Manometr ( jinak řecky μανός „volný“ a μετρέω „měřím“ [1] , anglicky manometr ) je zařízení, které měří tlak kapaliny nebo plynu v uzavřeném prostoru [2] .
Působení tlakoměru je založeno na vyrovnávání měřeného tlaku silou pružné deformace trubkové pružiny nebo citlivější dvoudeskové membrány, jejíž jeden konec je utěsněn v držáku a druhý konec je připojen přes tyč na tribco-sektorový mechanismus, který převádí pohyb pružného snímacího prvku na kruhový pohyb ukazatele.
Do skupiny zařízení, která měří přetlak, patří [3] :
Většina tuzemských i dovážených tlakoměrů je vyráběna v souladu s obecně uznávanými normami, v tomto ohledu se tlakoměry různých značek vzájemně nahrazují. Volba tlakoměru se provádí podle následujících parametrů: mez měření, průměr tělesa, třída přesnosti přístroje, průměr závitu armatury a její umístění (radiální, axiální).
Existují také manometry, které měří absolutní tlak, tedy přetlak + atmosférický tlak.
Přístroj, který měří atmosférický tlak, se nazývá barometr .
V závislosti na provedení, citlivosti prvku existují tlakoměry kapalinové, vlastní tíhy, deformační tlakoměry (s trubicovou pružinou nebo membránou). Tlakoměry jsou rozděleny do tříd přesnosti : 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4.0 (čím nižší číslo, tím přesnější je přístroj).
Po domluvě lze tlakoměry rozdělit na technické - všeobecné technické, elektrokontaktní, speciální, samozapisovací, železniční, vibrační (plněné glycerinem), lodní a referenční (analogové).
technický: určen k měření kapalin, plynů a par, které nejsou agresivní vůči slitinám mědi.
Elektrokontakt: v provedení mají speciální skupiny kontaktů (obvykle 2). Jedna skupina kontaktů odpovídá minimálnímu nastavenému tlaku, druhá skupina - maximálnímu. Hodnoty úkolu mohou být změněny servisním personálem. Skupinu minimálního tlaku lze zařadit do elektrického obvodu pro řízení polohy nebo signalizaci minimálního tlaku. Podobně skupina maximálního tlaku. V některých případech mohou být zapojeny obě skupiny. Minimální i maximální skupinu lze vyjmout z minimální nebo maximální (respektive) hodnoty stupnice tlakoměru a nepoužít. Elektrokontaktní tlakoměry by zpravidla neměly být používány jako nástroje pro odečítání, protože indikační šipka může během mechanické interakce s jednou ze skupin kontaktů nepřesně indikovat hodnotu tlaku - dochází ke znatelné chybě. EKM 1U lze nazvat obzvláště oblíbeným zařízením této skupiny, i když je již dlouho ukončeno. Pro práci v podmínkách možné kontaminace plynů hořlavými plyny je nutné používat elektrokontaktní manometry v nevýbušném provedení.
Tlakoměry s Bourdonovou trubicí pro chladicí aplikace jsou určeny pro současné měření tlaku páry a na něm závislé teploty páry. V případě použití různých typů chladiv je zařízení vybaveno několika teplotními stupnicemi. Zařízení jsou navržena pro použití s nejběžnějšími anorganickými a organickými chladivy . V tomto případě je třeba vzít v úvahu odpor materiálu, ze kterého je manometr vyroben. Všechna zařízení jsou navržena v souladu s mezinárodními doporučeními pro měřicí techniku s přihlédnutím k požadavkům norem a aplikací.
Základem principu mechanického měření tlaku je pružný měřicí prvek schopný se působením tlakového zatížení přesně definovaným způsobem deformovat a reprodukovat zkoušenou deformaci. Pomocí ukazovacího zařízení se tato deformace převádí na rotační pohyb ukazovátka. Pomocí stupnice číselníku můžete zjistit tlak testovaný měřicím prvkem a související teplotu páry.
Mezi teplotou a tlakem existuje přímý vztah. Proto jsou tlakoměry vybaveny dvěma stupnicemi:
Pozorují se pouze u čistých chladiv uvedených na stupnici. Protože chemicky čistá chladiva se v praxi používají jen zřídka a provozní tlak neodpovídá referenčnímu tlaku, ukazuje číselník přibližnou teplotu. Ale na odvedenou práci to stačí.
Ve srovnání s jinými technickými specifikacemi mají měřicí rozsahy největší praktický význam. Charakteristickým rysem tlakoměrů pracujících s chladivy je přítomnost kombinované stupnice s údaji o tlaku a teplotě. Na standardní stupnici je hodnota dílku udávána v barech a °C. Můžete si vybrat zobrazení teploty v "F" a tlaku v kPa/MPa nebo psi.
Kapalinou plněná měřidla se používají pro měření, která zahrnují velké kolísavé zatížení, stejně jako silné vibrace nebo pulsace. Kapalina zajišťuje hladký pohyb jehly a dobrou čitelnost i při maximální zátěži a silných vibracích. Kromě toho mazací účinek tlumicí kapaliny výrazně snižuje opotřebení nástroje. Jako tlumicí kapalina se zpravidla používá glycerin .
Přístroje s elektrickou měřicí sondou nebo koncovým kontaktem používají parafínový olej, který není vodič. Jako další možnost se používá silikonové plnivo různého stupně viskozity .
Teplovodní manometry jsou založeny na poklesu tepelné vodivosti plynu s tlakem. Tyto tlakoměry mají vestavěné vlákno, které se zahřívá, když jím prochází proud. K měření teploty vlákna lze použít termočlánek nebo odporový snímač teploty (DOTS). Tato teplota závisí na rychlosti, kterou vlákno odevzdává teplo okolnímu plynu, a tedy na tepelné vodivosti. Často se používá měřidlo Pirani, které používá jediné platinové vlákno jako topné těleso i jako DOTS. Tyto tlakoměry poskytují přesné údaje mezi 10 a 10 −3 mmHg. Art., ale jsou dosti citlivé na chemické složení měřených plynů.
Jedna drátová cívka se používá jako ohřívač, zatímco druhá se používá k měření teploty pomocí konvekce.
Tlakoměr Pirani se skládá z kovového drátu otevřeného měřenému tlaku. Drát je ohříván proudem, který jím prochází, a ochlazen okolním plynem. S klesajícím tlakem plynu klesá i chladicí účinek a zvyšuje se rovnovážná teplota drátu. Odpor drátu je funkcí teploty: měřením napětí na drátu a proudu, který jím prochází, lze určit odpor (a tím i tlak plynu). Tento typ tlakoměru jako první navrhl Marcello Pirani .
Termočlánková a termistorová měřidla fungují podobným způsobem. Rozdíl je v tom, že k měření teploty vlákna se používá termočlánek a termistor.
Rozsah měření: 10 -3 - 10 mm Hg. Umění. (zhruba 10 −1 - 1000 Pa)
Ionizační tlakoměry jsou nejcitlivější měřicí přístroje pro velmi nízké tlaky. Měří tlak nepřímo prostřednictvím měření iontů vytvořených, když je plyn bombardován elektrony. Čím nižší je hustota plynu, tím méně iontů se vytvoří. Kalibrace iontového manometru je nestabilní a závisí na povaze měřených plynů, což není vždy známo. Mohou být kalibrovány porovnáním s údaji na tlakoměru McLeod, které jsou mnohem stabilnější a nezávislé na chemii.
Termoelektrony se srážejí s atomy plynu a vytvářejí ionty. Ionty jsou přitahovány k elektrodě při vhodném napětí, známém jako kolektor. Kolektorový proud je úměrný rychlosti ionizace, která je funkcí tlaku v systému. Měření kolektorového proudu tedy umožňuje určit tlak plynu. Existuje několik podtypů ionizačních měřidel.
Rozsah měření: 10 −10 — 10 −3 mmHg Umění. (zhruba 10 -8 - 10 -1 Pa)
Většina iontových měřidel spadá do dvou kategorií: horká katoda a studená katoda. Třetí typ, rotační rotorový tlakoměr, je citlivější a dražší než první dva a není zde diskutován. V případě horké katody vytváří elektricky vyhřívané vlákno elektronový paprsek. Elektrony procházejí tlakoměrem a ionizují molekuly plynu kolem sebe. Výsledné ionty se shromažďují na záporně nabité elektrodě. Proud závisí na počtu iontů, který zase závisí na tlaku plynu. Tlakoměry s horkou katodou přesně měří tlak v rozsahu 10 −3 mmHg. Umění. až 10-10 mm Hg. Umění. Princip měřidla se studenou katodou je stejný, kromě toho, že elektrony jsou generovány ve výboji vytvořeným vysokonapěťovým elektrickým výbojem. Tlakoměry se studenou katodou přesně měří tlak v rozsahu 10 −2 mmHg. Umění. až 10-9 mm Hg. Umění. Kalibrace ionizačních měřidel je velmi citlivá na strukturální geometrii, chemii plynů, korozi a povrchové usazeniny. Jejich kalibrace se může stát nepoužitelnou při zapnutí při atmosférických a velmi nízkých tlacích. Složení vakua při nízkých tlacích je obvykle nepředvídatelné, proto je nutné pro přesná měření používat současně hmotnostní spektrometr s ionizačním manometrem.
Bayard-Alpertův ionizační přístroj s horkou katodou se obvykle skládá ze tří elektrod pracujících v triodovém režimu, kde vlákno je katoda. Tři elektrody jsou kolektor, vlákno a mřížka. Kolektorový proud se měří v pikoampech elektrometrem. Potenciální rozdíl mezi vláknem a zemí je typicky 30 voltů, zatímco síťové napětí při konstantním napětí je 180-210 voltů, pokud nedochází k případnému ostřelování elektrony, prostřednictvím ohřevu mřížky, která může mít vysoký potenciál přibližně 565 voltů. Nejběžnějším iontovým manometrem je Bayard-Alpertova horká katoda s malým iontovým kolektorem uvnitř mřížky. Elektrody může obklopovat skleněné pouzdro s otvorem pro vakuum, to se však obvykle nepoužívá a manometr je zabudován přímo do vakuového zařízení a kontakty jsou vyvedeny přes keramickou desku ve stěně vakuového zařízení. Ionizační měřidla s horkou katodou se mohou poškodit nebo ztratit kalibraci, pokud jsou zapnuty při atmosférickém tlaku nebo dokonce nízkém vakuu. Ionizační měřidla s horkou katodou vždy měří logaritmicky.
Elektrony emitované vláknem se několikrát pohybují dopředu a dozadu kolem mřížky, dokud na ni nenarazí. Během těchto pohybů se některé z elektronů srazí s molekulami plynu a vytvoří elektron-iontové páry (ionizace elektronů). Počet takových iontů je úměrný hustotě molekul plynu vynásobené termionickým proudem a tyto ionty létají do kolektoru a tvoří iontový proud. Protože hustota molekul plynu je úměrná tlaku, tlak se odhaduje měřením iontového proudu.
Nízká tlaková citlivost měřidel s horkou katodou je omezena fotoelektrickým jevem. Elektrony dopadající na mřížku produkují rentgenové paprsky, které produkují fotoelektrický šum v iontovém kolektoru. To omezuje rozsah starších teploměrů s horkou katodou na 10 -8 mmHg. Umění. a Bayard-Alpert na přibližně 10 -10 mm Hg. Umění. Přídavné dráty na katodovém potenciálu v linii pohledu mezi iontovým kolektorem a mřížkou tomuto efektu zabraňují. U extrakčního typu nejsou ionty přitahovány drátem, ale otevřeným kuželem. Protože se ionty nemohou rozhodnout, kterou část kužele zasáhnout, projdou otvorem a vytvoří iontový paprsek. Tento iontový paprsek lze přenést do Faradayovy misky.
Existují dva typy studených katodových měřidel: Penningovo měřidlo (zavedené Maxem Penningem) a invertovaný magnetron. Hlavním rozdílem mezi nimi je poloha anody vzhledem ke katodě. Žádný z nich nemá vlákno a každý z nich vyžaduje ke svému fungování napětí do 0,4 kV. Invertované magnetrony mohou měřit tlaky až 10–12 mm Hg. Umění.
Taková měřidla nemohou fungovat, pokud se ionty generované katodou rekombinují dříve, než se dostanou k anodě. Pokud je střední volná dráha plynu menší než rozměry manometru, pak proud na elektrodě zmizí. Praktická horní hranice měřeného tlaku Penningova manometru je 10 −3 mm Hg. Umění.
Podobně se nemusí zapnout měřidla se studenou katodou při velmi nízkých tlacích, protože téměř nepřítomnost plynu znesnadňuje stanovení elektrodového proudu – zvláště u měřiče Penning, který používá pomocné symetrické magnetické pole k vytvoření trajektorií iontů na řád. metrů. V okolním vzduchu vznikají vhodné iontové páry působením kosmického záření; byla přijata opatření v Penningově měřidlu pro usnadnění instalace vypouštěcí cesty. Například elektroda v Penningově měřidle je obvykle přesně zúžená, aby se usnadnila emise elektronů polem.
Servisní cykly pro měřidla se studenou katodou se obecně měří v letech v závislosti na typu plynu a tlaku, při kterém jsou provozovány. Použití měřidla se studenou katodou v plynech s významnými organickými složkami, jako jsou zbytky oleje čerpadla, může mít za následek růst tenkých uhlíkových filmů v měřidlu, které nakonec zkratují elektrody měřidla nebo zabraňují vytvoření výbojové cesty.
Tlakoměry se používají ve všech případech, kdy je potřeba znát, kontrolovat a regulovat tlak. Nejčastěji se tlakoměry používají v tepelné energetice, v podnicích chemického, petrochemického a potravinářského průmyslu.
Poměrně často jsou pouzdra tlakoměrů používaných k měření tlaku plynů natřena různými barvami. Takže tlakoměry s modrou barvou těla jsou určeny k měření tlaku kyslíku. Manometry pro čpavek mají žlutou barvu pouzdra, bílou - pro acetylen, tmavě zelenou - pro vodík, šedozelenou - pro chlór. Manometry na propan a další hořlavé plyny mají červené pouzdro. Černé tělo má tlakoměry určené pro práci s nehořlavými plyny.