Приборы для измерения давления¶

Измерение давления — совокупность методов определения силы, действующей со стороны жидкости, газа или твёрдого тела на единицу площади поверхности. Давление измеряется специальными приборами, выбор которых зависит от измеряемой среды, диапазона значений, требуемой точности и условий эксплуатации. В международной системе единиц (СИ) давление выражается в паскалях (Па), однако на практике широко применяются бар, миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.), атмосфера и другие внесистемные единицы.

¶Общие принципы

Действие большинства приборов для измерения давления основано на уравновешивании измеряемого давления силой другого рода: весом столба жидкости, упругой деформацией чувствительного элемента или электрическим сигналом датчика. По назначению различают приборы для измерения:

• избыточного давления — разности между абсолютным давлением и атмосферным;
• абсолютного давления — отсчитываемого от абсолютного нуля;
• дифференциального давления — разности давлений в двух точках;
• разрежения (вакуума) — давления ниже атмосферного.

По принципу действия приборы делятся на жидкостные, деформационные (механические), электрические и комбинированные.

¶Жидкостные приборы

Старейший тип устройств, основанный на гидростатическом равновесии.

¶Пьезометр

Простейший прибор — вертикальная трубка, открытая сверху и соединённая с сосудом. Высота столба жидкости показывает избыточное давление. Применяется в лабораторных условиях при небольших давлениях.

¶U-образный манометр

Представляет собой изогнутую трубку, заполненную жидкостью (водой, ртутью, спиртом). Разность уровней в коленах пропорциональна измеряемому давлению. Используется для измерения разности давлений и разрежения.

¶Чашечный манометр

Одно колено заменено широким сосудом, что упрощает отсчёт по одной шкале. Ртутные чашечные манометры долгое время были эталонными приборами.

К жидкостным относят также барометры для измерения атмосферного давления и микроманометры с наклонной трубкой для малых перепадов.

¶Деформационные (механические) приборы

Наиболее распространённая группа. Чувствительный элемент деформируется под действием давления, а деформация передаётся на стрелку или шкалу.

¶Манометр с трубчатой пружиной

Основной элемент — изогнутая полая трубка (пружина Бурдона), которая под давлением стремится распрямиться. Свободный конец через рычажный механизм вращает стрелку. Такие манометры применяются в промышленности, на котлах, компрессорах, в системах отопления и водоснабжения.

¶Мембранный манометр

Давление воздействует на гибкую мембрану, прогиб которой преобразуется в показания. Используется для измерения небольших давлений и агрессивных сред, где требуется разделительная мембрана.

¶Сильфонный манометр

Чувствительный элемент — гофрированная оболочка (сильфон), изменяющая длину под давлением. Применяется в газовой и химической промышленности.

¶Тягомер и напоромер

Разновидности мембранных приборов для измерения малых разрежений и давлений в вентиляции и газовых сетях.

¶Электрические и электронные приборы

Основаны на преобразовании давления в электрический сигнал.

• Тензометрические датчики — используют изменение сопротивления тензорезисторов при деформации мембраны.
• Пьезоэлектрические датчики — регистрируют заряд, возникающий при сжатии кристалла (кварц, турмалин). Применяются для быстропеременных давлений.
• Ёмкостные датчики — фиксируют изменение ёмкости при прогибе мембраны.
• Индуктивные и вибрационные преобразователи.

Электронные манометры обеспечивают высокую точность, цифровую индикацию и возможность передачи данных в системы автоматики. Их применяют в медицине (тонометры), авиации, нефтегазовой отрасли.

¶Специальные приборы

Барометры бывают ртутные, анероидные и электронные. Ртутный барометр даёт наиболее точные показания, но громоздок и требует осторожного обращения. Барометр-анероид использует герметичную металлическую коробку с откачанным воздухом.

Тонометры для измерения артериального давления делятся на механические (с манжетой и фонендоскопом), полуавтоматические и автоматические. В основе лежит манометрический принцип.

¶Единицы измерения

Давление измеряется в различных единицах, что важно учитывать при работе с приборами:

• 1 Па = 1 Н/м²;
• 1 бар = 100 000 Па;
• 1 атм = 101 325 Па;
• 1 мм рт. ст. ≈ 133,3 Па;
• 1 кгс/см² ≈ 98 066 Па.

Шкалы механических манометров часто градуируют в кгс/см², барах или мм рт. ст.

¶Выбор прибора

При выборе учитывают:

1. диапазон измеряемых давлений;
2. класс точности — допустимую погрешность;
3. свойства среды — агрессивность, температуру, вязкость;
4. условия эксплуатации — вибрации, влажность, взрывоопасность;
5. требования к сигналу — местный отсчёт или передача данных.

Для ответственных измерений применяют поверенные приборы, подлежащие регулярной метрологической проверке.

¶Применение

Приборы для измерения давления используются практически во всех отраслях: энергетике, химической и нефтегазовой промышленности, водоснабжении, медицине, авиации, метеорологии, автомобилестроении. От точности измерений зависят безопасность технологических процессов, работа систем автоматического регулирования и достоверность научных исследований.