Мановакуумметры показывающие: устройство, принцип действия, применение и выбор
Показывающие мановакуумметры — это механические приборы для измерения давления, объединяющие в одной конструкции функции манометра (для измерения избыточного давления) и вакуумметра (для измерения разрежения, давления ниже атмосферного). Они являются ключевым средством контроля и управления технологическими процессами в энергетике, системах вентиляции и кондиционирования, гидравлических и пневматических системах, а также в многочисленных промышленных установках, где необходим мониторинг как положительного, так и отрицательного давления относительно атмосферы.
Принцип действия и конструктивные особенности
Основу работы подавляющего большинства показывающих мановакуумметров составляет чувствительный элемент, деформирующийся под воздействием измеряемого давления. Наиболее распространены приборы с трубчатой пружиной (трубкой Бурдона) и мембранными (сильфонными) чувствительными элементами.
Мановакуумметры с трубчатой пружиной
Чувствительным элементом служит трубка, как правило, эллиптического или овального сечения, согнутая по дуге окружности. Один ее конец запаян и свободен, а второй — закреплен в штуцере и сообщается со средой, давление которой необходимо измерить. При подаче избыточного давления трубка стремится распрямиться, при создании разрежения (вакуума) — согнуться сильнее. Это перемещение через тягово-рычажный механизм (сектор, трибка, поводок) передается на ось со стрелкой, которая перемещается по шкале. Шкала такого прибора имеет двустороннюю градуировку: в положительную сторону от «0» (например, до +1.6 МПа) и в отрицательную (например, до -0.1 МПа или -760 мм рт. ст.).
Мановакуумметры с мембранным чувствительным элементом
В этих приборах используется герметичная коробка (мембранная коробка или сильфон), которая деформируется под действием разности давлений. Часто для измерения вакуума используется блок из нескольких мембранных коробок, соединенных последовательно, что увеличивает ход чувствительного элемента и точность при малых давлениях. Такие приборы часто применяются для измерений в областях низкого вакуума и малых избыточных давлений.
Классификация и основные технические характеристики
Показывающие мановакуумметры классифицируются по ряду ключевых параметров, определяющих область их применения.
По классу точности
Класс точности — это выраженная в процентах наибольшая допустимая приведенная погрешность прибора. Для промышленных мановакуумметров распространены классы: 0.6; 1.0; 1.5; 2.5. Чем меньше число, тем выше точность прибора.
- Класс 0.6, 1.0 — применяются для точных технологических измерений, коммерческого учета, испытаний.
- Класс 1.5, 2.5 — используются для эксплуатационного контроля на насосах, компрессорах, фильтрах, воздуховодах.
- Корпус: Стандартный (обычный), защищенный (виброустойчивое исполнение «В»), взрывозащищенный (исполнение «Ex»).
- Материал корпуса: Сталь, алюминиевый сплав, пластик (для некоррозионных сред).
- Расположение штуцера: Радиальное (снизу), осевое (сзади, торцевое).
- Диаметр корпуса: Наиболее распространены: 40, 50, 63, 80, 100, 150, 160 мм.
- Материал чувствительного элемента: Латунь, бронза, нержавеющая сталь (для агрессивных сред, пищевой промышленности).
- Монтаж: Установка производится на прямом вертикальном участке трубопровода или с помощью импульсной отборной трубки (петли) для защиты чувствительного элемента от высоких температур. Обязательно использование запорного (отсечного) вентиля (трехходового крана) для проверки «нуля», продувки импульсной линии и замены прибора без остановки процесса.
- Температурный режим: Важно учитывать, что градуировка прибора осуществляется при нормальной температуре (20±5°C). При работе в средах с температурой выше +60°C необходимо использовать сифонные трубки (гидрозатворы) или радиаторы для охлаждения измеряемой среды перед ее подачей в трубку Бурдона.
- Вибрация: На оборудовании с повышенной вибрацией (насосы, компрессоры) необходимо применять мановакуумметры в виброустойчивом исполнении с заполнением корпуса демпфирующей жидкостью (глицерин, силикон), которая гасит колебания стрелки.
- Поверка и калибровка: Приборы, используемые в коммерческих расчетах или для контроля безопасности, подлежат периодической поверке в аккредитованных центрах или с помощью эталонных манометров-компараторов.
По диапазонам измерения
Диапазоны измерений стандартизированы. Вакуумметрическая часть обычно указывается в отрицательных единицах давления (кПа, МПа) или в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.), а манометрическая — в положительных (бар, МПа, кгс/см²).
| Диапазон по вакууму (ниже атмосферы) | Диапазон по манометру (выше атмосферы) | Типовое применение |
|---|---|---|
| -0.1…0 МПа (-1…0 бар) | 0…0.1 МПа (0…1 бар) | Системы вентиляции, аэродинамические измерения, контроль тяги. |
| -0.1…0 МПа (-760…0 мм рт. ст.) | 0…0.6 МПа (0…6 бар) | Паровые котлы низкого давления, гидравлические системы с подпиткой. |
| -0.1…0 МПа | 0…1.6 МПа (0…16 бар) | Промышленные компрессорные установки, насосные станции. |
| -0.1…0 МПа | 0…2.5 МПа (0…25 бар) | Энергетическое оборудование, технологические линии. |
По типу корпуса и исполнению
Особенности монтажа и эксплуатации в энергетике
В энергетической отрасли мановакуумметры используются для контроля параметров в системах конденсаторов турбин, деаэраторов, системах уплотнения валов, вакуумных системах водозабора, а также в теплофикационных установках.
Сравнение с другими типами вакуумметров и манометров
Показывающие мановакуумметры — не единственный тип приборов для измерения вакуума и избыточного давления. Их выбор обоснован в конкретных условиях.
| Тип прибора | Принцип действия | Диапазон (по вакууму) | Преимущества | Недостатки |
|---|---|---|---|---|
| Показывающий мановакуумметр (трубка Бурдона/мембрана) | Механическая деформация ЧЭ | От атмосферы до ~0.1 МПа (100 кПа, 760 мм рт. ст.) | Простота, надежность, автономность (не требует питания), низкая стоимость, устойчивость к перегрузкам. | Средняя точность, механический износ, чувствительность к вибрациям и температуре, ограниченный вакуумный диапазон. |
| Электронный датчик давления/вакуума | Пьезорезистивный, емкостный, тензометрический | От атмосферы до глубокого вакуума (зависит от модели) | Высокая точность, возможность дистанционной передачи сигнала (4-20 мА, цифровой интерфейс), интегрирование в АСУ ТП, широкий диапазон. | Требует источника питания, более высокая стоимость, чувствительность к электромагнитным помехам. |
| Жидкостный U-образный манометр/вакуумметр | Закон сообщающихся сосудов | До ~0.1 МПа (зависит от длины колбы) | Высокая точность (эталонный прибор), простота, не требует поверки. | Хрупкость, необходимость ручного считывания, чувствительность к наклону, невозможность дистанционной передачи. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается мановакуумметр от обычного манометра и вакуумметра?
Обычный манометр измеряет только избыточное давление (шкала от 0 до максимального значения). Вакуумметр измеряет только разрежение (шкала от 0 до -0.1 МПа или в других единицах). Мановакуумметр объединяет обе функции: его шкала имеет как положительную, так и отрицательную часть относительно нуля, что позволяет одним прибором контролировать как давление выше атмосферного, так и вакуум.
Что означает «нулевая отметка» на шкале мановакуумметра?
Нулевая отметка соответствует атмосферному давлению. Когда стрелка находится на «0», это означает, что давление в измеряемой системе равно атмосферному. Отклонение в «+» — избыточное давление, в «-» — разрежение (вакуум).
Как правильно выбрать диаметр корпуса мановакуумметра?
Диаметр корпуса выбирается исходя из условий видимости и требуемой точности считывания показаний. Для щитового монтажа на удаленных панелях используют приборы диаметром 100, 150, 160 мм. Для локального монтажа на оборудовании часто достаточно диаметра 50 или 63 мм. Чем больше диаметр, тем больше длина шкалы и тем меньше погрешность отсчета показаний оператором.
Можно ли использовать мановакуумметр для измерения давления агрессивных сред (аммиак, хлор, кислоты)?
Да, но только в специальном исполнении. Для агрессивных сред необходимо выбирать приборы с чувствительным элементом из нержавеющей стали (марки, стойкой к конкретной среде) и, возможно, с разделительной мембраной (мембранным разделителем). Разделительная мембрана изолирует механизм прибора от измеряемой среды, передавая давление через слой нейтральной жидкости.
Почему стрелка мановакуумметра не возвращается к нулю после сброса давления?
Это может быть вызвано несколькими причинами: остаточная деформация (усталость) трубки Бурдона или мембраны из-за перегрузки или длительной работы на пределе диапазона; загрязнение или повреждение передаточного механизма (трибко-секторного узла); «залипание» стрелки на стекле. Такой прибор подлежит замене и поверке.
Как часто нужно поверять мановакуумметры на энергетическом объекте?
Межповерочный интервал (МПИ) устанавливается для каждого типа приборов и указывается в свидетельстве о поверке. Для большинства промышленных мановакуумметров, работающих в системах, не связанных с коммерческим учетом, МПИ составляет 1-2 года. Для приборов, используемых на объектах, подконтрольных Ростехнадзору (например, на сосудах под давлением), сроки поверки регламентируются соответствующими правилами безопасности и обычно также составляют 1-2 года. Визуальную проверку «нуля» и целостности рекомендуется проводить ежесменно.
Заключение
Показывающие мановакуумметры остаются востребованным, надежным и экономичным решением для контроля давления и вакуума в широком спектре промышленных и энергетических применений. Их правильный выбор, учитывающий диапазон измерений, класс точности, материал исполнения, условия эксплуатации (температуру, вибрацию, агрессивность среды) и требования к монтажу, является залогом долговечной и точной работы. Несмотря на развитие цифровых технологий, механические показывающие приборы, благодаря своей автономности и наглядности, продолжают играть критически важную роль в системах мониторинга и безопасности технологических процессов.