Мановакуумметры -0,1-0,3
Мановакуумметры -0,1-0,3: принцип действия, типы, применение и метрология
Мановакуумметры, работающие в диапазоне от -0,1 до 0,3 МПа (что соответствует -1 до 3 бар, или -760 до 3000 мм рт. ст.), являются ключевыми приборами для измерения как разрежения (вакуума), так и избыточного давления. Данный диапазон охватывает критически важные для многих технологических процессов области: глубокий вакуум (от атмосферного давления), низкое и частично среднее избыточное давление. В энергетике, химической промышленности, на производстве и в научных исследованиях точность и надежность измерений в этом интервале напрямую влияют на эффективность и безопасность работы систем.
Принцип действия и физические основы
Мановакуумметры измеряют разность между измеряемым давлением и атмосферным (барометрическим) давлением. Диапазон -0,1…0 МПа соответствует вакууму (разрежению), где абсолютное давление ниже атмосферного. Диапазон 0…0,3 МПа — избыточному давлению. Ноль шкалы в таком приборе соответствует атмосферному давлению. Принципы действия варьируются в зависимости от требуемой точности, среды и условий эксплуатации.
Классификация и типы мановакуумметров диапазона -0,1-0,3 МПа
1. Механические (деформационные) мановакуумметры
Наиболее распространенный тип, где измеряемое давление преобразуется в механическое перемещение упругого чувствительного элемента.
- Трубчатые пружины (трубка Бурдона): Медная, бронзовая или стальная трубка эллиптического сечения, согнутая по окружности. При подаче давления/вакуума она стремится распрямиться или согнуться сильнее. Перемещение запаянного конца через механизм передается на стрелку. Подходят для широкого диапазона сред, включая агрессивные (с соответствующим материалом корпуса и трубки).
- Сильфонные (мембранно-сильфонные): Чувствительный элемент — гофрированная мембрана (сильфон) или плоская мембрана. Давление вызывает деформацию мембраны, которая через толкатель приводит в движение стрелку. Часто имеют лучшую чувствительность в области низких давлений и вакуума по сравнению с трубкой Бурдона.
- Мембранные коробки (анаероиды): Состоят из двух гофрированных мембран, спаянных по периферии, образующих герметичную коробку. При изменении давления коробка сжимается или расширяется. Несколько коробок, соединенных последовательно (коробочные блоки), значительно увеличивают чувствительность. Это основа большинства барометров-анероидов и высокочувствительных вакуумметров.
- Конденсационные установки и турбины: Контроль вакуума в конденсаторах паровых турбин (типично -0,09…-0,095 МПа). Падение вакуума снижает КПД турбины.
- Системы гидро- и пневмоавтоматики: Управление заслонками, клапанами, механизмами по сигналу давления.
- Фильтровальные и вентиляционные системы: Измерение перепада давления на фильтрах (загрязнение) и в воздуховодах.
- Испытания и наладка: Проверка герметичности сосудов, теплообменников, трубопроводов под вакуумом и низким давлением.
- Котлы и котельные установки: Контроль разрежения в топке или давления воздуха/газа на горелках.
2. Электроконтактные мановакуумметры (сигнализирующие)
На базе механических приборов добавляется одна или несколько контактных групп (микровыключателей), которые замыкаются или размыкаются при достижении стрелкой заданного значения давления (уставки). Используются для автоматического управления оборудованием (насосами, компрессорами, клапанами) и сигнализации.
3. Цифровые (электронные) мановакуумметры
Используют тензорезисторные, емкостные, пьезорезистивные или резонансные датчики. Деформация чувствительного элемента вызывает изменение электрического сигнала (сопротивления, емкости), которое преобразуется в цифровой код. Отличаются высокой точностью, возможностью дистанционного мониторинга, интерфейсами для связи (4-20 мА, RS-485, Ethernet) и интеграции в АСУ ТП.
Ключевые технические характеристики и выбор прибора
| Параметр | Описание и типовые значения для диапазона -0,1-0,3 МПа | Влияние на выбор |
|---|---|---|
| Класс точности | От 0,6 (технические) до 0,1 (образцовые). Наиболее распространены классы 1,6; 1,0; 0,6. | Определяет допустимую погрешность. Для технологического контроля часто достаточно 1,6. Для коммерческого учета или точных испытаний — 0,6 и выше. |
| Диапазон измерения | Полный: -0,1…0,3 МПа. Возможны комбинированные шкалы: вакуум (-0,1…0) и давление (0…0,25; 0…0,4 и т.д.). | Рабочее давление должно находиться в пределах 1/2 — 2/3 верхней границы шкалы для оптимальной точности. |
| Материал корпуса и чувствительного элемента | Корпус: сталь, нерж. сталь, алюминиевый сплав, пластик. ЧЭ: латунь, бронза, нерж. сталь 316, монель, хастелой. | Выбор определяется средой: нерж. сталь для агрессивных сред, влажности; медные сплавы — для нейтральных сред (воздух, вода, пар). |
| Присоединение | Резьбовое (М20х1,5, G½, ¼ NPT), фланцевое, прямое. | Должно соответствовать посадочному месту на оборудовании. Радиальное или осевое расположение штуцера. |
| Рабочая температура среды | Стандартно: -40…+70°C для корпуса. Для мембраны с разделителем: до +400°C. | При высоких температурах необходимы сифонные отводы, радиаторы или разделители мембран для защиты чувствительного элемента. |
| Заполнение корпуса | Сухой; глицериновое или силиконовое заполнение. | Заполнение демпфирует вибрации стрелки, предотвращает запотевание стекла и износ механизма в условиях вибрации (насосы, компрессоры). |
Области применения в энергетике и смежных отраслях
Насосные станции: Контроль разрежения на всасывающей линии и давления на нагнетании центробежных и поршневых насосов.
Монтаж, эксплуатация и поверка
Монтаж должен обеспечивать надежное соединение без утечек. Для агрессивных, вязких или кристаллизующихся сред, а также при высоких температурах необходимо использовать мембранные разделители. Прибор должен быть установлен так, чтобы его шкала была легко читаема. В процессе эксплуатации необходимо избегать гидроударов, перегрузок сверх предела шкалы, воздействия вибраций (при необходимости использовать демпфирующую жидкость).
Все мановакуумметры, используемые в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений (например, в коммерческом учете или на объектах повышенной опасности), подлежат периодической поверке. Межповерочный интервал (МПИ) обычно составляет 1-2 года для механических приборов и 1-4 года для цифровых, в зависимости от модели и условий эксплуатации. Поверка осуществляется по методикам, соответствующим ГОСТ 8.271-77, ГОСТ 8.105-2013 и другим, с использованием эталонных грузопоршневых манометров, эталонных вакуумметров или калибраторов давления.
Сравнительный анализ типов мановакуумметров
| Тип прибора | Преимущества | Недостатки | Оптимальная сфера применения |
|---|---|---|---|
| Трубка Бурдона | Простота, надежность, низкая стоимость, широкий диапазон, стойкость к перегрузкам. | Чувствительность к вибрациям, гистерезис, меньшая чувствительность в нижней части шкалы вакуума. | Общепромышленный контроль нейтральных сред (воздух, вода, пар) без сильной вибрации. |
| Сильфонный/Мембранный | Высокая чувствительность в области низких давлений и вакуума, меньший гистерезис. | Более высокая стоимость, меньшая стойкость к перегрузкам и пульсациям. | Точные измерения низкого вакуума и малых избыточных давлений, агрессивные среды (с разделителем). |
| Цифровой (пьезорезистивный) | Высокая точность (до 0,1%), цифровой выход, дистанционная передача данных, устойчивость к вибрациям. | Зависимость от источника питания, более высокая стоимость, чувствительность электроники к условиям среды. | АСУ ТП, коммерческий учет, испытательные стенды, среды, требующие высокой точности и интеграции. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается мановакуумметр от обычного манометра и вакуумметра?
Обычный манометр измеряет только избыточное давление (от 0 и выше). Вакуумметр измеряет только разрежение (давление ниже атмосферного). Мановакуумметр — комбинированный прибор, шкала которого охватывает обе области: вакуум (обычно со знаком «-«) и избыточное давление. Нуль шкалы соответствует атмосферному давлению.
Что означает класс точности 1,0 на шкале прибора?
Класс точности 1,0 означает, что допустимая приведенная погрешность прибора не превышает ±1% от его диапазона измерения (диапазона шкалы). Для прибора с диапазоном -0,1…0,3 МПа (общий диапазон 0,4 МПа) максимально допустимая погрешность в любой точке шкалы составит ±0,004 МПа (±0,04 бар или ±4 кПа).
Почему стрелка мановакуумметра не возвращается к нулю после сброса давления?
Это явление называется остаточное отклонение (смещение нуля). Основные причины: усталость или необратимая деформация упругого элемента (трубки Бурдона, мембраны) из-за перегрузки или длительной работы на пределе; износ или повреждение зубчатого механизма (трибки-сектора); заклинивание стрелки. Такой прибор подлежит ремонту или замене, так как его показания некорректны.
Как правильно выбрать мановакуумметр для измерения разрежения в конденсаторе турбины?
Ключевые параметры: 1) Диапазон: преимущественно вакуумная часть, например, -0,1…0,05 МПа. 2) Класс точности: не ниже 0,6 (предпочтительно 0,4) для контроля эффективности. 3) Материал: корпус и чувствительный элемент из нержавеющей стали, учитывая возможный контакт с паром/конденсатом. 4) Устойчивость к вибрации: заполнение корпуса глицерином. 5) Дополнительно: возможность подключения к системе сбора данных (электроконтактный или цифровой выход).
Нужно ли обнулять показания механического мановакуумметра при изменении атмосферного давления?
Нет, механические мановакуумметры не требуют ручного обнуления, так как их чувствительный элемент (трубка Бурдона, мембрана) всегда находится под воздействием разности между измеряемым давлением и атмосферным. Изменение атмосферного давления автоматически учитывается в показаниях. Однако резкие изменения атмосферного давления (например, при прохождении циклона) могут незначительно влиять на точность, что важно учитывать при высокоточных измерениях.
Каковы последствия установки прибора без мембранного разделителя на среду с высокой температурой (пар)?
Прямой контакт горячей среды (свыше +80…+100°C) с чувствительным элементом приведет к: 1) Ускоренной усталости и необратимой деформации упругого элемента из-за перегрева. 2) Разложению или испарению демпфирующей жидкости (если она есть). 3) Нарушению калибровки из-за изменения модуля упругости материала. 4) Возможному выходу из строя механизма. Для горячих сред обязательна установка сифонного отвода (петли), мембранного разделителя или радиатора.
Как часто необходимо проводить поверку мановакуумметров на энергетическом объекте?
Межповерочный интервал (МПИ) устанавливается для каждого типа прибора в его эксплуатационной документации и свидетельстве о поверке. Для большинства механических технических мановакуумметров, работающих в системах технологического контроля (не коммерческого учета), МПИ составляет 2 года. Для приборов на объектах повышенной опасности, в системах коммерческого учета или в условиях повышенной нагрузки (вибрация, пульсации) МПИ может быть сокращен до 1 года. Цифровые калибраторы часто имеют МПИ 1 год. Точный интервал всегда указан в свидетельстве о поверке.