Устройства для измерения и создания давления¶

Устройство для давления — обобщающее название технических средств, предназначенных для измерения, регулирования, создания или преобразования давления жидкостей и газов. К этой категории относятся манометры, барометры, компрессоры, насосы, гидравлические и пневматические прессы, редукторы, предохранительные клапаны и датчики давления. В зависимости от назначения такие устройства работают в диапазонах от глубокого вакуума (доли паскаля) до сверхвысоких давлений (сотни мегапаскалей и выше).

¶Физическая основа

Давление определяется как отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. В Международной системе единиц (СИ) давление измеряется в паскалях (Па): 1 Па = 1 Н/м². На практике широко применяются внесистемные единицы: бар (10⁵ Па), техническая и физическая атмосфера, миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.), psi. Нормальное атмосферное давление составляет 101 325 Па, или 760 мм рт. ст.

Различают абсолютное давление (отсчитываемое от полного вакуума), избыточное (разность между абсолютным и атмосферным) и дифференциальное (разность давлений в двух точках). Большинство промышленных приборов измеряют именно избыточное давление.

¶Классификация

Устройства для давления делят по нескольким признакам.

По назначению:

• Измерительные — манометры, вакуумметры, мановакуумметры, барометры, дифманометры, датчики давления.
• Создающие давление — компрессоры, насосы, гидравлические и пневматические системы, газовые баллоны.
• Регулирующие и защитные — редукторы, предохранительные и обратные клапаны, регуляторы давления.
• Преобразующие — гидравлические и пневматические прессы, домкраты, пневмоцилиндры, использующие давление для совершения механической работы.

По принципу действия измерительные приборы бывают жидкостными, деформационными (механическими), электрическими и тепловыми.

¶Измерительные приборы

¶Жидкостные

Простейший жидкостный манометр — U-образная трубка, заполненная жидкостью (водой, ртутью, маслом). Разность уровней в коленах пропорциональна измеряемому давлению. К этой группе относятся также чашечные и поплавковые приборы. Они отличаются высокой точностью, но громоздки и пригодны для небольших давлений. Ртутный барометр, изобретённый Эванджелистой Торричелли в 1643 году, стал первым прибором для измерения атмосферного давления.

¶Деформационные (механические)

Наиболее распространены в технике. Основной чувствительный элемент — упругая мембрана, сильфон или трубка Бурдона (изогнутая полая трубка, распрямляющаяся под давлением). Деформация передаётся через рычажный механизм на стрелку. Такие манометры просты, надёжны и работают в широком диапазоне давлений — от вакуума до сотен мегапаскалей.

¶Электрические и электронные

Датчики давления преобразуют механическое воздействие в электрический сигнал. Применяются тензорезистивные, ёмкостные, пьезоэлектрические и индуктивные преобразователи. Они обеспечивают высокую точность, позволяют передавать данные на расстояние и интегрироваться в автоматические системы управления. Такие датчики используются в авиации, нефтегазовой отрасли, медицине и робототехнике.

¶Устройства, создающие давление

Компрессор — машина для сжатия и подачи газов под давлением. По принципу действия делится на поршневые, винтовые, центробежные, мембранные и роторные. Применяется для пневмоинструмента, в холодильных установках, системах кондиционирования, на производстве сжатого воздуха.

Насос — устройство для перемещения жидкостей за счёт создания разности давлений. Различают объёмные (поршневые, шестерённые, винтовые) и динамические (центробежные, осевые) насосы.

Гидравлический пресс основан на законе Паскаля: давление, производимое на жидкость, передаётся ею без изменения во все стороны. Это позволяет получать большие усилия при малом приложенном усилии. Прессы применяются для штамповки, ковки, брикетирования.

Пневматические системы используют сжатый воздух для привода механизмов. Они безопаснее гидравлических (нет утечек масла), но работают при меньших давлениях.

¶Регулирующие и защитные устройства

Редуктор давления понижает давление газа или жидкости до заданного значения и поддерживает его постоянным. Используется в газоснабжении, дыхательных аппаратах, системах отопления.

Предохранительный клапан автоматически сбрасывает избыток среды при превышении предельного давления, предотвращая разрушение оборудования. Обязательный элемент паровых котлов, автоклавов, баллонов и трубопроводов.

Обратный клапан пропускает поток только в одном направлении, защищая систему от обратного хода среды.

¶Применение

Устройства для давления применяются практически во всех отраслях:

¶История развития

Первые приборы для измерения давления появились в XVII веке: ртутный барометр Торричелли (1643) и барометр Блеза Паскаля. В 1849 году Эжен Бурдон изобрёл трубчатый манометр, конструкция которого используется до сих пор. В XX веке развитие электроники привело к созданию компактных датчиков давления с цифровой обработкой сигнала, а автоматизация промышленности сделала их неотъемлемой частью систем контроля и управления.

¶Нормативное регулирование

В России средства измерений давления подлежат обязательной периодической поверке и включены в Государственный реестр средств измерений. Требования к предохранительным устройствам сосудов, работающих под давлением, устанавливаются правилами промышленной безопасности. Точность приборов характеризуется классом точности — от 0,1 для эталонных до 2,5 и ниже для технических манометров.