Вакуумметры -0,1-0
Вакуумметры диапазона -0.1…0 МПа: принципы действия, типы, применение и выбор
Вакуумметры, измеряющие давление в диапазоне от -0.1 до 0 МПа (что эквивалентно диапазону от 0 до 760 мм рт. ст. или от 0 до 1 атмосферы в абсолютном выражении), являются ключевыми приборами для контроля разрежения (вакуума низкого и среднего уровня) в энергетике и промышленности. Данный диапазон соответствует избыточному давлению ниже атмосферного, что критически важно для множества технологических процессов. Эти приборы не измеряют глубокий вакуум (высокий и сверхвысокий), а работают в области, наиболее востребованной для эксплуатации паровых и газовых турбин, конденсационных установок, вакуумных систем насосов, сушильных камер и другого энергетического оборудования.
Принцип измерения и физические основы
Измерение давления в указанном диапазоне основано на регистрации силы, создаваемой разностью между атмосферным давлением и давлением в контролируемой системе. Прибор показывает не абсолютное давление, а разряжение, то есть насколько давление в системе ниже атмосферного. Нулевая отметка (0) соответствует атмосферному давлению, а отметка -0.1 МПа (или -1 бар) — идеальному вакууму. На практике достижение полного вакуума невозможно, поэтому рабочий диапазон обычно находится между этими значениями. Точность измерения в этой области зависит от типа чувствительного элемента и принципа его работы.
Классификация вакуумметров диапазона -0.1…0 МПа
В профессиональной сфере применяются несколько типов вакуумметров, различающихся по принципу действия, точности, надежности и стоимости.
1. Механические (деформационные) вакуумметры
Наиболее распространенный тип для эксплуатационных измерений в энергетике. Их работа основана на измерении деформации чувствительного элемента под действием перепада давления.
- Трубчатые пружинные (мембранно-сильфонные) мановакуумметры: Чувствительным элементом является трубчатая пружина (трубка Бурдона) или сильфон. При разрежении элемент деформируется, и его движение через передаточный механизм преобразуется в перемещение стрелки по шкале. Отличаются простотой, надежностью, не требуют питания. Точность класса 1.0-2.5.
- Мембранные (диафрагменные) вакуумметры: Используют упругую мембрану, которая прогибается под действием разности давлений. Часто используются в составе датчиков-реле вакуума для систем автоматики. Более чувствительны, чем трубчатые, в нижней части шкалы.
- Тензометрические: Используют тензорезисторы, наклеенные на мембрану. Деформация мембраны меняет сопротивление, которое преобразуется в сигнал.
- Емкостные: Измеряют изменение емкости между мембраной и неподвижным электродом. Обладают высокой точностью и стабильностью.
- Пьезорезистивные: Основаны на изменении сопротивления полупроводниковых элементов при их деформации. Чувствительны и точны.
- Назначение и требуемая точность: Для оперативного визуального контроля достаточно механического прибора класса 1.5. Для коммерческого учета или точного регулирования процесса необходим электронный преобразователь с классом 0.5 или выше.
- Условия эксплуатации: При наличии вибрации (возле насосов, турбин) выбирают виброустойчивые приборы с заполненным глицерином корпусом или специальные электронные датчики. Для агрессивных сред или при работе с паром необходим разделительный мембранный разделитель или коррозионно-стойкие материалы корпуса и чувствительного элемента.
- Необходимость дистанционной передачи данных: Для современных цифровых подстанций и АСУ ТП обязательна установка электронных преобразователей давления с унифицированным выходным сигналом.
- Требования к безопасности и автоматизации: Для аварийной сигнализации или блокировки при падении вакуума ниже допустимого уровня применяют электроконтактные вакуумметры или электронные реле с дискретными выходами.
- Диапазон и шкала: Важно, чтобы рабочее значение вакуума находилось в средней трети шкалы прибора для минимальной погрешности. Часто используются комбинированные мановакуумметры со шкалой, например, от -0.1 до +0.5 МПа, если необходимо контролировать и разрежение, и избыточное давление.
2. Электроконтактные вакуумметры (манометрические реле)
Конструктивно это механический вакуумметр, снабженный одной или несколькими группами электрических контактов, которые замыкаются или размыкаются при достижении стрелкой заданных уставок. Широко применяются для автоматического управления вакуумными насосами, защиты турбин от падения вакуума в конденсаторе, сигнализации.
3. Электронные (преобразователи) вакуумметры
Преобразуют давление в унифицированный электрический сигнал (аналоговый 4-20 мА, 0-10 В или цифровой). Являются основой для систем АСУ ТП.
Электронные преобразователи обеспечивают высокую точность (до 0.1% и выше), возможность дистанционного мониторинга и интеграции в цифровые системы.
4. Жидкостные (U-образные) вакуумметры
Являются образцовыми или лабораторными приборами. Принцип основан на измерении высоты столба жидкости (чаще всего воды, масла или ртути), уравновешивающего измеряемое давление. Показывают абсолютное давление. В энергетике могут использоваться для поверки и калибровки эксплуатационных приборов, но неудобны для постоянного промышленного использования.
Сравнительная таблица типов вакуумметров
| Тип прибора | Принцип действия | Диапазон, МПа | Класс точности | Преимущества | Недостатки | Основная сфера применения в энергетике |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Трубчатый пружинный | Деформация трубки Бурдона | -0.1…0, комбинированные шкалы | 1.0; 1.5; 2.5 | Прочность, надежность, независимость от питания, низкая стоимость | Механический гистерезис, вибрационная чувствительность, необходимость визуального контроля | Локальный контроль вакуума на конденсаторах, турбинах, насосах |
| Электроконтактный | Деформация трубки/мембраны с замыканием контактов | -0.1…0 | 1.5; 2.5 | Функция автоматического управления и сигнализации | Требует подключения в электрическую цепь, контакты могут «залипать» | Защита и автоматическое управление вакуумными системами |
| Электронный преобразователь | Тензо-, емкостной, пьезорезистивный | -0.1…0 (и шире) | 0.1; 0.25; 0.5 | Высокая точность, выходной сигнал для АСУ ТП, дистанционность, стабильность | Требует питания, высокая стоимость, чувствительность к перегрузкам | Интеграция в системы АСУ ТП электростанций, точный технологический контроль |
| Жидкостный | Закон Паскаля, столб жидкости | Зависит от высоты столба | Образцовый 0.05-0.5 | Высокая точность, абсолютные показания, простота принципа | Хрупкость, громоздкость, опасность (ртуть), ручное считывание | Поверка и калибровка рабочих приборов в лабораторных условиях |
Критерии выбора вакуумметра для энергетических объектов
Выбор конкретного типа прибора определяется требованиями технологического процесса, условиями эксплуатации и экономической целесообразностью.
Монтаж, эксплуатация и поверка
Правильный монтаж — залог долговечной и точной работы. Прибор устанавливается на отборное устройство (штуцер) напрямую или через импульсную трубку (сифонную бухту) для защиты от высоких температур, если измеряется вакуум в паровом тракте. Место установки должно быть доступно для обзора и обслуживания, защищено от прямых механических воздействий. Электроконтактные и электронные приборы требуют правильного подключения электрических цепей согласно схеме производителя.
Эксплуатация включает регулярный визуальный контроль показаний, проверку на отсутствие утечек в импульсных линиях, обнуление показаний (для некоторых электронных моделей). Механические приборы подвержены «старению» пружины, что приводит к дрейфу показаний, поэтому обязательна периодическая поверка.
Поверка вакуумметров проводится в соответствии с межповерочным интервалом (обычно 1-2 года) аккредитованными метрологическими службами с использованием эталонных установок — грузопоршневых мановакуумметров или высокоточных цифровых калибраторов давления. Электронные преобразователи часто допускают оперативную калибровку «в ноль» на месте установки при известном опорном давлении.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается мановакуумметр от вакуумметра?
Мановакуумметр имеет двустороннюю шкалу и способен измерять как избыточное давление (выше атмосферного), так и разрежение (вакуум). Вакуумметр имеет одностороннюю шкалу, откалиброванную только для измерения давления ниже атмосферного (от 0 до -0.1 МПа). В энергетике, особенно на конденсационных установках, часто используют именно мановакуумметры для комплексного контроля.
Как перевести показания вакуумметра в абсолютное давление?
Абсолютное давление (Pабс) рассчитывается как разность между атмосферным давлением (Pатм) и показанием вакуумметра (Pвак, в МПа): Pабс = Pатм + Pвак. Поскольку Pвак — отрицательное число, это фактически вычитание. Например, при атмосферном давлении 0.1 МПа (≈1 атм) и показании вакуумметра -0.085 МПа, абсолютное давление составит: 0.1 — 0.085 = 0.015 МПа абс. Часто вакуум в энергетике характеризуется именно остаточным абсолютным давлением (например, в конденсаторе турбины).
Почему падение вакуума в конденсаторе паровой турбины является опасным явлением?
Снижение вакуума (рост абсолютного давления) в конденсаторе приводит к уменьшению перепада энтальпий пара в турбине, снижению ее мощности и КПД. Более того, это вызывает рост температуры выхлопного конца турбины, что ведет к тепловому расширению ротора и корпуса, возникновению вибраций, может стать причиной серьезной механической аварии. Поэтому контроль вакуума с помощью надежных вакуумметров и его защита — одна из ключевых задач эксплуатации.
Что такое «сифонная трубка» и для чего она нужна?
Сифонная трубка (сифон, бухта) — это изогнутый в петлю металлический трубопровод между отборным устройством и вакуумметром. Она выполняет две функции: 1) Охлаждение среды (пара) и конденсация его в воду, что предотвращает попадание горячего пара в чувствительный элемент прибора; 2) Компенсация температурных расширений и вибраций. Для вакуумных систем она также является гидрозатвором, поддерживая постоянный столб конденсата.
Как выбрать между механическим и электронным вакуумметром для модернизации системы?
Решение зависит от уровня автоматизации объекта. Если требуется только локальная индикация, достаточно механического прибора. Если данные необходимо интегрировать в систему SCADA, проводить регистрацию, автоматическое регулирование или строить тенденции, безальтернативным выбором является электронный преобразователь давления. Часто применяется комбинированный подход: установка электронного датчика для АСУ ТП и параллельный монтаж контрольного механического вакуумметра для оперативного визуального контроля и резервирования.
Что делать, если стрелка механического вакуумметра не возвращается к нулю после сброса давления?
Это признак неисправности: остаточная деформация (усталость) трубки Бурдона или мембраны, загрязнение механизма, повреждение. Такой прибор подлежит демонтажу и отправке в ремонтную мастерскую для замены чувствительного элемента и последующей поверки. Эксплуатация неисправного вакуумметра недопустима, так как ведет к получению ложных данных и потенциально аварийным ситуациям.