Звуковые волны – свойства, характеристики и примеры применения в физике

Звуковые волны – свойства, характеристики и примеры применения в физике

Перед тем, как приступить к рассмотрению темы, дадим определение такому явлению, как звук.

Звук или звуковые волны – это волны, которые способно воспринять человеческое ухо.

При этом звуковые частоты имеют диапазон: примерно от 20 Г ц до 20 к Г ц .

Инфразвук – звуковые волны, имеющие частоту менее 20 Г ц .

Ультразвук – волны звука, имеющие частоту более 20 к Г ц .

Волнам звукового диапазона свойственно распространяться как в газе, так и в жидкости (продольные волны), и в твердом теле (продольные и поперечные волны). Особенно интересно для науки заниматься изучением распространения звуковых волн в газообразной среде, что по сути есть среда нашего обитания.

Акустика – это направление физики, занимающееся изучением звуковых явлений.

Когда звук получает распространение в газе, атомы и молекулы испытывают колебания вдоль направления распространения волны, следствием чего становится изменение локальной плотности ρ и давления p .

Звуковые волны в газе зачастую называют волнами плотности или волнами давления.

В случае простых гармонических звуковых волн, получающих распространение вдоль оси O X , изменение давления p ( x , t ) имеет зависимость от координаты x и времени t , которая записывается так:

p ( x , t ) = p 0 cos ω t ± k x .

В аргументе косинуса мы видим два противоположных знака, что имеет отношение к двум направлениям распространения волны. Запишем выражение, которое покажет соотношение таких величин, как круговая частота ω , волновое число k , длина волны λ , скорость звука υ (соотношение будет таким же, как применимо для поперечных волн в струне или резиновом жгуте):

υ = λ T = ω k ; k = 2 π λ ; ω = 2 π f = 2 π T .

Одной из ключевых характеристик звука является скорость распространения.

Скорость распространения – величина, описывающая звуковую волну, задаваемая инертными и упругими свойствами среды и определяемая для продольных волн в любой однородной среде при помощи формулы:

В указанной формуле B является модулем всестороннего сжатия, ρ – средней плотностью среды.

Формула Лапласа

Первые попытки рассчитать значение скорости звука предпринял Ньютон, предположив равенство упругости воздуха атмосферному давлению p а т м . В таком случае значение скорости звука в воздушной среде – менее 300 м / с , в то время как истинная скорость звука при нормальных условиях (температура 0 ° С и давление 1 а т м ) равна 331 , 5 м / с , а скорость звука при температуре 20 ° С и давлении 1 а т м составит 343 м / с . Лишь по прошествии более ста лет было показано, почему предположение Ньютона не выполняется. Французский физик П. Лаплас указал, что ньютоновское видение равносильно предположению о быстром выравнивании температуры между областями разрежения и сжатия, и невыполнение его связано с плохой теплопроводностью воздуха и малым периодом колебаний в звуковой волне. В действительности между областями разрежения и сжатия газа появляется разность температур, существенным образом влияющая на упругие свойства. Лаплас, в свою очередь, выдвинул предположение, что сжатие и разрежение газа в звуковой волне происходят в соответствии с адиабатическим законом: в отсутствии влияния теплопроводности. В 1816 году физик вывел формулу, предназначенную для расчета скорости звуковой волны в воздухе и получившей название формулы Лапласа.

Формула Лапласа для определения скорости звука имеет запись:

Где p является значением среднего давления в газе, ρ – средней плотности, а γ есть некоторая константа, находящаяся в зависимости от свойств газа.

В нормальных условиях скорость звука, рассчитанная по формуле Лапласа, равна υ = 332 м / с .

В термодинамике имеется доказательство, что константа γ представляет собой отношение теплоемкостей при постоянном давлении C p и постоянном объеме C V .

Формула Лапласа может быть записана несколько иначе, если использовать уравнение состояния идеального газа. Таким образом, окончательный вид формулы для определения скорости звука будет такой:

В данной формуле T – абсолютная температура, M – молярная масса,
R = 8 , 314 Д ж / м о л ь · К – универсальная газовая постоянная. Скорость звука находится в сильной зависимости от свойств газа: скорость звука тем больше, чем легче газ, в котором звуковая волна получает распространение.

Для наглядности приведем некоторые примеры.

Когда звук распространяется в воздушной среде ( M = 29 · 10 – 3 к г / м о л ь ) при нормальных условиях: υ = 331 , 5 м / с ;

Когда звук распространяется в гелии ( M = 4 · 10 – 3 к г / м о л ь ) : υ = 970 м / с ;

Когда звук распространяется в водороде ( M = 2 · 10 – 3 к г / м о л ь ) : υ = 1270 м / с .

В жидкостях и твердых телах скорость звуковых волн еще больше. В воде, например, υ = 1480 м / с (при 20 ° С ), в стали υ = 5 – 6 к м / с .

Характеристики звуковых волн

Помимо скорости распространения звук имеет и другие характеристики, связанные с восприятием его человеческими органами слуха.

Громкость звука

Рассуждая о том, как человеческое ухо воспринимает звук, в первую очередь мы говорим об уровне громкости, который зависит от потока энергии или интенсивности звуковой волны. А то, как воздействует звуковая волна на барабанную перепонку, зависит от звукового давления.

Звуковое давление – это амплитуда p 0 колебаний давления в волне

Природа отлично потрудилась, создавая такое совершенное устройство, как человеческое ухо: оно способно воспринимать звуки в обширнейшем диапазоне интенсивностей. Мы имеем возможность слышать как слабый писк комара, так и грохот вулкана.

Порог слышимости – минимальное значение величины звукового давления, при котором звук этой частоты еще воспринимается человеческим ухом.

Болевой порог – это верхняя граница диапазона слышимости человека; та величина звукового давления, при котором звук вызывает в человеческом ухе ощущение боли.

Порог слышимости представляет собой значение p 0 около 10 – 10 а т м , т. е. 10 – 5 П а : такой слабый звук характеризуется колебанием молекул воздуха в волне звука с амплитудой всего лишь 10 – 7 с м ! Болевой же порог соответствует значению p 0 порядка 10 – 4 а т м или 10 П а . Т.е., человеческое ухо способно к восприятию волн, в которых звуковое давление изменяется в миллион раз. Поскольку интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, диапазон интенсивностей оказывается порядка 10 12 !

Человеческое ухо, восприимчивое к звукам такого огромного диапазона интенсивности, допустимо сравнить с прибором, которым возможно измерить как диаметр атома, так и размеры футбольного поля.

Для общей информированности заметим, что обычным разговорам людей в комнате соответствует интенсивность звука, примерно в 10 6 раз превышающая порог слышимости, а интенсивность звука на рок-концерте находится очень близко к болевому порогу.

Высота звука

Высота звуковой волны – еще одна характеристика звука, влияющая на слуховое восприятие. Человеческие ухо воспринимает колебания в гармонической звуковой волне как музыкальный тон.

Высокий тон – это звуки с колебаниями высокой частоты.

Низкий тон – это звуки с колебаниями низкой частоты.

Звуки, которые издают музыкальные инструменты, а также звуки голоса человека значимо отличаются друг от друга по высоте тона и по диапазону частот.

К примеру, диапазон наиболее низкого мужского голоса – баса – находится в пределах примерно от
80 до 400 Г ц , а диапазон высокого женского голоса – сопрано – от 250 до 1050 Г ц .

Октава – это диапазон колебаний звука, который соответствует изменению частоты колебаний в 2 раза.

Скрипка, к примеру, звучит в диапазоне примерно трех с половиной октав ( 196 – 2340 Г ц ) ,
а пианино – семи с лишним октав ( 27 , 5 – 4186 Г ц ) .

Говоря о частоте звука, который извлекается при помощи струн любого струнного музыкального инструмента, будем иметь в виду частоту f 1 основного тона. Однако колебания струн содержат также гармоники, частоты f n которых отвечают соотношению:

f n = n f 1 , ( n = 1 , 2 , 3 , . . . ) .

Таким образом, звучащая струна способна излучать целый спектр волн с кратными частотами. Амплитуды A n этих волн имеют зависимость от способа возбуждения струны, будь то смычок или молоточек. Эти амплитуды необходимы для придания музыкальной окраски звуку (тембру).

Аналогичный процесс мы наблюдаем, когда звучат духовые музыкальные инструменте. Трубы духовых инструментов служат акустическими резонаторами – акустическими колебательными системами, имеющими способность возбуждаться (резонировать) от звуковых волн определенных частот. Определенные же условия способствуют возникновению внутри трубы стоячей звуковой волны. Рисунок 2 . 7 . 1 демонстрирует несколько видов стоячих волн (мод) в органной трубе, закрытой с одного конца и открытой с другого. Звучание духовых инструментов, так же, как и струнных, состоит из целого спектра волн с кратными частотами.

Рисунок 2 . 7 . 1 . Стоячие волны в трубе органа (закрыта лишь с одной стороны). Стрелки указывают направления движения частиц воздуха за один полупериод колебаний.

Музыкальные инструменты необходимо периодически настраивать.

Камертон – устройство для настройки музыкальных инструментов, состоящее из настроенных в резонанс деревянного акустического резонатора и соединенной с ним металлической вилки.

Удар молоточка по вилке вызывает возбуждение всей системы камертона с последующим звучанием чистого музыкального тона.

Гортань певца – по сути тоже акустический резонатор. Рисунок 2 . 7 . 2 демонстрирует спектры звуковых волн, издаваемых камертоном, струной пианино и низким женским голосом (альтом), звучащими на одной и той же ноте.

Рисунок 2 . 7 . 2 . Относительные интенсивности гармоник в спектре волну звука при звучании камертона ( 1 ) , пианино ( 2 ) и низкого женского голоса (альт) ( 3 ) на ноте «ля» контроктавы ( f 1 = 220 Г ц ) . По оси ординат отложены относительные интенсивности I I 0 _.

Звуковые волны, чьи частотные спектры показаны на рисунке 2 . 7 . 2 , имеют одну и ту же высоту, но различные тембры.

Биения

Разберем также такое явление, как биения.

Биение – это явление, возникающее, когда две гармонические волны с близкими, но все же имеющими отличия частотами, накладываются друг на друга.

Биения сопровождают, к примеру, одновременное звучание двух струн, имеющих настройки практически одинаковой частоты. Человеческий орган слуха воспринимает биения как гармонический тон с громкостью, периодически изменяющейся во времени. Запишем выражения, показывающие закономерность изменения звуковых давлений p 1 и p 2 , которые осуществляют воздействие на ухо:

p 1 = A 0 cos ω 1 t и p 2 = A 0 cos ω 2 t .

Для удобства примем, что амплитуды колебаний звуковых давлений являются одинаковыми и равны p 0 = A 0 ₀.

Согласно принципу суперпозиции полное давление, которое вызывается обеими волнами в каждый момент времени, есть совокупность звуковых давлений, задаваемых каждой волной в тот же момент времени. Запишем выражение, показывающее суммарное воздействие волн, используя тригонометрические преобразования:

p = p 1 + p 2 = 2 A 0 cos ω 1 – ω 2 2 t cos ω 1 + ω 2 2 t = 2 A 0 cos 1 2 ∆ ω t cos ω с р t ,

где ∆ ω = ω 1 – ω 2 , а ω с р = ω 1 + ω 2 2 .

Рисунок 2 . 7 . 3 ( 1 ) отображает, каким образом давления p 1 и p 2 зависимы от времени t . В момент времени t = 0 оба колебания находятся в фазе, и их амплитуды суммируются. Поскольку частоты колебаний имеют хоть и небольшие, но отличия, через некоторое время t 1 колебания войдут в противофазу. В этот момент суммарная амплитуда станет равна нулю: колебания взаимно «погасятся». К моменту времени t 2 = 2 t 1 колебания вновь окажутся в фазе и т. д. (рисунок 2 . 7 . 3 ( 2 ) ).

Период биений Т б – это минимальное значение интервала между двумя моментами времени, которым соответствуют максимальная и минимальная амплитуда колебаний.

Формула, которая определяет медленно изменяющуюся амплитуду A результирующего колебания, имеет запись:

A = 2 A 0 cos 1 2 ∆ ω t .

Период Т б изменения амплитуды равен 2 π Δ ω . Мы можем это продемонстрировать, приняв следующее предположение: периоды колебаний давлений в звуковых волнах T 1 и T 2 являются такими, что T 1 T 2 (т. е. ω 1 > ω 2 ). За период биений Т б наблюдается некоторое число n полных циклов колебаний первой волны и ( n – 1 ) циклов колебаний второй волны:

T б = n T 1 = ( n – 1 ) T 2 .

T б = T 1 T 2 T 2 – T 1 = 2 π ω 1 – ω 2 = 2 π ∆ ω или f б = 1 T б = 1 T 1 – 1 T 2 = f 1 – f 2 = ∆ f .

f б есть частота биений, определяемая как разность частот Δ f двух звуковых волн, которые воспринимаются ухом одновременно.

Органы слуха человека способны к восприятию звуковых биений до частот 5 – 10 Г ц . Прослушивание биений – это важный элемент техники настройки музыкальных инструментов.

Рисунок 2 . 7 . 3 . Биения, возникающие, когда накладываются две звуковые волны с близкими частотами.

Рисунок 2 . 7 . 4 . Модель явления биений.

Звуковые волны

Урок 19. Физика 11 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока “Звуковые волны”

Особенно важное место среди всех типов упругих волн занимают звуковые волны (или просто звуки). Мир окружающих нас звуков разнообразен и сложен, однако мы достаточно легко ориентируемся в нём и можем безошибочно отличить пение птиц от шума городской улицы.

Итак, что же такое звук и как он возникает?

Начнём с того, что раздел физики, в котором изучаются звуковые явления, называется акустикой.

Многочисленные опыты и наблюдения показали, что общим для всех тел, издающих звуки, является то, что все они совершают колебательные движения.

Таким образом, звук — это упругие колебания, распространяющиеся в какой-либо среде и способные вызывать у человека слуховые ощущения.

Для примера возьмём в качестве среды воздух, а в качестве источника звука — камертон, который был изобретён в начале восемнадцатого века английским музыкантом Джоном Шором для настройки музыкальных инструментов.

Если ударить по камертону молоточком, то можно услышать чистый музыкальный звук, который возникает из-за частых колебаний ветвей камертона, незаметных для глаза.

Ветвь камертона создаёт попеременно сжатие и разрежение в прилегающей к ней области воздуха, и образуется продольная волна, которая распространяется в воздухе. Графически её можно представить как зависимость плотности молекул воздуха от координаты.

Таким образом, в процессе распространения звуковой волны с течением времени изменяются такие характеристики среды, как плотность и давление. Следовательно, звуковые волны могут распространяться в твёрдых, жидких и газообразных средах.

А как вы думаете, возможно ли распространение звуковой волны в вакууме? Впервые на этот вопрос удалось ответить Роберту Бойлю в 1660 году. Идея опыта достаточно проста. Учёный взял работающий будильник (мы, для большей наглядности, используем электрический звонок) и поместил его в сосуд вакуумного насоса.

Несмотря на то, что звук, издаваемый под колоколом насоса, стал тише, он всё же был вполне различим. Затем Бойль начал откачивать воздух из сосуда. По мере того, как давление воздуха под колоколом уменьшается, звук звонка постепенно слабеет до тех пор, пока совсем не исчезнет. Но, обратите внимание, что молоточек звонка продолжает ударять по звонковой чаше. Значит, она колеблется, но эти колебания дальше не распространяются, так как нет передающей среды. Если впустить под колокол насоса воздух, то мы снова услышим звон. Этот опыт доказал, что для распространения звука необходима среда.

Источниками звуков могут быть не только твёрдые тела, но и жидкости, а также газы. Так, например, вода «поёт» в быстрых реках. А колебаниями масс воздуха обусловлены свист ветра, шелест листьев, раскаты грома и так далее.

Однако, как подсказывает нам наш жизненный опыт, не всякое колеблющееся тело издаёт звуки. Так, например, мы не слышим колебания обычного математического маятника. Всё дело здесь в частоте колебаний, которой характеризуется колебательная система. Так, наше ухо способно воспринимать только акустические звуки, то есть колебания, частота которых находится в пределах от 16 Гц до 20 кГц.

Колебания с частотой меньше 16 Гц называют инфразвуком. Такие звуки могут воспринимать некоторые рыбы и медузы. А колебания с частотой более 20 кГц называют ультразвуком. Их воспринимают многие животные, в том числе кошки, собаки, летучие мыши и дельфины.

Основными физическими характеристиками звука являются интенсивность и спектральный состав (спектр).

Интенсивность звуковой волны — это физическая скалярная величина, определяемая энергией, переносимой волной в единицу времени через поверхность площадью один квадратный метр, расположенную перпендикулярно к направлению распространения волны:

Другими словами, интенсивность представляет собой мощность, переносимую волнами через поверхность единичной площади перпендикулярно к направлению распространения волны.

Единицей интенсивности в СИ является Вт/м 2 . Хотя очень часто в повседневной жизни мы используем внесистемные единицы интенсивности звука — бел и децибел, названные так в честь изобретателя телефона Александра Белла.

Интенсивность звука, улавливаемого ухом человека, лежит в очень широких пределах. Минимальная интенсивность, при которой ухо человека перестаёт воспринимать звук, называется порогом слышимости.

При значительной интенсивности колебаний ухо перестаёт воспринимать колебания как звук, испытывая при этом болевое ощущение. Такая интенсивность, выше которой отмечается боль, называется порогом болевого ощущения. Порог болевого ощущения соответствует интенсивности, равной примерно 1 Вт/м 2 .

На основании всего вышесказанного мы с вами можем выделить необходимые условия для возникновения звуковых волн:

1) необходим источник звука;

2) между источником звука и ухом должна быть упругая среда;

3) частота колебаний источника звука должна находиться в пределах от шестнадцати герц до двадцати килогерц;

4) мощность звуковых волн должна быть достаточной для того, чтобы вызывать ощущение звука.

Спектром называется набор звуков различных частот, образующих данный звуковой сигнал. Спектр может быть сплошным или дискретным (линейчатым).

Сплошной спектр означает, что в данном наборе присутствуют волны, частоты которых заполняют весь заданный спектральный диапазон. Дискретный спектр означает наличие конечного числа волн с определёнными частотами и амплитудами, которые образуют рассматриваемый сигнал.

По типу спектра звуки разделяются на шумы и музыкальные тоны.

Шум — это совокупность разнообразных кратковременных звуков (хруст, шелест, шорох, стук). Он представляет собой наложение большого числа колебаний с близкими амплитудами, но различными частотами (имеет сплошной спектр).

Музыкальный тон создаётся периодическими колебаниями звучащего тела (камертон, струна) и представляет собой гармоническое колебание одной частоты. Именно на основе музыкальных тонов и создана музыкальная азбука — ноты.

Результат наложения нескольких одновременно звучащих музыкальных тонов, из которых можно выделить основной тон, соответствующий наименьшей частоте, называется музыкальным звуком. Основной тон называется также первой гармоникой. Все остальные тоны называются обертонами. Таким образом, музыкальный звук имеет дискретный спектр.

Звуковые волны, так же, как и механические, характеризуются скоростью распространения. При этом модуль скорости звука зависит от упругих свойств среды, её плотности и температуры. Поэтому модуль скорости звука в газах меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях, как правило, меньше, чем в твёрдых телах.

Именно поэтому во время грозы мы сначала видим вспышку молнии и лишь через некоторое время до нас доносятся раскаты грома.

Первые попытки экспериментально определить скорость звука начались ещё в начале XVII века. В трактате «Новый Органон» Френсис Бэкон указал на возможность определения скорости звука путём сравнения времени, между вспышкой света и звуком выстрела.

В 1636 году французский физик Марен Мерсенн предпринял первые попытки экспериментального определения скорости звука. Для этого производился выстрел из пушки, а затем измерялось время, прошедшее между моментами, когда наблюдатель замечал вспышку, и моментом, когда до него доносился отзвук выстрела. Разделив расстояние, покрытое звуковой волной за полученное время, учёный получил скорость звука, равную 450 м/с.

Лишь в 1809 году Пьер-Симоном де Лапласом была получена формула для теоретических расчётов скорости звука в воздухе:

А первые попытки измерить скорость звука в воде были предприняты в 1827 году швейцарским физиком Жан-Даниэлем Колладоном на Женевском озере. На одной лодке друг учёного Шарль-Франсуа Штурм поджигал порох и одновременно ударял в подводный колокол. На другой лодке, которая находилась на расстоянии десяти миль (около шестнадцати километров) от первой, Колладон отмечал время наблюдения вспышки света и время улавливания звука с помощью рупора, опущенного в воду. По разности времени между вспышкой света и приходом звукового сигнала определили скорость звука.

В заключении отметим несколько интересных фактов, связанных со звуковыми волнами. Например, как вы уже знаете, твёрдые тела очень хорошо проводят звук. Благодаря этому свойству существует возможность обучения глухих людей игре на музыкальных инструментах и танцам. Музыкальные такты и даже ноты они распознают по вибрациям пола и корпусов инструментов.

А в давние времена в крепостных стенах помещали «слухачей», которые по звуку, передаваемому землёй, могли определить, ведёт ли враг подкоп к стенам или нет. Слухачи часто использовались во время войн. Даже во время Второй Мировой войны, когда во всю развивалась радиолокация, профессия слухача имела место.

Так, например, при обороне Ленинграда для работы на акустических аппаратах были задействованы незрячие люди, обладающие исключительным слухом. Они могли не только узнавать о приближении самолётов, но и легко могли отличить советские самолёты от немецких. Более того некоторые слухачи могли определить тип приближающихся самолётов.

Принцип манометра и его устройство

Принцип манометра и его устройство

Манометр – это техническое устройство, которое измеряет давление в любой момент времени в каком-либо замкнутом пространстве, в месте установки. Без таких приборов запрещена эксплуатация сосудов, работающих под избыточным давлением.

Принцип манометра заключается в уравнивании измеряемого давления и величины деформации пружинного механизма внутри прибора. Отклонение пружины преобразуется во вращательное движение стрелки на циферблате.

На нашем сайте вы сможете найти не только клапан для манометра, но и широкий ассортимент запорной арматуры.

Как устроен манометр

Согласно ГОСТ Р 8.905-2015 вакуумметр, мановакуумметр, напоромер, тягомер, тягонапоромер – это все манометры.

Для лабораторных измерений применяются жидкостные приборы.

Принцип действия прибора такого вида основан на свойстве сообщающихся сосудов. При создании давления у одного конца U-образной трубки наполнитель перемещается и наблюдается разница в уровнях жидкости. Эта разница, выраженная в миллиметрах, дает значение измеряемого давления.

Корпус пружинного прибора напоминает невысокий металлический цилиндр разного диаметра, чаще всего 5 см, со стеклянной крышкой. Под стеклом находится циферблат – это шкала с делениями в барах или паскалях.

Принцип действия манометра такого вида заключается в уравновешивании напора жидкости и силы деформации мембраны или пружины. В результате этого процесса упругий чувствительный элемент смещается, что приводит в действие показывающую стрелку устройства. Цена деления устройства зависит от верхнего предела измерения.

Требования к манометрам:

• Прибор устанавливать так, чтобы его показания были отчетливо видны обслуживающему персоналу, то есть вертикально или с наклоном вперед до 30°, на высоте от 2 до 3 метров.
• Сроки проверки манометров и предохранительных клапанов не реже одного раза в год.
• Класс точности манометра должен быть не ниже 2,5.

Виды манометров

Приборы измерения давления различаются в зависимости от конструкции:

• Жидкостные.
• Мембранные.
• Пружинные.
• Дифференциальные.

Современные виды устройств разделили на 7 больших групп в зависимости от условий работы:

1. Образцовые. Приборы с очень высокой точностью измерения. Используют для проверки точности показаний другого аналогичного измерительного оборудования, то есть поверки.
2. Электроконтактные. Специальные устройства для контроля и предупреждения о достижении максимально допустимого параметра, способного разрушить систему. Для этого встраивают клапан, который сбрасывает давление до безопасного уровня. В результате обеспечивается безопасная работа на предприятиях, котельных.
3. Общетехнические. Эти устойчивы к вибрациям и низким температурам, поэтому используются на транспорте и на трубопроводах.
4. Самопишущие. Позволяют не только наблюдать визуально за показаниями, но и фиксировать их на специальной диаграмме, чтобы проследить динамику изменения параметра за определенный промежуток времени. Подобные устройства незаменимы в исследовательских лабораториях, на тепловых электростанциях, многих предприятиях.
5. Специальные. Созданы для работы с различными вредными и опасными газами, например, аммиаком, ацетиленом, аргоном, метаном. Они отличаются от других устройств цветом корпуса или кольца, прижимающего стекло.
6. Железнодорожные. Подобные устройства имеют повышенную стойкость к вибрации, благодаря вязкой жидкости внутри корпуса, например, глицерином или силиконовым маслом.
7. Судовые. Имеют корпус, защищенный от влияния атмосферных осадков, не подвержены коррозии.

Встречаются приборы с особыми характеристиками: сигнализирующие, виброустойчивые, коррозионностойкие.

Сфера использования

Приборы устанавливают везде, где нужно контролировать уровень давления, чтобы избежать аварийных ситуаций и нарушений технологических процессов:

Приборы применяются во всех случаях, когда необходимо знать, контролировать и регулировать напор воды, других жидкостей, газов, пара. Сложно назвать отрасль, которая может обойтись без этого. Наиболее часто манометры применяют в теплоэнергетике, на химических, нефтехимических предприятиях,в пищевой отрасли.

Назначение жидкостного манометра зависит от устройства, но используются они все реже, так как существует возможность его проливания и выплескивания при резком скачке давления.

Кран для манометра. Устройство

На трубопровод прибор крепится с помощью многофункционального трёхходового крана.

В зависимости от положения рукоятки запорного механизма контролируется работа измерительного прибора. В корпусе находится пробка с Т-образным отверстием. Поворотом рукоятки в рабочий режим поток направляется к манометру, который фиксирует давление. Если перевести кран в положение «закрыто», то поток в трубе остановиться или изменит направление. Прибор покажет нулевое значение.

Таким образом, кран необходим для продувки, проверки прибора и полного отключения измерительного устройства, например, для его замены.

Приборы, измеряющие давление, несмотря на одинаковый принцип действия, применяются для различных условий эксплуатации и имеют разные схемы исполнения. Одни показывают величину давления жидкости, а другие работают только с газом. Некоторые из них применяются в контрольно-измерительной аппаратуре для определения точных показателей давления. Часто манометры входят в состав блоков автоматики и сигнализации, обеспечивают безопасные условия работы на предприятиях.

Завод «Клапан Комплект» предоставляет широкий ассортимент различных видов клапанов. Запорная арматура по самым выгодным ценам!

ООО «КомплектИнжинирингТехнологии»

Тел.: (843)5134201,+7(917)394-61-53 отправить запрос : kit.kazan@bk.ru

• Главная
• Продукция
• Новости
• Услуги
• Статьи
• Контакты
• Проекты

• Поставка оборудования и пусконаладка
  • Автоматика безопасности конвейеров
  • Средства промышленной безопасности
  • Шахтная автоматика
  • Станции управления электродвигателями
  • Частотные преобразователи, УПП, дроссели, фильтры
  • Средства автоматизации
  • Регулирующая арматура и детали трубопроводов
  • Системы очистки воздуха для промышленности
  • Коммутационная аппаратура
  • Оборудование КИПиА
    • Манометры
    • Измерение температуры
    • Регулирование температуры
    • Бесконтактные датчики и выключатели
    • Приборы измерения давления
    • Приборы измерения расхода
    • Приборы измерения уровня
    • Шкафы обогрева КИПиА и термочехлы
• Индустриальные масла и промышленная химия
• аппараты и технологические установки

ВИДЫ МАНОМЕТРОВ И ПРИНЦИП РАБОТЫ

ВИДЫ МАНОМЕТРОВ И ПРИНЦИП РАБОТЫ

При проектировании и эксплуатации систем отопления наиболее важным показателем и параметром является давление теплоносителя. При нормальном давлении, находящемся в пределах гидравлического графика, рабочий процесс идет без нарушений, теплоноситель доходит до самых отдаленных точек системы отопления. При превышении давления выше критической точки возникает опасность разрыва трубопроводов. При понижении давления ниже допустимого возникает угроза кавитации – образования пузырьков воздуха, приводящих к коррозии и разрушению трубопроводов. Для того, чтобы удерживать показатели давления на требуемом уровне, нужно постоянно за ними наблюдать. Именно для этого и применяются манометры – приборы, которые это самое давление измеряют.

Давлением называют отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. Давлением во многом определяется ход технологического процесса, состояние технологических аппаратов и режимы их функционирования.

ВИДЫ ДАВЛЕНИЯ:

• Атмосферное (барометрическое) давление – давление, создаваемое массой воздушного столба земной атмосферы.
• Абсолютное давление – полное давление с учетом давления атмосферы, отсчитываемое от абсолютного нуля.
• Избыточное давление – разность между абсолютным и барометрическим давлениями.
• Вакуум (разрежение) – разность между барометрическим и абсолютным давлениями.
• Дифференциальное давление – разность двух измеряемых давлений, ни одно из которых не является давлением окружающей среды.

По виду измеряемого давления манометры подразделяют на:

• манометры избыточного давления,
• манометры абсолютного давления,
• барометры,
• вакуумметры,
• мановакуумметры – для измерения избыточного и вакуумметрического давления;
• напоромеры – манометры малых избыточных давлений (до 40 кПа);
• тягомеры – вакуумметры с верхним пределом измерения до 40 кПа;
• дифференциальные манометры – средства измерений разности давлений.

Общий принцип действия манометров основан на уравновешивании измеряемого давления некоторой известной силой. По принципу действия манометры подразделяют на:

• жидкостные манометры;
• пружинные манометры;
• мембранные манометры;
• электроконтактные манометры (ЭКМ);
• дифференциальные манометры.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЖИДКОСТНОГО МАНОМЕТРА

В жидкостных манометрах измеряемое давление или разность давлений уравновешивается гидростатическим давлением столба жидкости. В приборах используется принцип сообщающихся сосудов, в которых уровни рабочей жидкости совпадают при равенстве давлений над ними, а при неравенстве занимают такое положение, когда избыточное давление в одном из сосудов уравновешивается гидростатическим давлением избыточного столба жидкости в другом. Большинство жидкостных манометров имеют видимый уровень рабочей жидкости, по положению которого определяется значение измеряемого давления. Эти приборы используются в лабораторной практике и в некоторых отраслях промышленности.

Существует группа жидкостных дифманометров, в которых уровень рабочей жидкости непосредственно не наблюдается. Изменение последнего вызывает перемещение поплавка или изменение характеристик другого устройства, обеспечивающих либо непосредственное показание измеряемой величины с помощью отсчетного устройства, либо преобразование и передачу ее значения на расстояние.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРУЖИННОГО МАНОМЕТРА

Наиболее широкое применение среди приборов для измерения давления нашли пружинные манометры. Их достоинства в том, что они просты по конструкции, надежны и пригодны для измерения давления среды в широком диапазоне от 0,01 до 400 МПа (от 0,1 до 4000 бар).

Упругие чувствительные элементы деформационных манометров:

а — трубчатые пружины;

в, г — плоские и гофрированные мембраны;

д — мембранные коробки;

е — вялые мембраны с жестким центром

Чувствительным элементом пружинного манометра является полая изогнутая трубка эллипсоидного или овального сечения, деформирующаяся под действием давления. Один конец трубки запаян, а второй соединен со штуцером, через который соединяется со средой, в которой измеряется давление. Закрытый конец трубки соединен с передаточным механизмом, смонтированным на стойке, который состоит из поводка, зубчатого сектора, шестеренки с осью и стрелки манометра. Для устранения мертвого хода между зубцами сектора и шестеренки служит спиральная пружина. Шкала проградуирована в единицах давления (паскаль или бар) и стрелка показывает непосредственную величину избыточного давления измеряемой среды. Механизм манометра помещен в корпус. Измеряемое давление поступает внутрь трубки, которая под действием этого давления стремится распрямиться, так как площадь наружной поверхности больше площади поверхности внутренней. Перемещение свободного конца трубки через передаточный механизм передается стрелке, которая поворачивается на определенный угол. Между измеряемым давлением и деформацией трубки существует прямолинейная зависимость и стрелка, отклоняясь относительно шкалы манометра, показывает величину давления.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МЕМБРАННОГО МАНОМЕТРА

Принцип действия мембранного манометра основан на пневматической компенсации, где сила развиваемая измеряемым давлением уравновешивается силой упругости мембранной коробки.

Чувствительный элемент прибора состоит из двух спаянных между собой мембран образующих мембранную коробку 1. Измеряемое давление через штуцер подводится к внутренней полости коробки. Под действием разности атмосферного и измеряемого давления коробка изменяет свой объем, что вызывает перемещение жёсткого центра верхней мембраны которая через поводок 2 и рычаг 3 перемещает стрелку прибора 4.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОГО МАНОМЕТРА

Электроконтактные манометры (ЭКМ) применяют в системах автоматического контроля, регулирования и сигнализации. В две специальные стрелки, устанавливаемые на минимальное и максимальное давление в пределах шкалы, вмонтированы контакты электрической цепи. При достижении подвижной стрелки одного из контактов цепь замыкается, что вызывает подачу сигнала либо соответствующее действие системы, в которую подключен манометр.

1 — указательная стрелка; 2 и 3 — электроконтактные уставки; 4 и 5 — зоны замкнутых и разомкнутых контактов соответственно; 6 и 7 — объекты воздействия.

Исполнение 1 — одноконтактная на замыкание;

Исполнение 2 — одноконтактная на размыкание;

Исполнение 3 — двухконтактная на размыкание-размыкание;

Исполнение 4 — двухконтактная на замыкание-замыкание;

Исполнение 5 — двухконтактная на размыкание-замыкание;

Исполнение 6 — двухконтактная на замыкание-размыкание.

Электрический манометр имеют типовую схему функционирования, которая может быть проиллюстрирована на рис.а). При увеличении давления и достижении им определённого значения указательная стрелка 1 с электрическим контактом входит в зону 4 и замыкает с помощью базового контакта 2 электрическую цепь прибора. Замыкание цепи, в свою очередь, приводит к вводу в работу объекта воздействия 6.

• Электроконтактные манометры на микровыключателях: виброустойчивые (жидконаполненные), промышленные, в нержавеющем корпусе, коррозионностойкие с плоской мембраной или трубчатой пружиной.
• Электроконтактные манометры с магнитомеханическими контактами: коррозионностойкие с плоской или трубчатой мембраной, промышленные.
• Электроконтактные манометры взрывозащищённые: с взрывонепроницаемой оболочкой из нержавеющей стали или сплава алюминия, а также используемые для малых давлений.
• Дифференциальные мембранные манометры применяются для измерения перепада давления в газовых фильтрах или в сужающих устройствах расходомеров.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО МАНОМЕТРА

В большинстве манометров технология определения и расчета данных базируется на деформационных процессах в специальных измерительных блоках, например, в сильфонном. Этот элемент выступает индикатором, воспринимающим перепады давления. Блок становится и преобразователем разности в показателях давления – пользователь получает информацию в виде перемещения стрелки указателя на приборе. Кроме того, данные могут быть представлены в Паскалях, охватывая весь измерительный спектр. Такой способ отображения информации, к примеру, обеспечивает дифференциальный манометр Testo 510, который в процессе измерения избавляет пользователя от необходимости держать его в руке, так как на задней стороне прибора предусмотрены специальные магниты.

Сильфонный дифманометр типа ДС:

а — схема сильфонного блока; б — внешний вид; 1 — рабочий сильфон; 2 — кремний органическая жидкость; 3 — внутренняя полость сильфона; 4 — шток; 5 — пружины; 6 — неподвижный стакан; 7 — рычаг; 8 — тореной; 9 — ось; 10 — резиновые кольца; 11 — гофры; 12, 13 — вентили запорные и уравнительный

В механических же устройствах главным индикатором служит расположение стрелки, контролируемое рычажной системой. Движение указателя происходит до момента, пока перепады в системе не перестанут оказывать воздействие определенной силы. Классический пример данной системы показывает дифференциальный манометр ДМ серии 3538М, который обеспечивает пропорциональное преобразование дельты (разности давления) и предоставляет результат оператору в виде унифицированного сигнала.

Принцип работы манометров и область применения

Манометры представляют собой компактные механические устройства, измеряющие показатели давления. Разные модификации таких приборов позволяют им работать с жидкостями или газами, в том числе с паром и воздухом.

Измерение давления такими приборами необходимо в разных сферах, в том числе в водо- и газопроводах, отопительных котлах и компрессорах, автоклавах, баллонах со сжатым газом (в том числе и в пневматических винтовках). Большинство таких устройств универсально: они могут предназначаться для замеров разных показаний: избытка или разницы давлений, атмосферного давления, а также могут применяться в качестве вакуумметров.

Виды манометров

Везде, где нужно контролировать уровень давления, необходима установка таких приборов. В противном случае не избежать нарушений технологических процессов, что, в свою очередь, может спровоцировать критическую ситуацию. Выделяют 7 групп манометров в зависимости от ожидаемых условий работы.

Образцовые манометры

• Для проверки измерительного оборудования (других манометров).
• Работают с минимальной погрешностью в разных средах.
• Класс точности – от 0,05 до 0,2.

Электроконтактные

• Обеспечивают контроль и предупреждение о достижении критического уровня разрушающей нагрузки.
• Работают со встроенным механизмом управления электросетями: при достижении критических нагрузок отключают оборудование или сбрасывают давление до безопасного уровня через клапан.
• Могут применяться в жидких и газообразных средах.

Общетехнические

• Могут использоваться в незамерзающих средах.
• Отличаются хорошей устойчивостью к вибрации.
• Монтируются на транспортных и отопительных системах.
• Класс точности – 1,0-2,5.

Самопишущие

• Обеспечивают визуальный контроль состояния системы, а также фиксацию показателей.
• Записывают данные в виде диаграммы, по которой можно проследить уровень давления в динамике.
• Используются в основном на предприятиях пищевой промышленности и тепловых электростанциях.

Специальные

• Для работы со специальными газами (например, аммиаком, аргоном)
• Выпускаются в цветных корпусах, что позволяет отличить их от других устройств.
• Класс точности – от 1,0 до 2,5.

Железнодорожные

• Для механизмов, обслуживающих рельсовый электротранспорт.
• Отличаются повышенной стойкостью к вибрации.
• Постоянное механическое воздействие на корпус не приводит к искажению полученных данных.

Судовые

• Поставляются в корпусе, защищенном от внешнего воздействия и атмосферных осадков.
• Могут устанавливаться не только на судах, но и на уличных газовых распределителях.
• Подходят для жидких и газообразных сред.

Область применения манометров

Манометры различаются не только по области использования, но и по типу механизма для снятия показаний давления в среде. Здесь выделяют пять стандартных групп приборов.

Электроконтактные

• Подходят для систем автоматического контроля давления и его регулировки.
• В основе конструкции прибора – две подвижные стрелки, которые нужно установить на минимальные и максимальные допустимые показатели.
• При достижении одной из граничных величин электроцепь замыкается, и пульт управления получает сигнал для сброса давления или отключения системы.

Жидкостные

• Работают по физическому принципу сообщающихся сосудов.
• Для измерения давления в столбе жидкости.
• Работают в контакте с жидкостной средой, из-за чего часто загрязняются и делают неточные замеры.
• На сегодняшний день используются все реже.

Пружинные

• Наиболее популярные приборы с простой и надежной конструкцией.
• Могут выполнять измерения в пределах 0,1-4000 Бар.
• В механизме предусмотрен чувствительный элемент в виде трубки овального сечения, которая сжимается как пружина и передает силу воздействия на измерительный модуль.

Дифференциальные

Эти манометры считаются сложными механизмами и работают по принципу деформации внутренних блоков. Эти элементы конструкции восприимчивы к давлению и по мере деформирования передают показания на измерительный блок. Указатель будет двигаться до тех пор, пока перепады давления не сменятся стабильными значениями.

Мембранные

• Работают по физическому принципу пневматической компенсации.
• Основным элементом прибора считается специальная мембрана, которая изгибается под действием давления.
• Чувствительный механизм отслеживает эти изменения и выдает величину давления.

Класс точности манометров

Эта характеристика обязательно указывается в техническом паспорте на прибор. Выражается класс точности в цифрах: чем ниже цифровое значение в маркировке, тем выше точность. Существует три стандартные категории:

• С большой погрешностью. Класс точности 4,0. Эти приборы обычно используются на автомобильных СТО для проверки уровня давления воздуха в шинах.
• Стандартные, в диапазоне 1,0-2,5 (нормальный класс точности для большинства моделей);
• Высокоточные (образцовые), работающие с погрешностью 0,05.

Класс точности влияет не только на погрешность измерений. От него зависит и возможность эксплуатации приборов в том или ином диапазоне. Так, мощные модели не способны уловить минимальные колебания, а сверхчувствительные весьма восприимчивы к высоким «критическим» показателям.

В ассортименте современных моделей есть устройства, способные проводить измерения в диапазоне 0,06-1000 мПа, а также модификации для измерения разрежения давления до уровня -40кПа.

Компания Измеркон , Санкт-Петербург, реализует манометры цифрового типа, с ЖК-дисплеем, на котором показывают измеренные величины. Такие устройства работают с высокой точностью, в пределах 0,5-0,025%. Среди предложений компании есть и модели с дополнительными опциями – например, во взрывозащищенном исполнении.

Манометр

О чем эта статья:

Что такое манометр

Термин «манометр» в основе имеет два греческих слова: «измерять» и «неплотный». Из этого понятны его назначение и основные функции — измерения в неких неплотных средах (жидкостях и газах).

Манометр — это прибор для измерения искусственно созданного давления газа или жидкости в замкнутой системе.

Не следует путать его с барометром, который тоже показывает давление, но только атмосферное. В то время как с помощью манометра можно измерить, с какой силой жидкость или газ давит на стенки герметично закрытой емкости. Условно говоря, он показывает плотность воздуха внутри закрытого пространства.

Если рассматривать функционал, манометр — более широкое понятие, а барометр является его частным случаем.

Единица измерения давления: паскаль (Па). Она отражает силу в 1 Н, которая равномерно действует на площадь 1 кв. м. Также давление иногда измеряют в барах, атмосферах, миллиметрах ртутного или водяного столба.

Для чего нужен манометр

В зависимости от модификации манометры могут использоваться в самых разных сферах:

при накачивании автомобильных шин;

в обслуживании систем кондиционирования и отопления;

в гидравлических узлах для передвижения железнодорожной стрелки;

для контроля давления в пневматических агрегатах на производстве;

в нефтяной и газодобывающей промышленности;

для обслуживания двигателей на морских судах и т. д.

Основное назначение манометра — проинформировать об избыточном или недостаточном давлении воды, пара, газа или иной рабочей среды. В промышленности также выделяют сигнальные приборы, которые помогают предотвратить взрывы и техногенные катастрофы из-за разрыва емкостей с опасными веществами (например, аммиаком или горячим паром).

Жидкостный манометр

Этот тип манометров появился первым еще в XVII веке. Он ведет свое начало от опытов Торричелли — одного из учеников Галилео Галилея.

Итальянский ученый погружал в емкость запаянную с одного конца и наполненную ртутью трубку. Некоторое количество ртути выливалось из трубки, и в ее верхней части получался вакуум. На ртуть в емкости действовало атмосферное давление, а на ртуть в трубке — нет. Соответственно, при повышении атмосферного давления ртутный столбик в трубке поднимался, а при понижении — опускался.

Принцип работы жидкостного манометра в целом похож на принцип работы системы из опыта Торричелли. Этот прибор представляет собой систему сообщающихся сосудов — две трубки, соединенные в U-образную конструкцию. Система наполовину заполнена жидкостью (обычно ртутью), и если на нее действует только атмосферное давление — уровень жидкости в обеих трубках будет одинаков.

Если одну из трубок подключить к накачивающему устройству или к закрытой емкости, на жидкость в ней будет действовать измеряемое давление (Р₁). В то время как на жидкость во второй трубке действует только атмосферное давление (Р₂). При изменении Р₁ уровень жидкости во второй трубке тоже будет меняться.

Измерив разность высоты столба Δh = h1 − h2, можно узнать, насколько изменилось давление ΔP = P1 − P2.

Результат измерений, полученный в сантиметрах ртутного столба, переводят в паскали из расчета:

1 см ртутного столба (при 0°C) = 1333,22 Па.

Для получения результата сразу в паскалях можно воспользоваться формулой, которая определяет давление воды на стенки емкости:

Р = ρgh, где ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, h — высота столба.

Ускорение свободного падения (g) всегда равно 9,8 H/кг.

Другие виды манометров

Жидкостный манометр дает возможность точных измерений, но у него есть большой недостаток: конструкция боится ударов и вибраций. Поэтому сегодня такие приборы используются в основном в лабораториях. С развитием промышленности возникли другие типы манометров, которые могут измерять давление в любых условиях — на подвижных механизмах, при сильных вибрациях и т. д. По конструкции выделяют деформационные и поршневые (грузопоршневые) приборы.

Деформационные манометры

Манометр деформационного типа — это компактное механическое устройство, измеряющее давление сразу в паскалях (без перевода из других единиц). Его рабочим элементом является дугообразная или спиральная трубка Бурдона, в которую накачивается газ. Если давление внутри трубки повышается, она начинает распрямляться, и это движение через систему тяг передается на стрелку. При снятии давления она возвращается в свое первоначальное положение.

Вместо трубки может быть использована пружина, мембрана или другой чувствительный элемент, который деформируется под давлением. Принцип действия манометра остается тем же: деформация передается на стрелку, движущуюся по шкале.

Деформационные металлические манометры чаще всего используются в быту и на производстве. Они компактны, отлично переносят вибрации, не требуют строго вертикальной установки. Если нужно выбрать, к примеру, автомобильный манометр, он будет именно такого типа.

Поршневые манометры

Несмотря на то, что поршневые манометры были созданы раньше деформационных, они получили меньшее распространение. Сегодня такие приборы используются для исследования скважин в нефте- и газодобывающей промышленности, а также для сверки показаний в лабораториях.

На рисунке ниже можно увидеть, из чего состоит манометр поршневого типа. В самом простом варианте это емкость с маслом, соединенная при помощи штуцера с измеряемой средой. В емкость погружен цилиндр с тщательно притертым поршнем (зазор между стенками цилиндра и поршнем должен быть минимальным). На торце поршня закреплена тарель, на которую могут укладываться грузы.

Снизу на поршень действует измеряемое давление Р, сверху оно уравновешивается некой силой, создаваемой весом самого поршня и грузов G₁+ G₂.

Давление под поршнем рассчитывается по формуле:

где G₁— масса грузов, G₂— масса поршня с тарелью, g — ускорение свободного падения, F — площадь поршня.

Также давление можно выразить через силу согласно закону Паскаля:

P = F / S, где F — сила, действующая на поршень, S — площадь поршня.

С помощью поршневых маномеров впервые измеряли давление ученые-физики Георг Паррот и Эмиль Ленц. Но широкое распространение эти приборы получили благодаря некому Рухгольцу, который запустил их в массовое производство.

Задачи

Задача 1

В канистру налит бензин и высота столба составляет 0,6 м. Плотность бензина — 710 кг/м 2 . Определите давление бензина на дно канистры.

Решение:

Ускорение g равно 9,8 H/кг.

Согласно формуле, определяющей давление жидкости на стенки сосуда:

P = 710 × 9,8 × 0,6 = 4174,8 Па = 4,7 кПа.

Ответ: 4,7 кПа.

Задача 2

На поршень, погруженный в цилиндр с маслом, положили груз весом 3 кг. Площадь поршня составляет 2 см2, а его вес — 300 гр. Чему равна сила давления под поршнем?

Манометр. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Манометр – это компактное механическое устройство для измерения давления. В зависимости от модификации оно может работать с воздухом, газом, паром или жидкостью. Существует много разновидностей манометров, по принципу снятия показаний давления в измеряемой среде, каждый из которых имеет свое применение.

Сфера использования

Манометры являются одним из самых распространенных приборов, которые можно встретить в различных системах:

• Котлах отопления.
• Газопроводах.
• Водопроводах.
• Компрессорах.
• Автоклавах.
• Баллонах.
• Баллонных пневматических винтовках и т.д.

Внешне манометр напоминает невысокий цилиндр различного диаметра, чаще всего 50 мм, который состоит из металлического корпуса со стеклянной крышкой. Сквозь стеклянную часть просматривается шкала с отметками в единицах измерения давления (Бар или Па). Сбоку в корпус входит трубка с внешней резьбой для ввинчивания в отверстие системы, в которой необходимо провести измерение давления.

При нагнетании давление в измеряемой среде газ или жидкость сквозь трубку прижимает внутренний механизм манометра, что приводит к отклонению угла стрелки, которая указывает на шкалу. Чем выше создаваемое давление, тем больше отклоняется стрелка. Цифра на шкале, на которой остановится указатель, и будет соответствовать давлению в измеряемой системе.

Давление, которое может измерить манометр

Манометры являются универсальными механизмами, которые могут применяться для измерения различных значений:

• Избытка давления.
• Вакуумного давления.
• Разницы давлений.
• Атмосферного давления.

Применение этих приборов позволяет контролировать различные технологические процессы и предотвращать аварийные ситуации. Манометры предназначенные для эксплуатации в особых условиях могут иметь дополнительные модификации корпуса. Это может быть взрывозащищенность, устойчивость к коррозии или повышенной вибрации.

Разновидности манометров

Манометры используется во многих системах, где присутствует давление, которое должно находиться на четко заданном уровне. Применение прибора позволяет вести за ним контроль, поскольку недостаточное или избыточное воздействие может навредить различным технологическим процессам. Кроме этого, превышение нормы давления является причиной разрыва емкостей и труб. В связи с этим создано несколько разновидностей манометров рассчитанных под определенные условия работы.

Они бывают:

• Образцовые.
• Общетехнические.
• Электроконтактные.
• Специальные.
• Самопишущие.
• Судовые.
• Железнодорожные.

Образцовый манометр предназначен для поверки другого подобного измерительного оборудования. Такие устройства определяют уровень избыточного давления в различных средах. Подобные приборы оснащены особо точным механизмом, дающим минимальную погрешность. Класс точности у них составляет от 0,05 до 0,2.

Общетехнические применяются в общих средах, которые не замерзают в лед. Такие приборы имеют класс точности от 1,0 до 2,5. Они устойчивы к вибрации, поэтому могут устанавливаться на транспорте и системах отопления.

Электроконтактные предназначены специально для контроля и предупреждения о достижении верхней отметки опасной нагрузки, способной разрушить систему. Такие приборы используются с различными средами, такими как жидкости, газы и пары. Данное оборудование имеет встроенный механизм управления электроцепями. При появлении избыточного давления манометр подает сигнал или механическим способом отключает снабжающее оборудование, нагнетающее давление. Также электроконтактные манометры могут включать специальный клапан, который сбрасывает давление до безопасного уровня. Такие приборы предотвращают аварии и взрывы на котельных.

Специальные манометры предназначены для работы с определенным газом. Такие приборы обычно имеют цветные корпуса, а не классические черные. Цвет соответствует газу, с которым может работать данный прибор. Также на шкале применяется специальная маркировка. К примеру, манометры для измерения давления аммиака, которые обычно устанавливается в промышленных холодильных установках, окрашены в желтый цвет. Подобное оборудование имеет класс точности от 1,0 до 2,5.

Самопишущие применяются в сферах, где требуется не только вести визуальный контроль за давлением системы, но и фиксировать показатели. Они пишут диаграмму, по которой можно просматривать динамику давления в любой промежуток времени. Подобные устройства можно встретить в лабораториях, а также на тепловых электростанциях, консервных заводах и прочих пищевых предприятиях.

Судовые включают широкий модельный ряд манометров, которые имеют защищенный корпус от атмосферного воздействия. Они могут работать с жидкостью, газом или паром. Имена их можно встретить на уличных газовых распределителях.

Железнодорожные манометры предназначены для контроля за избыточным давлением в механизмах, которые обслуживают рельсовый электротранспорт. В частности, их применяют на гидравлических системах, передвигающих рельсы при разведении стрелы. Подобные устройства имеют повышенную стойкость к вибрации. Они не только устойчиво переносят встряску, но при этом указатель на шкале не реагирует на механическое воздействие на корпус, точно отображая уровень давления в системе.

Разновидности манометров по механизму снятия показаний давления в среде

Манометры различаются и по внутреннему механизму, приводящему снятие показаний давления в системе, к которой подключаются. В зависимости от устройства они бывают:

• Жидкостные.
• Пружинные.
• Мембранные.
• Электроконтактные.
• Дифференциальные.

Жидкостный манометр предназначен для измерения давление столба жидкости. Такие приборы работают по физическому принципу сообщающихся сосудов. Большинство устройств имеют видимый уровень рабочей жидкости, из которой они снимают показания. Эти приборы одни из редко используемых. В связи с контактом с жидкостью их внутренняя часть пачкается, поэтому постепенно прозрачность теряется, и визуально определить показания становится сложно. Жидкостные манометры были придуманы одними из самых первых, но еще встречаются.

Пружинные манометры самые часто встречаемые. Они имеют простую конструкцию, которая пригодна для ремонта. Пределы их измерения обычно составляют от 0,1 до 4000 Бар. Непосредственно сам чувствительный элемент такого механизма представляет собой трубку овального сечения, которая под действием давления ужимается. Давящая на трубку сила передается по специальному механизму на стрелку, которая проворачивается под определенным углом, указывая на шкалу с разметкой.

Мембранный манометр работает по физическому принципу пневматической компенсации. Внутри прибора имеется специальная мембрана, уровень прогиба которой зависит от воздействия создаваемого давлением. Обычно применяется две спаянных между собой мембран, образовывающих коробку. По мере изменения объема коробки чувствительный механизм отклоняет стрелку.

Электроконтактные манометры можно встретить в системах, которые автоматически контролируют давление и проводят его регулировку или сигнализируют о достижении критического уровня. В приборе имеется две стрелки, которые можно двигать. Одна устанавливается на минимальное давление, а вторая на максимальное. Внутри прибора вмонтированы контакты электрической цепи. Когда давление достигает одного из критических уровней, проводится замыкание электроцепи. В результате создается сигнал на пульт управлении или срабатывает автоматический механизм для экстренного сброса.

Дифференциальные манометры являются одними из самых сложных механизмов. Они работают по принципу измерения деформации внутри специальных блоков. Данные элементы манометра восприимчивы к давлению. По мере деформации блока специальный механизм передает изменения на стрелку, указывающую на шкалу. Движение указателя происходит до тех пор, пока перепады в системе не прекратятся и не остановятся на определенном уровне.

Класс точности и диапазон измерения

Любой манометр имеет технический паспорт, на котором указывается его класс точности. Показатель имеет цифровое выражение. Чем ниже цифра, тем прибор точнее. Для большинства приборов нормой является класс точности от 1,0 до 2,5. Они применяются в тех случаях, когда небольшое отклонение не имеет особого значения. Самую большую погрешность обычно дают приборы, которые используют автомобилисты для измерения давления воздуха в шинах. Их класс нередко опускается до отметки 4,0. Лучший класс точности имеют образцовые манометры, самые совершенные из них работают с погрешностью 0,05.

Каждый манометр рассчитан для работы в определенном диапазоне давления. Слишком мощные массивные модели не смогут зафиксировать минимальные колебания. Очень чувствительные устройства при избыточном воздействии выходят из строя или разрушаются, приводя к разгерметизации системы. В связи с этим при выборе манометра следует обращать внимание на этот показатель. Обычно на рынке можно найти модели, которые способны фиксировать перепады давления в пределах от 0,06 до 1000 мПА. Также существуют специальные модификации, так называемые тягомеры, которые предназначены для измерения разрежения давления до уровня -40 кПа.