Manometri za merjenje tlaka plina: vrste, značilnosti konstrukcije in delovanja merilnikov

Pogosto se pojavi potreba po merjenju tlaka, ki ga ustvarja plin. Na primer v jeklenkah, v plinovodih, v različnih posodah in rezervoarjih. Za nadzor in spremljanje vrednosti se uporabljajo manometri za merjenje tlaka plina. Te naprave se uporabljajo na različnih področjih življenja, od medicine do težke industrije.

Da bi bil nakup naprave upravičen in kupljeni manometer ustrezal zahtevam proizvodnih procesov, se je vredno seznaniti s klasifikacijo. Seznanili vas bomo z vrstami merilnikov tlaka plina. Povedali vam bomo o njihovih konstrukcijskih značilnostih in načelih delovanja.

Klasifikacija po vrsti merjenega tlaka

Naprave, ki služijo za pridobivanje podatkov o parametrih tlaka plina v plinohramih, transportnih cevovodih, v plinskih jeklenkah in drugih rezervoarjih, se klasificirajo po več značilnostih. Razlikujejo se po svoji zgradbi in načelu delovanja.

Naprave, s katerimi se meri tlak, se delijo v razrede glede na:

• vrsto merjenega tlaka;
• namen;
• po principu delovanja;
• razred natančnosti.

Glede na vrsto merjenega tlaka se naprave, namenjene določanju natančnih vrednosti, delijo na manometre, vakuum metre, merilnike vleka, merilnike nadtlaka, barometre in druge.

Glede na stopnjo zaščite pred vplivi zunanjega okolja se proizvajajo naslednje naprave:

• standardne;
• zaščitene pred vdorom prahu;
• vodotesne;
• zaščitene pred agresivnimi okolji;
• odporne na eksplozijo;

En izdelek lahko združuje več vrst zaščite.

Na shemi je prikazana razdelitev merilnih naprav po načelu delovanja, po vrsti tlaka, po uporabi in po prikazu. Tekočinski in težnostno-batni instrumenti se za pridobivanje podatkov o tlaku plina redko uporabljajo.

Manometer je majhen instrument, s katerim merimo tlak ali razliko tlakov. Načelo delovanja tega kontrolno-merilnega instrumenta je odvisno od njegove notranje zgradbe. Znotraj istega razreda se nadalje delijo v skupine glede na razred natančnosti.

Za merjenje absolutnega tlaka, katerega vrednosti se odčitavajo od absolutne ničle (vakuuma), se uporabljajo absolutni manometri. Nadtlak se določa z manometrom za nadtlak. Na splošno se vse različice takih naprav imenujejo z eno besedo: »manometer«.

Večina vrst manometrov je namenjena merjenju vrednosti nadtlaka. Njihova posebnost je, da prikazujejo tlak, ki predstavlja razliko med absolutnim in atmosferskim tlakom.

Vakuumetri so naprave, ki prikazujejo vrednost tlaka redkega plina. Z uporabo manovakuumetrov merimo nadtlak in tlak redkega plina. Informacije so prikazane na enotni skali.

S pomočjo tlačnih merilnikov določamo parametre nadtlaka z vrednostmi do 40 kPa. Vlečni merilniki (merilniki podtlaka) nasprotno omogočajo merjenje redkosti do – 40 kPa. Z vlečno-tlačnimi merilniki merimo redkost in nadtlak v območju od – 20 do + 20 kPa.

Manometre uporabljajo v najrazličnejših panogah. Delo s plinom predstavlja visoko tveganje, zato je pomembno nadzorovati vse kazalnike sistema. Informacija o tlaku uporabnikom daje podatke o trenutnem stanju merjenega objekta.

Z diferencialnimi manometri lahko določimo razliko tlakov v dveh poljubnih točkah, ki jih je treba raziskati. Mikromanometer je diferencialni manometer, ki omogoča merjenje vrednosti razlike tlakov v območju do 40 kPa.

Klasifikacija po načelu delovanja

Plinski manometri se glede na mehanizem odčitavanja vrednosti delijo na:

• Deformacijske;
• Električne;
• Obtežilno-batne;
• Tekočinske;

Vsak tip ima svoje značilne posebnosti.

Deformacijska vrsta manometrov

Načelo in osnove delovanja naprav deformacijskega razreda so v tem, da tlak deluje na občutljivi element naprave, ki se deformira. Raven tlaka se določa s stopnjo deformacije.

Deformacijski manometri se proizvajajo s cevno-vzmetnimi, mehastimi ali membranskimi delovnimi komponentami, ki imajo visoko občutljivost.

Sprejemni elementi v cevno-vzmetnih napravah so cevne vzmeti. Ti izdelki predstavljajo v krogu upognjene cevi s prečnim ovalnim prerezom. Plin deluje na notranjo površino cevi. Med tem delovanjem se cev deformira in spreminja svojo obliko, približujejoč se okrogli obliki.

Eden konec cevi je zatesnjen in se lahko premika. Drugi je odprt in fiksiran z držali. Pri ukrivljanju vzmetne cevi se vpliv prenaša tudi na obroče, ki nato razgibajo vzmet. Zatesnjen konec vzmeti se premika v skladu s silo tlaka. To gibanje se prenaša na merilno skalo.

Pri merjenju tlaka do 40 barov se uporabljajo krožne vzmeti. Pri višjem tlaku se uporabljajo vijačne ali spiralne vzmeti, ki so v isti ravnini. Merilna napaka pri merjenju tlaka s to metodo znaša od 1 do 4%.

Membranski in mehovni občutljivi elementi omogočajo učinkovito merjenje majhnih vrednosti nadtlaka in podtlaka.

Meh se izdeluje po principu vodovodnega mehovnega cevnega priključka. Predstavlja tankostensko kovinsko cev iz premičnih prečnih obročev. Glede na material in parametre izdelave je meh lahko bolj ali manj tog.

Pod vplivom visoke temperature se sčasoma kopičijo plastične deformacije, kar moti pravilnost prikaza. Poleg tega se pri povišani temperaturi in pulziranju tlaka pospeši spreminjanje statične karakteristike.

Občutljivi membranski elementi imajo največjo raznolikost. Razred točnosti takšnih naprav ni višji od 1,5. Pri teh instrumentih je predvidena zaščitna naprava. V primeru preobremenitve se membrana upre v posebno zaščitno napravo.

Membranske škatle pogosto vgrajujejo v instrumente za merjenje nadtlaka in podtlaka. Merilniki nadtlaka, merilniki podtlaka in kombinirani merilniki tlaka z membranskimi škatlami so izdelani z razredi točnosti 1,5, 2,5 in merilnim območjem do 25 kPa.

Ravne membrane imajo majhen premik delovne točke, zato jih najpogosteje uporabljajo za pretvorbo tlaka v silo. So nestabilne, vendar jih je mogoče dobro izračunati.

Valovite membrane skupaj s podobnimi škatlami se uporabljajo za izboljšanje statične karakteristike. Prve se bolje premikajo, vendar jih je težko izračunati. Druge se uporabljajo veliko pogosteje zaradi svoje zmanjšane togosti.

Za merjenje majhnih vrednosti tlaka se uporabljajo naprave z ohlapnimi membranami.

Instrumenti potrebujejo zaščito pred vplivom visoke temperature, saj ta negativno vpliva na elastičnost in občutljivost glavnih delovnih elementov.

Mehanski kazalni manometri

Mnogi manometri s cevno vzmetjo so dejansko naprave z neposredno pretvorbo. To pomeni, da se tlak pretvori v premik občutljivega elementa in mehanske naprave, ki je v stiku z njim.

Na shemi je priključek nameščen radialno, vendar izdelujejo tudi manometre z aksialno nameščenim priključkom.

Pod vplivom tlaka se prosti konec vzmeti premakne, povodec vpliva na zobato letvico, kar povzroči zasuk zobnika in kazalne igle.

Vzmetni kazalni manometri se proizvajajo z merilnim območjem od 0,1 do 103 MPa in imajo različne razrede točnosti. Referenčni modeli se proizvajajo z razredi točnosti 0,15; 0,25; 0,4. Merilniki delovne kategorije povečane točnosti – 1 in 0,6. Splošnotehnični delovni merilniki – z razredi točnosti 1,5; 2,5; 4.

Elektrokontaktni manometri

Konstrukcijsko je nadgradnja kazalnega manometra. Bistvo delovanja je, da ko igla doseže mejno vrednost tlaka, pride do sklenitve električnega tokokroga.

V konstrukcijo kazalnega manometra so dodatno vgrajene igle s stisnjenimi električnimi kontakti, ki so nameščene nasproti signaliziranih vrednosti.

Električni tokokrog se sklene in alarm se sproži, ko kazalna igla doseže eno od igel s kontakti. Razred točnosti takih manometrov je 1,5. Merilno območje ustreza standardnim vrednostim.

Za zagotavljanje signalizacije ali za namen pozicijske regulacije se uporabljajo tlačna stikala z oznako RD. Merijo tlak v območju od 12 do 1600 kPa. Stikalo se nastavi na zgornjo in spodnjo mejo aktivacije glede na odčitke kontrolnega instrumenta in ima prekinitveno moč 10 W.

Samopisni manometri

Industrija proizvaja manometre z vgrajenim sistemom za odčitavanje vrednosti, ki beleži vrednosti na diskastem diagramu, tako da je mogoče spremljati dinamiko vrednosti. En obrat lahko traja 8, 12 ali 24 ur. Gibanje poteka z elektromotorjem ali urnim mehanizmom.

Delovanje manometričnega samopisca temelji na prenosu signala s cevno vzmetjo velikega premera, ki ima vlečno silo. Ta prenaša gibanje od občutljivega elementa do indikacijskega sistema. Naprave z oznako MTS beležijo vrednosti nadtlaka.

Takšne naprave zahtevajo nadzor s strani operaterja in imajo razrede točnosti 1; 1,5; 2,5.

Sifonski občutljivi elementi se uporabljajo v samopisnih diferencialnih manometrih, ki so lahko dodatno opremljeni z alarmno napravo in pnevmatskim pretvornikom. Ti instrumenti merijo tlak v območju od 6,3 kPa do 0,16 MPa in imajo razrede točnosti 1; 1,5.

Težnostno-batni tip manometrov

Takšni manometri se pogosto uporabljajo kot etalon pri preverjanju drugih merilnih instrumentov. Njihovo merilno območje je zelo široko. Glede na konstrukcijo instrumenta se lahko začne z velikimi vrednostmi podtlaka in konča z nadtlakom do 2500 MPa. Razred točnosti dosega najvišje vrednosti do 0,0015.

Vsakič, ko je merilni instrument izpostavljen obremenitvi, ki presega dovoljeno normo, se njegova življenjska doba in natančnost meritev zmanjšata.

Načelo delovanja je v zadrževanju cilindra v batu v določenem stanju, medtem ko na eni strani delujejo kalibracijske uteži, na drugi pa izmerjeni tlak. Glede na težo uteži se presoja o velikosti ustvarjenega tlaka.

Glavni delovni element instrumenta je merilna kolona. Odvisno od kakovosti njene izdelave, natančnosti in čistosti povezav se spreminja tudi velikost napake.

Najmanjšo merilno napako imajo GPM, ki delujejo na plin. Vendar pa takšne naprave stanejo večkrat več zaradi posebnosti svoje konstrukcije in potrebe po filtraciji plina od tujih delcev.

Funkcionalno je batni manometer z utežmi sestavljen iz pripomočka za ustvarjanje tlaka, merilnega sistema in uteži. Naprava je opremljena z vrtilnim mehanizmom za dvigovanje in zniževanje tlaka ter ventilom za sprostitev tlaka.

Široko se uporabljajo manometri z neutesnjenim batom. V njih je med batom in cilindrom reža. Prostor pod batom je napolnjen z oljem, ki se pod tlakom vlivava v režo in maže drsne površine.

Električni merilnik plinastega okolja

Takšni manometri se uporabljajo za pretvorbo neposrednega ali posrednega tlaka plina v električni parameter. Najpogosteje se pojavljajo manometri tega tipa: tenzorezistivni, kapacitivni in uporovni instrumenti. Tlak se meri v območju od 100 Pa do 1000 MPa. Naprave so izdelane z razredi natančnosti od 0,1 do 2,5.

Delovanje manometrov, ki delujejo na podlagi tenzorezistivnega učinka, je v spreminjanju vrednosti upora prevodnika zaradi deformacije. Merijo tlak v območju od 60 do 10⁸ Pa z minimalno napako.

Prirobnična pritrditev senzorja in posebna konstrukcija naprave omogočata odčitavanje podatkov o tlaku v posebej agresivnih okoljih s temperaturo do 300 °C. Uporabljajo se za merjenje tlaka v sistemih s hitro potekajočimi procesi.

Princip delovanja uporovnih manometrov temelji na odvisnosti upora prevodnika od tlaka. Običajno se ta tip naprav uporablja za merjenje tlaka posebej visoke ravni nad 100 MPa.

Občutljivi element v takšni napravi je manganinova žica, katere upor se enostavno meri z uravnoteženim mostom.

Delovanje kapacitivnih manometrov temelji na vplivu tlaka na membrano, ki predstavlja premično elektrodo. Ko se membrana premika, sledi sprememba kapacitivnosti pretvornika. Zaznamujejo jih znatne temperaturne napake.

Pri kapacitivnih manometrih se upogib membrane določa z električno shemo. Takšne naprave se uporabljajo v sistemih s hitrimi spremembami tlaka.

Tekočinski merilni instrumenti

Določanje tlaka s temi instrumenti poteka z uravnoteženjem merjenega tlaka s tlakom, ki ga ustvarja steber tekočine. Na ta način je mogoče izmeriti majhen nadtlak, atmosferski tlak, stopnjo podtlaka in razliko tlakov.

To skupino predstavljajo U-cevni manometri, ki so sestavljeni iz povezanih posod, tlak pa se določa glede na nivoje tekočine; kompenzacijski mikromanometri; čašni manometri, pri katerih se namesto druge cevi uporablja rezervoar; plovni, zvončni in obročni diferenčni manometri.

Dvocevni manometri omogočajo merjenje razlik tlakov. V tem primeru se na vsako cev pripelje tlak, ki ga je treba izmeriti.

V tekočinskih merilnih instrumentih je delovna tekočina analog občutljivega elementa.

Diferenčni manometri so običajno opremljeni z alarmnimi napravami, merilniki pretoka, regulatorji in zapisovalnimi napravami. Merilno območje je od 10 do 10⁵ Pa. Glede na tekočine, ki polnijo instrument, se meja merjenja spreminja.

Delitev po funkcionalnem namenu

Glede na namen ločimo naslednje vrste manometrov, ki se uporabljajo za merjenje tlaka plina:

• splošnotehnični;
• etalonski;
• posebni.

Oglejmo si značilnosti vsake vrste.

Manometri splošnega tehničnega namena

Ta vrsta manometrov se proizvaja za merjenje vrednosti vakuumskega in nadtlaka v splošnotehnične namene. Različne modifikacije naprav omogočajo njihovo uporabo v najrazličnejših okoljih. Uporabljajo se za merjenje tlaka v proizvodnji neposredno med tehnološkimi procesi.

Tlak v takšnih napravah deluje na cev od znotraj in povzroči premik prostega konca. Z njim sodeluje mehanizem, ki premika kazalec.

S takšnimi manometri je mogoče meriti tlak plinastih medijev, ki niso agresivni do bakrovih zlitin pri delovni temperaturi do 150 °C. Običajno je ohišje izdelka iz jekla, deli mehanizma pa iz medeninaste zlitine.

Splošnotehnični manometri za nizko ali visoko tlačni plin so izdelani tako, da so odporni na vibracije s frekvenco v območju od 10 do 55 Hz ter amplitudo premika največ 0,15 mm. Imajo več razredov točnosti od 1 do 2,5.

Digitalni manometri so majhnih dimenzij, odlikujejo jih visoka natančnost merjenja in dolga življenjska doba. Poleg tega je takšne naprave mogoče kalibrirati.

Plinski manometri splošnega tehničnega namena z elektronsko ploščo, na kateri se prikazujejo podatki opravljenih meritev, postajajo priljubljeni. Pogosto so opremljeni s pretvorniki, kar avtomatizira tehnološke procese. Vrednosti tlaka se prikazujejo na elektronski številčnici.

Skupina posebnih manometrov

Takšne naprave so izdelane za določeno vrsto plina in okolje, ki ga ustvarja. Za sisteme s povišanim tlakom izdelujejo manometre za plin pod visokim tlakom. Nekateri plini so agresivni do določenih zlitin, zato je za delo z njimi treba uporabljati odporne materiale.

Posebne manometre barvajo v različne barve, odvisno od vrste plina.

Propanski manometri so pobarvani rdeče, imajo jekleno ohišje in značilnosti splošnih tehničnih manometrov. Delovni tlak takšnih naprav je od 0 do 0,6 MPa. To je standardni tlak propana. Možno je delovanje v temperaturnem območju od –50 do +60 °C. Temperatura delovnega okolja do +150 °C. Pogosto so del opreme z jeklenkastimi reduktorji.

Merilniki tlaka amoniaka v jeklenkah in drugih rezervoarjih so pobarvani rumeno. Enote z večstopenjskim stiskanjem so opremljene s temperaturno lestvico. Komponente manometra so izdelane iz materialov, odpornih na vpliv hlapov amoniaka.

Ob resnih dinamičnih obremenitvah se manometri polnijo z glicerinom ali silikonom.

Acetilenski manometer je pobarvan belo. Izdelan je kot manometer varnostnih sistemov iz razmaščenih materialov. Uporablja se za merjenje nadtlaka v različnih sistemih za distribucijo in proizvodnjo acetilena. Ohišje je izdelano iz jekla, notranje komponente iz medeninaste zlitine. Območje dovoljenih temperatur je od –40 do +70 °C.

Vodikov manometer je pobarvan temno zeleno. Manometer za druge gorljive pline je pobarvan rdeče. Merilnik za negorljive mešanice je pobarvan črno. Kisikov manometer je pobarvan modro.

Etalonske naprave za merjenje tlaka

Ta vrsta manometrov je namenjena preverjanju, kalibraciji in nastavljanju drugih naprav z namenom zagotavljanja čim višje natančnosti meritev. Takšne naprave se odlikujejo z višjim razredom natančnosti v primerjavi s splošnimi tehničnimi. Delovni etaloni se delijo v tri razrede.

Kontrolni manometri, ki se uporabljajo za preverjanje verodostojnosti odčitkov merilnih naprav na mestu namestitve, se imenujejo tudi manometri povečane natančnosti. Delovno merilno območje je od 0–0,6 do 0–1600 bar za plinasta okolja.

Manometri za običajne in kompozitne plinske jeklenke morajo opraviti postopek overitve najmanj enkrat letno, razen če so v dokumentaciji naprave navedeni drugačni roki. Overitev izvajajo akreditirane meroslovne organizacije s statusom pravnih oseb. Po overitvi se izda potrdilo in odtisne žig.

Instrument je treba sneti z jeklenke in ga odnesti v meroslovno službo. Tam bodo umerjevalci in kalibratorji s pomočjo niza etalonov in pomožnih instrumentov v približno 10 dneh opravili umerjanje.

Prenosni mehanizmi v etalonskih manometrih so obdelani s povečano frekvenco zobatega zaskoka. Zanje je značilno minimalno trenje v kazalčnem mehanizmu ter visoka občutljivost notranjih elementov.

Etalonski manometri z razredom točnosti 0,4 imajo lestvico s 250 enotami, z razredom točnosti 0,15 ali 0,25 pa lestvico s 400 enotami z vrednostjo delitve 1 enota. Delovanje naprave je možno pri različnih temperaturah, odvisno od polnila ohišja. Idealna delovna temperatura je 20 °C.

S posebnostmi polnjenja plinskih jeklenk seznanja naslednji članek. Prebrati ga velja vsem lastnikom podeželskih nepremičnin, ki niso priključene na centralizirano oskrbo s plinom.

Zaključki in koristen video na to temo

Načelo delovanja vzmetnega manometra:

Značilnosti in področja uporabe manometra:

Manometri se izdelujejo za reševanje različnih nalog. Najbolj priljubljene so splošnotehnične vrste, ki se uporabljajo v malih proizvodnjah, pri različnih podjetjih pri delu s plinsko opremo in sistemi. Elektrokontaktni manometri so naprave, ki signalizirajo doseg kritične vrednosti.

Za umerjanje in justiranje manometrov se uporabljajo etalonski manometri. Posebni manometri se izdelujejo za merjenje tlaka specifičnega plinastega medija. Med njimi so zelo priljubljeni propanski manometri, ki so pogosto nameščeni v kompletu z reducerjem na plinskih jeklenkah.

Želite deliti koristne informacije o temi članka, postaviti vprašanje ali objaviti fotografijo? Prosimo, pustite komentarje v spodnjem obrazcu. Delite koristne informacije in priporočila, ki bi lahko koristila obiskovalcem spletnega mesta.