Приборы для измерения давления¶

Для измерения давления жидкости, газа или пара применяются специализированные приборы, объединённые общим названием — манометры. В широком смысле к ним относят также вакуумметры (для измерения давления ниже атмосферного), мановакуумметры (для измерения избыточного и вакуумметрического давления), барометры (для измерения атмосферного давления) и дифференциальные манометры (для измерения разности давлений). В быту под вопросом «чем меряют давление» чаще всего подразумевают либо измерение артериального давления у человека тонометром, либо контроль давления в шинах, котлах и трубопроводах техническими манометрами.

¶Основные виды приборов

¶Жидкостные манометры

Простейший принцип измерения основан на уравновешивании измеряемого давления столбом жидкости. Классический пример — U-образный манометр, заполненный водой, ртутью или спиртом. Разность уровней жидкости в коленах трубки пропорциональна измеряемому давлению. Такие приборы отличаются высокой точностью и простотой, но громоздки и пригодны для небольших давлений. Ртутный барометр, изобретённый Эванджелистой Торричелли в 1643 году, долгое время оставался эталоном для измерения атмосферного давления.

¶Деформационные (механические) манометры

Наиболее распространённый тип промышленных приборов. Чувствительным элементом служит упругая деталь, деформирующаяся под действием давления:

• трубчатая пружина (трубка Бурдона) — изогнутая полая трубка, которая раскручивается при подаче давления; через зубчатый механизм движение передаётся на стрелку;
• мембрана и мембранная коробка — гибкая пластина или гофрированная капсула, прогибающаяся под давлением;
• сильфон — гофрированная металлическая оболочка, изменяющая длину под нагрузкой.

Диапазон измерений таких манометров — от долей до тысяч атмосфер. Их устанавливают на насосах, компрессорах, газовых баллонах, системах отопления.

¶Электрические и электронные датчики

В них давление преобразуется в электрический сигнал. Используются тензорезистивные, ёмкостные, пьезоэлектрические и индуктивные преобразователи. Такие датчики применяются в автоматизированных системах, где требуется дистанционная передача показаний и управление процессами. Электронные манометры часто оснащаются цифровым дисплеем и памятью измерений.

¶Тонометры для артериального давления

Для неинвазивного измерения давления крови у человека применяются тонометры. Различают механические (с манжетой, нагнетательной грушей и стрелочным манометром), полуавтоматические и автоматические приборы. Метод измерения, предложенный российским врачом Николаем Коротковым в 1905 году, основан на регистрации звуковых тонов при пережатии артерии манжетой. Современные автоматические тонометры определяют давление осциллометрическим методом и выводят результат на экран без участия оператора.

¶Устройство и принцип работы

Типовой механический манометр включает корпус, штуцер для подключения к измеряемой среде, чувствительный элемент, передаточный механизм, стрелку и циферблат со шкалой. Измеряемое давление подаётся внутрь упругого элемента, который деформируется и через тягу или зубчатую передачу поворачивает стрелку. Шкала градуируется в паскалях (Па), килопаскалях (кПа), барах, атмосферах (атм) или миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.).

По назначению и условиям эксплуатации различают манометры общего назначения, виброустойчивые, коррозионностойкие, кислородные (обезжиренные), аммиачные и другие специальные исполнения. Корпуса выполняют из стали, латуни или пластика; для агрессивных сред применяют разделители и защитные мембраны.

¶Единицы измерения давления

В системе СИ основной единицей является паскаль. В медицине традиционно используют миллиметры ртутного столба, в технике и метеорологии — бар, гектопаскаль и атмосферу.

¶Области применения

Манометры применяются практически во всех отраслях:

• промышленность — контроль давления в котлах, трубопроводах, гидравлических и пневматических системах;
• энергетика — измерение давления пара и воды на тепловых и атомных станциях;
• медицина — тонометры, аппараты искусственной вентиляции лёгких, кислородные баллоны;
• автомобильный транспорт — манометры для проверки давления в шинах и топливных системах;
• метеорология — барометры и барографы для наблюдения за атмосферным давлением;
• лабораторная практика — точные вакуумметры и дифманометры.

¶Точность и поверка

Точность прибора характеризуется классом точности — допустимой погрешностью в процентах от диапазона шкалы. Распространены классы 0,4; 1,0; 1,5; 2,5. Манометры, применяемые в сферах государственного регулирования (медицина, энергетика, учёт ресурсов), подлежат обязательной периодической поверке. Для ответственных измерений используют образцовые манометры и калибраторы давления.

¶История

Первый ртутный барометр создал Торричелли в 1643 году. В 1849 году французский инженер Эжен Бурдон запатентовал трубчатую пружину, ставшую основой большинства механических манометров. Метод измерения артериального давления манжетой разработал в 1896 году итальянец Шипионе Рива-Роччи, а в 1905 году Коротков дополнил его аускультативным способом определения тонов. Во второй половине XX века появились электронные датчики давления на основе тензорезисторов и полупроводниковых структур, что позволило автоматизировать измерения.