Манометр(від грецького manos – рідкісний, нещільний та metroo-вимірюю) – прилад для вимірювань надлишкового тиску (тиску вище атмосферного) парів, газів або рідин, укладених у замкнутому просторі. Різновидом манометра є вакуумметр– прилад для вимірювання тиску, близького до нуля та мановакуумметрприлад для вимірювання розрядження та надлишкового тиску.

Найпопулярнішими у споживачів є манометри з трубкою Бурдоначи деформаційні манометри, конструкцію яких вигадав Еге. Бурдон в 1849г.
Трубка Бурдона - Головний конструктивний елемент манометра, його чутливий елемент, що є первинним перетворювачем тиску.
Трубка Бурдонавиконана зазвичай з латуні або фосфористої бронзи, має на низькі тиски форму півкола, на середні та високі тиски форму витка. Одним кінцем трубка з'єднана з вхідним штуцером манометра, який є приєднувальним елементом до середовища, а другий кінець запаяний і розташований консольно. Шляхом застосування трубок більш складної форми (спіральної, гвинтоподібної) можна отримувати прилади з більшою чутливістю, але меншою межею виміру.

Принцип дії деформаційних манометрів.

Під тиском середовища консольно розташований кінець трубки Бурдона переміщається – трубка намагається розпрямитись. Розмір цього переміщення пропорційна величині тиску.
Нескладна важільно-зубчаста передача рухає стрілку, що вказує на шкалі приладу величину тиску. Такий пристрій мають більшість манометрів вітчизняних марок МП, МТП, ДМ ТМ, М3/1, ОБМ, МТІ, МПТІ, МО, німецькі манометри Wika 111.10, 111.12, 213.53, RCh, RСhg, RChgG та манометри інших.

Схема влаштування манометра з трубкою Бурдона

1-трубка Бурдона, 2-тяга передавального механізму, 3-зубчастий сектор, 4-стрілка, 5-штуцер

Крім стрілочних манометрів, широко застосовуються безшкільні манометри (мають подібну схему пристрою) ПЕД з уніфікованими електричними вихідними сигналами, що використовуються в системах контролю, автоматичного регулювання та керування різними технологічними процесами.
Істотним недоліком деформаційних манометрів є гістерезис.
Суть явища: деформований елемент трубка Бурдона, підданий впливу високого тиску, при наступних вимірах даватиме кілька завищені показання. Те саме стосується і вакуумметра, який після відкачування до глибокого вакууму, навпаки, занижуватиме показання. Враховуючи, що система вакуумного насоса працює в діапазоні тисків від атмосферного до 0,133 Па (10 -3 мм рт. ст.), такі перепади негативно позначатимуться на точності деформаційного манометра.

Для запобігання пошкодженню деформаційних манометрів через значні перепади тиску у вимірювальних системах передбачається кран або клапан, що відключає прилад у проміжках між вимірюваннями.

Трубка Бурдона - еластичний елемент у контрольно-вимірювальних приладах, що дозволяє контролювати тиск усіх рівнів, що застосовуються в промисловості. Вона вловлює зміни тиску та перетворять ці зміни на механічний рух. Трубка Бурдона зазвичай приєднана до манометра, за допомогою якого відображається зміна тиску на градуйованій шкалі.

Трубка Бурдона не є самостійним вимірювальним приладом, але допоміжним елементом, який встановлюється вимірювальний прилад. Вона дозволяє створити перепад тиску, необхідний вимірювання витрати потоку рідини, газу чи пари. Манометри з трубкою Бурдона є найпоширенішими вимірювальними приладами через свою низьку вартість, універсальність і високу надійність.

Виготовляється з різних металів, у тому числі із бронзи, латуні, нержавіючої сталі. Вибір матеріалу обумовлений середовищем застосування та рівнем вимірюваного тиску: чим вищий тиск, тим міцніший матеріал.

Принцип роботи трубки Бурдона

Один кінець С-подібної трубки Бурдона відкритий, другий, що називається наконечником - закритий. Відкритий кінець з'єднується з муфтою, що має впускний отвір усередину трубки. Джерело тиску під'єднується до муфти, таким чином тиск йде від джерела через отвір впускний і потрапляє в трубку.

При додатку тиску трубка Бурдона починає рухатися. Залежно від конструкції елемента та виду прикладеного тиску трубка прагне або випрямитись, або звернутися спіраллю. Щоправда, зміщення наконечника при додатку тиску незначне, здебільшого воно становить трохи більше одного сантиметра. При цьому величина усунення наконечника пропорційна величині прикладеного тиску. Манометр, з яким з'єднаний наконечник, перетворює це невелике зміщення наконечника в рух стрілки, яке можна вважати.

Види трубок Бурдону

Крім С-подібної трубки Бурдона існує спіральна трубка Бурдона, важливий пристрій якої те саме, що і С-подібної, за винятком того, що трубка в даному випадку має форму спіралі.

Така намотування уможливлює розпрямлення трубки більшою мірою, ніж С-подібної. Зрештою усунення наконечника трубки при додатку тиску більше, ніж у С-подібної. Оскільки для деяких вимірювальних приладів потрібно більше зміщення, ніж у С-подібної трубки, таке збільшення з використанням спіральної трубки вважається перевагою.

Також існує гвинтова трубка Бурдона, конструкція якої дуже подібна до конструкції С-подібної та спіральної трубок. Одна основна відмінність полягає в наступному: у гвинтовій трубці витки намотані гвинтоподібно впритул один до одного. Це робить конструкцію трубки значно компактнішою в порівнянні з іншими, вона може використовуватися в обмеженому просторі. Так само, як і спіральна, гвинтова трубка має більше зміщення наконечника в порівнянні з С-подібною.

Вимірювання тиску провадиться за допомогою чутливого елемента - трубки Бурдона, діафрагми, стовпа рідини, тензодатчика і т.д. Найбільш поширені такі прилади вимірювання тиску:

• U-подібна трубка
• Пружинний манометр на основі трубки Бурдона
• Діафрагмовий манометр
• Діафрагмовий датчик тиску
• Тензометричний датчик тиску
• Сильфонний датчик тиску
• П'єзо-електричний датчик тиску

Розглянемо принцип дії манометрів різних типів.

Як працює пружинний манометр?

Чутливим елементом пружинних манометрів є трубка Бурдона - порожниста латунна трубка еліптичного або овального перерізу, зігнуту по дузі та запаяна з одного кінця. Інший кінець трубки з'єднується зі штуцером манометра, таким чином внутрішня порожнина трубки повідомляється з областю, де вимірюється тиск.

Тиск діє внутрішню поверхню трубки Бурдона. Через різницю площ, на які впливає тиск середовища, трубка прагнутиме розпрямитися. Виходить, що зі збільшенням тиску латунна трубка розгинається, а при зменшенні - згинається. Це призводить до переміщення запаяного кінця трубки, який через тягу з'єднаний із зубчастим сектором, що впливає на шестірню зі стрілкою. Положення стрілки за допомогою нанесеної на прилад шкали інтерпретується величину показань надлишкового тиску.

Манометри на основі трубки Бурдона здатні вимірювати тиск до сотень МПа і широко застосовуються в гідроприводі, пневмоприводах, системах опалення водопостачання.

Навіщо манометр заповнюють гліцерином?

Для зниження вібрацій і коливань, за наявності пульсацій, стрибкоподібних змін тиску, манометр заповнюють демпфуючою рідиною - гліцерином, а тиск до чутливого елемента підводиться через .

Що таке зразковий манометр

Зразковий манометр- прилад для вимірювання тиску з високою точністю, він призначений для випробувань, тарування, перевірки, калібрування інших манометрів або датчиків тиску, для вимірювання точного вимірювання тиску, наприклад при проведенні науково-дослідних експериментів, здійснення тарування, перевірки інших манометрів.

Зразкові манометри зазвичай мають пристрої додаткового налаштування та коригування, наприклад, може бути передбачена можливість температурного коригування. До механізмів зразкових манометрів висуваються високі вимоги, вони виготовляються з високою точністю.

Зразкові манометри показують тиск з високою точністю, а діаметр шкали у цих манометрів більший, ніж у звичайних приладів. Діаметр зразкових манометрів з 0,4 становить 160 мм, і з класом точності 0,15 чи 0,25 - 250 мм.

Як влаштований діафрагмовий манометр?

В якості чутливого елемента в діафрагмовому манометрі використовується мембрана, яка впливає на механізм, з'єднаний зі стрілкою. Вимірюваний тиск, що підводиться до манометра, деформує мембрану, яка в свою чергу змушує переміщатися стрілку.

Діапазон вимірювання діафрагмового манометра залежить від жорсткості та площі мембрани.

Діафрагмові манометри придатні для роботи з агресивними середовищами, їх використовують для вимірювання тиску:

• Цементні та бетонні насоси.
• Система транспортування стічних вод
• На коксовому виробництві

Параметри манометрів

При виборі манометрів слід враховувати такі параметри:

• Середовище, в якому вимірюється тиск
• Галузь застосування
• Клас точності манометра
• Діаметр, згідно з ГОСТ 2405-88. "Манометри, вакуумметри, мановакуумметри" випускаються манометри діаметром 40, 50, 63, 100, 160, 250 міліметрів
• Межа вимірів
• - МПа, Бар, Кгс/см 2
• Матеріал корпуса
• Наявність фланця
• Приєднувальне різьблення штуцера
• Розташування штуцера - радіальне або осьове

На манометрі може бути нанесено кілька шкал для вимірювання тиску в різних одиницях.

На представленому манометрі нанесені шкали для вимірювання тиску МПа і psi. Прилад показує тиск 250 бар або 3500 psi.

Умовне позначення манометрів

У позначенні приладу вказується:

1. Функціональне призначення приладу
   • ДМ – манометр;
   • ДВ – вакуумметр;
   • ТАК – мановакуумметр;
   • ДП - тягомір;
   • ДН – напоромір;
   • ДГ - тягонапоромір.
2. Серійний чи порядковий номер манометра
3. Величина вимірюваного тиску
4. Одиниці виміру
5. Клас точності

Наприклад, для манометра з порядковим номером 0001, межею 100, одиницею вимірювання МПа, класом точності 1, позначення виглядатиме:

ДМ 0001-100 МПа-1

Виробники манометрів можуть встановлювати свої правила маркування, проте принцип позначення та основні параметри, що вказуються в шифрі, залишаються аналогічними тим, що показані в прикладі.

Практична робота

Мета роботи:вивчення пружинних манометрів типу ОБМ (пристрій, принцип дії, робота).

Пружинний манометр типу ОБМ

Манометр (від грецького mano - рідкісний, нещільний і metroo-вимірюю) - прилад для вимірювань надлишкового тиску (тиску вище атмосферного) парів, газів або рідин, укладених у замкнутому просторі. Різновидом манометра є вакуумметр - прилад для вимірювання тиску, близького до нуля і мановакуумметр прилад для вимірювання розрядження та надлишкового тиску.

Найпопулярнішими у споживачів є манометри з трубкою Бурдона чи деформаційні манометри, конструкцію яких вигадав Еге. Бурдон в 1849г.

Трубка Бурдона – головний конструктивний елемент манометра, його чутливий елемент, що є первинним перетворювачем тиску.

Трубка Бурдона виконана зазвичай з латуні або фосфористої бронзи, має на низький тиск форму півкола, на середній і високий тиск форму витка. Одним кінцем трубка з'єднана з вхідним штуцером манометра, який є приєднувальним елементом до середовища, а другий кінець запаяний і розташований консольно. Шляхом застосування трубок більш складної форми (спіральної, гвинтоподібної) можна отримувати прилади з більшою чутливістю, але меншою межею виміру.

Принцип дії деформаційних манометрів.

Під тиском середовища консольно розташований кінець трубки Бурдона переміщається - трубка намагається розпрямитись. Розмір цього переміщення пропорційна величині тиску.

Нескладна важільно-зубчаста передача рухає стрілку, що вказує на шкалі приладу величину тиску. Такий пристрій мають більшість манометрів вітчизняних марок МП, МТП, ДМ ТМ, М3/1, ОБМ, МТІ, МПТІ, МО, німецькі манометри Wika 111.10, 111.12, 213.53, RCh, RСhg, RChgG та манометри інших.

Загальний вигляд пружинного манометра типу ОБМ показано на рис.1.

Малюнок 1 – Пружинний манометр типу ОБМ

Малюнок 2 – Схема пристрою манометра з трубкою Бурдона.

1-трубка Бурдона, 2-тяга передавального механізму, 3-зубчастий сектор, 4-стрілка, 5-штуцер

Як чутливі елементи у манометрів використовуються трубчасті пружини. Як видно із рис. 3 один кінець трубчастої пружини 3 переходить в штуцер 7 для сприйняття вимірюваного тиску. Під дією тиску вільний кінець манометричної трубки 5 буде деформуватися (згинатися), причому величина пружної деформації пропорційна вимірюваному тиску. Через це співвідношення вимірювальна стрілка 1 за рахунок переміщення кінематичного вузла (трибка 2 - сектор 4 - повідець 6) показує відносно шкали приладу справжнє значення вимірюваного тиску.

Малюнок 3 – Кінематична схема манометра з трубкою Бурдона

1-стрілка, 2-трибка, 3-пружина, 4-зубчастий сектор, 5-датчик тиску (манометрична трубка), 6-повідець, 7-штуцер

Пружинні манометри, що показують і самописні, ремонтуються силами ремонтних служб метрологічного підрозділу. Для цього на спеціальній ділянці робочі місця повинні бути обладнані резервним склом стандартного ряду діаметром 60, 100, 160 і 250 мм, стандартними шкалами, спеціальними знімачами для демонтажу вимірювальних стрілок з осей приладів; струбцинами для кріплення деталей манометрів, набором лерок для відновлення забитих різьблень штуцерів М 20X1,4, пристосуваннями для креслення шкал, наборами пінцетів і луп, наборами газових пальників малої величини для паяння чутливих елементів (пружин).

Найбільш трудомісткими операціями є заміна чутливого елемента (трубки) манометра та регулювання кінематичної ланки «сектор – трибка» (див. рис. 3).

Заміну чутливого елемента приладу проводять після використання для вимірювання тиску, що перевищує максимальне. Внаслідок цього трубка розтягується, виникає залишкова деформація, що не підлягає ремонту. Для ремонту такого приладу роблять його повне розбирання, штуцер. 7 закріплюють у лещата і за допомогою газового пальника демонтують трубку 5 із плати. Після оплавлення припою несправну трубку витягують пасатижами, але в її місце після зачистки поверхні встановлюють аналогічну манометричну пружину (на задану межу вимірювання тиску). Місце паяння обробляють розчинником - каніфоллю з ацетоном (спиртом) чи соляною кислотою.

Основною деталлю в приладах, що вимірюють тиск, є так звана пружина Бурдона, яка є вигнутою по дузі кола порожнистою трубкою з овальним або яким-небудь іншим витягнутим перетином (рис. 147).

Така трубка дещо розпрямляється, і переміщення кінця трубки через розмножувальний механізм передається стрілці манометра (рис. 148).

По відхилення стрілки судять про величину тиску, що замірюється.

В одній із книг, присвячених вимірювальним приладам, нам довелося бачити таке пояснення принципу роботи трубки Бурдона: «Дія пружини Бурдона полягає в тому, що тиск усередині трубки на верхню поверхню пружини буде більшим, ніж тиск на її внутрішню поверхню. Дійсно, якщо трубка прямокутного перерізу і якщо через R 1 і R 2 позначимо зовнішній та внутрішній радіуси трубки, то зовнішня (S 1) та внутрішня (S 2) поверхні трубки будуть рівні відповідно
, де φ - центральний кут пружини, а - розмір у площині, перпендикулярній до площини креслення, R 1 і R 2 - Радіуси.

При тиску p кг/см 2 загальний тиск на зовнішню поверхню

і на внутрішню , причому сила P 1 буде більше сили P 2 і прагнутиме розігнути пружину»

Чи правильно це пояснення?

Пояснення помилково.Згідно наведеним міркуваннямтрубка, незалежно від форми поперечного перерізу,під дією внутрішнього тиску завжди має зменшувати свою кривизну – розпрямлятися. Досвід,однак, показує, що трубка з круглимперетином зовсім не реагує на внутрішній тиск,а трубка, що має перетин зі зворотним розташуванням великої та малої осей,під дією внутрішнього тиску не зменшує, а збільшує свою кривизну.

Автор наведеного вище пояснення не врахував того, що, крім сил P 1 і P 2що діють на поверхнях S 1і S 2, є ще сила, що діє на денце трубки.Ця сила дає момент,в точності дорівнює різниці моментів сил P 1 і P 2, так що згинальний момент у будь-якому перерізі трубки дорівнює нулю. При цьому немає потреби обчислювати величини цих сил для перевірки сказаного. Поверхня трубки справавід довільно взятого перерізу АА(рис. 404) є замкненоюповерхнею, і тиск дасть у цьому перерізі тільки нормальнусилу, рівну твору тиску на площу перерізу «у світлі».

При будь-якийформі трубки сили тиску не дадуть зовсім згинального моменту. Необхідною умовою роботи трубкиє деформація контуру поперечного перерізу.Яку б некруглу форму переріз трубки не мав, під дією внутрішнього надлишкового тиску контур цього перерізу прагне набути форми кола.При цьому мала вісьперерізу дещо збільшиться,а велика зменшиться,і весь контур набуде приблизно такої форми, яка показана штриховою лінією на рис. 404. При цьому кожне поздовжнє волокнотрубки отримає деяке переміщення у напрямку, паралельному малій осіперерізу. На рис. 404 це переміщення для волокна mnпозначено через w.

Коли волокно mnпереміститься на величину w,воно перейде на дугу більшого радіусуі в ньому з'являться розтягуючінапруги. У волокнах, що лежать нижче нейтральної осі, з'являться стискаючінапруги. Трубка при цьому буде розпрямлятися.

У світлі сказаного стає зрозумілим, чому трубка круглого перерізу не реагує на внутрішній тиск. В цьому випадку контур перерізу тільки розтягується, і величина wбуде мізерно малою. Тому й зміна кривизни трубки круглого перерізу дуже малоі при звичайній постановці експерименту не виявляється.