Manometri ( muut kreikka μανός "löysä" ja μετρέω "mittaan" [1] , englanniksi painemittari ) on laite, joka mittaa nesteen tai kaasun painetta suljetussa tilassa [2] .
Painemittarin toiminta perustuu mitatun paineen tasapainottamiseen putkimaisen jousen tai herkemmän kaksilevyisen kalvon elastisen muodonmuutosvoiman avulla, jonka toinen pää on tiivistetty pidikkeeseen ja toinen pää on yhdistetty sauva tribco-sektorin mekanismiksi, joka muuntaa elastisen anturielementin liikkeen osoittimen ympyräliikkeeksi .
Ylipainetta mittaavien laitteiden ryhmä sisältää [3] :
Useimmat kotimaiset ja tuodut painemittarit valmistetaan yleisesti hyväksyttyjen standardien mukaisesti, joten eri merkkien painemittarit korvaavat toisensa. Painemittarin valinta tehdään seuraavien parametrien mukaan: mittausraja, rungon halkaisija, laitteen tarkkuusluokka, liittimen kierteen halkaisija ja sen sijainti (säteittäinen, aksiaalinen).
On myös painemittareita, jotka mittaavat absoluuttista painetta, eli ylipainetta + ilmakehän painetta.
Laitetta, joka mittaa ilmanpainetta, kutsutaan barometriksi .
Suunnittelusta, elementin herkkyydestä riippuen on olemassa neste-, omapaino-, muodonmuutospainemittareita (putkimaisella jousella tai kalvolla). Painemittarit on jaettu tarkkuusluokkiin : 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4.0 (mitä pienempi numero, sitä tarkempi laite).
Tilauksesta painemittarit voidaan jakaa teknisiin - yleisteknisiin, sähkökosketus-, erikois-, itsetallennus-, rautatie-, tärinänkestäviä (glyseriinitäytteisiä), laiva- ja referenssi- (analogisia).
tekninen: suunniteltu mittaamaan nesteitä, kaasuja ja höyryjä, jotka eivät ole aggressiivisia kupariseoksille.
Sähkökosketin: suunnittelussa niillä on erityiset kosketinryhmät (yleensä 2). Yksi koskettimien ryhmä vastaa vähimmäisasetuspainetta, toinen ryhmä - maksimi. Huoltohenkilökunta voi muuttaa tehtävän arvoja. Minimipaineryhmä voidaan sisällyttää sähköpiiriin asennonsäätöä tai minimipaineen signalointia varten. Samoin maksimipaineryhmä. Joissakin tapauksissa molemmat ryhmät voivat olla mukana. Sekä minimi- että maksimiryhmät voidaan ottaa pois painemittarin asteikon minimi- tai enimmäisarvosta (vastaavasti) eikä niitä käytetä. Sähkökosketuspainemittareita ei yleensä tule käyttää mittareina lukemien ottamiseen, koska ilmaisinnuoli voi mekaanisen vuorovaikutuksen aikana jonkin kosketinryhmän kanssa näyttää painearvon virheellisesti - tapahtuu havaittava virhe. EKM 1U:ta voidaan kutsua tämän ryhmän erityisen suosituksi laitteeksi, vaikka se on pitkään lopetettu. Työskennelläkseen olosuhteissa, joissa kaasu voi olla saastunut palavilla kaasuilla, on käytettävä räjähdyssuojattuja sähkökosketusmanometrejä.
Bourdon-putkipainemittarit jäähdytyssovelluksiin on suunniteltu höyrynpaineen ja siitä riippuvan höyryn lämpötilan samanaikaiseen mittaamiseen. Käytettäessä erityyppisiä kylmäaineita , laite on varustettu useilla lämpötila-asteikoilla. Laitteet on suunniteltu käytettäväksi yleisimpien epäorgaanisten ja orgaanisten kylmäaineiden kanssa . Tässä tapauksessa on otettava huomioon sen materiaalin vastus, josta painemittari on valmistettu. Kaikki laitteet on suunniteltu kansainvälisten mittaustekniikan suositusten mukaisesti ottaen huomioon standardien ja sovellusten vaatimukset.
Mekaanisen paineenmittauksen periaatteen perustana on elastinen mittauselementti, joka voi muuttaa muotoaan tiukasti määritellyllä tavalla puristuskuormituksen vaikutuksesta ja toistaa testatun muodonmuutoksen. Tämä muodonmuutos muunnetaan osoitinlaitteen avulla osoittimen pyöriväksi liikkeeksi. Skaalaamalla valitsinta saat selville mittauselementin testaaman paineen ja siihen liittyvän höyryn lämpötilan.
Lämpötilan ja paineen välillä on suora yhteys. Siksi painemittarit on varustettu kahdella asteikolla:
Niitä havaitaan vain asteikolla ilmoitetuille puhtaille kylmäaineille . Koska kemiallisesti puhtaita kylmäaineita käytetään harvoin ja käyttöpaine ei vastaa vertailupainetta, mittari näyttää likimääräisen lämpötilan. Mutta se riittää työn suorittamiseen.
Muihin teknisiin tietoihin verrattuna mittausalueet ovat käytännönläheisintä. Kylmäaineilla toimivien painemittarien ominaisuus on yhdistetyn asteikon läsnäolo paine- ja lämpötilalukemilla. Vakioasteikolla jakoarvo ilmoitetaan baareina ja °C. Voit valita, näytetäänkö lämpötila yksikössä "F" ja paine kPa/MPa tai psi.
Nestetäytteisiä mittareita käytetään mittauksissa, joihin liittyy suuria vaihtelevia kuormia sekä voimakasta tärinää tai pulsaatiota. Neste varmistaa neulan tasaisen liikkeen ja hyvän luettavuuden myös maksimikuormituksessa ja voimakkaassa tärinässä. Lisäksi vaimennusnesteen voiteluvaikutus vähentää merkittävästi instrumentin kulumista. Glyseriiniä käytetään yleensä pehmusteena .
Laitteissa, joissa on sähköinen mittapää tai kosketin, käytetään parafiiniöljyä, joka ei ole johdin. Lisävarusteena käytetään silikonitäyteainetta, jonka viskositeetti on vaihteleva .
Lämmönjohtavuuspainemittarit perustuvat paineen aiheuttaman kaasun lämmönjohtavuuden laskuun. Näissä painemittareissa on sisäänrakennettu hehkulanka, joka lämpenee, kun virta kulkee sen läpi. Hehkulangan lämpötilan mittaamiseen voidaan käyttää termoparia tai vastuslämpötila-anturia (DOTS). Tämä lämpötila riippuu nopeudesta, jolla filamentti luovuttaa lämpöä ympäröivälle kaasulle ja siten lämmönjohtavuudesta. Usein käytetään Pirani-mittaria, joka käyttää yhtä platinafilamenttia sekä lämmityselementtinä että DOTS-elementtinä. Nämä painemittarit antavat tarkat lukemat välillä 10 - 10 -3 mmHg. Art., mutta ne ovat melko herkkiä mitattujen kaasujen kemialliselle koostumukselle.
Toista lankakelaa käytetään lämmittimenä, kun taas toista käytetään lämpötilan mittaamiseen konvektiolla.
Pirani-painemittari koostuu metallilangasta, joka on avoin mitattulle paineelle. Lanka lämmitetään sen läpi kulkevalla virralla ja jäähdytetään ympäröivällä kaasulla. Kaasunpaineen pienentyessä myös jäähdytysvaikutus heikkenee ja langan tasapainolämpötila nousee. Johdon vastus on lämpötilan funktio: mittaamalla johdon yli oleva jännite ja sen läpi kulkeva virta voidaan määrittää vastus (ja siten kaasun paine). Tämäntyyppisen painemittarin suunnitteli ensimmäisenä Marcello Pirani .
Termopari- ja termistorimittarit toimivat samalla tavalla. Erona on, että hehkulangan lämpötilan mittaamiseen käytetään termoparia ja termistoria.
Mittausalue: 10 -3 - 10 mm Hg. Taide. (noin 10 -1 - 1000 Pa)
Ionisaatiomittarit ovat herkimpiä mittauslaitteita erittäin alhaisille paineille. Ne mittaavat painetta epäsuorasti mittaamalla ioneja, jotka muodostuvat, kun kaasua pommitetaan elektroneilla. Mitä pienempi kaasun tiheys on, sitä vähemmän ioneja muodostuu. Ionimanometrin kalibrointi on epävakaa ja riippuu mitattavien kaasujen luonteesta, jota ei aina tiedetä. Ne voidaan kalibroida verrattuna McLeod-painemittarin lukemiin, jotka ovat paljon vakaampia ja riippumattomia kemiasta.
Termoelektronit törmäävät kaasuatomeihin ja muodostavat ioneja. Ionit vedetään elektrodiin sopivalla jännitteellä, joka tunnetaan kollektorina. Kollektorivirta on verrannollinen ionisaationopeuteen, joka on järjestelmän paineen funktio. Siten kollektorivirran mittaaminen mahdollistaa kaasun paineen määrittämisen. Ionisaatiomittareita on useita alatyyppejä.
Mittausalue: 10 -10 - 10 -3 mmHg Taide. (noin 10 -8 - 10 -1 Pa)
Useimmat ionimittarit jakautuvat kahteen luokkaan: kuumakatodi ja kylmäkatodi. Kolmas tyyppi, pyörivän roottorin painemittari, on herkempi ja kalliimpi kuin kaksi ensimmäistä, eikä sitä käsitellä tässä. Kuuman katodin tapauksessa sähköisesti lämmitetty filamentti muodostaa elektronisuihkun. Elektronit kulkevat painemittarin läpi ja ionisoivat ympärillään olevat kaasumolekyylit. Tuloksena olevat ionit kerätään negatiivisesti varautuneelle elektrodille. Virta riippuu ionien lukumäärästä, mikä puolestaan riippuu kaasun paineesta. Kuumakatodipainemittarit mittaavat tarkasti painetta alueella 10–3 mmHg. Taide. 10-10 mm Hg asti . Taide. Kylmäkatodimittarin periaate on sama, paitsi että elektronit syntyvät purkauksessa syntyvän suurjännitteisen sähköpurkauksen vaikutuksesta. Kylmäkatodipainemittarit mittaavat tarkasti painetta alueella 10–2 mmHg. Taide. jopa 10-9 mm Hg. Taide. Ionisaatiomittarien kalibrointi on erittäin herkkä rakenteelliselle geometrialle, kaasukemialle, korroosiolle ja pintakerrostumille. Niiden kalibrointi voi muuttua käyttökelvottomaksi, kun se käynnistetään ilmakehän ja erittäin alhaisissa paineissa. Tyhjiön koostumus matalissa paineissa on yleensä arvaamaton, joten massaspektrometriä on käytettävä samanaikaisesti ionisaatiomanometrin kanssa tarkkoja mittauksia varten.
Bayard-Alpert kuumakatodinen ionisaatiomittari koostuu yleensä kolmesta elektrodista, jotka toimivat trioditilassa, jossa hehkulanka on katodi. Kolme elektrodia ovat kollektori, filamentti ja verkko. Kollektorivirta mitataan pikoampeerina elektrometrillä. Potentiaaliero hehkulangan ja maan välillä on tyypillisesti 30 volttia, kun taas verkon jännite vakiojännitteellä on 180-210 volttia, mikäli ei ole valinnaista elektronipommitusta lämmittämällä verkkoa, jonka potentiaali voi olla korkea, noin 565 volttia. Yleisin ionimanometri on Bayard-Alpert-kuumakatodi, jossa on pieni ionikerääjä hilan sisällä. Lasikotelo, jossa on aukko tyhjiöön, voi ympäröidä elektrodeja, mutta sitä ei yleensä käytetä ja painemittari on rakennettu suoraan tyhjiölaitteeseen ja koskettimet johdetaan ulos alipainelaitteen seinässä olevan keraamisen levyn kautta. Kuumakatodi-ionisaatiomittarit voivat vaurioitua tai menettää kalibroinnin, jos ne kytketään päälle ilmanpaineessa tai jopa alhaisessa tyhjiössä. Kuumakatodi-ionisaatiomittarit mittaavat aina logaritmisesti.
Filamentin emittoimat elektronit liikkuvat eteen- ja taaksepäin useita kertoja ristikon ympäri, kunnes osuvat siihen. Näiden liikkeiden aikana osa elektroneista törmää kaasumolekyyleihin ja muodostaa elektroni-ionipareja (elektroni-ionisaatio). Tällaisten ionien määrä on verrannollinen kaasumolekyylien tiheyteen kerrottuna termionisella virralla, ja nämä ionit lentävät kollektoriin muodostaen ionivirran. Koska kaasumolekyylien tiheys on verrannollinen paineeseen, paine arvioidaan mittaamalla ionivirta.
Kuumakatodimittareiden matalapaineherkkyyttä rajoittaa valosähköinen vaikutus. Hilaan osuvat elektronit tuottavat röntgensäteitä, jotka tuottavat valosähköistä kohinaa ionikeräimessä. Tämä rajoittaa vanhempien kuumakatodimittareiden alueen 10–8 mmHg:iin. Taide. ja Bayard-Alpert noin 10 -10 mm Hg. Taide. Katodipotentiaalissa olevat lisäjohdot ionikollektorin ja hilan välisessä näkölinjassa estävät tämän vaikutuksen. Uuttotyypissä ioneja ei houkuttele lanka, vaan avoin kartio. Koska ionit eivät voi päättää, mihin kartion osaan osua, ne kulkevat reiän läpi ja muodostavat ionisäteen. Tämä ionisäde voidaan siirtää Faraday-kuppiin.
Kylmäkatodimittareita on kahdenlaisia: Penning-mittari (Max Penningin käyttöönoton) ja käänteinen magnetroni. Suurin ero niiden välillä on anodin sijainti suhteessa katodiin. Yhdessäkään niistä ei ole hehkulankaa, ja jokainen niistä vaatii toimiakseen jopa 0,4 kV jännitteen. Käänteiset magnetronit voivat mitata jopa 10–12 mm Hg:n painetta. Taide.
Tällaiset mittarit eivät voi toimia, jos katodin synnyttämät ionit yhdistyvät ennen kuin ne saavuttavat anodin. Jos kaasun keskimääräinen vapaa reitti on pienempi kuin manometrin mitat, elektrodin virta katoaa. Penning-manometrin mitatun paineen käytännöllinen yläraja on 10 −3 mm Hg. Taide.
Samoin kylmäkatodimittarit eivät välttämättä käynnisty erittäin alhaisissa paineissa, koska kaasun lähes puuttuminen vaikeuttaa elektrodivirran muodostamista – varsinkin Penning-mittarissa, joka käyttää symmetristä apumagneettikenttää ionien liikeradan luomiseen järjestyksessä. metriä. Ilmassa sopivat ioniparit muodostuvat altistumalla kosmiselle säteilylle; Penning-mittarissa on toteutettu toimenpiteitä poistopolun asentamisen helpottamiseksi. Esimerkiksi Penning-mittarin elektrodi on yleensä kartiomainen tarkasti elektronien kenttäemission helpottamiseksi.
Kylmäkatodimittareiden huoltojaksot mitataan yleensä vuosina, riippuen kaasutyypistä ja paineesta, jolla niitä käytetään. Kylmäkatodimittarin käyttäminen kaasuissa, joissa on merkittäviä orgaanisia komponentteja, kuten pumppuöljyjäämiä, voi johtaa ohuiden hiilikalvojen kasvuun mittarin sisällä, mikä lopulta oikosuluttaa mittarin elektrodit tai estää purkausreitin muodostumisen.
Painemittareita käytetään kaikissa tapauksissa, joissa on tarpeen tietää, ohjata ja säätää painetta. Painemittareita käytetään useimmiten lämpövoimatekniikassa, kemian-, petrokemian- ja elintarviketeollisuuden yrityksissä.
Melko usein kaasujen paineen mittaamiseen käytettävien painemittarien kotelot on maalattu eri väreillä. Joten sinisellä runkovärillä varustetut painemittarit on suunniteltu mittaamaan hapenpainetta. Ammoniakin painemittarien kotelon väri on keltainen, valkoinen - asetyleenille, tummanvihreä - vedylle, harmahtavanvihreä - kloorille. Propaanin ja muiden palavien kaasujen painemittarissa on punainen kotelo. Mustassa rungossa on painemittarit, jotka on suunniteltu toimimaan palamattomien kaasujen kanssa.