En manometer ( annan grekisk μανός "lös" och μετρέω "Jag mäter" [1] , engelsk tryckmätare ) är en anordning som mäter trycket på en vätska eller gas i ett slutet utrymme [2] .
Manometerns verkan är baserad på att balansera det uppmätta trycket med kraften av elastisk deformation av en rörformad fjäder eller ett känsligare tvåplattsmembran, vars ena ände är förseglad i en hållare och den andra änden är ansluten genom en staven till en tribco-sektormekanism som omvandlar rörelsen hos ett elastiskt avkänningselement till en cirkulär rörelse av pekaren.
Gruppen av enheter som mäter övertryck inkluderar [3] :
De flesta inhemska och importerade tryckmätare tillverkas i enlighet med allmänt accepterade standarder, i detta avseende ersätter tryckmätare av olika märken varandra. Valet av tryckmätare utförs enligt följande parametrar: mätgräns, kroppsdiameter, enhetens noggrannhetsklass, beslagets gängdiameter och dess placering (radiell, axiell).
Det finns även manometrar som mäter absolut tryck, det vill säga manometertryck + atmosfärstryck.
Ett instrument som mäter atmosfärstrycket kallas barometer .
Beroende på designen, elementets känslighet, finns vätske-, dödvikts-, deformationstryckmätare (med en rörformig fjäder eller ett membran). Tryckmätare är indelade i noggrannhetsklasser : 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4.0 (ju lägre siffra, desto mer exakt är instrumentet).
Manometer kan efter överenskommelse delas in i teknisk - allmän teknisk, elektrokontakt, special, självregistrerande, järnväg, vibrationsbeständig (glycerinfylld), fartyg och referens (analog).
teknisk: designad för att mäta vätskor, gaser och ångor som inte är aggressiva mot kopparlegeringar.
Elektrokontakt: i designen har de speciella grupper av kontakter (vanligtvis 2). En grupp av kontakter motsvarar det lägsta inställda trycket, den andra gruppen - till det maximala. Uppgiftsvärdena kan ändras av servicepersonalen. Minsta tryckgrupp kan inkluderas i den elektriska kretsen för lägesreglering eller signalering av minimitryck. Likaså den maximala tryckgruppen. I vissa fall kan båda grupperna vara inblandade. Både min- och maxgrupperna kan tas ut från minimi- eller maxvärdena (respektive) på manometerskalan och inte användas. Elektrokontakttryckmätare bör som regel inte användas som instrument för att ta avläsningar på grund av att indikeringspilen, under mekanisk interaktion med en av kontaktgrupperna, felaktigt kan indikera tryckvärdet - ett märkbart fel uppstår. EKM 1U kan kallas en särskilt populär enhet i denna grupp, även om den länge har upphört. För att arbeta under förhållanden med möjlig gaskontamination med brännbara gaser är det nödvändigt att använda elektrokontaktmanometrar i en explosionssäker design.
Bourdon-rörtrycksmätare för kylapplikationer är designade för samtidig mätning av ångtryck och ångtemperatur beroende på det. Vid användning av olika typer av köldmedier är enheten utrustad med flera temperaturskalor. Apparaterna är designade för användning med de vanligaste oorganiska och organiska köldmedierna . I det här fallet måste motståndet hos materialet från vilket manometern är gjord beaktas. Alla enheter är designade i enlighet med internationella rekommendationer för mätteknik, med hänsyn till kraven i standarder och applikationer.
Grunden för principen för mekanisk tryckmätning är ett elastiskt mätelement som kan deformeras på ett strikt definierat sätt under påverkan av en tryckbelastning och reproducera den testade deformationen. Med hjälp av en pekanordning omvandlas denna deformation till en rotationsrörelse av pekaren. Genom att skala ratten kan du ta reda på trycket som testats av mätelementet och den tillhörande ångtemperaturen.
Det finns ett direkt samband mellan temperatur och tryck. Därför är tryckmätare utrustade med två skalor:
De observeras endast för rena köldmedier som anges på skalan. Eftersom kemiskt rena köldmedier sällan används i praktiken, och driftstrycket inte matchar referenstrycket, visar ratten den ungefärliga temperaturen. Men det räcker för att få jobbet gjort.
Jämfört med andra tekniska specifikationer är mätområden av största praktiska betydelse. En egenskap hos tryckmätare som arbetar med köldmedier är närvaron av en kombinerad skala med tryck- och temperaturavläsningar. På standardskalan anges divisionsvärdet i bar och °C. Du kan välja att visa temperatur i "F" och tryck i kPa/MPa eller psi.
Vätskefyllda mätare används för mätningar som involverar stora fluktuerande belastningar, samt kraftiga vibrationer eller pulseringar. Vätskan säkerställer mjuk rörelse av nålen och god läsbarhet även under maximal belastning och kraftiga vibrationer. Dessutom minskar den smörjande effekten av dämpningsvätskan avsevärt slitaget på instrumentet. Som regel används glycerin som en dämpande vätska .
Instrument med elektrisk mätsond eller ändkontakt använder paraffinolja, som inte är en ledare. Som ett extra alternativ används silikonfyllmedel med varierande viskositetsgrad .
Värmeledningstryckmätare är baserade på minskningen av värmeledningsförmågan hos en gas med tryck. Dessa tryckmätare har en inbyggd filament som värms upp när ström passerar genom den. Ett termoelement eller motståndstemperatursensor (DOTS) kan användas för att mäta glödtrådens temperatur. Denna temperatur beror på den hastighet med vilken glödtråden avger värme till den omgivande gasen och därmed på värmeledningsförmågan. Ofta används Pirani-mätaren, som använder en enda platinafilament som både värmeelement och DOTS. Dessa tryckmätare ger exakta avläsningar mellan 10 och 10 −3 mmHg. Art., men de är ganska känsliga för den kemiska sammansättningen av de uppmätta gaserna.
Den ena trådspolen används som värmare, medan den andra används för att mäta temperatur genom konvektion.
Piranis tryckmätare består av en metalltråd som är öppen för det uppmätta trycket. Tråden värms upp av strömmen som flyter genom den och kyls av den omgivande gasen. När gastrycket minskar minskar även kyleffekten och trådens jämviktstemperatur ökar. Trådresistans är en funktion av temperatur: genom att mäta spänningen över tråden och strömmen som flyter genom den kan motståndet (och därmed gastrycket) bestämmas. Denna typ av tryckmätare designades först av Marcello Pirani .
Termoelement- och termistormätare fungerar på liknande sätt. Skillnaden är att ett termoelement och en termistor används för att mäta glödtrådens temperatur.
Mätområde: 10 -3 - 10 mm Hg. Konst. (ungefär 10 −1 - 1000 Pa)
Joniseringsmätare är de mest känsliga mätinstrumenten för mycket låga tryck. De mäter tryck indirekt genom mätning av joner som bildas när gasen bombarderas med elektroner. Ju lägre gasdensiteten desto färre joner kommer att bildas. Kalibreringen av en jonmanometer är instabil och beror på arten av de gaser som mäts, vilket inte alltid är känt. De kan kalibreras genom jämförelse med McLeod tryckmätare, som är mycket mer stabila och oberoende av kemi.
Termoelektroner kolliderar med gasatomer och genererar joner. Jonerna attraheras till en elektrod vid en lämplig spänning, känd som en kollektor. Kollektorströmmen är proportionell mot joniseringshastigheten, som är en funktion av trycket i systemet. Således gör mätning av kollektorströmmen det möjligt att bestämma gasens tryck. Det finns flera undertyper av joniseringsmätare.
Mätområde: 10 −10 — 10 −3 mmHg Konst. (ungefär 10 −8 - 10 −1 Pa)
De flesta jonmätare delas in i två kategorier: varm katod och kall katod. Den tredje typen, den roterande rotortrycksmätaren, är känsligare och dyrare än de två första och diskuteras inte här. I fallet med en het katod skapar en elektriskt uppvärmd glödtråd en elektronstråle. Elektronerna passerar genom tryckmätaren och joniserar gasmolekylerna runt dem. De resulterande jonerna samlas upp vid den negativt laddade elektroden. Strömmen beror på antalet joner, vilket i sin tur beror på gasens tryck. Heta katodtryckmätare mäter noggrant trycket i intervallet 10 −3 mmHg. Konst. upp till 10 −10 mm Hg. Konst. Principen för kallkatodmätaren är densamma, förutom att elektronerna genereras i urladdningen av den elektriska högspänningsurladdningen som skapas. Kalkatodtrycksmätare mäter trycket i intervallet 10 −2 mmHg exakt. Konst. upp till 10 −9 mm Hg. Konst. Kalibrering av joniseringsmätare är mycket känslig för strukturell geometri, gaskemi, korrosion och ytavlagringar. Deras kalibrering kan bli oanvändbar när den slås på vid atmosfäriska och mycket låga tryck. Sammansättningen av ett vakuum vid låga tryck är vanligtvis oförutsägbar, så en masspektrometer måste användas samtidigt med en joniseringsmanometer för noggranna mätningar.
En Bayard-Alpert hetkatodjoniseringsmätare består vanligtvis av tre elektroder som arbetar i triodläge, där glödtråden är katoden. De tre elektroderna är kollektorn, glödtråden och gallret. Kollektorströmmen mäts i picoamps med en elektrometer. Potentialskillnaden mellan glödtråden och jord är typiskt 30 volt, medan nätspänningen vid konstant spänning är 180-210 volt, om det inte finns något valfritt elektronbombardement, genom uppvärmning av nätet, vilket kan ha en hög potential på cirka 565 volt. Den vanligaste jonmanometern är Bayard-Alpert varmkatod med en liten jonsamlare inuti gallret. Ett glashölje med öppning till vakuumet kan omge elektroderna, men detta används vanligtvis inte och tryckmätaren är inbyggd i vakuumanordningen direkt och kontakterna leds ut genom en keramisk platta i vakuumanordningens vägg. Heta katodjoniseringsmätare kan skadas eller förlora kalibrering om de slås på vid atmosfärstryck eller till och med lågt vakuum. Hetkatodjoniseringsmätare mäter alltid logaritmiskt.
Elektronerna som emitteras av glödtråden rör sig framåt och bakåt flera gånger runt nätet tills de träffar det. Under dessa rörelser kolliderar några av elektronerna med gasmolekyler och bildar elektron-jonpar (elektronjonisering). Antalet sådana joner är proportionellt mot densiteten hos gasmolekyler multiplicerat med den termioniska strömmen, och dessa joner flyger till kollektorn och bildar en jonström. Eftersom densiteten hos gasmolekyler är proportionell mot trycket uppskattas trycket genom att mäta jonströmmen.
Lågtryckskänsligheten hos heta katodmätare begränsas av den fotoelektriska effekten. Elektronerna som träffar nätet producerar röntgenstrålar som producerar fotoelektriskt brus i jonsamlaren. Detta begränsar intervallet för äldre varmkatodmätare till 10 −8 mmHg. Konst. och Bayard-Alpert till cirka 10 −10 mm Hg. Konst. Ytterligare ledningar vid katodpotentialen i siktlinjen mellan jonsamlaren och gallret förhindrar denna effekt. I extraktionstypen attraheras jonerna inte av tråden, utan av den öppna konen. Eftersom jonerna inte kan bestämma vilken del av könen som ska träffa, passerar de genom hålet och bildar en jonstråle. Denna jonstråle kan överföras till en Faraday-kopp.
Det finns två typer av kallkatodmätare: Penning-mätaren (introducerad av Max Penning) och den inverterade magnetronen. Den största skillnaden mellan dem är anodens position i förhållande till katoden. Ingen av dem har en glödtråd, och var och en av dem kräver spänningar upp till 0,4 kV för att fungera. Inverterade magnetroner kan mäta tryck upp till 10–12 mm Hg. Konst.
Sådana mätare kan inte fungera om jonerna som genereras av katoden rekombinerar innan de når anoden. Om den genomsnittliga fria vägen för gasen är mindre än manometerns dimensioner, kommer strömmen på elektroden att försvinna. Den praktiska övre gränsen för det uppmätta trycket för Penning-manometern är 10 −3 mm Hg. Konst.
På liknande sätt kan kallkatodmätare misslyckas med att slås på vid mycket låga tryck, eftersom nästan frånvaro av gas gör det svårt att etablera en elektrodström - särskilt i en Penning-mätare, som använder ett symmetriskt hjälpmagnetfält för att skapa jonbanor på beställning av meter. I omgivande luft bildas lämpliga jonpar genom exponering för kosmisk strålning; åtgärder har vidtagits i Penning-mätaren för att underlätta installationen av utloppsvägen. Till exempel är elektroden i en Penning-mätare vanligtvis avsmalnande exakt för att underlätta fältemission av elektroner.
Servicecykler för kallkatodmätare mäts vanligtvis i år, beroende på gastyp och tryck vid vilka de drivs. Användning av en kall katodmätare i gaser med betydande organiska komponenter, såsom pumpoljerester, kan resultera i tillväxt av tunna kolfilmer inuti mätaren, som så småningom kortsluter mätelektroderna eller förhindrar generering av urladdningsvägar.
Manometer används i alla fall där det är nödvändigt att känna till, styra och reglera trycket. Oftast används tryckmätare inom termisk kraftteknik, på kemiska, petrokemiska företag och livsmedelsindustriföretag.
Ganska ofta är fallen med tryckmätare som används för att mäta trycket på gaser målade i olika färger. Så tryckmätare med blå kroppsfärg är designade för att mäta syretrycket. Manometrar för ammoniak har en gul färg på höljet, vit - för acetylen, mörkgrön - för väte, grågrön - för klor. Manometrar för propan och andra brännbara gaser har ett rött hölje. Den svarta kroppen har tryckmätare utformade för att fungera med obrännbara gaser.