Manometry pro měření tlaku plynu: typy, zvláštnosti konstrukce a činnosti měřidel

Často vzniká potřeba měřit tlak vytvářený plynem. Například v lahvích, v plynovodech, v různých nádobách a zásobnících. Pro kontrolu a monitorování hodnot se používají manometry pro měření tlaku plynu. Tato zařízení slouží v různých oblastech života, od medicíny až po těžký průmysl.

Aby nákup přístroje nebyl zbytečný a zakoupený manometr odpovídal požadavkům výrobních procesů, stojí za to se seznámit s klasifikací. Seznámíme vás s druhy měřidel tlaku plynu. Popíšeme jejich konstrukční zvláštnosti a principy činnosti.

Klasifikace podle typu měřeného tlaku

Přístroje sloužící k získávání údajů o parametrech tlaku plynu v plynojemech, přepravních potrubích, v plynových lahvích a dalších zásobnících se klasifikují podle několika hledisek. Liší se svým uspořádáním a principem činnosti.

Zařízení, pomocí kterých se měří tlak, se rozdělují do tříd podle:

• druhu měřeného tlaku;
• určení;
• podle principu činnosti;
• třídy přesnosti.

Podle druhu měřeného tlaku se přístroje určené ke stanovení přesných hodnot dělí na manometry, vakuometry, tahoměry, tlakoměry, barometry a další.

V závislosti na stupni ochrany před vlivy vnějšího prostředí se vyrábějí následující přístroje:

• standardní;
• chráněné proti vniknutí prachu;
• vodotěsné;
• chráněné proti agresivnímu prostředí;
• odolné proti výbuchu;

Jeden výrobek může kombinovat několik druhů ochrany.

Na schématu je znázorněno rozdělení měřicích zařízení podle principu činnosti, podle druhu tlaku, podle použití a podle zobrazení. Kapalinové a závažové pístové přístroje pro získávání údajů o tlaku plynu se používají zřídka.

Manometr je malý přístroj, který se používá k měření tlaku nebo rozdílu tlaků. Princip činnosti tohoto měřicího přístroje závisí na jeho vnitřním uspořádání. V rámci jedné třídy se dále dělí do skupin podle třídy přesnosti.

K měření absolutního tlaku, jehož hodnoty se odečítají od absolutní nuly (vakua), se používají absolutní manometry. Přetlak se měří manometrem přetlaku. Obecně se všechny druhy těchto přístrojů označují jedním slovem: „manometr“.

Většina druhů manometrů je určena k měření hodnot přetlaku. Jejich zvláštností je, že ukazují tlak, který představuje rozdíl mezi absolutním a atmosférickým tlakem.

Vakuometry jsou zařízení, která ukazují hodnotu tlaku zředěného plynu. Pomocí manovakuometrů se měří přetlak a tlak zředěného plynu. Informace se zobrazují na jedné stupnici.

Pomocí přetlakoměrů se určují parametry přetlaku do hodnot 40 kPa. Tahoměry naopak umožňují měřit podtlak až do –40 kPa. Tahotlakoměry měří podtlak a přetlak v rozsahu od –20 do +20 kPa.

Manometry se používají v nejrůznějších odvětvích. Práce s plynem s sebou nese vysoké riziko, proto je důležité kontrolovat všechny ukazatele systému. Informace o tlaku poskytuje uživatelům údaje o aktuálním stavu měřeného objektu.

Diferenciálními manometry lze určit rozdíl tlaků ve dvou libovolných bodech, které mají být zkoumány. Mikromanometr je diferenční manometr, který umožňuje měřit hodnoty rozdílu tlaků v rozsahu do 40 kPa.

Klasifikace podle principu činnosti

Plynové manometry se podle mechanismu snímání údajů dělí na:

• Deformační;
• Elektrické;
• Závažové pístové;
• Kapalinové.

Každý typ má své charakteristické vlastnosti.

Deformační typ manometrů

Princip a základy činnosti zařízení deformační třídy spočívají v tom, že tlak působí na citlivý prvek přístroje, který se deformuje. Úroveň tlaku se určuje podle stupně deformace.

Deformační manometry se vyrábějí s trubkově pružinovými, měchovými nebo membránovými pracovními komponenty, které mají vysokou citlivost.

Snímacími prvky v trubkově pružinových zařízeních jsou trubkové pružiny. Tyto výrobky představují trubky ohnuté do kruhu s oválným průřezem. Plyn působí na vnitřní povrch trubky. Během tohoto působení se trubka deformuje a mění svůj tvar, přibližuje se k kruhovému tvaru.

Jeden konec trubice je zatavený a může se pohybovat. Druhý konec je otevřený a upevněný držáky. Při zakřivení pružinové trubice působí také na kroužky, které pak pružinu narovnávají. Zatavený konec pružiny se pohybuje podle síly tlaku. Tento pohyb se přenáší na měřicí stupnici.

Při měření tlaku do 40 barů se používají kruhové pružiny. Při vyšším tlaku se používají šroubové nebo spirálové pružiny umístěné v jedné rovině. Chyba údajů při měření tlaku touto metodou činí 1 až 4 %.

Membránové a vlnovcové citlivé prvky umožňují účinně měřit malé hodnoty přetlaku a podtlaku.

Vlnovec se vyrábí na principu sanitárního vlnovcového hadice. Představuje tenkostěnnou kovovou trubici z pohyblivých příčných kroužků. V závislosti na materiálu a výrobních parametrech může být vlnovec více či méně tuhý.

Působením vysoké teploty se postupně hromadí plastické deformace, což narušuje správnost údajů. Navíc při zvýšené teplotě a pulzaci tlaku se urychluje změna statické charakteristiky.

Citlivé membránové prvky mají největší rozmanitost. Třída přesnosti takových zařízení není vyšší než 1,5. V takových přístrojích je zajištěn ochranný systém. V případě přetížení membrána dosedne na speciální ochranné zařízení.

Membránové skříňky se často instalují do přístrojů měřících tlak a podtlak. Tlakoměry, podtlakoměry a tlakoměry s podtlakem s membránovými skříňkami se vyrábějí s třídami přesnosti 1,5; 2,5 a limitem měření do 25 kPa.

Ploché membrány mají malý posuv pracovního bodu, proto se nejčastěji používají k převodu tlaku na sílu. Jsou nestabilní, ale dobře se vypočítávají.

Vlnité membrány spolu s analogickými skříňkami se používají ke zlepšení statické charakteristiky. První se lépe pohybují, ale špatně se vypočítávají. Druhé se používají mnohem častěji díky své snížené tuhosti.

Pro měření malých hodnot tlaku se používají zařízení s volnými membránami.

Přístroje potřebují ochranu před působením vysoké teploty, protože negativně ovlivňuje pružnost a citlivost hlavních pracovních prvků.

Mechanické ukazovací manometry

Mnoho manometrů s trubicovou pružinou jsou vlastně zařízení s přímým převodem. To znamená, že tlak se převádí na posuv citlivého prvku a s ním kontaktujícího mechanického zařízení.

Na schématu je hrdlo umístěno radiálně, ale vyrábějí se také manometry s axiálním umístěním hrdla.

Působením tlaku se pohybuje volný konec pružiny, táhlo působí na ozubený segment, dochází k otáčení ozubeného kola a ukazovací ručičky.

Pružinové ukazovací manometry se vyrábějí s rozsahem měření od 0,1 do 103 MPa a mají různé třídy přesnosti. Referenční modely jsou vyráběny s třídami přesnosti 0,15; 0,25; 0,4. Měřidla pracovní kategorie se zvýšenou přesností – 1 a 0,6. Obecně technická pracovní – s třídami přesnosti 1,5; 2,5; 4.

Elektrokontaktní manometry

Konstrukčně se jedná o vylepšení ukazovacího manometru. Podstatou činnosti je, že při dosažení prahové hodnoty tlaku ručičkou dojde k uzavření obvodu.

Do konstrukce ukazovacího manometru jsou dodatečně zabudovány ručičky s přitlačenými elektrickými kontakty, které jsou umístěny proti signalizovaným hodnotám.

Elektrický obvod se uzavře a spustí se signalizace, když ukazovací ručička dosáhne jedné z ručiček s kontakty. Třída přesnosti těchto manometrů je 1,5. Rozsah měření odpovídá standardním hodnotám.

Pro zajištění signalizace nebo pro účely polohové regulace se používají tlaková relé s označením RD. Měří tlak v rozsahu od 12 do 1600 kPa. Relé se nastavují na horní a dolní mez aktivace podle údajů kontrolního přístroje a mají spínací výkon 10 W.

Samopisné modely manometrů

Průmysl vyrábí manometry s vestavěným systémem snímání údajů, který zaznamenává hodnoty na kotoučový diagram, aby bylo možné sledovat dynamiku ukazatelů. Jedna otáčka může trvat 8, 12 nebo 24 hodin. Pohyb je zajištěn elektromotorem nebo hodinovým strojkem.

Činnost manometrického samopisu je založena na přenosu signálu trubicovou pružinou velkého průměru, která má tahovou sílu. Přenáší pohyb od citlivého prvku k indikačnímu systému. Zařízení s označením MTS zaznamenávají hodnoty přetlaku.

Taková zařízení vyžadují kontrolu operátorem a mají třídy přesnosti 1; 1,5; 2,5.

Membránové citlivé prvky se používají v samopisných diferenčních manometrech, které mohou být dodatečně vybaveny signalizačním zařízením a pneumatickým převodníkem. Tyto přístroje měří tlak v rozsahu od 6,3 kPa do 0,16 MPa a mají třídy přesnosti 1; 1,5.

Závažový pístový typ manometrů

Takové manometry se často používají jako etalony při cejchování jiných měřicích přístrojů. Jejich rozsah měření je velmi široký. V závislosti na konstrukci přístroje může začínat od výrazných hodnot podtlaku a končit přetlakem až 2500 MPa. Třída přesnosti dosahuje maximálních hodnot až 0,0015.

Pokaždé, když je měřicí přístroj vystaven zátěži překračující předepsanou normu, ztrácí na délce své životnosti a přesnosti měření.

Princip činnosti spočívá v udržování pístu ve válci v konkrétním stavu, zatímco na jedné straně působí kalibrační závaží a na druhé straně měřený tlak. Podle hmotnosti závaží se posuzuje velikost vytvořeného tlaku.

Hlavním pracovním prvkem přístroje je měřicí sloupec. V závislosti na kvalitě jeho výroby, přesnosti a čistotě spojů se mění i velikost chyby.

Nejmenší chybu měření mají GPM pracující na plyn. Taková zařízení však stojí několikanásobně více kvůli specifikům své konstrukce a potřebě filtrování plynu od cizích částic.

Funkčně se tlakoměr s gravitačním pístem skládá z zařízení pro vytváření tlaku, měřicího systému a závaží. Zařízení je vybaveno rotačním mechanismem pro zvyšování a snižování tlaku a také ventilem pro uvolnění tlaku.

Široce se používají tlakoměry s neutěsněným pístem. Mezi pístem a válcem je mezera. Nádoba pod pístem je naplněna olejem, který se pod tlakem vlévá do mezery a maže třecí plochy.

Elektrické měřidlo plynného prostředí

Takové tlakoměry se používají k převodu přímého nebo nepřímého tlaku plynu na elektrický parametr. Nejčastěji se vyskytujícími tlakoměry tohoto typu jsou: tenzometrické, kapacitní a odporové přístroje. Tlak se měří v rozsahu od 100 Pa do 1000 MPa. Přístroje se vyrábějí s třídami přesnosti od 0,1 do 2,5.

Činnost tlakoměrů pracujících na základě tenzometrického jevu spočívá ve změně hodnoty odporu vodiče v důsledku deformace. Měří tlak v rozsahu od 60 do 10⁸ Pa s minimální chybou.

Přírubové upevnění snímače a speciální konstrukce přístroje umožňuje snímat údaje o tlaku ve zvláště agresivních prostředích s teplotou až 300 °C. Používají se k měření tlaku v systémech s rychle probíhajícími procesy.

Schéma činnosti odporových tlakoměrů je založeno na závislosti odporu vodiče na tlaku. Obvykle se tento typ zařízení používá k měření tlaku zvláště vysoké úrovně přes 100 MPa

Citlivým prvkem v takovém přístroji je manganinový drát, jehož odpor se snadno měří vyváženým můstkem.

Činnost kapacitních tlakoměrů je založena na působení tlaku na membránu, která představuje pohyblivou elektrodu. Když se membrána pohybuje, dochází ke změně kapacity převodníku. Vyznačují se významnými teplotními chybami.

U kapacitních tlakoměrů je průhyb membrány určován elektrickým obvodem. Takové přístroje se používají v systémech s rychlými změnami tlaku.

Kapalinová měřicí zařízení

Stanovení tlaku těmito přístroji probíhá vyrovnáváním měřeného tlaku tlakem vytvářeným sloupcem kapaliny. Tímto způsobem lze měřit malý přetlak, atmosférický tlak, úroveň podtlaku a rozdíl tlaků.

Tuto skupinu představují U-trubkové manometry, které se skládají ze spojených nádob, přičemž tlak se určuje podle hladin kapaliny; kompenzační mikromanometry; miskové manometry, u nichž se místo druhé trubky používá rezervoár; plovákové, zvonové a prstencové diferenční manometry.

Dvoutrubkové manometry umožňují měřit rozdíly tlaků. V tomto případě se ke každé trubce přivádějí tlaky, které je třeba změřit.

V kapalinových měřicích přístrojích je pracovní kapalina analogií citlivého prvku.

Diferenční manometry jsou obvykle vybaveny signalizátory, průtokoměry, regulátory a záznamovými zařízeními. Rozsah měření od 10 do 10⁵ Pa. V závislosti na kapalinách, které přístroj plní, se mění měřicí limit.

Rozdělení podle funkčního určení

Podle určení se rozlišují následující typy manometrů používaných k měření tlaku plynu:

• všeobecně technické;
• etalonové;
• speciální.

Podívejme se na specifika každého typu.

Manometry pro všeobecné technické účely

Tento typ manometrů se vyrábí za účelem měření hodnot vakua a přetlaku pro všeobecně technické účely. Různé modifikace zařízení umožňují jejich použití v nejrůznějších prostředích. Používají se k měření tlaku ve výrobě přímo během technologických procesů.

Tlak v těchto přístrojích působí na trubku zevnitř a způsobuje posun volného konce. S ním interaguje mechanismus, který pohybuje ručičkou.

Těmito manometry lze měřit tlak plynných médií, která jsou neagresivní vůči měděným slitinám při pracovní teplotě do 150 °C. Obvykle je těleso výrobku vyrobeno z oceli a součásti mechanismu z mosazné slitiny.

Všeobecně technické manometry pro plyn nízkého nebo vysokého tlaku jsou vyráběny odolné vůči vibracím s frekvencí v rozmezí 10 až 55 Hz a amplitudou posunu maximálně 0,15 mm. Mají několik tříd přesnosti od 1 do 2,5.

Digitální manometry mají malé rozměry, vyznačují se vysokou přesností měření a dlouhou životností. Zároveň lze tato zařízení kalibrovat.

Získávají na popularitě plynové manometry všeobecného technického určení s elektronickou deskou, na které se zobrazují údaje provedených měření. Často jsou vybaveny převodníky, což automatizuje technologické procesy. Hodnoty tlaku se zobrazují na elektronickém ciferníku.

Skupina speciálních manometrů

Takové přístroje se vyrábějí pro konkrétní druh plynu a prostředí, které vytváří. Pro systémy se zvýšeným tlakem se vyrábějí manometry pro vysokotlaký plyn. Některé plyny jsou agresivní vůči určitým slitinám, proto je pro práci s nimi nutné použít odolné materiály.

Speciální manometry se natírají barvami různých barev v závislosti na typu plynu.

Propanové manometry se natírají na červeno, mají ocelové tělo a vlastnosti všeobecných technických manometrů. Pracovní tlak těchto přístrojů je od 0 do 0,6 MPa. To je standardní tlak propanu. Je možný provoz v rozsahu teplot od –50 do +60 °C. Teplota pracovního prostředí až +150 °C. Často jsou součástí vybavení s lahvovými redukčními ventily.

Měřidla tlaku amoniaku v lahvích a jiných nádržích se natírají na žluto. Agregáty s vícestupňovým stlačením jsou vybaveny teplotní stupnicí. Součásti manometru jsou vyrobeny z materiálů odolných vůči působení par amoniaku.

Při výskytu vážných dynamických zatížení se manometry plní glycerinem nebo silikonem

Acetylenový manometr se natírá na bílo. Vyrábí se jako manometr bezpečnostních systémů z odmaštěných materiálů. Používá se k měření přetlaku v různých distribučních a generujících acetylenových systémech. Tělo je vyrobeno z oceli, vnitřní součásti z mosazné slitiny. Rozsah přípustných teplot od –40 do +70 °C.

Vodíkový manometr se natírá na tmavozeleno. Manometr pro jiné hořlavé plyny se natírá na červeno. Měřicí přístroj pro nehořlavé směsi se natírá na černo. Kyslíkový manometr se natírá na modro.

Etalonová zařízení pro měření tlaku

Tento typ manometrů je určen pro kontrolu, kalibraci a nastavení jiných přístrojů za účelem zajištění maximální přesnosti měření. Taková zařízení se vyznačují vyšší třídou přesnosti ve srovnání s všeobecnými technickými. Pracovní etalony se dělí do tří řádů.

Kontrolní manometry používané ke kontrole pravdivosti údajů měřicích přístrojů v místě instalace se také nazývají manometry se zvýšenou přesností. Pracovní rozsah měření od 0-0,6 do 0-1600 bar pro plynné prostředí.

Manometry pro běžné a kompozitní plynové láhve musí podstupovat postup ověření nejméně jednou ročně, pokud nejsou v dokumentech k přístroji uvedeny jiné lhůty. Ověření provádějí akreditované metrologické organizace, které mají status právnických osob. Po ověření se vydává osvědčení a umisťuje se cejch.

Přístroj je nutné sejmout z láhve a odnést do metrologické služby. Tam ověřovatelé a kalibrátoři pomocí sady etalonů a pomocných přístrojů během přibližně 10 dnů provedou ověření.

Převodové mechanismy v etalonových manometrech jsou opracovány se zvýšenou frekvencí ozubení. Vyznačují se minimálním třením v ručičkovém mechanismu a vysokou citlivostí vnitřních prvků.

Referenční manometry s třídou přesnosti 0,4 mají stupnici o 250 jednotkách, s třídou přesnosti 0,15 nebo 0,25 mají stupnici o 400 jednotkách s hodnotou dílku 1 jednotka. Provoz zařízení je možný při různých teplotách v závislosti na náplni těla. Ideální provozní teplota je 20 °C.

Se specifikou provádění plnění plynových lahví seznámí následující článek. Přečíst by si ho měli všichni majitelé venkovských nemovitostí, které nejsou napojeny na centrální plynofikaci.

Závěry a užitečné video k tématu

Princip činnosti pružinového manometru:

Charakteristika a oblasti použití manometru:

Manometry se vyrábějí pro řešení různých úkolů. Nejoblíbenější jsou všeobecně technické typy používané v malých výrobách, různými firmami při práci s plynovými zařízeními a systémy. Elektrokontaktní manometry jsou zařízení, která signalizují dosažení kritické hodnoty.

Pro ověřování a justování manometrů se používají etalonové manometry. Speciální manometry se vyrábějí pro měření tlaku konkrétního plynného prostředí. Mezi nimi jsou velmi oblíbené propanové manometry, které se často instalují v sadě s redukčním ventilem na plynových lahvích.

Chcete se podělit o užitečné informace k tématu článku, položit otázku nebo umístit fotografii? Zanechte prosím komentáře v níže uvedeném blokovém formuláři. Podělte se o užitečné informace a doporučení, která by se mohla hodit návštěvníkům webu.