Чем отличается манометр от барометра

Манометр (греч. manós — «неплотный» и metréō — «измеряю» [1] ) — прибор, измеряющий давление жидкости или газа [2] .

Содержание

Описание манометра [ править | править код ]

Действие манометра основано на уравновешивании измеряемого давления силой упругой деформации трубчатой пружины или более чувствительной двухпластинчатой мембраны, один конец которой запаян в держатель, а другой через тягу связан с трибко-секторным механизмом, преобразующим перемещение упругого чувствительного элемента в круговое движение показывающей стрелки.

Разновидности [ править | править код ]

В группу приборов, измеряющих избыточное давление, входят [3] :

• Манометры — приборы с верхним диапазоном измерения от 0,06 до 1000 МПа (измеряют избыточное давление — положительную разность между абсолютным и барометрическим давлением);
• Вакуумметры — приборы, измеряющие разрежение (давление ниже атмосферного);
• Мановакуумметры — манометры, измеряющие как избыточное (от 60 до 240000 кПа), так и вакуумметрическое давление;
• Напоромеры — манометры малых избыточных давлений (до 40 кПа);
• Тягомеры — вакуумметры с пределом измерения до минус 40 кПа;
• Тягонапоромеры — мановакуумметры с крайними пределами измерения, не превышающими ±40 кПа;

Большинство отечественных и импортных манометров изготавливаются в соответствии с общепринятыми стандартами, в связи с этим манометры различных марок заменяют друг друга. Выбор манометра осуществляется по следующим параметрам: предел измерения, диаметр корпуса, класс точности прибора, диаметр резьбы штуцера и его расположение (радиальный, осевой).

Также существуют манометры, измеряющие абсолютное давление, то есть избыточное давление+атмосферное.

Прибор, измеряющий атмосферное давление, называется барометром.

Типы манометров [ править | править код ]

В зависимости от конструкции, чувствительности элемента различают манометры жидкостные, грузопоршневые, деформационные (с трубчатой пружиной или мембраной). Манометры подразделяются по классам точности: 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 (чем меньше число, тем точнее прибор).

Виды манометров [ править | править код ]

По назначениям манометры можно разделить на технические — общетехнические, электроконтактные, специальные, самопишущие, железнодорожные, виброустойчивые (глицеринозаполненые), судовые и эталонные (аналоговые).

Общетехнические: предназначены для измерения не агрессивных к сплавам меди жидкостей, газов и паров.

Электроконтактные: в конструкции имеют специальные группы электрических контактов (обычно 2). Одна группа контактов соответствует минимальному заданному давлению, вторая группа — максимальному. Величины заданий могут изменяться обслуживающим персоналом. Группа минимального давления может быть включена в электрическую цепь позиционного регулирования или сигнализации минимального давления. Аналогично и группа максимального давления. В некоторых случаях могут быть задействованы обе группы. Как минимальная так и максимальная группы могут быть выведены за минимальное или максимальное (соответственно) значение шкалы манометра и не использоваться. Электроконтактные манометры как правило не должны использоваться в качестве приборов для снятия показаний ввиду того, что показывающая стрелка при механическом взаимодействии с одной из контактных групп может неточно указывать величину давления — возникает заметная погрешность. Особенно популярным прибором этой группы можно назвать ЭКМ 1У, хотя он давно снят с производства. Для работы в условиях возможной загазованности горючими газами необходимо использовать электроконтактные манометры во взрывозащищенном исполнении.

• кислородные — должны быть обезжирены, так как иногда даже незначительное загрязнение механизма при контакте с чистым кислородом может привести к взрыву. Часто выпускаются в корпусах голубого цвета с обозначением на циферблате О₂ (кислород);
• ацетиленовые — не допускают в изготовлении измерительного механизма сплавов меди, так как при контакте с ацетиленом существует опасность образования взрывоопасной ацетиленистой меди;
• аммиачные — должны быть коррозионностойкими.

Эталонные: обладая более высоким классом точности (0,15;0,25;0,4), эти приборы служат для проверки и калибровки других манометров. Устанавливаются такие приборы в большинстве случаев на грузопоршневых манометрах или каких-либо других установках, способных развивать нужное давление.

Судовые манометры предназначены для эксплуатации на речном и морском флоте.

Железнодорожные предназначены для эксплуатации на Ж/Д транспорте.

Самопишущие: манометры в корпусе, с механизмом позволяющим воспроизводить на диаграмной бумаге график работы манометра.

Манометр с трубкой Бурдона [ править | править код ]

Манометры с трубкой Бурдона для холодильного оборудования предназначены для одновременного измерения давления пара и зависящей от него температуры пара. На случай применения хладагентов разных видов предусмотрена комплектация прибора несколькими температурными шкалами. Приборы рассчитаны на применение самых распространенных неорганических и органических хладагентов. В этом случае необходимо принять в расчет стойкость материала, из которого изготовлен манометр. Все приборы разработаны в соответствии с международными рекомендациями по измерительной технике с учетом требований стандартов и сфер применения.

Принцип работы [ править | править код ]

Основой принцип механического измерения давления является эластичный измерительный элемент, способный под воздействием сжимающей нагрузки деформироваться строго определенным образом и испытанную деформацию воспроизводить. С помощью стрелочного устройства эта деформация преобразуется во вращательное движение стрелки. С помощью масштабирования циферблата можно узнать давление, испытанное измерительным элементом, и связанную с ним температуру пара.

Температурная шкала [ править | править код ]

Существует прямая зависимость между температурой и давлением. Поэтому манометры комплектуются двумя шкалами:

• На одной отображается измеренное давление, на другой рассчитанное значение температуры.
• Значения температурных шкал основаны на таблицах свойств водяного пара насыщенных хладагентов при эталонном значении давления 1013,25 миллибар.

Они соблюдаются только для чистых хладагентов, указанных на шкале. Поскольку на практике химически чистые хладагенты используются очень редко, а рабочее давление не совпадает с эталонным, на циферблате отображается приблизительная температура. Но для работы этого вполне достаточно.

Диапазоны измерения [ править | править код ]

По сравнению с другими техническими характеристиками диапазоны измерения имеют наибольшее практическое значение. Особенностью манометров, работающих с хладагентами, является наличие комбинированной шкалы с показаниями давления и температуры. На стандартной шкале дается цена деления в барах и °С. Возможны варианты отображения температуры в "F, а давления — в кПа/МПа или ф/кв. дюйм.

Заполняющая жидкость [ править | править код ]

Манометры с заполняющей жидкостью применяются для измерений, связанных с большими переменными нагрузками, а также с сильной вибрацией или пульсацией. Жидкость обеспечивает плавность хода стрелки и хорошую считываемость показаний даже при максимальной нагрузке и сильной вибрации. Кроме того, смазочное действие амортизационной жидкости значительно снижает износ прибора. Как правило, в качестве амортизационной жидкости используется глицерин.

Контакты [ править | править код ]

В приборах с электрическим измерительным датчиком или концевым контактом применяют парафиновое масло, которое не является проводником. В качестве дополнительного варианта используют силиконовый наполнитель разной степени вязкости.

Термопроводность [ править | править код ]

Термопроводные манометры основываются на уменьшении теплопроводности газа с давлением. В таких манометрах встроена нить накала, которая нагревается при пропускании через неё тока. Термопара или датчик определения температуры через сопротивление (ДОТС) могут быть использованы для измерения температуры нити накала. Эта температура зависит от скорости с которой нить накала отдаёт тепло окружающему газу и, таким образом, от термопроводности. Часто используется манометр Пирани, в котором используется единственная нить накала из платины одновременно как нагревательный элемент и как ДОТС. Эти манометры дают точные показания в интервале между 10 и 10 −3 мм рт. ст., но они довольно чувствительны к химическому составу измеряемых газов.

Две нити накаливания [ править | править код ]

Одна проволочная катушка используется в качестве нагревателя, другая же используется для измерения температуры через конвекцию.

Манометр Пирани (oдна нить) [ править | править код ]

Манометр Пирани состоит из металлической проволоки, открытой к измеряемому давлению. Проволока нагревается протекающим через неё током и охлаждается окружающим газом. При уменьшении давления газа охлаждающий эффект тоже уменьшается и равновесная температура проволоки увеличивается. Сопротивление проволоки является функцией температуры: измеряя напряжение на проволоке и текущий через неё ток, сопротивление (и таким образом давление газа) может быть определено. Этот тип манометра был впервые сконструирован Марселло Пирани.

Термопарный и термисторный манометры работают похожим образом. Отличие же в том, что термопара и термистор используются для измерения температуры нити накаливания.

Измерительный диапазон: 10 −3 — 10 мм рт. ст. (грубо 10 −1 — 1000 Па)

Ионизационный манометр [ править | править код ]

Ионизационные манометры — наиболее чувствительные измерительные приборы для очень низких давлений. Они измеряют давление косвенно через измерение ионов образующихся при бомбардировке газа электронами. Чем меньше плотность газа, тем меньше ионов будет образовано. Калибрирование ионного манометра — нестабильно и зависит от природы измеряемых газов, которая не всегда известна. Они могут быть откалибрированы через сравнение с показаниями манометра Мак Леода, которые значительно более стабильны и независимы от химии.

Термоэлектроны соударяются с атомами газа и генерируют ионы. Ионы притягиваются к электроду под подходящим напряжением, известным как коллектор. Ток в коллекторе пропорционален скорости ионизации, которая является функцией давления в системе. Таким образом, измерение тока коллектора позволяет определить давление газа. Имеется несколько подтипов ионизационных манометров.

Измерительный диапазон: 10 −10 — 10 −3 мм рт. ст. (грубо 10 −8 — 10 −1 Па)

Большинство ионных манометров делятся на два вида: горячий катод и холодный катод. Третий вид — это манометр с вращающимся ротором более чувствителен и дорог, чем первые два и здесь не обсуждается. В случае горячего катода электрически нагреваемая нить накала создаёт электронный луч. Электроны проходят через манометр и ионизируют молекулы газа вокруг себя. Образующиеся ионы собираются на отрицательно заряженном электроде. Ток зависит от числа ионов, которое, в свою очередь, зависит от давления газа. Манометры с горячим катодом аккуратно измеряют давление в диапазоне 10 −3 мм рт. ст. до 10 −10 мм рт. ст. Принцип манометра с холодным катодом тот же, исключая, что электроны образуются в разряде созданным высоковольтным электрическим разрядом. Манометры с холодным катодом аккуратно измеряют давление в диапазоне 10 −2 мм рт. ст. до 10 −9 мм рт. ст. Калибрирование ионизационных манометров очень чувствительно к конструкционной геометрии, химическому составу измеряемых газов, коррозии и поверхностным напылениям. Их калибровка может стать непригодной при включении при атмосферном и очень низком давлении. Состав вакуума при низких давлениях обычно непредсказуем, поэтому масс-спектрометр должен быть использован одновременно с ионизационным манометром для точных измерений.

Горячий катод [ править | править код ]

Ионизационный манометр с горячим катодом Баярда-Алперта обычно состоит из трёх электродов работающих в режиме триода, где катодом является нить накала. Три электрода — это коллектор, нить накала и сетка. Ток коллектора измеряется в пикоамперах электрометром. Разность потенциалов между нитью накала и землёй обычно составляет 30 В, в то время как напряжение сетки под постоянным напражением — 180—210 вольт, если нет опциональной электронной бомбардировки, через нагрев сетки, которая может иметь высокий потенциал приблизительно 565 Вольт. Наиболее распространённый ионный манометр — это горячим катодом Баярда-Алперта с маленьким ионным коллектором внутри сетки. Стеклянный кожух с отверстием к вакууму может окружать электроды, но обычно он не используется и манометр встраивается в вакуумный прибор напрямую и контакты выводятся через керамическую плату в стене вакуумного устройства. Ионизационные манометры с горячим катодом могут быть повреждены или потерять калибровку если они включаются при атмосферном давлении или даже при низком вакууме. Измерения ионизационных манометров с горячим катодом всегда логарифмичны.

Электроны испущенные нитью накала движутся несколько раз в прямом и обратном направлении вокруг сетки пока не попадут на неё. При этих движениях, часть электронов сталкивается с молекулами газа и формирует электрон-ионные пары (электронная ионизация). Число таких ионов пропорционально плотности молекул газа умноженной на термоэлектронный ток, и эти ионы летят на коллектор, формируя ионный ток. Так как плотность молекул газа пропорциональна давлению, давление оценивается через измерение ионного тока.

Чувствительность к низкому давлению манометров с горячим катодом ограничена фотоэлектрическим эффектом. Электроны, ударяющие в сетку, производят рентгеновские лучи, которые производят фотоэлектрический шум в ионном коллекторе. Это ограничивает диапазон старых манометров с горячим катодом до 10 −8 мм рт. ст. и Баярда-Алперта приблизительно к 10 −10 мм рт. ст. Дополнительные провода под потенциалом катода в луче обзора между ионным коллектором и сеткой предотвращают этот эффект. В типе извлечения ионы притягиваются не проводом, а открытым конусом. Поскольку ионы не могут решить, какую часть конуса ударить, они проходят через отверстие и формируют ионный луч. Этот луч иона может быть передан нa кружку Фарадея.

Холодный катод [ править | править код ]

Существует два вида манометров с холодным катодом: манометр Пеннинга (введённый Максом Пеннингом), и инвертированный магнетрон. Главное различие между ними состоит в положении анода относительно катода. Ни у одного из них нет нити накаливания, и каждому из них требуется напряжение до 0,4 кВ для функционирования. Инвертированные магнетроны могут измерять давления до 10 −12 мм рт. ст.

Такие манометры не могут работать если ионы, генерируемые катодом рекомбинируют прежде, чем они достигнут анод. Если средняя длина свободного пробега газа меньше, чем размеры манометра, тогда ток на электроде исчезнет. Практическая верхняя граница измеряемого давления манометра Пеннинга 10 −3 мм рт. ст.

Точно так же манометры с холодным катодом могут не включиться при очень низких давлениях, так как почти полное отсутствие газа мешает устанавливать электродный ток — особенно в манометре Пеннинга, который использует вспомогательное симметричное магнитное поле, чтобы создать траектории ионов порядка метров. В окружающем воздухе подходящие ионые пары формируются посредством воздействия космической радиации; в манометре Пеннинга приняты меры, чтобы облегчить установку пути разряда. Например, электрод в манометре Пеннинга обычно точно сужается, для облегчения полевой эмиссии электронов.

Циклы обслуживания манометров с холодным катодом вообще измеряются годами, в зависимости от газового типа и давления, в котором они работают. Используя манометр с холодным катодом в газах с существенными органическими компонентами, такими как остатки масла насоса, может привести к росту тонких углеродистых плёнок в пределах манометра, которые в конечном счете замыкают электроды манометра или препятствуют гереации пути разряда.

Применение манометров [ править | править код ]

Манометры применяются во всех случаях, когда необходимо знать, контролировать и регулировать давление. Наиболее часто манометры применяют в теплоэнергетике, на химических, нефтехимических предприятиях, предприятиях пищевой отрасли.

Цветовая маркировка [ править | править код ]

Довольно часто корпуса манометров, служащих для измерения давления газов, окрашивают в различные цвета. Так манометры с голубым цветом корпуса предназначены для измерения давления кислорода. Жёлтый цвет корпуса имеют манометры на аммиак, белый — на ацетилен, тёмно-зелёный — на водород, серовато-зелёный — на хлор. Манометры на пропан и другие горючие газы имеют красный цвет корпуса. Корпус чёрного цвета имеют манометры, предназначенные для работы с негорючими газами.

вопрос опубликован 21.01.2017 07:33:12

Манометр и барометр являются приборами для измерения давления. С помощью барометра измеряют атмосферное давление, а с помощью манометра – давление газа или жидкости в замкнутых пространствах.

Манометр измеряет давление внутри жидкостей или газов, а барометр только для атмосферного давления

Если сомневаешься в правильности ответа или его просто нет, то попробуй воспользоваться поиском на сайте и найти похожие вопросы по предмету Физика либо задай свой вопрос и получи ответ в течении нескольких минут.

Манометры

Манометр – это устройство, которое измеряет давление, обычно атмосферное давление. Манометры использовались на протяжении веков и выпускаются в различных исполнениях: от старых стеклянных труб, содержащих ртуть или воду, до новых цифровых устройств.

Барометры

Как и манометр, барометр также измеряет атмосферное давление. Фактически, барометр представляет собой манометр с закрытым концом. Однако барометры более ограничены по конструкции и функциям, чем манометры. Все барометры – манометры, но не все манометры – барометры.

Различия между манометрами и барометрами

1. Форма и дизайн

Барометры

В качестве подразделения манометров барометры входят в одну базовую конструкцию: трубку с закрытым контуром. В частности, традиционным барометром является стеклянная трубка с одним открытым концом и вакуум на другом конце. На открытом конце атмосферные газы оказывают давление на жидкость внутри трубки. Эта жидкость, обычно ртуть, будет соответствовать высоте давления, приложенного внешними газами, поскольку вакуум на закрытом конце трубы не приведет к изменению высоты ртути.

Барометры с закрытым контуром могут быть U-образными или хорошо сформированными. В хорошо сформированном барометре труба с ртутью стоит вверх дном или перевернута в большой яме ртути, так что закрытый конец с вакуумом является самой высокой точкой, а открытый конец подвешен в жидкости. Наружные газы затем надавливайте на лунку ртути, которая расширяется в закрытую трубку.

Барометры также могут быть цифровыми или анороидными сегодня, что делает их переносимыми – традиционные стеклянные барометры должны быть прикреплены к столу или слева. Анероидные барометры, подобные тем, которые можно найти в автомобилях, могут иметь цифровой или часовой интерфейс. Эти барометры имеют ряд ячеек, заполненных воздухом, который поднимается в зависимости от атмосферного давления. Это тянет рычаги, прикрепленные к ячейкам, меняя циферблат на интерфейсе барометра.

Манометры

Манометры могут быть открытыми, закрытыми или цифровыми. Манометр с открытым контуром заполнен жидкостью, такой как вода или ртуть, и труба U-образная. Оба вершины U-образной трубки могут быть открыты, так что атмосферные газы оказывают давление на каждую сторону. Манометры с открытым контуром не обязательно должны иметь одинаковые размеры их трубок и даже иметь колодец на одном конце.

В дополнение к простому U-образному манометру с открытым контуром у многих манометров есть лампа или другое крепление на одном конце, заполненное газом высокого давления. Этот газ оказывает давление на его конец трубки, а атмосферные газы – на другом конце. Таким образом, манометры могут измерять различные виды газового давления.

Другой более точный тип манометра – манометр с наклонной трубкой. Это манометр с открытым концом, который обычно наклонена на вертикальный подъем на 1 дюйм, а на нижнем конце скважины. Наклон позволяет более точно измерять низкие давления.

В манометре с закрытым концом один конец манометра прикрепляется к газопроводу высокого давления, а другой имеет вакуум газа вместо открытого воздуха. Барометры также заполняют эту функцию, но измеряют только атмосферные газы.

Барометры

Барометры обычно заполняются ртутью. Требуется тяжелая жидкость, или барометр должен быть очень высоким, чтобы показать относительно большие изменения атмосферного давления. В цифровом или анороидном барометре нет жидкости – вместо этого есть воздух.

Манометры

Как и барометры, стеклянные манометры обычно заполняются ртутью или другой тяжелой жидкостью. Однако манометры с открытым контуром также могут быть заполнены более легкими жидкостями, которые могут показывать меньшие изменения давления. Эти жидкости включают воду, масло, бромиды и бензолы. Использование воды или масла может решить проблемы с ртутью, такие как отравление и токсичность.

Барометры

Чтение ртутного барометра относительно просто. Поскольку открытый конец является единственной стороной, влияющей на высоту ртути, пользователю просто нужно прочитать отмеченную высоту на закрытом вакуумном конце. Это должно дать атмосферное давление в миллиметрах или дюймах, которое может быть преобразовано в торр. (Например, типичное атмосферное давление на высоте уровня моря на ртутном барометре должно составлять 760 мм рт. Ст. Или миллиметры ртути).

Манометры

Атмосферное давление в манометре с открытым контуром считывается исходя из разницы в высоте между жидкостью в каждом плече трубки. На манометре с открытым контуром с атмосферным газом с обеих сторон разность высот рассчитывается либо в миллиметрах, либо в дюймах, что может быть преобразовано в гектопаскали.

Когда манометр открыт на одном конце, а также прикреплен к газопроводу высокого давления, следует учитывать, какая рука имеет больше жидкости. Если сторона, открытая для воздуха, имеет больше жидкости, то газ высокого давления оказывает большее усилие, а высота должна быть добавлена ​​к атмосферному давлению. Если для плеч верно обратное, тогда высота должна быть вычтена из атмосферного давления. Это даст давление, оказываемое газом высокого давления.

Если манометр закрыт на одном конце (создавая вакуум), а также прикрепляется к газому высокого давления, то, как барометр, давление представляет собой просто высоту закрытого рычага.

Барометры

Барометр с закрытым вакуумом особенно хорош для измерения атмосферного давления. Это сделало ртутный барометр традиционным инструментом прогнозирования погоды и метеорологии, полями, которые зависят от изменений атмосферного давления для прогнозирования погодных условий.

Манометры

Другие типы манометров, кроме барометров, могут использоваться для измерения давления как ниже, так и выше атмосферного. Присоединяя лампу или другое устройство газа высокого давления к манометру, можно вычислить давление этого газа. Однако в некоторых случаях для измерения базового атмосферного давления все еще может потребоваться барометр.