Приборы для измерения давления¶

Прибор для измерения давления — общее название группы устройств, предназначенных для определения величины давления жидкости, газа или пара в замкнутом объёме или открытой среде. В зависимости от принципа действия и области применения такие устройства называют манометрами, барометрами, вакуумметрами, дифманометрами или тонометрами. В быту под «прибором, измеряющим давление» чаще всего понимают либо манометр (для технических сред), либо тонометр (для артериального давления человека).

¶Основные понятия

Давление — физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. В международной системе единиц (СИ) давление измеряется в паскалях (Па). На практике широко применяются внесистемные единицы: бар (1 бар = 100 000 Па), миллиметр ртутного столба (1 мм рт. ст. ≈ 133,3 Па), атмосфера (1 атм ≈ 101 325 Па), а также psi (фунт на квадратный дюйм).

Различают несколько видов давления:

• Абсолютное — отсчитывается от абсолютного нуля (вакуума).
• Избыточное — разность между абсолютным и атмосферным давлением.
• Дифференциальное — разность давлений между двумя точками.
• Вакуумметрическое — давление ниже атмосферного.

Приборы, измеряющие избыточное давление, называют манометрами; измеряющие разность давлений — дифманометрами; измеряющие давление ниже атмосферного — вакуумметрами; атмосферное давление — барометрами.

¶Классификация по принципу действия

¶Жидкостные приборы

Простейший тип, основанный на уравновешивании измеряемого давления столбом жидкости. К ним относятся U-образные манометры, чашечные и поплавковые дифманометры. Точность высока, но диапазон измерений ограничен, а габариты велики. Применяются в лабораториях и для поверки других приборов.

¶Деформационные (механические) приборы

Наиболее распространённый класс. Чувствительный элемент деформируется под действием давления, а величина деформации передаётся на стрелку или индикатор.

• Манометр с трубкой Бурдона — изогнутая полая трубка, распрямляющаяся под давлением. Используется повсеместно: от бытовых газовых баллонов до промышленных установок.
• Мембранные манометры — чувствительный элемент в виде мембраны или мембранной коробки; применяются для малых давлений и агрессивных сред.
• Сильфонные манометры — гофрированная трубка-сильфон; используются в системах с низким давлением.

¶Электрические и электронные приборы

Преобразуют давление в электрический сигнал. Основные типы датчиков:

• Тензометрические — основаны на изменении сопротивления тензорезисторов при деформации мембраны.
• Пьезоэлектрические — используют прямой пьезоэффект некоторых кристаллов (кварц, турмалин).
• Ёмкостные — регистрируют изменение ёмкости при прогибе мембраны.
• Индуктивные и магнитоупругие — реагируют на изменение магнитных свойств.

Электронные датчики обеспечивают высокую точность, возможность передачи сигнала на расстояние и интеграцию в автоматические системы управления.

¶Грузопоршневые и эталонные приборы

Грузопоршневой манометр уравновешивает давление грузом известной массы на поршне. Применяется как эталон для поверки и калибровки рабочих манометров.

¶Барометры

Для измерения атмосферного давления используют:

• Ртутный барометр — классический прибор, основанный на уравновешивании атмосферного давления столбом ртути (предложен Эванджелистой Торричелли в 1643 году).
• Барометр-анероид — металлическая коробка с откачанным воздухом, реагирующая на изменение давления.
• Барограф — самопишущий прибор для непрерывной регистрации атмосферного давления.

¶Тонометры

Для измерения артериального давления человека применяются тонометры. Исторически использовался ртутный тонометр с манжетой и стетоскопом (метод Короткова, предложен в 1905 году). Современные автоматические и полуавтоматические тонометы используют осциллометрический метод и электронные датчики. Различают механические, полуавтоматические и автоматические модели.

¶Применение

Приборы для измерения давления востребованы практически во всех отраслях:

¶Точность и классы

Манометры характеризуются классом точности — числом, выражающим допустимую погрешность в процентах от верхнего предела измерений. Распространены классы 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Чем меньше число, тем выше точность. Для ответственных измерений применяют приборы класса 0,4 и точнее, для технических — 1,5–2,5.

¶Выбор прибора

При выборе учитывают диапазон измеряемых давлений, тип среды (агрессивность, температура, вязкость), требуемую точность, условия эксплуатации и способ отображения результата. Для стационарных систем чаще выбирают механические манометры, для автоматизированных — электронные датчики с унифицированным выходным сигналом (4–20 мА, 0–10 В).