измеряемого параметра различают следующие типы изделий:
- перепадомеры;
- расходомеры;
- уровнемеры.
Дифференциальные манометры широко используют в технологических процессах для выполнения замеров, контроля, фиксации и настройки перепада напора, расхода рабочей жидкости и ее уровня.
Расходомер – это изделие, которое применяют для замера расхода рабочей жидкости (жидкости, газов, пара), используя принцип перепада давления на сужающей диафрагме или сопла. Расходомер показывает результаты измерений в л/час, м3/час и пр.
Перепадомер применяют для измерения разности давления рабочей среды по двум точкам измерения технологического процесса. Он показывает результаты измерения в Па, бар и пр.
Уровнемер используют для замера уровня рабочей жидкости по размеру ее столба. Это изделие, показывает результаты измерений в мерах длины – см, мм, м.
Кроме того, что они могут просто показывать, некоторые модификации могут подавать соответствующие сигналы и могут быть оснащены устройством дистанционной передачи информации УДПИ.
Ключевое отличие этих устройство заключено в том, он в состоянии зафиксировать сразу два значения. Разность между ними и отображается на панели манометра. Но, реальная характеристика не всегда играет важную роль. Достаточно установить пороговое значение при его достижении, манометр сформирует управляющий сигнал и направит его по назначению.
Методы получения параметров зависят от вида манометра, в частности, от того, какой чувствительный элемент применяют для получения информации. Существует и разница в методе отображения полученной информации.
Принципы работы манометров сводятся к деформационным процессам, происходящим в измерительных блоках, например, в сильфоне. Эта деталь и есть индикатор давления, который воспринимает скачки давления. Блок же исполняет роль преобразователя давления. Пользователь этого средства измерения получает данные о результате замеров в виде перемещения стрелки на панели индикации. Как правило, результат замеров показывается в Па.
Основные классификации
Большая часть диффманометров содержат в своем составе набор узлов и деталей. При их содействии поддерживаются коммуникационные связи между средами. В состав устройства в обязательном порядке должны входить камеры, которые отделены друг от друга приспособлением, с помощью них проводят замеры. То есть эти устройства играют роль чувствительного компонента, который и фиксирует разницу давлений.
Для изготовления корпуса применяют полимеры или металл с антикоррозийным покрытием. Корпус оснащают специальными компонентами, которые применяют для транспортировки и закрепления устройств на рабочем месте.
Во-первых, надо разделить небольшие конструктивные отличия между разными манометрами. В практической деятельности используют стационарные и переносные устройства. Первые фиксируют непосредственно на месте выполнения замера. Вторые применяют при обследовании того или иного технологического процесса.
По способу подачи данных можно выделить следующие модификации устройства.
Стрелочный
Это классическое представление аналоговых измерительных изделий. Полученное значение показывает стрелка, перемещающаяся по установленной шкале. Такие модели отличаются высокой надежностью, но по части показателей точности, аналоговые манометры значительно уступают цифровым.
Цифровой манометр
Это устройство выводит результаты замера на установленный монитор. На такие изделия может быть уставлен микрочип, которые используют для формирования команд, направляемых на исполнительный механизм. Манометры этого класса устанавливают непосредственно в технологические линии. Управление исполнительными механизмами осуществляются с помощью электрических сигнал от 4 до 20 мА.
Мембранный дифманометр
В основании дифференциального манометра этого типа лежит пластина, выполненная из металла или из другого упругого материала. Иногда, для повышения эффективности мембран их делают гофрированными.
В состав дифференциального мембранного устройства входят две емкости, предназначенные для замера параметров рабочей жидкости. Емкости связаны между собой блоком, оснащенные импульсными трубками.Разница давлений может закрепляться при помощи штока. Он связан с органом измерения. При предельных колебаниях шток вызывает изменения сигнала на выходе из прибора. Это и гарантирует отображение получаемых параметров.
Сильфонный дифманометр
Дифференциальный манометр этого класса часто называют показывающим. Конструктивно оно состоит из показывающей и сильфонной частей. Отображающая часть представляет собой корпус круглой формы. Внутри него устанавливают индикаторный механизм стрелочного типа. Цена деления такого устройства составлять 1 мбар. Сильфонные манометры нашли свое применение в системах отопления, водоснабжения. Кроме этого их устанавливают в комплексах газоснабжения, по которым транспортируют нейтральные газы.
В рабочей части дифференциального манометра установлены элементы упругой механики, они состоят из сильфонов, пружин и пр. то есть, активная среда оказывает воздействие на демпфирующую систему, та в свою очередь передает сигналы на систему индикации. Устройства этого класса отличаются высокой точностью замера, так как механика не восприимчива к воздействию температуры и влаги
Ртутный дифманометр
Он отличается сложностью конструкции. Работа этого изделия основана на определении гидростатических характеристик по ртутному столбику. Применяя взаимодействующие сосуды, прибор фиксирует разницу давлений методом оценки и сравнивания избыточных уровней в столбах жидкостей.
Особенность устройств этого типа заключается в плотности рабочей жидкости. Это сводит к минимуму воздействие капиллярных сил.
Ртутные дифференциальные приборы отличает высокая чувствительность к температурам. Поэтому для ликвидации температурного воздействия на них устанавливают приборы настройки.
Основные классификации
В первую очередь стоит выделить конструкционные отличия между разными дифманометрами. Например, существуют стационарные и карманные устройства – соответственно, первые один раз устанавливаются в точке измерения и больше не меняют положения, а вторые используются непродолжительное время при обследовании той или иной технологической среды. По способу представления информации можно выделить три разновидности прибора:
- Стрелочный дифманометр. Классическое исполнение измерительного аналогового устройства, которое показывает значение через движение стрелки по шкале. Такие модели физически надежны, однако уступают по точности более современным и развитым аппаратам.
- Цифровой дифференциальный манометр. Устройство выводит данные по результатам замеров на дисплей. При наличии микропроцессора оператор может давать цифровым моделям команды по дальнейшим действиям в зависимости от зафиксированных показателей. То есть прибор выступает в качестве контроллера.
- Модели с токовым выходом. Как правило, аппараты этой группы интегрируются в технологические цепочки и подают сигналы тока от 4 до 20 мА на исполнительное оборудование.
Теперь можно детальнее ознакомиться с дифманометрами, различающимися по механизму измерения разности давления.
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.
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.
Преимущества и недостатки
Жидкостные манометры имеют как сильные, так и слабые стороны. При их использовании удается оптимизировать капитальные и эксплуатационные издержки на контрольно-измерительные мероприятия. В то же время следует помнить о возможных рисках и уязвимых местах таких конструкций.
Среди ключевых преимуществ измерительных приборов с жидкостным наполнением следует отметить:
- Высокая точность измерений. Приборы с низким уровнем погрешности могут использоваться в качестве образцовых для поверки различного контрольно-измерительного оборудования.
- Простота использования. Инструкция по использованию прибора является предельно простой и не содержит каких-либо сложных или специфических действий.
- Невысокая стоимость. Цена жидкостных манометров значительно ниже по сравнению с другими типами оборудования.
- Быстрый монтаж. Подключение к целевым трубопроводам производится с помощью подводящих устройств. Осуществление монтажа/демонтажа не требует специального оборудования.
При использовании манометрических устройств с жидкостным наполнением следует учитывать и некоторые слабые стороны таких конструкций:
- Резкий скачок давления может привести к выбросу рабочей жидкости.
- Возможность автоматической фиксации и передачи результатов измерений не предусмотрена.
- Внутреннее устройство жидкостных манометров определяет их повышенную хрупкость
- Приборы характеризуются достаточно узким диапазоном измерений.
- Корректность измерений может быть нарушена некачественной очисткой внутренних поверхностей трубок.
Модели фирмы Testo
Производитель «Тесто» является одним из ведущих разработчиков измерительных и метрологических устройств. Сегмент дифманометров представлен несколькими сериями, которые используются в вентиляционных системах, газопроводах, котельной автоматике и другом оборудовании. В числе наиболее популярных моделей этой марки можно назвать дифференциальный манометр Testo 510, работающий в диапазоне от 0 до 100 гПа. Аппарат достаточно простой, как в физическом обращении, так в управлении электронным функционалом. На поверхности располагаются магниты для удобной инсталляции, а посредством эргономичной рабочей панели пользователь может настраивать прибор на разные режимы измерения, подключая также средства компенсации по температуре и плотности воздуха.
Особенности дифференциальных микроманометров
Это мобильные приборы для замера разности давления до 3 кПа. Конструктивно эти приборы состоят из одной трубы, в которой устанавливают средства регулировки. Самая широко применяемая схема, представляет собой наклонную трубку. В полевых условиях традиционно применяют карманный дифманометр, которые отличает простота использования, но доработанная конструкция негативно сказывается на точности измерения.
Дифманометры монтируют в системы контроля технических систем и их безопасности. Они занимают место как обособленный прибор, так как составная часть технологической цепочки плотно взаимодействуя с управляющими приборами.
Между тем современные изделия, например, уже упоминавшийся дифференциальный манометр ДМЦ-01М обеспечивает ведение статистического материала по измеряемым параметрам. Это прибор может быть поставлен вместе с интерфейсом RS-232, это позволяет выполнить соединение дифманометра с персональным компьютером. В результате появляется возможность построения на основании относительно небольшого прибора станцию автоматического контроля с определенным набором функций диспетчеризации.
Но следует отметить, что цена такого изделия довольно высока, она может достигать суммы в 35 тысяч рублей. Приборы, обладающие меньшим функционалом, будут стоить, разумеется, дешевле, но и при этом их возможности останутся на месте.
Возможные поломки и пути их решения
Причиной поломки приборов становится некачественный материал изготовления или нарушение правил эксплуатации, например, превышение рабочего давления или использование при температуре, на которую он не рассчитан.
Если на манометре стоит пломба после поверки, то вскрывать его нельзя. В этом случае надо заменить прибор или отдать в ремонт той же компании, которая проводит поверку.
Но не всегда это рентабельно. Зачастую дешевле установить новый манометр.
Поломки, которые можно устранить:
- микротрещины в трубке запаивают;
- гнутые и сломанные стрелки меняют;
- неисправная пружина, обеспечивающая вращение стрелки, также подлежит замене.
Если износились зубцы передаточного механизма или погнулась пружинная трубка, то такой манометр не подлежит ремонту.
