Манометры измерительные
Манометры измерительные: классификация, принципы действия, применение и выбор
Манометр – это прибор для измерения избыточного давления (давления выше атмосферного) жидких и газообразных сред. В энергетике, промышленности и ЖКХ они являются критически важными средствами контроля и безопасности технологических процессов, обеспечивая работу систем под давлением, диагностику оборудования и учет ресурсов.
Классификация манометров по принципу действия
Основное деление производится по физическому принципу, преобразующему давление в механическое перемещение или электрический сигнал.
1. Механические (деформационные) манометры
Работают на основе закона Гука, используя упругую деформацию чувствительного элемента. Наиболее распространенный тип.
- Трубчатые пружинные (с трубкой Бурдона): Чувствительный элемент – полая трубка, согнутая по окружности или в виде спирали. При подаче давления трубка стремится распрямиться. Ее свободный конец через тягу и зубчатый сектор поворачивает стрелку. Диапазоны: от 0.6 до 1600 бар. Основной тип для большинства промышленных применений.
- Мембранные: Чувствительный элемент – гибкая мембрана (одиночная или коробчатая). Под давлением мембрана прогибается, и ее перемещение передается на стрелку. Применяются для низких давлений (до 25 бар), вязких, кристаллизующихся и агрессивных сред. Часто оснащаются защитной разделительной мембраной.
- Сильфонные: Чувствительный элемент – сильфон (тонкостенная гофрированная коробка). Принцип аналогичен мембранным, но обеспечивает больший ход. Используются для измерения малых избыточных давлений, разрежения или разности давлений.
- Тензометрические: Используют тензорезисторы, наклеенные на мембрану. Деформация мембраны меняет сопротивление, что фиксируется мостовой схемой.
- Емкостные: Измеряют изменение емкости между мембраной и неподвижным электродом при ее прогибе. Отличаются высокой чувствительностью и стабильностью.
- Резонансные (с кремниевыми сенсорами): Частота колебаний чувствительного кремниевого элемента меняется под давлением. Высокая точность и долговременная стабильность.
- Место установки: Должно обеспечивать удобное считывание показаний. При вибрации используют демпфирующие прокладки или манометры с заполненным корпусом.
- Ориентация: Большинство манометров рассчитаны на радиальное расположение штуцера. Отклонение от предписанного производителем положения может вносить дополнительную погрешность.
- Обвязка: Для отключения прибора на линии должен быть установлен трехходовой кран или запорный вентиль. При работе с паром или высокотемпературными средами обязательна установка сифонной трубки или петли охлаждения.
- Герметичность: Не допускается использование пакли или фум-ленты на резьбе в зоне, где они могут попасть в канал чувствительного элемента. Рекомендуется применять анаэробные герметики.
2. Электроконтактные манометры (манометры сигнализирующие, ЭКМ)
Конструктивно основаны на трубке Бурдона, но оснащены одной или двумя группами электрических контактов, которые могут замыкаться или размыкаться при достижении стрелкой заданных значений давления (уставок). Предназначены для коммутации цепей управления, сигнализации, блокировки или аварийного отключения оборудования (например, насосов, компрессоров).
3. Электронные (цифровые) манометры и датчики давления
Преобразуют давление в электрический сигнал (токовый 4-20 мА, напряжение 0-10 В, цифровой по протоколам HART, Modbus и др.). В основе лежат различные технологии:
Пьезоэлектрические: Генерируют заряд при механическом напряжении пьезоэлемента. Подходят для измерения быстропеременных, динамических и импульсных давлений.
Ключевые технические характеристики и параметры выбора
Выбор манометра определяется требованиями конкретной технологической задачи. Основные параметры представлены в таблице.
| Параметр | Описание и типовые значения | Критерий выбора |
|---|---|---|
| Диапазон измерения | От -1…0 бар (вакуумметры) до 0…1000 бар и выше (манометры высокого давления). | Рабочее давление должно находиться в пределах 1/3 – 2/3 шкалы для оптимальной точности и долговечности. |
| Класс точности | Допустимая погрешность в % от диапазона шкалы. Для механических: 4.0, 2.5, 1.6, 1.0, 0.6, 0.4. Для цифровых: 0.1% и выше. | Для визуального контроля технологических процессов – 1.6 или 2.5. Для коммерческого учета или точных испытаний – 0.6, 0.4 и цифровые датчики высокого класса. |
| Диаметр корпуса | Стандартные ряды: 40, 50, 63, 80, 100, 150, 160, 250 мм. | Определяется удобством считывания показаний с расстояния. Наиболее распространены 63, 100, 150 мм. |
| Присоединение | Резьба: метрическая (М10х1, М12х1.5, М20х1.5), трубная (G1/8, G1/4, G1/2), коническая (NPT). Расположение: радиальное, осевое (торцевое), с фланцем. | Должно соответствовать посадочному месту на оборудовании. G1/2 и М20х1.5 – распространенный стандарт для энергетики. |
| Материал корпуса и деталей | Корпус: сталь, нержавеющая сталь (SS304, SS316), пластик. Чувствительный элемент: латунь, бронза, нержавеющая сталь, монель. | Определяется рабочей средой и условиями эксплуатации. Для агрессивных сред (пар, аммиак, морская вода) – нержавеющая сталь или спецсплавы. |
| Заполнение корпуса | Сухой; заполненный глицерином, силиконовым маслом или их смесью. | Заполнение демпфирует вибрации стрелки, защищает механизм от коррозии и замерзания, продлевает срок службы в условиях вибрации. |
| Рабочая температура | Окружающей среды: обычно -40…+60°C или -20…+60°C. Температура среды: зависит от материала чувствительного элемента и наличия разделительной мембраны. | При температуре среды выше +60°C или при резких перепадах обязательно использование сифонной трубки (гидрозатвора) или разделительной мембраны для защиты механизма. |
Специализированные типы манометров для энергетики и промышленности
Котловые манометры (паровые)
Предназначены для измерения давления пара и горячей воды. Отличаются усиленной конструкцией, корпусом большого диаметра (не менее 160 мм), шкалой с расширенной градуировкой. Обязательно наличие сифонной трубки (гидрозатвора) для конденсации пара и защиты механизма от высоких температур. Класс точности обычно 1.6 или 1.0.
Манометры для агрессивных и вязких сред
Оснащаются разделительной мембраной (мембранным разделителем). Чувствительный элемент манометра изолирован от измеряемой среды эластичной мембраной, а пространство между ними заполнено передающей жидкостью (глицерин, силикон). Материал мембраны (сталь 316L, Hastelloy, Monel, Tantalum) подбирается под конкретную агрессивную среду.
Эталонные и образцовые манометры
Используются для поверки и калибровки рабочих манометров. Имеют повышенный класс точности (0.4, 0.25, 0.1). Часто выполняются многопредельными или с набором сменных пружин. Корпус, как правило, заполнен маслом для гашения колебаний.
Дифференциальные манометры (дифманометры)
Измеряют разность давлений между двумя точками. Критически важны для контроля загрязнения фильтров, измерения расхода с помощью диафрагм или сопел, контроля уровня в закрытых емкостях. Могут быть механическими (сильфонные, двухтрубные) или электронными.
Монтаж, эксплуатация и поверка
Правильный монтаж определяет точность и долговечность прибора.
Поверка манометров проводится периодически в соответствии с регламентом предприятия и требованиями законодательства (для приборов, используемых в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений). Межповерочный интервал (МПИ) для большинства рабочих манометров составляет 1-2 года. Поверка осуществляется с помощью эталонных грузопоршневых манометров, калибраторов давления или компараторов.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается манометр от датчика давления?
Манометр, как правило, подразумевает местное индикаторное устройство со шкалой и стрелкой (или цифровым дисплеем) для визуального считывания оператором. Датчик давления (преобразователь давления) – это устройство, основная функция которого – преобразование давления в унифицированный электрический сигнал для передачи в систему АСУ ТП, SCADA, на диспетчерский пульт или в регулятор.
Почему стрелка манометра не возвращается к нулю?
Основные причины: остаточная деформация (усталость) трубки Бурдона или мембраны из-за перегрузки или длительной работы на верхнем пределе; механическое повреждение или заедание в передаточном механизме; загрязнение механизма измеряемой средой. Такой прибор подлежит замене и не может использоваться для точных измерений.
Как выбрать класс точности манометра?
Класс точности выбирается исходя из требований технологического процесса. Для индикации давления в системах, где не требуется высокая точность (например, в воздушных магистралях), достаточно класса 2.5. Для контроля параметров в энергетических установках, на технологических линиях – 1.6 или 1.0. Для коммерческого учета, проведения испытаний и лабораторных работ – 0.6 и выше.
Что означает цветовая маркировка корпуса или ободка манометра?
Цвет может указывать на тип измеряемой среды (ГОСТ 2405-88): желтый – аммиак; темно-зеленый – горючие газы; ярко-зеленый – кислород; серый – пар; синий – вода; коричневый – горючие жидкости. Однако эта маркировка не всегда соблюдается, поэтому основным источником информации должна быть паспортная табличка прибора.
Нужно ли использовать сифонную трубку (гидрозатвор) с манометром на паровую линию?
Обязательно. Сифонная трубка, устанавливаемая между манометром и трубопроводом, выполняет две ключевые функции: накапливает конденсат, который постоянно охлаждает чувствительный элемент манометра, защищая его от термического повреждения; предотвращает прямой удар струи горячего пара по трубке Бурдона.
Как бороться с вибрацией стрелки манометра?
Существует три основных метода: 1) Установка манометра с заполненным корпусом (глицерином или силиконовым маслом) – наиболее эффективное решение. 2) Использование демпфера (игольчатого клапана) в линии подвода давления. 3) Применение манометров с амортизированным штуцером или монтаж прибора через виброгасящую прокладку.
Заключение
Измерительные манометры остаются фундаментальным элементом систем контроля и безопасности в энергетике и промышленности. От корректного выбора типа, диапазона, класса точности и материалов прибора, а также от соблюдения правил монтажа и эксплуатации напрямую зависит надежность технологических процессов, эффективность использования ресурсов и безопасность персонала. Современный рынок предлагает решения от простейших механических до интеллектуальных цифровых датчиков, интегрируемых в системы цифровизации производства. Понимание принципов работы и технических особенностей каждого типа манометров является обязательным для инженерно-технического персонала, ответственного за эксплуатацию систем под давлением.