]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 0,4 кВ для функционирования. Инвертированные магнетроны могут измерять давления до 10−12 мм рт. ст.
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 мм рт. ст.
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 радиации; 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. наиболее часто манометры применяют в теплоэнергетике, на химических, нефтехимических предприятиях, предприятиях пищевой отрасли.
Цветовая маркировка
Довольно часто корпуса манометров, служащих для измерения давления газов, окрашивают в различные цвета. Так манометры с голубым цветом корпуса предназначены для измерения давления кислорода. Желтый цвет корпуса имеют манометры на аммиак, белый – на ацителен, темно-зеленый – на водород, серовато-зеленый – на хлор. Манометры на пропан и другие горючие газы имеют красный цвет корпуса. Корпус черного цвета имеют манометры предназначенные для работы с негорючими газами.
Манометры.
По принципу действия манометры подразделяют на жидкостные (трубные) манометры, пружинные манометры, мембранные манометры, сильфонные манометры, пьезоэлектрические манометры, поршневые манометры, радиоактивные и проволочные (тензоманометры) манометры. В этой статье рассматриваются лишь жидкостные (трубные), пружинные, мембранные и сильфонные манометры, получившие наибольшее применение в промышленности.
Жидкостные (трубные) манометры принцип действия которых основан на уравновешивании измеряемого давления столба жидкости, выпускают нескольких типов:
U-образные,
однотрубные (чашечные),
кольцевые,
колокольные,
поплавковые.
Колокольные и поплавковые манометры применяют реже других, поэтому в данной статье они не описаны.
U-образный манометр наиболее простой по конструкции состоит из U-образной стеклянной трубки заполненной жидкостью, и прямолинейной, миллиметровой шкалы. Шкала чаще всего бывает двусторонней с нулевой отметкой посередине. Нижняя часть трубки заполнена до нулевой отметки. К одному концу трубки по гибкой резиновой или пластмассовой трубке подводится давление измеряемой среды. Под действием этого давления жидкость в одном колене трубки понижается, а в другом - повышается. Разность уровней, определяемая по шкале, показывает избыточное давление измеряемой среды.
При частых изменениях давления измеряемой среды уровень Жидкости в трубках колеблется, в связи с чем трудно производить точный отсчет по шкале в обеих трубках одновременно. В этом случае более удобен однотрубный (чашечный) манометр. Он состоит из сосуда (чаши), сечение которого во много раз больше сечения трубки. При измерении давления уровень жидкости в трубке малого сечения поднимается на большую высоту, в то время как в чаше большого сечения он опускается незначительно. Поэтому показания прибора можно отсчитывать только по изменению уровня жидкости в трубке малого сечения, пренебрегая изменением уровня в чаше.
Если к U-образному или чашечному манометру давление подводится только к одному концу трубки, то измеряется разность подведенного и атмосферного давлений. В этом случае другой конец трубки открыт и сообщается с атмосферой. Если же к обоим концам трубки или чаше и трубке подвести давление контролируемых сред, то манометр будет измерять разность этих давлений. Такие манометры называются дифференциальными.
Кольцевой манометр, называемый кольцевыми весами, представляет собой металлическую трубку, согнутую в кольцо и установленную на призме. Нижняя половина кольца заполнена жидкостью, в верхней имеется перегородка. При разности давления Ризб и Ратм жидкость будет перетекать в сторону меньшего давления. Перетекание жидкости приведет к изменению центра тяжести и повороту кольца, а вместе с ним и стрелки прибора, которая по шкале покажет изменение давления. Чтобы получить шкалу прибора равномерной, предусмотрено специальное лекальное устройство.
Приборами «кольцевые весы» измеряют давление, разрежение и перепад давления, в последнем случае их называют дифференциальными манометрами (дифманометрами). Давление подводят к кольцу посредством гибких резиновых и пластмассовых трубок 8, а при измерении высоких давлений применяют металлические трубки, выполненные в виде спирали.
Пружинные манометры. Чувствительным элементом в них являются одно или многовитковые пружины. Чувствительный элемент связан механически с измерительным устройством и вместе с ним находится в общем корпусе. Одновитковая пружина представляет собой стальную или латунную полую трубку, согнутую по окружности. Один конец пружины впаян в основание прибора. На этом же основании смонтирован механизм передачи со стрелкой и круглый корпус манометра. Измеряемая среда подводится во внутреннюю полость пружины через ниппель.
Под давлением измеряемой среды трубчатая пружина стремится выпрямиться, ее свободный конец отклоняется и через тягу поворачивает зубчатый сектор, который в свою очередь поворачивает грибку (шестерню), а с ней и стрелку на угол, пропорциональный давлению. При повороте шестерни стрелка, сидящая на ее пси, тоже поворачивается и указывает на шкале измеряемое давление. Многовитковая пружина представляет собой полую трубку с пятью — семью витками, расположенными по винтовой линии. Пружина одним концом А неподвижно закреплена в корпусе прибора и через капиллярную трубку соединяется с измеряемой средой. Второй свободный конец Б пружины наглухо закрыт и через втулку соединен с осью.
Многовитковая трубчатая пружина длиннее одновитковой, поэтому ее свободный конец при том же давлении перемещается значительно больше. Под действием давления пружина, раскручиваясь, поворачивает ось и сидящий на ней рычаг с кареткой. Поворот рычага и каретки передается через тягу поводку и мостику. С мостиком жестко связан держатель пера. С изменением давления перо движется по диаграммной бумаге и записывает давление. Диаграммную бумагу перемещает часовой механизм или электрический синхронный двигатель. Манометры с многовитковой пружиной применяют главным образом как самопишущие приборы. Их используют также для дистанционной передачи показаний на расстояние. В этом случае в манометр встраивают электрическое или пневматическое передающее устройство.
Мембранные манометры. В качестве примера манометров этого типа на рассмотрим манометр мембранный электрический (ММЭ), входящий в систему ГСП, который является бесшкальным прибором. Их применяют для измерения избыточного давления неагрессивных жидкостей или газов и преобразования его в унифицированный электрический выходной сигнал, подаваемый на вторичный измерительный прибор.
Манометр состоит из трех основных узлов:
измерительного блока,
преобразователя,
усилителя.
В измерительный блок входит мембранная коробка с плоской мембраной (чувствительный элемент), ввинченной в крышку, и магнитный плунжер. Измеряемое давление через штуцер подается внутрь корпуса, закрытого герметично крышкой. К крышке зажимом, надетым на втулку и затянутым винтом, жестко крепится преобразователь.
Усилитель установлен на трех стойках, укрепленных на крышке, под действием измеряемого давления скрепленной с мембраной плунжер перемещается вверх, в результате чего постоянный магнит М создает магнитный поток. Разность этого потока и потока обратной связи (устройство обратной связи на рисунке не показано) преобразуется в электрический сигнал рассогласования и усиливается усилителем, после чего в виде выходного токового нала подается на вторичный измерительный прибор.
Сильфонные манометры используют для измерения небольших давлений и разрежений в качестве показывающих и самопишущих приборов. Чувствительным элементом в них является сильфон, который представляет собой гофрированную тонкостенную металлическую трубку, изготовленную из высокопрочного сплава. Сильфоны преобразуют измеряемое давление в тяговое усилие, перемещающее стрелку манометра.
В сильфонном манометре один конец сильфона закреплен на жестком неподвижном основании, другой герметически закрыт. Давление подводят внутрь сильфона через основание. Если давление больше атмосферного, то длина сильфона увеличивается, вследствие чего стрелка (или перо) прибора через систему рычагов движется по шкале. Для увеличения жесткости внутри сильфона установлена пружина.