Manometre na meranie tlaku plynu: typy, konštrukčné vlastnosti a činnosť meradiel

Často vzniká potreba merať tlak vytváraný plynom. Napríklad v bombách, v plynovodoch, v rôznych nádobách a zásobníkoch. Na kontrolu a monitorovanie ukazovateľov sa používajú manometre na meranie tlaku plynu. Tieto zariadenia slúžia v rôznych oblastiach života, od medicíny až po ťažký priemysel.

Aby nákup prístroja nebol zbytočný a kúpený manometer zodpovedal požiadavkám výrobných procesov, oplatí sa oboznámiť s klasifikáciou. Oboznámime vás s druhmi meradiel tlaku plynu. Povieme vám o ich konštrukčných vlastnostiach a princípoch činnosti.

Klasifikácia podľa typu meraného tlaku

Prístroje slúžiace na získavanie údajov o parametroch tlaku plynu v plynojemoch, prepravných potrubiach, v plynových fľašiach a iných zásobníkoch sú klasifikované podľa niekoľkých znakov. Líšia sa svojou konštrukciou a princípom činnosti.

Zariadenia, ktorými sa meria tlak, sa delia do tried podľa:

• druhu meraného tlaku;
• určenia;
• podľa princípu činnosti;
• triedy presnosti.

Podľa druhu meraného tlaku sa prístroje určené na stanovenie presných ukazovateľov delia na manometre, vákuometre, podtlakomery, pretlakomery, barometre a ďalšie.

V závislosti od stupňa ochrany pred vplyvom vonkajšieho prostredia sa vyrábajú tieto prístroje:

• štandardné;
• chránené proti prachu;
• vodotesné;
• chránené proti agresívnemu prostrediu;
• výbuchuvzdorné;

Jeden výrobok môže kombinovať niekoľko druhov ochrany.

Na schéme je uvedené rozdelenie meracích zariadení podľa princípu činnosti, druhu tlaku, použitia a zobrazenia. Kvapalinové a závažovo-piestové prístroje na získavanie údajov o tlaku plynu sa používajú zriedka.

Manometer je malý prístroj, pomocou ktorého sa meria tlak alebo rozdiel tlakov. Princíp činnosti tohto kontrolno-meracieho prístroja závisí od jeho vnútorného usporiadania. V rámci jednej triedy sa ďalej delia na skupiny podľa triedy presnosti.

Na meranie absolútneho tlaku, ktorého hodnoty sa odpočítavajú od absolútnej nuly (vákua), sa používajú absolútne manometre. Pretlak sa určuje manometrom pretlaku. Vo všeobecnosti sa všetky druhy takýchto prístrojov nazývajú jedným slovom: «manometer».

Väčšina druhov manometrov je určená na meranie hodnôt pretlaku. Ich zvláštnosťou je, že ukazujú tlak, ktorý predstavuje rozdiel medzi absolútnym a atmosférickým tlakom.

Vakuometre sú zariadenia, ktoré ukazujú hodnotu tlaku riedeného plynu. Použitím manovakuometrov sa meria pretlak a tlak riedeného plynu. Informácia sa zobrazuje na jednej stupnici.

Pomocou tlakomerov sa určujú parametre pretlaku s hodnotami do 40 kPa. Ťahomery naopak umožňujú merať podtlak do –40 kPa. Ťahotlakomermi sa meria podtlak a pretlak v intervale od –20 do +20 kPa.

Manometre sa používajú v najrôznejších odvetviach. Práca s plynom predstavuje vysoké riziko, preto je dôležité kontrolovať všetky ukazovatele systému. Informácia o tlaku poskytuje používateľom údaje o aktuálnom stave meraného objektu.

Diferenciálnymi manometrami možno určiť rozdiel tlakov v dvoch ľubovoľných bodoch určených na skúmanie. Mikromanometer je diferenciálny manometer, ktorý umožňuje merať hodnoty rozdielu tlakov v rozmedzí 40 kPa.

Klasifikácia podľa princípu práce

Plynové manometre sa podľa mechanizmu snímania údajov delia na:

• Deformačné;
• Elektrické;
• Závažovo-piestové;
• Kvapalinové.

Každý typ má svoje charakteristické vlastnosti.

Deformačný typ manometrov

Princíp a základy činnosti zariadení deformačnej triedy spočíva v tom, že tlak pôsobí na citlivý prvok prístroja, ktorý sa deformuje. Úroveň tlaku sa určuje stupňom deformácie.

Deformačné manometre sa vyrábajú s rúrkovo-pružinovými, vlnovcovými alebo membránovými pracovnými komponentmi, ktoré majú vysokú citlivosť.

Snímacími prvkami v rúrkovo-pružinových zariadeniach sú rúrkové pružiny. Tieto výrobky predstavujú do kruhu ohnuté rúrky s priečnym oválnym prierezom. Plyn pôsobí na vnútorný povrch rúrky. V dôsledku tohto pôsobenia sa rúrka deformuje a mení svoj tvar, približujúc sa k okrúhlemu.

Jeden koniec trubice je zatavený a je schopný pohybu. Druhý je otvorený a upevnený držiakmi. Pri zakrivení pružinovej trubice sa účinok prejavuje aj na krúžky, ktoré potom ohýbajú pružinu. Zatavený koniec pružiny sa pohybuje v súlade so silou tlaku. Tento pohyb sa prenáša na meraciu stupnicu.

Pri meraní tlaku do 40 barov sa používajú kruhové pružiny. Pri vyššom tlaku sa používajú skrutkové alebo špirálové pružiny, nachádzajúce sa v jednej rovine. Odchýlka údajov pri meraní tlaku touto metódou je od 1 do 4%.

Membránové a vlnovcové citlivé prvky umožňujú efektívne merať malé hodnoty pretlaku a vákua.

Vlnovec sa vyrába na princípe sanitárnej vlnovcovej hadice. Predstavuje tenkostennú kovovú trubicu z pohyblivých priečnych krúžkov. V závislosti od materiálu a výrobných parametrov môže byť vlnovec viac alebo menej tuhý.

Pod vplyvom vysokej teploty sa časom hromadia plastické deformácie, čo narušuje správnosť údajov. Navyše pri zvýšenej teplote a pulzácii tlaku sa urýchľuje zmena statickej charakteristiky.

Citlivé membránové prvky majú najväčšiu rozmanitosť. Trieda presnosti takých zariadení nie je vyššia ako 1,5. V týchto prístrojoch je zabudovaný ochranný systém. V prípade preťaženia sa membrána opiera o špeciálne ochranné zariadenie.

Membránové krabice sa často inštalujú do prístrojov merajúcich tlak a podtlak. Tlakomery, ťahomery a ťahotlakomery s membránovými krabicami sa vyrábajú s triedami presnosti 1,5; 2,5 a limitom merania do 25 kPa.

Ploché membrány majú malý posun pracovného bodu, preto sa najčastejšie používajú na prevod tlaku na silu. Sú nestabilné, ale dobre sa vypočítavajú.

Vlnité membrány spolu s podobnými krabicami sa používajú na zlepšenie statickej charakteristiky. Prvé sa pohybujú lepšie, ale ťažko sa počítajú. Druhé sa používajú oveľa častejšie vďaka svojej zníženej tuhosti.

Na meranie malých hodnôt tlaku sa používajú zariadenia s mäkkými membránami.

Prístroje potrebujú ochranu pred vplyvom vysokej teploty, pretože negatívne ovplyvňuje pružnosť a citlivosť hlavných pracovných prvkov.

Mechanické ukazujúce manometre

Mnohé manometre s rúrkovou pružinou sú vlastne zariadeniami s priamym prevodom. To znamená, že tlak sa prevádza na posun citlivého prvku a mechanického zariadenia, ktoré je s ním v kontakte.

Na schéme je hrdlo umiestnené radiálne, avšak vyrábajú sa aj manometre s osovým umiestnením hrdla.

Pod vplyvom tlaku sa pohybuje voľný koniec pružiny, vodítko pôsobí na ozubený sektor, dochádza k otáčaniu ozubeného kolesa a ukazovacej ručičky.

Pružinové ukazovacie manometre sa vyrábajú s rozsahom merania od 0,1 do 103 MPa a majú rôzne triedy presnosti. Etalónové modely sa vyrábajú s triedami presnosti 0,15; 0,25; 0,4. Meracie prístroje pracovnej kategórie so zvýšenou presnosťou – 1 a 0,6. Pracovné všeobecné technické – s triedami presnosti 1,5; 2,5; 4.

Manometre elektrokontaktného pôsobenia

Konštrukčne ide o úpravu ukazovacieho manometra. Podstatou činnosti je, že pri dosiahnutí prahovej hodnoty tlaku ručičkou dôjde k uzavretiu elektrického obvodu.

Do konštrukcie ukazovacieho manometra sú dodatočne vstavané ručičky s pritlačenými elektrickými kontaktmi, ktoré sú umiestnené oproti signalizovaným hodnotám.

Elektrický obvod sa uzavrie a aktivuje sa signalizácia, keď ukazovacia ručička dosiahne jednu z ručičiek s kontaktmi. Trieda presnosti takýchto manometrov je 1,5. Rozsah merania zodpovedá štandardným hodnotám.

Na zabezpečenie signalizácie alebo na účely polohovej regulácie sa používajú tlakové relé s označením RD. Merajú tlaky v rozsahu od 12 do 1600 kPa. Relé sa nastavujú na hornú a dolnú hranicu aktivácie podľa údajov kontrolného prístroja a má rozpínací výkon 10 W.

Samopisné modely manometrov

Priemysel vyrába manometre so vstavaným systémom snímania hodnôt, ktorý zaznamenáva hodnoty na kotúčovom diagrame tak, aby bolo možné sledovať dynamiku hodnôt. Jedna otáčka môže trvať 8, 12, 24 hodín. Pohyb je zabezpečený elektromotorom alebo hodinovým mechanizmom.

Činnosť manometrického samopisca je založená na prenose signálu rúrkovou pružinou veľkého priemeru, ktorá má ťahovú silu. Prenáša pohyb od citlivého prvku k indikačnému systému. Zariadenia s označením MTS zaznamenávajú hodnoty pretlaku.

Takéto zariadenia vyžadujú kontrolu zo strany operátora a majú triedy presnosti 1; 1,5; 2,5.

Vlnovcové citlivé prvky sa používajú v samopisných diferenčných manometroch, ktoré môžu byť dodatočne vybavené signalizačným zariadením a pneumatickým prevodníkom. Takéto prístroje merajú tlak v rozsahu od 6,3 kPa do 0,16 MPa a majú triedy presnosti 1; 1,5.

Závažovo-piestový typ manometrov

Takéto manometre sa často používajú ako etalón pri overovaní iných meracích prístrojov. Ich rozsah merania je veľmi široký. V závislosti od konštrukcie prístroja môže začínať významnými hodnotami podtlaku a končiť pretlakom až do 2500 MPa. Trieda presnosti dosahuje maximálne hodnoty až do 0,0015.

Pri každom pôsobení zaťaženia na merací prístroj nad stanovenú normu stráca na dĺžke svojej životnosti a na presnosti meraní.

Princíp práce spočíva v udržiavaní valca v pieste v konkrétnom stave, zatiaľ čo z jednej strany pôsobia kalibračné závažia a z druhej meraný tlak. Podľa hmotnosti závaží sa posudzuje veľkosť vytvoreného tlaku.

Základným pracovným prvkom prístroja je meracia kolónka. V závislosti od kvality jej výroby, presnosti a čistoty spojov sa mení aj veľkosť chyby.

Najmenšiu chybu merania majú GPM pracujúce na plyn. Avšak takéto zariadenia stoja niekoľkonásobne viac kvôli zvláštnostiam svojej konštrukcie a potrebe filtrácie plynu od cudzích častíc.

Funkčne sa tlakový piestový manometer skladá z prostriedku na vytváranie tlaku, meracieho systému a závaží. Zariadenie je vybavené otočným mechanizmom na zvýšenie a zníženie tlaku, ako aj ventilom na uvoľnenie tlaku.

Široko sa používajú manometre s netesným piestom. V nich je medzi piestom a valcom medzera. Nádoba pod piestom je naplnená olejom, ktorý sa pod tlakom vlieva do medzery a maže trenie povrchy.

Elektrické meradlo plynného prostredia

Takéto manometre sa používajú na prevod priameho alebo nepriameho tlaku plynu na elektrický parameter. Najčastejšie sa vyskytujúcimi manometrami tohto typu sú: tenzorezistívne, kapacitné a odporové prístroje. Tlak sa meria v rozsahu od 100 Pa do 1000 MPa. Prístroje sa vyrábajú s triedami presnosti od 0,1 do 2,5.

Práca manometrov pracujúcich na základe tenzorezistívneho efektu spočíva v zmene hodnoty odporu vodiča v dôsledku deformácie. Tlak merajú v rozsahu od 60 do 10⁸ Pa s minimálnou chybou.

Prírubové upevnenie snímača a osobitná konštrukcia prístroja umožňuje snímať údaje o tlaku v obzvlášť agresívnych prostrediach s teplotou do 300 °C. Používajú sa na meranie tlaku v systémoch s rýchlobežnými procesmi.

Schéma činnosti odporových manometrov je založená na závislosti odporu vodiča od tlaku. Zvyčajne sa tento typ zariadení používa na meranie tlaku obzvlášť vysokej úrovne nad 100 MPa.

Citlivým prvkom v takomto prístroji je manganínový drôt, ktorého odpor sa ľahko meria vyváženým mostíkom.

Práca kapacitných manometrov je založená na pôsobení tlaku na membránu, ktorá predstavuje pohyblivú elektródu. Keď sa membrána pohybuje, nasleduje zmena kapacity prevodníka. Vyznačujú sa značnými teplotnými chybami.

V kapacitných manometroch sa priehyb membrány určuje elektrickou schémou. Takéto prístroje sa používajú v systémoch s rýchlymi poklesmi tlaku.

Kvapalinové meracie prístroje

Týmito prístrojmi sa tlak určuje vyrovnávaním meraného tlaku tlakom vytváraným stĺpcom kvapaliny. Týmto spôsobom je možné merať malý pretlak, atmosférický tlak, úroveň podtlaku a rozdiel tlakov.

Túto skupinu predstavujú U-trubkové manometre, ktoré pozostávajú z prepojených nádob a tlak sa určuje podľa hladín kvapaliny; kompenzačné mikromanometre; nádobkové manometre, u ktorých sa namiesto druhej trubice používa rezervoár; plavákové, zvonové a prstencové diferenčné manometre.

Dvojtrubkové manometre umožňujú merať rozdiely tlakov. V tomto prípade sa ku každej z trubíc privádzajú tlaky, ktoré je potrebné merať.

V kvapalinových meracích prístrojoch je pracovná kvapalina obdobou citlivého prvku.

Diferenčné manometre sú zvyčajne vybavené signalizátormi, prietokomermi, regulátormi a zapisovacími zariadeniami. Rozsah merania je od 10 do 10⁵ Pa. V závislosti od kvapalín, ktoré prístroj plnia, sa mení limit merania.

Rozdelenie podľa funkčného určenia

Podľa určenia sa rozlišujú nasledujúce typy manometrov používaných na meranie tlaku plynu:

• všeobecné technické;
• etalónové;
• špeciálne.

Pozrime sa na vlastnosti každého typu.

Manometre všeobecného technického určenia

Tento typ manometrov sa vyrába na meranie hodnôt vákua a pretlaku na všeobecné technické účely. Rôzne modifikácie zariadení umožňujú ich použitie v najrôznejších prostrediach. Používajú sa na meranie tlaku vo výrobe priamo počas technologických procesov.

Tlak v takýchto prístrojoch pôsobí na trubicu zvnútra a spôsobuje posun voľného konca. S tým interaguje mechanizmus, ktorý pohybuje ručičkou.

Týmito manometrami je možné merať tlak plynných prostredí, ktoré sú neagresívne voči medeným zliatinám pri pracovnej teplote do 150 °C. Zvyčajne je telo výrobku vyrobené z ocele a časti mechanizmu z mosadznej zliatiny.

Všeobecné technické manometre pre plyn nízkeho alebo vysokého tlaku sa vyrábajú odolné voči vibráciám s frekvenciou v rozsahu od 10 do 55 Hz a s amplitúdou posunu maximálne 0,15 milimetra. Majú niekoľko tried presnosti od 1 do 2,5.

Digitálne manometre majú malé rozmery, vyznačujú sa vysokou presnosťou merania a dlhou životnosťou. Zároveň je možné tieto zariadenia kalibrovať.

Stávajú sa populárnymi plynové manometre všeobecného technického určenia s elektronickou doskou, na ktorej sa zobrazujú údaje vykonaných meraní. Často sú vybavené prevodníkmi, čo automatizuje technologické procesy. Hodnoty tlaku sa zobrazujú na elektronickom ciferníku.

Skupina špeciálnych manometrov

Takéto prístroje sa vyrábajú pre konkrétny druh plynu a prostredie, ktoré vytvára. Pre systémy so zvýšeným tlakom sa vyrábajú manometre pre plyn vysokého tlaku. Niektoré plyny sú agresívne voči určitým zliatinám, preto je na prácu s nimi potrebné používať odolné materiály.

Špeciálne manometre sa farbia na rôzne farby v závislosti od typu plynu.

Propanové manometre sa farbia na červenú farbu, majú oceľové telo a charakteristiky všeobecných technických manometrov. Pracovný tlak týchto prístrojov je od 0 do 0,6 MPa. Toto je štandardný tlak propánu. Možná prevádzka v rozsahu teplôt od -50 do +60 °C. Teplota pracovného prostredia do +150 °C. Často sú súčasťou výbavy s redukčnými ventilmi fliaš.

Merače tlaku amoniaku vo fľašiach a iných nádržiach sa farbia na žltú farbu. Agregáty s viacstupňovou kompresiou sú vybavené teplotnou stupnicou. Komponenty manometra sú vyrobené z materiálov odolných voči pôsobeniu pár amoniaku.

Pri výskyte vážnych dynamických zaťažení sa manometre plnia glycerínom alebo silikónom

Acetylénový manometer sa farbí na bielu farbu. Vyrába sa ako manometer bezpečnostných systémov z odmastených materiálov. Používa sa na meranie pretlaku v rôznych distribučných a generujúcich acetylénových systémoch. Telo je vyrobené z ocele, vnútorné komponenty z mosadznej zliatiny. Rozsah prípustných teplôt od -40 do +70 °C.

Vodíkový manometer sa farbí na tmavozelenú farbu. Manometer pre iné horľavé plyny sa farbí na červenú farbu. Merací prístroj pre nehorľavé zmesi sa farbí na čiernu farbu. Kyslíkový manometer sa farbí na modrú farbu.

Etalónové zariadenia na meranie tlaku

Tento typ manometrov je určený na kontrolu, kalibráciu a nastavenie iných prístrojov s cieľom zabezpečiť čo najvyššiu presnosť meraní. Takéto zariadenia sa vyznačujú vyššou triedou presnosti v porovnaní so všeobecnými technickými. Pracovné etalóny sa delia na tri triedy.

Kontrolné manometre, používané na kontrolu správnosti údajov meracích prístrojov na mieste inštalácie, sa tiež nazývajú manometre so zvýšenou presnosťou. Pracovný rozsah merania od 0-0,6 do 0-1600 bar pre plynné prostredia.

Manometre pre bežné a kompozitné plynové fľaše musia podstúpiť postup overenia najmenej raz ročne, ak nie sú v dokumentoch k prístroju uvedené iné lehoty. Overenie vykonávajú akreditované metrologické organizácie s postavením právnických osôb. Po overení sa vydáva osvedčenie a umiestňuje sa pečiatka.

Prístroj je potrebné odobrať z fľaše a odniesť do metrologickej služby. Tam overovatelia a kalibrátori pomocou sady etalónov a pomocných prístrojov počas približne 10 dní vykonajú overenie.

Prevodové mechanizmy v etalónových manometroch sú opracované so zvýšenou frekvenciou ozubenia. Vyznačujú sa minimálnym trením v ručičkovom mechanizme a tiež vysokou citlivosťou vnútorných prvkov.

Etalónové manometre s triedou presnosti 0,4 majú stupnicu s 250 jednotkami, s triedou presnosti 0,15 alebo 0,25 majú stupnicu so 400 jednotkami s hodnotou dielika 1 jednotka. Prevádzka zariadenia je možná pri rôznych teplotách v závislosti od náplne telesa. Ideálna pracovná teplota je 20 °C.

So špecifikami vykonávania plnenia plynových fliaš oboznámi nasledujúci článok. Prečítať by si ho mali všetci vlastníci vidieckych nehnuteľností, ktoré nie sú napojené na centrálne zásobovanie plynom.

Závery a užitočné video k téme

Princíp činnosti pružinového manometra:

Charakteristika a oblasti použitia manometra:

Manometre sa vyrábajú na riešenie rôznych úloh. Najväčšej obľube sa tešia všeobecne technické typy, používané v malých výrobách, rôznymi firmami pri práci s plynovými zariadeniami a systémami. Elektrokontaktné manometre sú zariadenia, ktoré signalizujú dosiahnutie kritickej hodnoty.

Na overenie a justovanie manometrov sa používajú etalónové manometre. Špeciálne manometre sa vyrábajú na meranie tlaku konkrétneho plynného prostredia. Medzi nimi sú veľmi obľúbené propánové manometre, ktoré sa často inštalujú v súprave s redukčným ventilom na plynové fľaše.

Chcete sa podeliť o užitočné informácie k téme článku, položiť otázku alebo umiestniť fotografiu? Zanechajte, prosím, komentáre v blokovom formulári nižšie. Zdieľajte užitočné informácie a odporúčania, ktoré by sa mohli hodiť návštevníkom stránky.