Войти
Пример широко используемого манометра Бурдона 
Проверка давления в шинах с помощью манометра в шинах Измерение давления - это анализ приложенной силы посредством жидкости (жидкость или газ ) на поверхности. Давление обычно измеряется в единицах силы на единицу площади поверхности. Было разработано много методов измерения давления и вакуума. Приборы, используемые для измерения и отображения давления в едином блоке, называются манометрами или манометрами или вакуумметрами . манометр является хорошим примером, поскольку он использует площадь поверхности и вес столба жидкости как для измерения, так и для индикации давления. Точно так же широко используется манометр - это механическое устройство, которое измеряет и показывает, вероятно, самым известным типом манометра.
Вакуумметр - это манометр, которое используется для измерения давления ниже окружающего атмосферного давления, устанавливается в качестве нулевой точки, в отрицательных значениях (например: -15 psig или -760 мм рт. Ст. равно общему вакууму). Большинство манометров измеряют давление относительно атмосферного давления в качестве нулевой точки, поэтому такая форма считывания называется просто «манометрическое давление». Однако все, что выше полного вакуума, технически представляет собой форму давления. Для очень точных показаний, особенно при очень низких давлениях, можно использовать манометр, который использует полный вакуум в качестве показания давления в абсолютной шкале давления.
. индикатор или систему управления (телеметрия ).
Ежедневное давление измерения, например, давления в шинах транспортные средства, обычно производятся относительно давления окружающего воздуха. В других случаях производятся относительно вакуума или какого-либо другого конкретного эталона. При этом нулевых эталонов используются следующие термины:
Используемая нулевая ссылка обычно подразумевается контекстом, и эти слова добавляются только при необходимости пояснения. Давление в шинах и артериальное давление условно являются манометрическими давлениями, тогда как атмосферное давление, давление глубокого вакуума и давление высотомера должны быть абсолютными.
Для участников рабочих жидкостей, где жидкость существует в закрытой, преобладает система измерения манометрического давления. Приборы для измерения давления, подключенные к системе, будут показывать значения давления относительно атмосферного атмосферного давления. Ситуация меняется, когда измеряется экстремальное вакуумное давление, вместо этого обычно используется абсолютное давление.
Дифференое давление обычно используется в промышленных технологических системах. Манометры дифференциального давления имеют два впускных отверстия, из которых подключено к одному из измерения, давление в котором необходимо контролировать. Фактически, такой датчик математической операции вычитания с помощью механических средств, избавляя оператора или систему от необходимости, использует два отдельных датчика и определяет разницу в показаниях.
Умеренные показания вакуумного давления могут быть неоднозначными без надлежащего контекста, поскольку они могут представлять собой абсолютное давление или манометрическое давление без знака минус. Таким образом, вакуум 26 дюймов ртутного столба эквивалентен абсолютному давлению 4 дюйма ртутного столба, рассчитанному как 30 дюймов ртутного столба (типичное атмосферное давление) - 26 дюймов ртутного столба (манометрическое давление).
Атмосферное давление обычно составляет около 100 кПа на уровне моря, но зависит от высоты и погоды. Если абсолютное давление жидкости остается постоянным, манометрическое давление той же жидкости будет изменяться при изменении атмосферного давления. Например, когда автомобиль едет в гору, (манометрическое) давление в шинах повышается, потому что атмосферное давление падает. Абсолютное давление в шине практически не изменилось.
Использование атмосферного давления в качестве эталона обычно обозначается буквой «g» для манометра после единицы давления, например, 70 фунтов на квадратный дюйм, что означает, что измеренное давление равно общему давлению минус атмосферное давление. Существует два типа эталонного давления манометра: манометр с вентилируемым отверстием (vg) и манометр с уплотнением (SG).
Датчик давления с вентилируемым манометром , например, позволяет подвергать внешнее давление воздуха отрицательной чувствительной к давлению мембраны через вентилируемый кабель или отверстие в стороне устройства, так что оно всегда измеряет давление относительно окружающего барометрического давления. Таким образом, эталонный датчик давления с вентилируемым манометром всегда должен показывать нулевое давление, когда соединение технологического давления открыто для воздуха.
Эталонный герметичный манометр очень похож, за исключением того, что атмосферное давление ограничено на отрицательной стороне диафрагмы. Это обычно используется в диапазонах высокого давления, как гидравлика, где атмосферного давления не требуется незначительное влияние на точность показаний, поэтому вентиляция не требуется. Это также позволяет производителям системы безопасности вторичной герметизирующей системы безопасности оборудования, работающего под давлением, при превышении давления разрыва первичной мембраны измерения давления.
Есть еще один способ создания герметичного эталона манометра, и это герметизация высокого вакуума на обратной стороне чувствительной диафрагмы. Затем выходной сигнал смещается, поэтому датчик давления показывает близкие к нулю показания при измерении атмосферного давления.
Герметичный эталонный датчик датчик давления никогда не будет показывать ноль, потому что атмосферное давление постоянно меняется, а эталонное значение в этом случае установлено на 1 бар.
Для изготовления датчика абсолютного давления производитель закрывает высокую вакуум за чувствительной диафрагмой. Если соединение преобразователя абсолютного давления технолог открыто для воздуха, оно будет считывать фактическое барометрическое давление.
| Паскаль | Бар | Техническая атмосфера | Стандартная атмосфера | Торр | Фунт на квадратный дюйм |
|---|---|---|---|---|---|---|
| (Па) | (бар) | (ат) | (атм) | (торр) | (фунт-сила / дюйм) | |
| 1 Па | ≡ 1 N /m | 10 | 1,0197 × 10 | 9,8692 × 10 | 7.5006 × 10 | 0,000 145037737730 |
| 1 бар | 10 | ≡ 100 кПа ≡ 10 дин / см | 1,0197 | 0,98692 | 750,06 | 14,503 773 773022 |
| 1 в | 98066,5 | 0,980665 | ≡ 1 кгс /см | 0,967 841 105 354 1 | 735,559 240 1 | 14,223 343 307 120 3 |
| 1 атм | ≡ 101325 | ≡ 1.01325 | 1.0332 | 1 | 760 | 14,695 948 775 514 2 |
| 1 торр | 133,322 368 421 | 0,001 333224 | 0,001 359 51 | 1/760 ≈ 0,001 315 789 | 1 Торр ≈ 1 мм рт. Ст. | 0,019 336775 |
| 1 фунт-сила / дюйм | 6894,757 293168 | 0,068 947 573 | 0,070 306 958 | 0,068 045 964 | 51,714 932 572 | ≡ 1 фунт-сила / дюйм |
A показания манометра в psi (красная шкала) и кПа (черная шкала) Единицей измерения давления SI является паскаль (Па), равный одному ньютону на квадратный метр (Н · м или кг · м · с). Это специальное название для подразделения было добавлено в 1971 году; до давления в СИ выражалось в таких единицах, как Н · м. Когда указано, нулевая ссылка указывается в скобках после единицы, например 101 кПа (абс.). фунт на квадратный дюйм (psi) до сих пор широко используется в США и Канаде, например, для измерения давления в шинах. Буква часто добавляется к единицам psi, чтобы указать нулевое значение измерения; psia для абсолютного, psi для манометра, psid для дифференциала, хотя эта практика одобряется NIST.
давление когда-то обычно измерялось по его способности вытеснять столб жидкости в манометре, давление часто выражаются как глубина конкретной жидкости (например, сопмы водяного столба). Манометрические измерения являются предметом расчетов напора. Чаще всего в жидкости для манометра выбирают ртуть (Hg) и воду; вода нетоксична и легко доступна, в то время как плотность ртути позволяет более короткому столбу (и, следовательно, меньшему манометру) измерять заданное давление. Аббревиатура «W.C.» или слова «водяной столб» печатаются на датчике манометра, в которых используется вода.
Плотность жидкости и местная сила тяжести могут варьироваться от одного показания к другому в зависимости от местных факторов, поэтому высота столба жидкости не определяет точное давление. Таким образом, измерения в «миллиметрах ртутного столба » или «дюйммах ртутного столба » могут быть преобразованы в единиц СИ, если уделяется внимание локальным факторам плотности жидкости и силы тяжести.. Колебания температуры изменяют значение плотности жидкости, а местоположение может влиять на силу тяжести.
Хотя эти манометрические единицы больше не являются предпочтительными, они все еще встречаются во многих областях. Артериальное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба (см. торр ) в большинстве стран мира, центральное венозное давление и давление в легких в сантиметрах водяного столба по-прежнему распространены, как и в настройках для аппаратов CPAP. Давление в трубопроводе природного газа измеряется в дюйммах водяного столба, выраженных в «дюйммах вод. Ст. ».
Подводные ныряльщики используют манометрические единицы: давление окружающей среды измеряется в единицах метров морской воды (msw), что означает одна десятая часть бара. Единицей измерения, используемой в США, является футом морской воды (fsw ), основанным на стандартной гравитации и плотностью морской воды 64 фунта / фут. В соответствии с Руководством по дайвингу ВМС США, одна полная шкала равна 0,30643 мсв, 0,030643 бар или 0,44444 фунт / кв.дюйм, хотя в другом месте говорится, что 33 пси составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм (одна атмосфера), что дает одна шкала давления равна примерно 0,445 фунтов на квадратный дюйм. MSW и fsw - это условные единицы измерения давления дайвера, используемые в таблицах декомпрессии, и единицы калибровки для пневмофатометров и барокамеры манометры. И msw, и fsw измеряются относительно нормального атмосферного давления.
В вакуумных системах единицы измерения торр (миллиметр ртутного столба), микрон (микрометр ртутного столба) и дюйм ртутного столба (дюйм ртутного столба ) используются чаще всего. Торр и микрон стол обычно указывают на абсолютное давление, а дюйм ртутного столба - на манометрическое.
Атмосферное давление обычно указывается с использованием гектопаскалей (гПа), килопаскалей (кПа), миллибар (мбар) или атмосфер (атм ). В американской и канадской инженерии, напряжение часто измеряется в тысячах фунтов. Обратите внимание, что напряжение не является истинным, поскольку оно не является скалярным. В системе cgs единицей давления была барр (ba), равная 1 дин · см. В системе мтс единицей давления была пьез, равная 1 установлена на квадратный метр.
Используется много других гибридных единиц, таких как мм рт. Ст. / См или грамм-сила / см (как иногда [[кг / см]] без правильного определения силы). Использование названий килограмм, грамм, килограмм-сила или грамм-сила (или их символы) в качестве использования силы в системе СИ; единицей силы в СИ является ньютон (Н).
Статическое давление одинаково во всех направлениях, поэтому измерения давления не зависят от направления в неподвижной (статической) жидкости. Однако оказывает дополнительное давление на поверхность, перпендикулярные потоки, при этом оказывая небольшое влияние на поверхность, параллельные потоки. Эта направленная составляющая давления в движущейся (динамической) среде текучей среды называется динамическим давлением. Прибор, повернутый в направление потока, измеряет сумму статического и динамического давления; это называется измерение общим давлением или давлением торможения. Динамическое давление соотносится со статическим давлением, оно не является ни манометрическим, ни абсолютным; это перепад давления.
Хотя статическое давление имеет первостенное значение для определения чистых манепок на стенке трубы, давление используется для измерения расхода и скорости воздуха. Динамическое давление можно измерить, взяв разность давлений между приборами параллельно и перпендикулярно потоку. Статические трубки Пито, например, это измерение в самолетах для определения воздушной скорости. Наличие измерительного прибора неизбежно приводит к отклонению потока и создания турбулентности, поэтому его форма имеет решающее значение для точности, а калибровочные кривые часто бывают нелинейными.
A манометр в действии Для измерения давления было изобретено множество приборов с разными достоинствами и недостатками. Диапазон давления, чувствительность, динамический отклик и стоимость рассматриваются на несколько порядков от одной конструкции к другому устройству. Самый старый тип - манометр с жидкостным столбом (вертикальная трубка, заполненная ртутью), изобретенный Евангелистой Торричелли в 1643 году. U-образная трубка была изобретена Христианом Гюйгенсом в 1661 году.
Гидростатические датчики (например, манометр с ртутным столбом) сравнивают давление с гидростатической силой на единицу площади у основания столба жидкости. Измерения гидростатическим манометром не зависят от типа измеряемого газа и имеют очень линейную калибровку. У них плохая динамическая реакция.
Поршневые манометры уравновешивают давление жидкости пружиной (например, манометры сравнительно низкой точности в шинах) или твердым грузом, в этом случае он известен как грузопоршневой манометр и может быть для калибровки других манометров.
Разница на высоте жидкости в манометре со столбом жидкости пропорциональна разнице давлений: 
Манометры жидкостного столба состоят из столба жидкости в трубке, концы которой подвергаются различным давлениям. Колонна будет подниматься или опускаться до тех пор, пока ее вес (сила, приложенная из-за силы тяжести) не используется в равновесии с перепадом давления между двумя концами трубы (сила, приложенная из-за давления жидкости). Очень простой вариант - это U-образная трубка, наполовину заполненная жидкостью, одна сторона которой соединена с интересующей областью, в то время как эталонное давление (которое может быть атмосферным давлением или вакуум) применяется к другому. Разница в уровнях жидкости представляет собой приложенное давление. Давление, оказываемое столбом жидкости высотой h и плотностью ρ, определяется уравнением гидростатического давления P = hgρ. Следовательно, разность давлений между приложенным давлением P a и эталонным давлением P 0 в манометре с U-образной трубкой может быть найдена путем решения P a - P 0 = hgρ. Другими словами, давление на обоих концах жидкости (показано синим на рисунке) должно быть сбалансировано (поскольку жидкость статична), и поэтому P a = P 0 + hgρ.
В большинстве измерений столба жидкости результатом измерения является высота h, обычно выражаемая в мм, см или дюймах. H также известен как напор. Выраженное как напор, давление указывается в единицах длины, и должна быть указана измерительная жидкость. Когда точность критична, необходимо также указать температуру измерительной жидкости, поскольку плотность жидкости является функцией температуры. Так, например, напор может быть записан «742,2 мм рт. Ст. » или «4,2 дюйма H2Oпри 59 ° F» для измерений, выполненных с ртутью или водой в качестве манометрической жидкости соответственно. Слово «манометр» или «вакуум» может быть добавлено к такому измерению, чтобы различать давление выше или ниже атмосферного. Как миллиметры ртутного столба, так и дюймы водяного столба являются общими значениями напора, которые можно преобразовать в единицы давления S.I., используя преобразование единиц и приведенные выше формулы.
Если измеряемая жидкость является значительно плотной, может потребоваться гидростатическая поправка на высоту между движущейся поверхностью рабочей жидкости манометра и местом, где требуется измерение давления, за исключением измерения перепада давления жидкость (например, через диафрагму или трубку Вентури), и в этом случае плотность ρ следует скорректировать путем вычитания плотности измеряемой жидкости.
Хотя любая жидкость может быть При использовании ртуть является предпочтительной из-за ее высокой плотности (13,534 г / см) и низкого давления пара. Его выпуклый мениск является преимуществом, поскольку это означает, что не будет ошибок давления из-за смачивания стекла, хотя в исключительно чистых условиях ртуть будет прилипатьк стеклу, и барометр может застрять (ртуть может выдерживать отрицательное давление ) даже в сильном вакууме. Для небольших перепадов давления обычно используются легкая нефть или вода (последняя дает единицы измерения, такие как дюймов водяного столба и миллиметров H 2O ). Манометры жидкостного столба имеют очень линейную калибровку. У них плохой динамический отклик, потому что жидкость в колонне может медленно реагировать на изменение давления.
При измерении вакуума рабочая жидкость может испаряться и загрязнять вакуум, если ее давление пара слишком высокое. При измерении давления жидкости контур, например, когда ртуть используется в качестве жидкости манометра для измерения перепада давления жидкости, например вода, может изолировать жидкость, чтобы предотвратить их смешивание. Простые гидростатические манометры могут измерять давление в диапазоне от нескольких торр (несколько 100 Па) до атмосферного (приблизительно 1000000 Па).
Односторонний жидкостный манометр имеет резервуар большего размера вместо одной стороны U-образной трубки и шкалу рядом с более узкой колонкой. Колонка может быть наклонена для дальнейшего усиления движения жидкости. В зависимости от использования и конструкции используются следующие типы манометров
Манометр Маклеода, очищенный от ртути A , манометр Маклеода изолирует пробу газа и сжимает ее в модифицированном ртутном манометре до тех пор, пока давление не достигнет нескольких миллиметров ртутного столба. Этот метод очень медленный и не подходит для непрерывного мониторинга, но дает хорошую точность. В отличие от других манометров, показания манометра МакЛеода зависит от состава газа, поскольку интерпретация на основе прототипа как идеального газа. Из-за процесса сжатия манометр Маклеода полностью игнорирует парциальные давления от неидеальных паров, которые конденсируются, как насосное масло, ртуть и даже вода, если сжато достаточно.
0,1 МПа - это наименьшее прямое измерение давления, которое возможно с помощью современных технологий. Другие вакуумметры могут измерять более низкие давления, но только косвенно путем измерения других свойств, зависящих от давления. Эти косвенные измерения должны быть откалиброваны посредством прямого измерения, чаще всего с помощью манометра МакЛеода.
Анероид датчики, основанные на металлическом элементе, чувствительном к давлению, который упруго изгибается под действием разницы давлений на элементе. «Анероид» означает «без жидкости», и этот термин изначально отличал эти датчики от гидростатических датчиков, описанных выше. Однако анероидные манометры могут работать без жидкости, и это не единственный тип манометров, который может работать без жидкости. По этой причине на современном языке их часто называют механическими датчиками. Датчики-аниды не зависят от типа измеряемого газа, в отличие от тепловых и ионизационных датчиков, и с меньшей вероятностью загрязнения системы, чем гидростатические датчики. Чувствительный к давлению элемент может быть трубкой Бурдона, диафрагмой, капсулой или набором сильфонов, которые изменяют форму в ответ на давление в рассматриваемой области. Отклонение чувствительного к давлению элемента может быть считано рычажным механизмом, соединенным с иглой, или оно может быть считано вторичным датчиком. Наиболее распространенные вторичные преобразователи в вакуумметрах измеряют изменение величины из-за механического отклонения. Манометры, которые зависят от изменения емкости, часто называют емкостными манометрами.
Манометр мембранного типа Манометр Бурдона принципа, согласно которому сплющенная трубка имеет тенденцию выпрямляться или восстанавливать свою круглую форму в поперечном сечении под давлением. Это изменение поперечного сечения может быть умеренных заметных из-за напряжений в диапазоне упругости легко обрабатываемых материалов. Деформация материала увеличивается за счет придания трубке С-образной формы или даже спирали, так что вся трубка имеет тенденцию упруго распрямляться или разматываться при повышении давления. Эжен Бурдон запатентовал свой датчик во Франции в 1849 году, и он получил широкое распространение своей превосходной чувствительности, линейности и точности; Эдвард Эшкрофт приобрелские права на изобретения в 1852 году и стал американским изобретением измерительных приборов. Также в 1849 году Бернард Шеффер из Магдебурга, Германия, запатентовал успешный мембранный (см. Ниже) манометр, который вместе с манометром произвел революцию в области измерения давления в промышленности. Но в 1875 году, после истечения срока действия патентов Бурдона, его компания Schaeffer and Budenberg также производила манометры с трубкой Бурдона.
Оригинальный составной манометр Юджин Бурдон 19 века, показывающий давление ниже, так и выше окружающего с большой чувствительностью На практике плоская тонкостенная трубка с закрытым концом соединяется полым концом с неподвижной трубой, имеющим давление жидкости, которое необходимо измерить. По мере увеличения давления закрытый конец движется по дуге, и это движение преобразуется во вращение шестерни (сегмента а) с помощью соединительного звена, которое обычно регулируется. Ведущая шестерня малого диаметра находится на валу указателя, поэтому движение усиливается передаточным числом . Индикатор расположения указателя, длина рычага и исходное положение обеспечивает средства для калибровки карты, чтобы указать желаемый диапазон давления для изменения поведения самой трубки Бурдона. Перепад давления можно измерить манометрами, содержащими две разные трубки Бурдона с соединительными рычагами.
трубки Бурдона измеряют манометрическое давление относительно атмосферного давления окружающей среды в противоположность абсолютному давлению ; вакуум воспринимается как обратное движение. В некоторых барометрах-анероидах используются трубки Бурдона, закрытые с обоих концов (но в некоторых диафрагмы или капсулы, см. Ниже). Когда измеряемое давление быстро пульсирует, например, когда манометр находится рядом с поршневым насосом , часто используется ограничение диафрагмой в соединительной трубе, чтобы избежать ненужного износа шестерен и обеспечить среднее чтение; когда весь манометр подвергается механической вибрации, весь корпус, включая стрелку и индикаторную карту, можно заполнить маслом или глицерином. Не рекомендуется постукивать по лицевой манометра, так как это может исказить фактические показания, представленные манометром. Трубка Бурдона отделена от лицевой стороны манометра, таким образом, не влияет на фактическое считывание давления. Типичные высококачественные современные манометры точность ± 2% от диапазона, специальный высокоточный метр может иметь точность до 0,1% от полной шкалы.
Силу-сбалансированные датчики с трубкой Бурдона из плавленого кварца работают на тот же принцип, но использует отражение луча света от зеркала, чтобы определить угловое смещение, и ток притока на электромагниты, чтобы уравновесить силу трубки и вернуть угловое смещение к нулю, ток, который подается на катушки используется как измерение. Благодаря очень стабильным и воспроизводимым механическим и термическим свойствам кварца и уравновешиванию сил, эти практически любое физическое движение, датчики имеют точность примерно 1 PPM полной шкалы. Эти датчики обычно ограничиваются механическими и калибровочными целями.
На следующей иллюстрации прозрачная крышка изображенного комбинированного манометра и вакуумметра была удалена, механизм извлечен из корпуса. Этот конкретный манометр представляет собой комбинацию вакуумметра и манометра, используемого для автомобильной диагностики:
Сторона индикатора с картой и циферблатом 
Механическая сторона с трубкой Бурдона 
Механические детали Стационарные детали:
Движущиеся части:
Секунда Тип анероидного манометра использует отклонение гибкой мембраны, которая разделяет область с разным давлением. Величина отклонения воспроизводима для известных давлений, поэтому давление можно определить с помощью калибровки. Деформация тонкой диафрагмы зависит от разницы давлений между двумя ее гранями. Контрольная поверхность может быть открыта для атмосферы для измерения манометрического давления, открыта для второго порта для измерения дифференциального давления или может быть герметизирована от вакуума или другого фиксированного контрольного давления для измерения абсолютного давления. Деформацию можно измерить с помощью механических, оптических или емкостных методов. Используются керамические и металлические диафрагмы.
Для измерений часто используются сварные капсулы давления с диафрагмами с обеих сторон.
форма:
Куча капсул давления с гофрированными диафрагмами в анероиде барограф В манометры, предназначенные для измерения малых давлений или перепадов давления или требующих измерения абсолютного давления, зубчатая передача и игла могут приводить в действие закрытой и герметичной сильфонной камерой, называемой анероидом, что означает «без жидкости». (Ранние барометры использовали столб жидкости, такой как вода или жидкий металл ртуть, подвешенный вакуумом.) Эта конфигурация сильфона используется в анероидных барометрах. (барометры с индикаторной стрелкой и дисковой картой), высотомеры, регистрирующие высоту барографы и приборы для измерения высоты телеметрии, использованное в метеозонде радио зонды. Эти устройства используют герметичную камеру в качестве эталонного давления и управляются внешним давлением. Другие чувствительные авиационные приборы, такие как указатели воздушной скорости и указатели скорости набора высоты (вариометры ), имеют соединения как с внутренней частью камеры анероида, так и с внешней закрывающей камерой.
Эти датчики используют притяжение двух магнитов для преобразования перепада давления в движение стрелочного указателя. При увеличении перепада давления магнит, прикрепленный к поршню или резиновой диафрагме, перемещается. Затем вращающийся магнит, прикрепленный к стрелке, движется в унисон. Для создания различных диапазонов давления жесткость пружины можно увеличивать или уменьшать.
Манометр с вращающимся ротором работает, измеряя величину замедления вращающегося шара из-за вязкости измеряемого газа. Шарик изготовлен из стали и подвешен на магнитном поле внутри стальной трубы, закрытой с одного конца и подверженной воздействию измеряемого газа с другого. Шарик разгоняется до скорости (около 2500 рад / с), и скорость измеряется после выключения привода с помощью электромагнитных датчиков. Диапазон измерения прибора составляет от 10 до 10 Па (10 Па с меньшей точностью). Он достаточно точен и стабилен, чтобы использоваться в качестве вторичного стандарта. Инструмент требует определенных навыков и знаний для правильного использования. Необходимо внести различные поправки, и перед использованием мяч необходимо вращать при давлении значительно ниже заданного давления измерения в течение пяти часов. Он наиболее полезен в калибровочных и исследовательских лабораториях, где требуется высокая точность и доступны квалифицированные специалисты.
Это упрощенная схема, но вы можете увидеть фундаментальную конструкцию внутренних портов датчика. Здесь важно отметить «диафрагму», поскольку это сам датчик. Обратите внимание, что если он имеет слегка выпуклую форму (сильно преувеличен на рисунке), это важно, поскольку это влияет на положение текущего датчика. Форма датчика важна, потому что он откалиброван для работы в направлении воздушного потока, как показано КРАСНЫМИ стрелками. Это нормальная работа датчика давления, обеспечивающая положительное значение на дисплее цифрового измерителя давления. Приложение давления в обратном направлении может вызвать движение давления в обратном направлении. Ошибки, вызванные этим, невелики, но могут быть значительными, и поэтому всегда предпочтительнее убедиться, что более положительное давление всегда применяется к положительному (+ ve) порту, а более низкое давление - к отрицательному (-ve) порту, для обычного приложения «избыточное» давление ». То же самое относится и к измерению разницы между двумя вакуумами: больший вакуум всегда подаваться на отрицательный (-ve) порт. Измерение давления с помощью моста Уитстона так…
Схема приложения На схеме приложения эффективная электрическая модель преобразователя вместе с этой схемой преобразования сигнала. Датчик давления представляет собой полностью активный мост Уитстона с температурной компенсацией и регулировкой с помощью толстопленочных резисторов с лазерной подстройкой. Возбуждение моста через постоянный ток. Выход моста низкого уровня имеет значения + O и -O, а диапазон устанавливается резистором усиления (r). Электрическая конструкция управляется микропроцессором, что позволяет выполнять калибровку, дополнительные функции для пользователя, такие как выбор шкалы, удержание данных, функции обнуления и фильтрации, функция записи, которая сохраняет / отображает МАКС / МИН.
Как правило, как реальный газ увеличивает плотность - что может указывать на увеличение давление - его способность носить тепло увеличивается. В этом типе датчика проволока нить накала нагревается за счет пропускания через нее тока. Затем можно использовать термопару или термометр сопротивления (RTD) для измерения температуры нити накала. Эта температура зависит от скорости, благодаря которой нить отдает тепло окружающему газу, и, следовательно, от теплопроводности. Распространенным средством является датчик Пирани, в котором используется одна платиновая нить накала. Эти датчики имеют точность от 10 Торр до 10 Торр, но их калибровка чувствительна к химическому составу измеряемых газов.
Вакуумметр Пирани (открытый) A Манометр Пирани состоит из металлического провода открытого для измеряемого давления. Проволока нагревается протекающим по ней током и охлаждается окружающим ее газом. Если давление газа уменьшится, охлаждающий эффект уменьшится, следовательно, равновесная температура проволоки увеличится. сопротивление провода является функцией его температуры : измеряя напряжение на проводе и ток, протекающий по нему, сопротивление (и, следовательно, давление газа) можно определить. Этот тип датчика был изобретен Марчелло Пирани.
В двухпроводном датчикех одна проволочная катушка используется в качестве нагревателя, а другая для измерения температуры из-за конвекция. Термопары и термисторные датчики работают таким образом, используя опару или термистор, соответственно, для измерения температуры нагретого провода.
Ионизационный манометр - самые чувствительные датчики для очень низких давлений (также называемых жестким или высоким вакуумом). Они определяют определяюще, измеряя электрические ионы, образующиеся при бомбардировке газа электронами. Меньше ресторан будет производиться газами с более низкой плотностью. Калибровка ионного датчика нестабильна и зависит от природы измеряемых газов, что не всегда известно. Их можно калибровать по манометру МакЛеода, который намного более стабилен и не зависит от химического состава газа.
Термоэлектронная эмиссия генерирует электроны, сталкиваются с атомами газа и генерируют положительные ионы. Ионыягиваются к подходящему смещенному электроду, известному как коллектор. Ток в коллекторе пропорционален скорости ионизации, которая является функцией давления в системе. Следовательно, измерение тока коллектора дает давление газа. Есть несколько подтипов ионизационных датчиков.
Большинство ионных датчиков бывают двух типов: с горячим катодом и с холодным катодом. В версии с горячим катодом электрическая система нить накала создает электронный пучок. Электроны проходят через датчик и ионизируют молекулы газа вокруг себя. Образовавшиеся ионы собираются на отрицательном электроде. Сила тока зависит от количества, которое зависит от давления в манометре. Манометры с горячим катодом имеют точность от 10 до 10 торр. Принцип версии с холодным катодом такой же, за исключением того, что электроны образуются при разряде высокого напряжения. Манометры с холодным катодом имеют точность от 10 Торр до 10 Торр. Калибровка ионизационного датчика очень чувствительна к геометрии конструкции, химического составу измеряемых газов, поверхностным отложениям. Их калибровка может быть аннулирована активацией при атмосферном давлении или низком вакууме. Состав газов при высоком вакууме обычно непредсказуем, поэтому для точных измерений необходимо использовать масс-спектрометр в сочетании с ионизационным датчиком.
Байярд - Альперт горячий -катодный ионизационный датчик A ионизационный датчик с горячим катодом в основном из трех электродов, действующих вместе как триод, где катод является нитью накала. Три электрода предоставят собой коллектор или пластину, нить накала и сетку. Ток коллектора измеряется в пикоампер с помощью электрометра. Напряжение нити накала относительно земли обычно составляет 30 вольт, а напряжение сети составляет 180–210 вольт постоянного тока, если не предусмотрена дополнительная функция электронной бомбардировки, посредством системы, которая может иметь высокий потенциал примерно 565 вольт.
Наиболее распространенным датчиком является датчик с горячим катодом датчик Баярда - Альперта с небольшим коллектором внутри сетки. Стеклянная оболочка с отверстием для вакуума может окружать электроды, но обычно манометр вставляется непосредственно в вакуумную камеру, при этом штыри проходят через керамическую пластину в стенке камеры. Манометры с горячим катодом могут быть повреждены или потерять калибровку, если они атмосферного атмосферного давления или даже низкого вакуума в горячем состоянии. Измерения ионизационного датчика с горячим катодом всегда логарифмические.
Электроны, испускаемые нитью накала, несколько совершают возвратно-поступательные движения вокруг сетки, прежде чем окончательно войти в нее. Во время этих движений некоторые электроны сталкиваются с газовой молекулой, образуя пару из иона и электрона (электронная ионизация ). Количество этих первая пропорционально плотности газообразных молекул, умноженной на электронный ток, излучаемый нитью накала, и эти ионы вливаются в коллектор с образованием ионного тока. Плотность газообразных молекул пропорциональна давлению, давление оценивается путем измерения ионного тока.
Чувствительность датчиков с горячим катодом к низкому давлению ограничена фотоэлектрическим эффектом. Электроны, попадая на сетку, производят рентгеновские лучи, которые представляют фотоэлектрический шум в коллекторе первого. Это ограничивает диапазон более старых датчиков с горячим катодом до 10 Торр и Баярда - Альперта примерно до 10 Торр. Дополнительные провода под катодным потенциалом на линии прямой видимости между коллектором и сеткой предотвращают этот эффект. В экстракционном типе ионы притягиваются не проволокой, а открытым конусом. В какую часть конуса попасть, они проходят через отверстие и образуют ионный пучок. Этот ионный пучок может быть передан на:
вакуумметр Пеннинга (открыт) Существует два подтипа ионизационных манометров с холодным катодом : Датчик Пеннинга (изобретен Франсом Мишелем Пеннингом ) и инвертированный магнетрон, также называемый датчиком Redhead . Основное различие между ними заключается в положении анода по отношению к катоду. Ни у одного из них нет нити накала, и для каждого из них может потребоваться напряжение постоянного тока около 4 кВ для работы. Инвертированные датчики могут измерять до 1 × 10 Торр.
Точно так же датчики с холодным катодом могут неохотно запускаться при очень низких давлениях, поскольку почти полное отсутствие газа затрудняет установление тока электрода - в частности, датчика вх Пеннинга, которые используют аксиально -симметричное магнитное поле для длины пути для электронов порядка метров. В окружающем воздухе подходящие ионные пары повсеместно образуются космическим излучением; в датчике Пеннинга конструктивные особенности используются для облегчения настройки пути разгрузки. Например, электрод датчика Пеннинга обычно имеет тонкий конус, чтобы облегчить автоэмиссию электронов.
Циклы технического обслуживания манометров с холодным катодом, как правило, измеряются годами, в зависимости от типа газа и давления, в котором они работают. Использование манометра с холодным катодом в газах с большим количеством используемых компонентов, таких как насосное масло фракций, может привести к росту тонких пластиковых пленок и осколков внутри датчика, которые в конечном итоге закоротят электроды датчика, либо препятствуют образованию пути разряда.
| Физические явления | Прибор | Управляющее уравнение | Ограничивающие факторы | Практический диапазон давления | Идеальная точность | Время отклика |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Механический | Манометр столба жидкости |  | атм. до 1 мбар | |||
| Механический | Капсульный индикатор часового типа | Т | От 1000 до 1 мбар | ± 5% полной шкалы | Медленно | |
| Механический | Тензодатчик | от 1000 до 1 мбар | Быстрый | |||
| Механический | Емкостной манометр | Колебания температуры | атм до 10 мбар | ± 1% от показания | Медленнее при установленном фильтре | |
| Механический | МакЛеод | Закон Бойля | от 10 до 10 мбар | ± 10% от показаний между 10 и 5⋅10 мбар | ||
| Транспорт | Вращающийся ротор (сопротивление ) | от 10 до 10 мбар | ± 2, 5% от показаний от 10 до 10 мбар от 2,5 до 13,5% от 10 до 1 мбар | |||
| Транспорт | Пирани (мост Уитстона ) | Теплопроводность | от 1000 до 10 мбар (постоянная. Температура) от 10 до 10 мбар (постоянное напряжение) | ± 6% от показаний между 10 и 10 мбар | Быстро | |
| Транспорт | Термопара (Эффект Зеебека ) | Тепло проводность | от 5 до 10 мбар | ± 10% от показания между 10 и 1 мбар | ||
| Ионизация | Холодный катод (Пеннинг) | Выход ионизации | от 10 до 10 мбар | +100 до -50% от показания | ||
| Ионизация | Горячий катод (ионизация, вызванная термоэлектронной эмиссией) | Измерение слабого тока; паразитное рентгеновское излучение | от 10 до 10 мбар | ± 10% от 10 до 10 мбар ± 20% при 10 и 10 мбар ± 100% при 10 мбар |
Когда потоки текучей среды находятся в равновесии, локальные давления могут быть выше или ниже среднего давления в среде. Эти возмущения распространяются от своего источника в виде изменений продольного давления по пути распространения. Это еще называют звуком. Звуковое давление - это мгновенное отклонение местного давления от среднего давления, вызванное звуковой волной. Звуковое давление можно измерить с помощью микрофона в воздухе и гидрофона в воде. Эффективное звуковое давление - это среднеквадратичное значение мгновенного звукового давления за заданный интервал времени. Звуковое давление обычно невелико и часто выражается в микробар.
Грузомер. При этом используются известные калиброванные гири на поршне для создания известного давления. Американское общество инженеров-механиков (ASME) разработало два отдельных и стандарта давления, B40.100 и PTC 19.2. B40.100 содержит рекомендации по манометрам с циферблатом и цифровым индикатором давления, разделительным диафрагмам, демпферам и клапанам-ограничителям давления. PTC 19.2 инструкции и рекомендации по точному определению значений давления в поддержке кодов испытаний производительности ASME. Выбор методов, инструментов, необходимых расчетов и поправок, которые необходимо применить, зависит от измерения цели, допустимой неопределенности и характеристик тестируемого оборудования.
Также применяются методы давления и протоколы, используется для передачи данных. Дается руководство по настройке оборудования и определению неопределенности измерения. Предоставляется информация о типе прибора, конструкции, применимом диапазоне давления, точности, мощности и относительной стоимости. Также представлена информация об устройствах для измерения давления, которые используются в полевых условиях, например, поршневые манометры, манометры и приборы низкого абсолютного давления (вакуума).
Эти методы предназначены для помощи в оценке неопределенности измерений на основе современных технологий и инженерных, высоких во внимание опубликованные технические характеристики КИП и методы измерения и применения. Это Дополнение содержит руководство по использованию методов определения неопределенности измерения давления.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с манометром. |
 | Викиисточником есть текст Британской энциклопедии 1911 года статьи Манометр. |
