Измерение давления и вакуума

Широкое использование давления в научных исследованиях и в различных отраслях промышленности вызывает необходимость применения большого числа средств измерения давления и разности давлений, различных по принципу их действия, устройству, назначению и точности. При измерении давления нас могут

интересовать абсолютное, избыточное и вакуумметрическое давления. Абсолютное давление необходимо знать в тех случаях, когда влияние атмосферного давления исключить нельзя, как, например, при изучении вопросов состояния рабочих тел, при определении температуры кипения различных

жидкостей и в других подобных случаях.

При контроле технологических процессов и при проведении научных исследований в большинстве случаев приходится иметь дело с измерением избыточного и вакуумметрического давлений, а также с измерением разности давлений.

Под термином абсолютное давление подразумевается полное давление, под которым находится жидкость, газ или пар. Оно равно сумме давлений избыточного и атмосферного :

т. е. избыточное давление равно разности между абсолютным давлением, большим атмосферного, и атмосферным давлением.

Под термином вакуумметрическое давление (разрежение или вакуум) подразумевается разность между атмосферным давлением и абсолютным давлением, меньшим атмосферного:

Прибор, измеряющий атмосферное давление, называют барометром, отсюда атмосферное давление — барометрическим. Прибор, предназначенный для измерения абсолютного давления, называют манометром абсолютного давления. Прибор, измеряющий избыточное или вакуумметрическое давление — соответственно манометром избыточного давления и вакуумметром. Прибор, измеряющий малое избыточное давление (например, давление воздуха, подавае-

мого в топку котла) и разрежение газа (например, в газоходе Котла), называется соответственно напоромером и тягомером. Прибор, предназначенный для измерения вакуумметрического и избыточного давлений, называют мановакуумметром, а для измерения малых давлений и разрежений газа (например, в топке котла) — тягонапоромером. Прибор, измеряющий очень малые давления (ниже и выше барометрического) и незначительные разности давлений, называют микроманометром; прибор, предназначенный для измерения разности давлений, — дифференциальным манометром (дифманометром).

Гост 8.017-79. Государственный первичный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений избыточного давления до 250 мПа.

В качестве государственного первичного эталона и образцовых средств измерения применяются, в основном, грузопоршневые манометры до 250 МПа и деформационные до 60 МПа.

Государственный первичный эталон состоит из:

-установки для поддержания давления;

- грузопоршневого манометра;

- набора мер массы.

Последовательность и точность передачи единицы давления от эталона к рабочим средствам регламентируется ГОСТом. На каждой ступени передачи погрешность возрастает в 2.5…5 раз.

В зависимости от принципа использованного для преобразования давления воздействующего на прибор, показание или сигнал манометры разделяются на:

– Жидкостные

(измеряемое давление уравновешивается столбом жидкости)

Они применяются в качестве манометров (напоромеров) для измерения избыточного давления воздуха и неагрессивных газов до 700 мм вод. ст. (7000 Па) и 735 мм рт. ст. (0,1 МПа), тягомеров для измерения разрежения газовых сред до 700 мм вод. ст. (7000 Па), вакуумметров для измерения вакуума (разрежения) до 760 мм рт. ст. (0,101 МПа) и дифференциальных манометров для измерения

разности давлений неагрессивных газов, находящихся под давлением, близким к атмосферному, до 700 мм вод. ст. (7000 Па) и неагрессивных жидкостей, газов и паров, находящихся под давлением более 1 кгс/см2 (0,1 МПа), до 700 мм рт. ст. (0,09 МПа).

Приборы U-образные и чашечные используются в промышленности как местные приборы, т. е. они устанавливаются на площадках обслуживания или на отдельных элементах технологического оборудования. Приборы этого типа применяют в качестве контрольных и образцовых манометров и вакуумметров для поверки рабочих приборов, рассчитанных на те же диапазоны измерения давления, разрежения или разности давлений.

а) U-образный манометр:

П оскольку сечения трубок могут немного отличаться – используют обе высоты h₁ и h₂.

h=h₁+h₂

В качестве рабочей жидкости обычно применяют воду или ртуть, а иногда и другие жидкости. Внутренний диаметр стеклянной трубки для изготовления U-образного прибора должен быть не менее 8—10 мм и по возможности одинаков по всей ее длине.

При малом диаметре трубки капиллярные свойства воды не позволяют применять ее в качестве рабочей жидкости в приборах этого типа. В этом случае в качестве рабочей жидкости рекомендуется применять спирт.

При применении U-образный манометр должен устанавливаться вертикально по отвесу.

Для измерения избыточного давления в объекте правое колено трубки прибора соединяют с объектом, а левое оставляют открытым (сообщенным с атмосферой); при измерении разрежения — левое колено прибора соединяют с объектом, а правое — оставляют открытым. При измерении разности давлений большее давле-

ние подводится к правому, а меньшее — к левому колену трубки прибора.

Обычно с помощью U-образного прибора давление, разрежение или разность давлений измеряют в миллиметрах водяного или ртутного столба. Результат измерения может бьггь выражен не в миллиметрах столба рабочей жидкости, а в паскалях по формуле:

Погрешность определения плотности рабочей жидкости настолько мала, что на точность измерения она влиять не может и относительная погрешность при измерении давления, разрежения или разности давлений U-образным прибором зависит в основном от высоты столба рабочей жидкости и точности его отсчета.

Для увеличения точности отсчета высоты столба рабочей жидкости U-образные приборы повышенной точности и образцовые снабжают зеркальной шкалой. Для приборов такого типа пределы допускаемой основной погрешности показаний не превышают ±1 мм столба рабочей жидкости.

б) однотрубный манометр:

F – площадь сечения сосуда;

f – площадь сечения трубки.

Если F/f>400, то f пренебрегаем

Основным достоинством чашечного прибора перед U-образным является то, что он позволяет производить только один отсчет. В этом случае при цене деления шкалы в 1 мм отсчет высоты столба в измерительной трубке может быть произведен с погрешностью, не превышающей ±l мм столба рабочей жидкости.

в) микроманометр:

При измерении малых давлений, разрежений или разностей давлений, выражающихся высотой столба рабочей жидкости в несколько десятков миллиметров, U-образные и чашечные приборы заменяют более точными приборами, называемыми микроманометрами.

Сушествуют микроманометры с изменяемым углом наклона измерительной трубки.

Недостатки жидкостных манометров:

1. Возможность заброса жидкости в импульсные трубки и далее в системе при перепаде давления (Целесообразно использование специальных ловушек и байпасных кранов);

2. Жидкость испаряется, загрязняется(Целесообразно использование жидкости с малой упругостью паров либо помещение тонкого защитного слоя на поверхности легко испаряемого слоя жидкости).

При использовании жидкостных манометров необходимо учитывать температуру измерения и даже ускорение свободного падения (при более точных измерениях) -поскольку приборы обычно калибруются под определенные условия: 4С для воды и 0С для ртути, например. См. паспорт манометра.