Приборы для измерения давления¶

Приборы для измерения давления — это группа технических средств, предназначенных для определения величины давления жидкости, газа или пара в замкнутых системах, трубопроводах, сосудах и открытой атмосфере. Под давлением понимают физическую величину, равную отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. В Международной системе единиц (СИ) давление измеряется в паскалях (Па), однако на практике широко применяются внесистемные единицы: бар, миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.), техническая и физическая атмосфера, psi.

Измерение давления — одна из наиболее массовых измерительных задач в промышленности, энергетике, медицине, метеорологии и быту. По назначению приборы делят на манометры (для избыточного давления), вакуумметры (для разрежения), мановакуумметры (для обеих областей), барометры (для атмосферного давления) и дифференциальные манометры (для разности давлений).

¶Классификация по принципу действия

¶Жидкостные приборы

Простейший тип основан на уравновешивании измеряемого давления столбом жидкости. К ним относятся U-образные манометры, заполненные ртутью, водой или спиртом, а также чашечные и поплавковые приборы. Действие опирается на гидростатический закон: разность высот столбов жидкости пропорциональна измеряемому давлению. Такие устройства отличаются высокой точностью и простотой, но громоздки и малопригодны для высоких давлений. К этой же группе относят ртутные барометры, которыми измеряют атмосферное давление.

¶Деформационные (механические) приборы

Наиболее распространённый класс. Чувствительным элементом служит упругая деталь, деформирующаяся под давлением:

• Трубка Бурдона — изогнутая полая трубка, распрямляющаяся при подаче давления; через рычажный механизм движение передаётся стрелке. Основа большинства стрелочных манометров.
• Мембрана и мембранная коробка — гибкая пластина, прогибающаяся под давлением.
• Сильфон — гофрированная цилиндрическая оболочка, изменяющая длину.
• Пружинный (трубчато-пружинный) элемент — применяется в барометрах-анероидах и манометрах.

Такие приборы механически прочны, компактны и работают в широком диапазоне давлений.

¶Электрические и электронные датчики

В них давление преобразуется в электрический сигнал. Используются тензорезистивные, ёмкостные, пьезоэлектрические и индуктивные преобразователи. Тензорезисторные датчики основаны на изменении сопротивления деформируемого элемента; пьезоэлектрические — на возникновении заряда в кристаллах кварца при сжатии. Электронные манометры обеспечивают высокую точность, цифровую индикацию и передачу данных в системы автоматики.

¶Ионизационные и тепловые вакуумметры

Для измерения очень низких давлений (высокого вакуума) применяют ионизационные манометры, регистрирующие ионный ток, и тепловые (термопарные) вакуумметры, действие которых основано на зависимости теплопроводности газа от давления.

¶Основные виды по измеряемой величине

¶Метрологические характеристики

Ключевые параметры любого прибора — диапазон измерений, класс точности, чувствительность и температурная погрешность. Класс точности указывает предельную приведённую погрешность в процентах от диапазона. Для ответственных измерений применяют образцовые и эталонные манометры, для рабочих условий — технические. Все средства измерений подлежат периодической поверке или калибровке в соответствии с законодательством о обеспечении единства измерений.

¶Применение

• Промышленность и энергетика: контроль давления пара, газа, воды в котлах, трубопроводах, компрессорах и гидросистемах.
• Медицина: тонометры для измерения артериального давления, аппараты для контроля давления в дыхательных контурах и кислородных баллонах.
• Метеорология: барометры и барографы для наблюдения за атмосферным давлением.
• Автомобильная техника: манометры для проверки давления в шинах и топливных системах.
• Научные исследования: вакуумметры в физических экспериментах и на установках напыления.
• Быт: манометры на газовых баллонах, отопительных системах, насосах.

¶История

Первые приборы для измерения давления появились в XVII веке. В 1643 году Эванджелиста Торричелли создал ртутный барометр, доказав существование атмосферного давления. В 1849 году французский инженер Эжен Бурдон запатентовал трубчатую пружину, ставшую основой массовых механических манометров. В XX веке развитие электроники привело к появлению тензорезистивных и пьезоэлектрических датчиков, а затем и цифровых измерительных систем с микропроцессорной обработкой сигнала.

¶Выбор прибора

При выборе учитывают измеряемую среду (агрессивность, вязкость, температуру), диапазон и класс точности, необходимость местного или дистанционного отсчёта, а также требования взрывозащиты и устойчивости к перегрузкам. Для агрессивных сред применяют разделители и защитные мембраны, для пульсирующего давления — демпферы.