A manométer ( másik görögül μανός "laza" és μετρέω "mérem" [1] , angol nyomásmérő ) olyan készülék, amely folyadék vagy gáz nyomását méri zárt térben [2] .
A nyomásmérő működése a mért nyomás kiegyensúlyozásán alapul egy csőrugó vagy egy érzékenyebb kétlemezes membrán rugalmas alakváltozási erejével, amelynek egyik vége egy tartóba van tömítve, a másik vége pedig egy csőrugóval van összekötve. rúd egy tribco-szektor mechanizmusra, amely egy rugalmas érzékelőelem mozgását a mutató körkörös mozgásává alakítja.
A túlnyomást mérő készülékek csoportjába tartozik [3] :
A legtöbb hazai és importált nyomásmérőt az általánosan elfogadott szabványoknak megfelelően gyártják, ebben a tekintetben a különféle márkák nyomásmérői helyettesítik egymást. A nyomásmérő kiválasztása a következő paraméterek szerint történik: mérési határ, testátmérő, a készülék pontossági osztálya, a szerelvény menetének átmérője és elhelyezkedése (radiális, axiális).
Vannak olyan manométerek is, amelyek abszolút nyomást mérnek, vagyis a túlnyomást + légköri nyomást.
A légköri nyomást mérő műszert barométernek nevezzük .
A kialakítástól, az elem érzékenységétől függően vannak folyadék-, önsúly-, deformációs nyomásmérők (csőrugóval vagy membránnal). A nyomásmérőket pontossági osztályokra osztják : 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4.0 (minél kisebb a szám, annál pontosabb a műszer).
Megbeszélés alapján a nyomásmérőket műszaki - általános műszaki, elektrokontaktusos, speciális, önrögzítő, vasúti, rezgésálló (glicerinnel töltött), hajós és referencia (analóg) típusokra lehet osztani.
műszaki: rézötvözetekkel szemben nem agresszív folyadékok, gázok és gőzök mérésére szolgál.
Elektrokontaktus: a kialakításban speciális érintkezőcsoportokkal rendelkeznek (általában 2). Az érintkezők egyik csoportja a minimális beállított nyomásnak, a második csoport a maximálisnak felel meg. A feladat értékeit a szervizszemélyzet módosíthatja. A minimális nyomáscsoport beépíthető az elektromos áramkörbe helyzetszabályozáshoz vagy minimális nyomásjelzéshez. Hasonlóképpen a maximális nyomáscsoport. Egyes esetekben mindkét csoport érintett lehet. Mind a minimum, mind a maximum csoport kivehető a nyomásmérő skála minimális vagy maximum (illetve) értékéből, és nem használható. Az elektrokontakt nyomásmérőket általában nem szabad leolvasási eszközként használni, mivel a jelző nyíl az egyik érintkezőcsoporttal való mechanikai kölcsönhatás során pontatlanul jelezheti a nyomásértéket - észrevehető hiba lép fel. Az EKM 1U a csoport különösen népszerű eszközének nevezhető, bár már régóta megszűnt. Az éghető gázokkal való esetleges gázszennyeződés körülményei között történő munkavégzéshez robbanásbiztos kialakítású elektrokontakt manométereket kell használni.
A hűtési alkalmazásokhoz használt Bourdon csöves nyomásmérőket a gőznyomás és az attól függő gőzhőmérséklet egyidejű mérésére tervezték. Különböző típusú hűtőközegek használata esetén a készülék többféle hőmérsékleti skálával van felszerelve. Az eszközöket a leggyakoribb szervetlen és szerves hűtőközegekkel való használatra tervezték . Ebben az esetben figyelembe kell venni annak az anyagnak az ellenállását, amelyből a manométer készül. Minden készüléket a nemzetközi méréstechnikai ajánlásoknak megfelelően terveztek, figyelembe véve a szabványok és alkalmazások követelményeit.
A mechanikai nyomásmérés elvének alapja egy olyan rugalmas mérőelem, amely nyomóterhelés hatására szigorúan meghatározott módon deformálódhat és reprodukálja a vizsgált alakváltozást. Egy mutatóeszköz segítségével ez az alakváltozás a mutató forgó mozgásává alakul. A tárcsa skálázásával megtudhatja a mérőelem által vizsgált nyomást és a hozzá tartozó gőzhőmérsékletet.
Közvetlen kapcsolat van a hőmérséklet és a nyomás között. Ezért a nyomásmérők két skálával vannak felszerelve:
Csak a skálán feltüntetett tiszta hűtőközegeknél figyelhető meg. Mivel a gyakorlatban ritkán használnak vegytiszta hűtőközeget , és az üzemi nyomás nem egyezik a referencianyomással, a tárcsa a hozzávetőleges hőmérsékletet mutatja. De ez elég a munka elvégzéséhez.
Más műszaki adatokkal összehasonlítva a mérési tartományok a legnagyobb gyakorlati jelentőséggel bírnak. A hűtőközegekkel működő nyomásmérők jellemzője a kombinált skála jelenléte nyomás- és hőmérsékletértékekkel. A standard skálán az osztásértéket bar -ban és °C-ban adják meg. Választhat, hogy a hőmérsékletet "F"-ben, a nyomást kPa/MPa-ban vagy psi-ben jelenítse meg.
A folyadékkal töltött mérőeszközöket olyan mérésekhez használják, amelyek nagy ingadozó terhelésekkel, valamint erős vibrációval vagy pulzációval járnak. A folyadék biztosítja a tű zökkenőmentes mozgását és a jó olvashatóságot maximális terhelés és erős vibráció esetén is. Ezenkívül a csillapítófolyadék kenő hatása jelentősen csökkenti a műszer kopását. Általában a glicerint párnázó folyadékként használják .
Az elektromos mérőszondával vagy végérintkezővel rendelkező műszerek paraffinolajat használnak, amely nem vezető. További lehetőségként különböző viszkozitású szilikon töltőanyagot használnak .
A hővezetési nyomásmérők a gáz hővezető képességének nyomással történő csökkenésén alapulnak. Ezeknek a nyomásmérőknek beépített izzószála van, amely felmelegszik, amikor áram folyik át rajta. Hőelem vagy ellenállás hőmérséklet-érzékelő (DOTS) használható az izzószál hőmérsékletének mérésére. Ez a hőmérséklet attól függ, hogy az izzószál milyen sebességgel ad le hőt a környező gáznak, és így a hővezető képességtől. Gyakran használják a Pirani-mérőt, amely egyetlen platinaszálat használ fűtőelemként és DOTS-ként is. Ezek a nyomásmérők 10 és 10–3 Hgmm közötti pontos értékeket adnak. Art., de meglehetősen érzékenyek a mért gázok kémiai összetételére.
Az egyik huzaltekercs fűtőberendezésként, míg a másik a hőmérséklet mérésére szolgál konvekción keresztül.
A Pirani nyomásmérő egy fémhuzalból áll, amely nyitott a mért nyomásra. A vezetéket a rajta átfolyó áram melegíti, és a környező gáz hűti. A gáznyomás csökkenésével a hűtőhatás is csökken, és a huzal egyensúlyi hőmérséklete nő. A vezeték ellenállása a hőmérséklet függvénye: a vezetéken átívelő feszültség és a rajta átfolyó áram mérésével meghatározható az ellenállás (és így a gáznyomás). Ezt a típusú nyomásmérőt először Marcello Pirani tervezte .
A hőelem és a termisztor mérőműszerek hasonló módon működnek. A különbség az, hogy az izzószál hőmérsékletének mérésére hőelemet és termisztort használnak.
Mérési tartomány: 10 -3 - 10 Hgmm. Művészet. (körülbelül 10 -1 - 1000 Pa)
Az ionizációs műszerek a legérzékenyebb mérőeszközök nagyon alacsony nyomásokhoz. Közvetetten mérik a nyomást a gáz elektronokkal való bombázásakor keletkező ionok mérésén keresztül. Minél kisebb a gáz sűrűsége, annál kevesebb ion képződik. Az ionmanométer kalibrálása instabil, és a mért gázok természetétől függ, ami nem mindig ismert. Kalibrálhatók a McLeod nyomásmérő leolvasásával, amelyek sokkal stabilabbak és függetlenek a kémiától.
A termoelektronok gázatomokkal ütköznek és ionokat generálnak. Az ionokat egy megfelelő feszültséggel, úgynevezett kollektorral vonzza egy elektróda. A kollektor árama arányos az ionizációs sebességgel, ami a rendszerben uralkodó nyomás függvénye. Így a kollektoráram mérése lehetővé teszi a gáz nyomásának meghatározását. Az ionizációs mérőeszközöknek több altípusa van.
Mérési tartomány: 10 −10 — 10 −3 Hgmm Művészet. (nagyjából 10 -8 - 10 -1 Pa)
A legtöbb ionmérő két kategóriába sorolható: melegkatódos és hidegkatódos. A harmadik típus, a forgó rotoros nyomásmérő érzékenyebb és drágább, mint az első kettő, ezért itt nem tárgyaljuk. Forró katód esetén egy elektromosan melegített izzószál elektronsugarat hoz létre. Az elektronok áthaladnak a nyomásmérőn, és ionizálják a körülöttük lévő gázmolekulákat. A keletkező ionokat a negatív töltésű elektródán gyűjtik össze. Az áramerősség az ionok számától függ, ami viszont a gáz nyomásától függ. A forrókatódos nyomásmérők pontosan mérik a nyomást 10–3 Hgmm tartományban. Művészet. 10-10 Hgmm -ig . Művészet. A hidegkatódos mérőműszer elve ugyanaz, kivéve, hogy az elektronokat a kisülésben a keletkező nagyfeszültségű elektromos kisülés hozza létre. A hidegkatódos nyomásmérők pontosan mérik a nyomást 10–2 Hgmm tartományban. Művészet. 10-9 Hgmm - ig . Művészet. Az ionizációs mérőeszközök kalibrálása nagyon érzékeny a szerkezeti geometriára, a gázkémiára, a korrózióra és a felületi lerakódásokra. Kalibrálásuk használhatatlanná válhat, ha légköri és nagyon alacsony nyomáson kapcsolják be. A vákuum összetétele alacsony nyomáson általában megjósolhatatlan, ezért a pontos mérésekhez tömegspektrométert kell egy ionizációs manométerrel egyidejűleg alkalmazni.
A Bayard-Alpert forrókatódos ionizációs mérő általában három trióda üzemmódban működő elektródából áll, ahol az izzószál a katód. A három elektróda a kollektor, az izzószál és a rács. A kollektor áramát pikoamperben mérjük elektrométerrel. Az izzószál és a test közötti potenciálkülönbség jellemzően 30 volt, míg a hálózati feszültség állandó feszültség mellett 180-210 volt, ha nincs opcionális elektronbombázás, a rács felfűtésével, amely körülbelül 565 voltos potenciállal rendelkezhet. A legelterjedtebb ionmanométer a Bayard-Alpert forrókatód, a rácson belül egy kis iongyűjtővel. A vákuum felé nyíló üvegház körülveheti az elektródákat, de ezt általában nem használják, és a nyomásmérőt közvetlenül a vákuumkészülékbe építik be, és az érintkezőket a vákuumkészülék falában lévő kerámialapon keresztül vezetik ki. A forró katódos ionizációs mérőeszközök megsérülhetnek vagy elveszíthetik a kalibrációt, ha légköri nyomáson vagy akár alacsony vákuumban kapcsolják be őket. A forró katódos ionizációs mérőeszközök mindig logaritmikusan mérnek.
Az izzószál által kibocsátott elektronok többször előre és hátra mozognak a rács körül, amíg el nem találják. Ezen mozgások során az elektronok egy része gázmolekulákkal ütközik, és elektron-ion párokat képez (elektronionizáció). Az ilyen ionok száma arányos a gázmolekulák sűrűségével, szorozva a termikus árammal, és ezek az ionok a kollektorba repülnek, ionáramot képezve. Mivel a gázmolekulák sűrűsége arányos a nyomással, a nyomást az ionáram mérésével becsüljük meg.
A forrókatódos mérőeszközök alacsony nyomásérzékenységét a fotoelektromos hatás korlátozza. A rácsba ütköző elektronok röntgensugarakat hoznak létre, amelyek fotoelektromos zajt keltenek az iongyűjtőben. Ez 10–8 Hgmm -re korlátozza a régebbi forrókatódos mérőeszközök tartományát . Művészet. és Bayard-Alpert körülbelül 10–10 Hgmm -re. Művészet. Az ionkollektor és a rács közötti látómezőben a katódpotenciálnál további vezetékek megakadályozzák ezt a hatást. Az extrakciós típusnál az ionokat nem a huzal vonzza, hanem a nyitott kúp. Mivel az ionok nem tudják eldönteni, hogy a kúp melyik részét érintsék, áthaladnak a lyukon, és ionnyalábot képeznek. Ez az ionsugár átvihető egy Faraday csészébe.
Kétféle hidegkatódos mérőeszköz létezik: a Penning-mérő (Max Penning vezette be) és a fordított magnetron. A fő különbség köztük az anód helyzete a katódhoz képest. Egyikben sincs izzószál, és mindegyik működéséhez 0,4 kV-os feszültségre van szükség. A fordított magnetronok akár 10-12 Hgmm nyomást is képesek mérni. Művészet.
Az ilyen mérőeszközök nem működnek, ha a katód által generált ionok rekombinálódnak, mielőtt elérnék az anódot. Ha a gáz átlagos szabad útja kisebb, mint a manométer méretei, akkor az elektródán lévő áram eltűnik. A Penning manométer mért nyomásának gyakorlati felső határa 10-3 Hgmm. Művészet.
Hasonlóképpen előfordulhat, hogy a hidegkatódos mérőeszközök nem kapcsolnak be nagyon alacsony nyomáson, mivel a gáz közeli hiánya megnehezíti az elektródaáram létrehozását – különösen a Penning-mérőben, amely egy kiegészítő szimmetrikus mágneses mezőt használ az ionpályák létrehozásához a sorrendben. méterből. A környezeti levegőben megfelelő ionpárok jönnek létre a kozmikus sugárzás hatására; intézkedéseket hoztak a Penning-szelvényben, hogy megkönnyítsék az ürítési út felszerelését. Például a Penning-mérő elektródája általában pontosan kúpos, hogy megkönnyítse az elektronok terepi kibocsátását.
A hidegkatódos mérőműszerek szervizciklusait általában években mérik, attól függően, hogy milyen gáztípuson és nyomáson működnek. A hidegkatódos mérőeszköz használata jelentős szerves komponenseket, például szivattyúolaj-maradványokat tartalmazó gázokban vékony szénrétegek növekedését eredményezheti a mérőeszközön belül, amely végül rövidre zárja a mérő elektródáit, vagy megakadályozza a kisülési útvonal kialakulását.
A nyomásmérőket minden olyan esetben alkalmazzák, amikor a nyomás ismerete, ellenőrzése és szabályozása szükséges. Leggyakrabban a nyomásmérőket a hőenergia-technikában, a vegyipari, petrolkémiai és élelmiszeripari vállalkozásoknál használják.
A gázok nyomásának mérésére használt nyomásmérők házait gyakran különböző színekre festik. Tehát a kék testszínű nyomásmérőket az oxigénnyomás mérésére tervezték. Az ammónia manométerei sárga színűek, fehér - acetilén, sötétzöld - hidrogén, szürkés-zöld - klór. A propán és más éghető gázok manométerei piros tokkal rendelkeznek. A fekete test nyomásmérőkkel rendelkezik, amelyeket nem éghető gázok kezelésére terveztek.