Каким физическим прибором измеряется давление внутри

Каким физическим прибором измеряется давление внутри жидкости

Жидкостные манометры и дифманометры, принцип действия, область применения

Жидкостные (трубные) манометры функционируют по принципу сообщающихся сосудов — за счет уравновешивания фиксируемого давления весом жидкости-наполнителя: столб жидкости сдвигается на высоту, которая пропорциональна приложенной нагрузке. Измерения на основе гидростатического метода привлекают сочетанием простоты, надежности, экономичности и высокой точности. Манометр с жидкостью внутри оптимально подходит для измерения перепадов давления в пределах 7 кПа (в специальных вариантах исполнения — до 500 кПа).

Почему в водопроводе в квартире плохой напор?

Существуют 3 основные причины низкого давления:

1. Крупные засоры в трубах, на очистных сооружениях. Обильные осадки, загрязнение рек — всё это ведет к скоплению мусора в водопроводе. Для борьбы с этим применяют комплексные меры, в которых задействуют специалистов, специальную технику.
2. Повреждения трубопровода. Отсутствие мер по обновлению систем снабжения, ведет к износу и последующим поломкам.
3. Ошибки в разработке плана водоснабжения. Большое количество перепадов высот, изгибов, соединений нескольких линий в одну ведут к замедлению скорости течения воды, что напрямую влияет на давление.

Своими силами исправить это практически невозможно, но искусственно повысить его в квартире, доме можно с помощью насосного оборудования.

Как его повысить?

Простейший способ увеличить напор — поставить насос. В магазинах можно найти:

• проточные;
• стационарные (насосная станция).

Для гарантированного результата лучше установить несколько таких приборов. Сделать это можно, не запрашивая разрешения у служб ЖКХ.

Одновременная работа нескольких насосов может понизить напор у других жильцов. В таком случае суд может обязать удалить дополнительное оборудование из водопровода.

Стоит выбирать оборудование с производительностью 3.5 м3 в час и автоматической регулировкой. Крайне нежелательно, чтобы уровень шума превышал 40 дБ, иначе потребуется дополнительная звукоизоляция. Проточные насосы подсоединяются к трубам двумя шлангами.

Для насосных станций придется монтировать отдельный контур. Монтажом и реализацией занимаются специальные фирмы. Установка такого прибора гарантирует стабильное водоснабжение на протяжении многих лет.

Насосная станция — сложная система, в которую входят:

• небольшой резервуар;
• датчик давления;
• насос.

Такая конструкция позволяет защищать систему даже от небольших колебаний давления. Она анализирует величину напора в реальном времени, повышает или понижает его в зависимости от заданных параметров. Это необходимо в частном секторе, когда несколько соседей одновременно начинают полив своих участков.

Виды и типы приборов

Для лабораторных измерений или промышленного применения используются различные варианты манометров с трубной конструкцией. Наиболее востребованы такие виды приборов:

• U-образные. Основа конструкции — сообщающиеся сосуды, в которых определение давления осуществляется по одному или сразу нескольким уровням жидкости. Одна часть трубки соединяется с трубопроводной системой для проведения измерения. В то же время другой конец может быть герметически запаян или иметь свободное сообщение с атмосферой.
• Чашечные. Однотрубный жидкостный манометр во многом напоминает конструкцию классических U-образных приборов, но вместо второй трубки здесь применяется широкий резервуар, площадь которого в 500-700 раз больше площади сечения основной трубки.
• Кольцевые. В устройствах данного типа столб жидкости заключен в кольцевом канале. При изменении давления происходит перемещение центра тяжести, что в свою очередь приводит к перемещению стрелки указателя. Таким образом, прибор для измерения давления фиксирует угол наклона оси кольцевого канала. Эти манометры привлекают высокой точностью результатов, которые не зависят от плотности жидкости и газовой среды на ней. В то же время сфера применения таких изделий ограничивается их высокой стоимостью и сложностью обслуживания.
• Жидкостно-поршневые. Измеряемое давление вытесняет сторонний шток и уравновешивает его положение калиброванными грузами. Подобрав оптимальные параметры массы штока с грузами, удается обеспечить его выталкивание на величину, пропорциональную к измеряемому давлению, а, следовательно, удобную для контроля.

Когда необходимо измерить?

Жители многоквартирного дома иногда обнаруживают, что в смесителе пропал нормальный напор. Это замедляет готовку, уборку, гигиенические процедуры. Сразу идут жалобы в водоканал.

Когда вода «бьет» из крана, то никто не спешит обращаться в коммунальные службы. Это такой же ненормальный режим работы водопровода.

Наличие любых положительных или отрицательных изменений в силе водяного давления, должно стать сигналом о неполадках. Чтобы убедиться в своих опасениях, можно померить его самостоятельно.

Применение жидкостного манометра

Простота и надежность измерений на основе гидростатического метода объясняют широкое применение прибора с жидкостным наполнителем. Такие манометры незаменимы при проведении лабораторных исследований или решении различных технических задач. В частности, приборы используются для таких типов измерений:

• Небольшие избыточные давления.
• Разность давлений.
• Атмосферное давление.
• Разрежение.

Важное направление применения трубных манометров с жидким наполнителем — поверка контрольно-измерительных приборов: тягомеров, напоромеров, вакуумметров барометров, дифманометров и некоторых типов манометров.

Номенклатура измерительных приборов

Термины сенсор, датчик и преобразователь описывают различные аспекты измерительного прибора. Ниже приведены некоторые основные допустимые описания:

Сенсор — Стандартное устройство с мембраной и электронными компонентами для формирования «сырого» сигнала. Этого недостаточно для автономной работы, и оно продается, в основном, для поставщиков комплексного оборудования, так называемых OEM-компаний.

Преобразователь — Сенсор с базовой электронной поддержкой для усиления и преобразования первичного сигнала в удобный формат, например, 4-20 мА.

Датчик- Сенсор с наиболее усовершенствованной электронной поддержкой, способный преобразовывать параметр процесса в аналоговый или цифровой формат и передавать его через аппаратные средства либо через протокол fi eldbus.

Интеллектуальный датчик — Датчик с дополнительными функциями диагностики и измерения параметров. Датчики на базе HART являются наиболее общим примером.

Измерительный прибор — Менее конкретный термин, который может включать и преобразователи, и датчики, и прочие устройства.

Манометр жидкостный: принцип действия

Самый распространенный вариант конструкции приборов — U-образная трубка. Принцип действия манометра показан на рисунке:

Схема U-образного жидкостного манометра

Один конец трубки имеет сообщение с атмосферой — на него воздействует атмосферное давление Pатм. Другой конец трубки с помощью подводящих устройств подключается к целевому трубопроводу — на него воздействует давление измеряемой среды Рабс. Если показатель Рабс выше Pатм, то жидкость вытесняется в трубку, сообщающуюся с атмосферой.

В чем измеряется?

Перед началом работы нужно разобраться, с чем и в какой системе измерений придется работать. Со школьной скамьи все знают, что в физике давление — это сила, с которой вещество действует на стенки сосуда. Там же написано, что в СИ ему соответствуют паскали (Па) или ньютоны на квадратный метр (Н/м2).

На шкале оборудования для измерения давления воды можно встретить следующие обозначения:

1. Pa, Па, КПа, МПа. Паскаль — принятая в международной системе единиц мера давления.

2. Кгс/см2, kgf/cm2. Килограмм-сила на квадратный сантиметр — устаревшая единица.
3. Ата, atm. Техническая атмосфера. 1 ата = 1 кгс/см2.
4. Мм вод. ст., mm H2O. Миллиметр водяного столба.
5. Psi, psia, psig, lb/in2. Фунт на дюйм квадратный. Встречается на американских, европейских приборах.
6. Бар, bar. Величина, приближенно равная одной технической атмосфере.

В СНиП 2.04.02-84 давление приводится в мегапаскалях (МПа). Там же установлена величина нормального напора воды.

Напор — это механическая энергия потока на площади. Измеряется в метрах. Допустимые значения для жилых площадей обозначены в СНиП 2.04.01-85.

Нормативы

В Российской Федерации источниками нормальных величин давления в системе водоснабжения являются следующие нормативно-правовые акты:

• Постановление Правительства РФ от 6.05.2011 г. № 354, приложение 1;
• Свод правил 30.13330.2016;
• СНиП 31-01-2003;
• СНиП 2.04.02-84;
• СНиП 2.04.01-85.

Стоит заметить, что показания для холодного (ХВС) водоснабжения отличаются от горячего (ГВС). При высоких температурах давление может быстро меняться.

Для стабильной работы системы распределения, горячую воду подают под более низким давлением.

Нормативом устанавливается:

• ГВС = 0.03 — 0.45 МПа или 0.3 — 4.5 атмосферы;
• ХВС = 0.03 — 0.6 МПа или 0.3 — 6 атмосфер.

Если показатели не соответствуют указанным выше, то смело можно требовать перерасчет от поставщика услуг.

Даже небольшие отклонения от нормы быть причиной для обращения в соответствующие органы. Не стоит переплачивать за те услуги, которые были предоставлены с очевидными нарушениями. Узнать точные данные можно с помощью манометров.

Инструкция по расчету

Разница высоты между уровнями жидкости рассчитывается по формуле:

h = (Рабс — Ратм)/((rж — rатм )g) где: Рабс — абсолютное измеряемое давление. Ратм — атмосферное давление. rж — плотность рабочей жидкости. rатм — плотность окружающей атмосферы. g — ускорение свободного падения (9,8 м/с2) Показатель высоты рабочей жидкости H складывается из 2-ух составляющих: 1. h2 — понижение столба по сравнению с исходным значением. 2. h2 — повышение столба в другой части трубки в сравнении с исходным уровнем. Показатель rатм в расчетах часто не учитывают, поскольку rж >> rатм. Таким образом, зависимость можно представить как: h = Ризб/(rж g) где: Ризб — избыточное давление измеряемой среды. На основе приведенной формулы, Ризб = hrж g.

Если необходимо измерить давление разряженных газов, применяются измерительные приборы, в которых один из концов герметически запаян, а к другому с помощью подводящих устройств подключают вакуумметрическое давление. Конструкция показана на схеме:

Схема жидкостного вакуумметра абсолютного давления

Для таких приборов применяется формула: h = (Ратм — Рабс)/(rж g).

Давление в запаянном торце трубки равно нулю. При наличии в нем воздуха расчеты вакуумметрического избыточного давления выполняются как: Ратм — Рабс = Ризб — hrж g.

Если воздух в запаянном конце откачан, и давление противодействия Ратм = 0, то: Рабс= hrж g.

Конструкции, в которых воздух в запаянном конце откачивается и перед заполнением вакууммируется, подходят для применения в качестве барометров. Фиксация разницы высоты столба в запаянной части позволяет произвести точные расчеты барометрического давления.

Приборы для измерения давления. Барометр-анероид. Манометр

О длине или массе при­ня­то го­во­рить, что они боль­шие или ма­лень­кие, уве­ли­чи­ва­ют­ся или умень­ша­ют­ся. А об ат­мо­сфер­ном дав­ле­нии го­во­рят, что оно вы­со­кое или низ­кое, по­вы­ша­ет­ся или по­ни­жа­ет­ся. Эта тра­ди­ция уста­но­ви­лась еще со вре­мен Эван­дже­ли­ста Тор­ри­чел­ли в 17 веке. Тогда ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние из­ме­ря­ли с по­мо­щью жид­кост­но­го ба­ро­мет­ра, где ос­нов­ную роль играл столб ртути, ко­то­рый, со­от­вет­ствен­но, по­вы­шал­ся или по­ни­жал­ся (см. рис. 1).

Рис. 1. Ртут­ный ба­ро­метр

Се­год­ня ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние при­ня­то из­ме­рять с по­мо­щью ба­ро­мет­ров-ане­ро­и­дов — без­жид­кост­ных ба­ро­мет­ров (см. рис. 2).

Рис. 2. Ба­ро­метр-ане­ро­ид

Устройство барометра-анероида

Ос­но­ву ба­ро­мет­ра-ане­ро­и­да со­став­ля­ет гоф­ри­ро­ван­ная (вол­ни­стая) ме­тал­ли­че­ская ко­роб­ка А (см. рис. 3). Внут­ри ко­роб­ки воз­ду­ха нет, его от­ка­чи­ва­ют при из­го­тов­ле­нии ба­ро­мет­ра. Чтобы ко­роб­ку не рас­плю­щи­ло ат­мо­сфер­ным дав­ле­ни­ем, ее удер­жи­ва­ет упру­гая ме­тал­ли­че­ская пла­сти­на, один конец ко­то­рой со­еди­нен с ос­но­ва­ни­ем ба­ро­мет­ра. Вто­рой конец упру­гой пла­сти­ны спе­ци­аль­ным ме­ха­низ­мом со­еди­нен со стрел­кой ба­ро­мет­ра В.

Рис. 3. Устрой­ство ба­ро­мет­ра-ане­ро­и­да

Если ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние будет из­ме­нять­ся, со­от­вет­ствен­но, будет из­ме­нять­ся и сила, сдав­ли­ва­ю­щая ме­тал­ли­че­скую ко­роб­ку. Тогда через пла­сти­ну и ме­ха­низм даже неболь­шое из­ме­не­ние тол­щи­ны ко­роб­ки вы­зо­вет за­мет­ное пе­ре­ме­ще­ние конца стрел­ки на фоне шкалы С.

Преимущества и недостатки

Жидкостные манометры имеют как сильные, так и слабые стороны. При их использовании удается оптимизировать капитальные и эксплуатационные издержки на контрольно-измерительные мероприятия. В то же время следует помнить о возможных рисках и уязвимых местах таких конструкций.

Среди ключевых преимуществ измерительных приборов с жидкостным наполнением следует отметить:

• Высокая точность измерений. Приборы с низким уровнем погрешности могут использоваться в качестве образцовых для поверки различного контрольно-измерительного оборудования.
• Простота использования. Инструкция по использованию прибора является предельно простой и не содержит каких-либо сложных или специфических действий.
• Невысокая стоимость. Цена жидкостных манометров значительно ниже по сравнению с другими типами оборудования.
• Быстрый монтаж. Подключение к целевым трубопроводам производится с помощью подводящих устройств. Осуществление монтажа/демонтажа не требует специального оборудования.

При использовании манометрических устройств с жидкостным наполнением следует учитывать и некоторые слабые стороны таких конструкций:

• Резкий скачок давления может привести к выбросу рабочей жидкости.
• Возможность автоматической фиксации и передачи результатов измерений не предусмотрена.
• Внутреннее устройство жидкостных манометров определяет их повышенную хрупкость
• Приборы характеризуются достаточно узким диапазоном измерений.
• Корректность измерений может быть нарушена некачественной очисткой внутренних поверхностей трубок.

Что поможет определить?

Узнать давление воды, поможет манометр. На полках магазинов можно встретить много разновидностей этого прибора, которые различаются:

• схемой подключения;
• точностью (ценой деления);
• погрешностью;
• датчиком (механические, электронные);
• материалами;
• ценой.

В квартире, частном доме можно воспользоваться обычными стационарными манометрами. Они являются частью водопровода.

Другой вариант — переносной манометр. Он состоит из:

• корпуса;
• креплений;
• трубок.

Есть разновидности, которые ставят на место смесителей, душевых леек. Другие, менее точные, — можно надеть прямо на кран. Для их установки не требуются глубокие познания в сантехнике. С этим справиться любой человек, который хоть раз в жизни имел дело с сантехникой.

Особняком стоят электронные и электромеханические датчики. Такие комплексные системы в автоматическом режиме контролируют напор, повышают или понижают давление. Они часто являются частью насосных систем, для монтажа которых стоит вызвать сантехников-профессионалов.

Перед тем, как измерить давление в квартире или частном доме, необходимо приобрести прибор для точных замеров. Существуют способ померить давление без специального оборудования, косвенно, но такие показания нельзя предоставить в ЖКХ.

Интеллектуальная диагностика

Интеллектуальный датчик представляет собой устройство, способное выполнять множество функций, а не только передавать один измеренный параметр технологического процесса. Но как это применить к датчику давления? Что еще следует измерять?

Установка, расширение, техобслуживание

Правильность установки может иметь такую же важность, что и выбор корректного устройства. Датчики для измерения давления обычно монтируются с клапаном-отсекателем, особенно в непрерывных процессах. Таким образом, датчики можно калибровать, ремонтировать или заменять, не прерывая процесс. В ситуациях, когда рабочий режим является периодическим, это не настолько критично, и устройство можно устанавливать непосредственно в поток. Участок трубы или трубопровода, ведущего к сенсору, называется импульсной линией и помогает в тех случаях, когда нет достаточного пространства для доступа к корпусу датчика. Тем не менее, импульсные линии следует использовать осторожно:

• Импульсная линия должна иметь минимальные размеры;

• Если в качестве технологической среды используется жидкость, следует стравить воздух;

• Если требуется, чтобы вывод данных осуществлялся в более удобном месте, следует удлинить кабель, а не импульсную линию;

• В высокотемпературной среде, в особенности при наличии пара, следует убедиться, что импульсная линия может выступать в качестве сифона.

Этот датчик устанавливается с пробоотборным краном, отсечным вентилем, установленным на короткой импульсной линии

Вспомогательные принадлежностимогут упростить монтаж или защитить устройство. Существует несколько примеров:

Запорный и стравливающий вентиль — вентиль, монтируемый на импульсной линии, который позволяет стравить давление из сенсора, как только отключается соединение с процессом.

Демпфирующее устройство — устройство для торможения потока среды от процесса к датчику, обычно используется для подавления пульсаций и продления срока службы устройства. При правильном использовании показания датчика будут корректными, при этом не повреждается мембрана сенсора.

Разделительная мембрана — мембрана, монтируемая перед самим датчиком, для передачи давления без просачивания технологической жидкости в сенсор. При использовании мембраны, датчик должен заполняться инертной жидкостью, обычно силиконовым маслом, для передачи давления.

Устройство защиты от избыточного давления — подпружиненный вентиль, который закрывается в случае избыточного давления, предотвращая повреждение датчика. Используется в тех ситуациях, когда возможны большие скачки давления.

Вентильный блок — устройство, упрощающее комплексную компоновку трубопровода для установки устройства измерения дифференциального давления, обычно включающее внутренние вентили для отсечки процесса, стравливания и выравнивания давления.

Требования к техобслуживанию и калибровке датчика зависят от требований технологического процесса и измерительного прибора. Качественное устройство в любом применении вторичной важности может работать много лет без особого внимания персонала. С другой стороны, в приложениях с высоким приоритетом точности измерений, датчики требуют периодической калибровки. В то же время, высококачественные преобразователи и датчики точно калибруются на заводе изготовителя, а большинство подразделений по техобслуживанию на промышленных объектах не имеют подобной возможности. Зачастую попытки повысить точность измерений собственными силами приводят к противоположным результатам. На практике устройства от известных изготовителей, показания которых не соответствуют заводской калибровке и требуют постоянного контроля, чаще всего оказываются поврежденными или монтируются неправильным образом, что снижает возможность передачи корректных данных.

Источник