Манометр
МАНОМЕТР
Приборы, измеряющие избыточные давления называются манометры, а избыточные давления ниже атмосферного (остаточное) - вакуумметры. Хотя следует заметить, что само слово манометр не совсем удачно, так как в переводе с греческого manos -редкий, неплотный, разрежённый. Поэтому манометр дословно можно перевести как измеряющий разряжение. В применении к приборам давления было бы более правильным слово «пьезометр» (от греч. Piezo - давлю, сжимаю).
Принцип работы напоромера основан на том же принципе, но из-за цели измерения низких давлений, вместо пружины бурдона используется более чувствительная двухпластинчатая мембрана, которая расширяется при воздействии давления.
Мановакуумметр U-образный. Исполняется в виде стеклянной трубки изогнутой в U-образную форму прикрепленной к градуированной шкале заданного диапазона, шкала находится между двумя концами трубки. Два конца этой трубки открыты. Отметка «ноль» находится ровно по середине шкалы. Чтобы измерить давление, нужно: 1. налить дистиллированную воду в трубку так, чтобы ее уровень соответствовал точно отметке «0» 2. одну часть трубки присоединить к измеряемой среде а вторую оставить открытой по отношению к окружающей среде. При возникновении избыточного или остаточного давления, уровень воды в неприсоединенной трубке будет изменяться относительно шкалы. Показания уровня на шкале и будут значением измеряемого давления.
В группу приборов измеряющих избыточное давление входят:
Манометры - приборы с измерением от 0,6 до 10000кг/см.
Вакуумметры - приборы измеряющие разряжения (давления ниже атмосферного) (до ?1кг/см).
Мановакуумметры — манометры измеряющие как избыточное (от 0.6 до 24 кг/см), так и вакуумметрическое (до ?1 кг/см) давление.
Напоромеры -манометры малых избыточных давлений до 0,4кг/см (40 КПа)
Тягомеры -вакуумметры с пределом до ?0.4кг/см (-40 КПа).
Тягонапоромеры -мановакуумметры с крайними пределами не превышающими ±0,2 кг/см
Данные приведены согласно ГОСТу 2405-88
Большинство отечественных и импортных манометров изготавливаются в соответствии с общепринятыми стандартами, в связи с этим манометры различных марок заменяют друг друга. При выборе манометра нужно знать: предел измерения, диаметр корпуса, класс точности прибора. Также важны расположение и резьба штуцера. Эти данные одинаковы для всех выпускаемых в нашей стране и Европе приборов.
Также существуют манометры измеряющие абсолютное давление, то есть избыточное давление+атмосферное
Прибор измеряющий атмосферное давление называется - барометр Типы манометров
В зависимости от конструкции чувствительности элемента различают манометры жидкостные, поршневые, деформационные (с трубчатой пружиной или мембраной). Манометры подразделяются по класам точности: 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 (чем меньше цифра, тем точнее прибор).
Виды манометров
По назначениям манометры можно разделить на общетехнические, электроконтактные, специальные, образцовые и судовые.
Общетехнические: предназначены для измерения неагрессивных к сплавам меди жидкостей, газов и паров.
Электроконтактные: имеют возможность регулировки измеряемой среды, благодаря наличию электроконтактного механизма. Особенно популярным прибором этой группы можно назвать ЭКМ 1У, хотя он давно снят с производства.
Специальные: кислородные- должны быть обезжирены, так как иногда даже незначительное загрязнение механизма при контакте с чистым кислородом может привести к взрыву. Часто выпускаются в корпусах голубого цвета с обозначением на циферблате О2(кислород); ацетиленовые -не допускают в изготовлении измерительного механизма сплавов меди, так как при контакте с ацетиленом существует опасность образования взрывоопасной ацетиленистой меди; аммиачные-должны быть коррозиестоикими.
Образцовые: обладая более высоким классом точности (0,15;0,25;0,4) эти приборы служат для поверки других манометров. Устанавливаются такие приборы в большинстве случаев на грузопоршневых манометрах или каких-либо других установках способных развивать нужное давление.
Судовые манометры предназначены для эксплуатации на речном и морском флоте.
Термопроводность
Термопроводные манометры основываются на уменьшении теплопроводности газа с давлением. В таких манометрах встроена нить накала, которая нагревается про пропускании через нее тока. Термопара или датчик определения температуры через сопротивление (ДОТС) могут быть использованы для измерения температуры нити накала. Эта температура зависит от скорости с которой нить накала отдаёт тепло окружающему газу и, таким образом, от термопроводности. Часто используется манометр Пирани, в котором используется единственная нить накала из платины одновременно как нагревательный элемент и как ДОТС. Эти манометры дают аккуратные показания в интервале между 10 Tорр и 10?3 Торр, но они довольно чувствительны к химическому составу измеряемых газов.
Две нити накаливания
Одна проволочная катушка используется в качестве нагревателя, другая же используется для измерения температуры через конвекцию.
Манометр Пирани (oдна нить) Манометр Пирани состоит из металлической проволоки, открытой к измеряемому давлению. Проволока нагревается протекающим через нее током и охлождается окружающим газом. При уменьшении давления газа, охлаждающий эффект тоже уменьщается и равновестная температура проволоки увеличивается. Сопротивление проволоки является функцией температуры: измеряя напряжение через проволоку и текущий через неё ток, сопротивление (и таким образом давление газа) может быть определено. Этот тип манометра был впервые сконструирован Марчелло Пирани.
Термопарный и термисторный манометры работают похожим образом. Отличие же в том, что термопара и термистор используются для измерения температуры нити накаливания.
Измерительный диапазон: 10-3 — 10 Торр [6] (грубо 10-1 — 1000 Па)
Ионизационный манометр
Ионизационный манометры — наиболее чувствительные измерительные приборы для очень низких давлений. Они измеряют давление косвенно через измерение ионов образующихся при бомбардировке газа электронами. Чем меньше плотность газа, тем меньше ионов будет образовано. Калибрирование ионного манометра — нестабилно и зависит от природы измеряемых газов, которая не всегда известна. Они могут быть откалибрированы через сравнение с показаниями манометра Мак Леода, которые значительно более стабильны и независимы от химии.
Термоэлектроны соударяются с атомами газа и генерируют ионы. Ионы притягиваются к электроду под подходящим напряжением, известным как коллектор. Ток в коллекторе пропорционален скорости ионизации, которая является функцией давления в системе. Таким образом, измерение тока коллектора позволяет определить давление газа. Имеется несколько подтипов ионизационных манометров.
Измерительный диапазон: 10-10 — 10-3 Торр (грубо 10-8 — 10-1 Па)
Большинство ионных манометров делятся на два вида: горячий катод и холодный катод. Третий вид — это монометр с вращающимся ротором более чувствителен и дорог, чем первые два и здесь не обсуждается. В случае горячего катода электрически нагеваемая нить накала создаёт электронный луч. Электроны проходят через манометр и ионизуют молекулы газа вокруг себя. Образующиеся ионы собираются на отрицательно заряженном электроде. Ток зависит от числа ионов, которое, в свою очередь, зависит от давления газа. Манометры с горячим катодом аккуратно измеряют давление в диапазоне 10?3 Торр до 10?10 Торр. Принцип манометра с холодным катодом тот же, исключая, что электроны образуются в разряде созданным высоковольтным электрическим разрядом. Манометры с холодным катодом аккуратно измеряют давление в диапазоне 10?2 Торр до 10?9 Торр. Калибрирование ионизационных манометров очень чувствительно к конструкционной геометрии, химическому составу измеряемых газов, коррозии и поверхностным напылениям. Их калибровка может стать непригодной при включении при атмосферном и очень низком давлении. Состав вакуума при низких давлениях обычно непредсказуем, поэтому масс-спектрометр должен быть использован одновременно с ионизационным манометром для точных измерений.
Горячий катод
Ионизационный манометр с горячим катодом Баярда-Алперта обычно состоит из трёх электродов работающих в режиме триода, где катодом является нить накала. Три электрода — это коллектор, нить накала и сетка. Ток коллектора измеряется в пикоамперах электрометром. Разность потенциалов между нитью накала и землёй обычно состовляет 30 В, в то время как напряжение сетки под постоянным напражением — 180—210 вольт, если нет опционоальной электронной бомбардировки, через нагрев сетки, которая может иметь высокий потенциал приблизительно 565 Вольт. Наиболее распространенный ионный манометр — это горячим катодом Баярда-Алперта с маленьким ионным коллектором внутри сетки. Стеклянный кожух с отверстием к вакууму может окружать электроды, но обычно он не используется и манометр встраивается в вакуумный прибор напрямую и контакты выводятся через керамическую плату в стене ваккумного устройства. Ионизационные манометры с горячим катодом могут быть повреждены илипотерять калибровку если они включаются при атмосферном давлении или даже при низком вакууме. Измерения ионизационных манометров с горячим катодом всегда логарифмичны.
Электроны испущенные нитью накала движутся несколько раз в прямом и обратном направлении вокруг сетки пока не попадут на неё. При этих движениях, часть электронов сталкивается с молекулами газа и формирует электрон-ионные пары (электронная ионизация). Число таких ионов пропорционально плотности молекул газа умноженной на термоэлектронный ток, и эти ионы летят на коллектор, формируя ионный ток. Так как плотность молекул газа пропорциональна давлению, давление оценивается через измерение ионного тока.
Чувствительность к низкому давлению манометров с горячим катодом ограничена фотоэлектрическим эффектом. Электроны, ударающие сетку, производят рентгеновские лучи, которые производят фотоэлектрический шум в ионном коллекторе. Это ограничивает диапазон старых манометров с горячим катодом до 10-8 торр и Баярда-Алперта приблизительно к 10-10 торр. Дополнительные провода под потенциалом катода в луче обзора между ионным коллектором и сеткой предотвращают этот эффект. В типе извлечения ионы притягиваются не проводом, а открытым конусом. Поскольку ионы не могут решить, какую часть конуса ударить, они проходят через отверстие и формируют ионный луч. Этот луч иона может быть передан a кружку Фарадея.
Холодный катод
Существует два вида манометров с холодным катодом: манометр Пеннинга (введённый Максом Пеннингом), и инвертированный магнетрон. Главноое различие между ними состоит в положении анода относительно катода. Ни у одного из них нет нити накаливания, и каждому из них требуется напряжение до 4 кВ для функционирования. Инвертированные магнетроны могут измерять давления до 1x10-12 торр.
Такие манометры не могут работать если ионы, генерируемые катодом рекомбинируют прежде, чем они достигнут анод. Если средняя длина свободного пробега газа меньше, чем размеры манометра, тогда ток на электроде исчезнет. Практическая верхняя граница измеряемого давления манометра Пеннинга 10-3 торр.
Точно так же манометры с холодным катодом могут не включиться при очень низких давлениях, так как почти полное отсутствие газа мешает устанавливать электродный ток — особенно в манометре Пеннинга, который использует вспомогательное симметричное магнитное поле, чтобы создать траектории ионов порядка метров. В окружающем воздухе подходящие ионые пары формируются посредством воздействия космической радиациии; в манометре Пеннинга приняты меры, чтобы облегчить установку пути разряда. Например, электрод в манометре Пеннинга обычно точно сужается, для облегчения полевой эмиссии электронов.
Циклы обслуживания манометров с холодным катодом вообще измеряются годами, в зависимости от газового типа и давления, в котором они работают. Используя манометр с холодным катодом в газах с существенными органическими компонентами, такими как остатки масла насоса, может привести к росту тонких углеродистых плёнок в пределах манометра, которые в конечном счете замыканут электроды манометра, или препятствуют гереации пути разряда.
Применение манометров
Манометры применяются во всех случаях, когда необходимо знать, контролировать и регулировать давление.
*** Манометр - прибор, предназначенный для измерения давления или разности давлений жидкостей и газов. Действие манометра основано на зависимости ряда физических параметров от давления. *** Дифференциальный манометр (Дифманометр)Дифференциальный манометр - манометр, предназначенный для измерения разности двух давлений. *** Манометр абсолютного давления
Манометр абсолютного давления - манометр, предназначенный для измерения давления, отсчитываемого от абсолютного нуля давления. *** МАНОМЕТР (от греческого manos - неплотный и...метр), прибор для измерения давления жидкости или газа. Различают манометры жидкостные, поршневые, деформационные и пружинные; используются также манометры, основанные на зависимости некоторых физических величин (например, силы электрического тока) от давления. Идея измерения давления по высоте столба жидкости принадлежит итальянскому ученому Э. Торричелли (1640). Первый жидкостный манометр построен французским ученым Л. Кальете в 1891 и установлен на Эйфелевой башне в Париже.