Дифференциальный манометр

Назначение дифференциального манометра

Многие производственные и технологические процессы на промышленных и производственных предприятиях требуют постоянного контроля над давлением рабочей среды (жидкости, газа, пара), протекающей по системе трубопроводов. Такой контроль осуществляется с помощью специальных приборов – дифференциальных манометров, устанавливаемых на ответственных участках системы и измеряющих колебания давления в определенном диапазоне.

Поддержание рабочего давления рабочей среды в заданных пределах – залог корректной работы производственных, инженерных, коммуникационных и иных систем, механизмов, оборудования, таких как вентиляционные установки, системы кондиционирования и очистки воздуха. Манометр дифференциального типа не только измеряет величину рабочего давления, но и фиксирует разницу между конкретными динамическими параметрами. Прибор также можно использовать для расчета отдельных производственных показателей, таких как расход газообразных веществ, воды, гидравлических масел и иных жидкостей.

Эффективным методом контроля над рабочими параметрами пневмо- и гидроустановок, вовлеченных в единый непрерывный технологический процесс, является измерение величины рабочего давления в характерных точках (местах замера). Обобщая изложенное, дифманометр можно охарактеризовать как прибор, принцип работы которого основан на измерении перепада давлений. Использование этого показателя заметно упрощает контроль над рабочим режимом оборудования, а также позволяет получать дополнительные сведения (например, об уровне жидкости в напорном резервуаре).

Конструкция и принцип действия

Обычным манометром измеряют давление в определенной точке, в то время как манометром дифференциального типа производят замер в двух разных точках, отстоящих друг от друга на некотором расстоянии. Разность показаний генерирует электрический сигнал, который после преобразования выводится на экран диспетчера. Степень детализации сигнала зависит от модели прибора. В момент, когда перепад давления приближается к критической отметке, прибор выдает выходной сигнал, имеющий линейную связь с постоянным током.

Способ закрепления полученных результатов и предоставления итоговых сведений зависит от конструктивных особенностей манометра и типа чувствительного элемента. В частности, у простейших моделей запуск последовательности ответных реакций происходит сразу же после получения сигнала. В более сложных приборах контроль над показателями давления во взаимосвязанных узлах осуществляется непрерывно. Многие дифференциальные манометры содержат в себе набор манометрических компонентов, функциональных механизмов, деталей и трубок, обеспечивающих взаимодействие и коммутацию между разнородными средами. Как правило, в корпусе прибора имеются измерительные камеры, выполняющие функцию чувствительного элемента, регистрирующего перепад давлений. Когда происходит колебание какого-либо параметра или изменение состояния рабочей среды, прибор производит считывание информации, после чего происходит формирование электрического сигнала и запуск механизма индикации.

Материалом корпуса дифференциальных манометров обычно служит высокопрочный пластик или металл с антикоррозийным покрытием. Детали внутренних механизмов выполняются с учетом характеристик рабочей среды. Так, у приборов, устанавливаемых на предприятиях нефтегазовой и химической промышленности, материалы должны быть устойчивы к воздействию агрессивных сред.

Виды манометров перепада давлений

Отправной точкой для классификации приборов данной категории служит, как правило, тип чувствительного элемента, реагирующего на изменение давления в контролируемой среде. По этому показателю дифференциальные манометры подразделяют на три большие группы:

• механические;
• жидкостные;
• цифровые.

Механические приборы представлены двумя видами:

• Мембранные (с одновитковой мембраной) – чувствительный элемент представлен мягкой либо металлической пластиной, которая может быть гладкой или гофрированной (с повышенной чувствительностью). В состав устройства также входят две герметичные камеры, соединенные импульсными трубками. Перепад давления фиксирует шток сердечника, связанный с мембраной. Под воздействием пороговых колебаний шток перемещается и меняет выходной сигнал, создавая эффект индикации.
• Сильфонные – конструктивно приборы состоят из двух частей: показывающей и сильфонной. Первая часть представлена в виде круглого корпуса (его диаметр обычно равен 150-200 мм), внутри которого расположен трибко-секторный механизм. Во второй рабочей части расположена демпферная система (состоит из пружины и торсионной трубки), которая реагирует на изменение рабочей среды и передает физический сигнал показывающей системе. Сильфонные устройства отличаются высокой точностью, т.к. не реагируют на внешние факторы (температуру, влажность).

Принцип работы жидкостных дифференциальных манометров основан на измерении перепада давлений столба жидкости. В зависимости от конструктивного решения приборы бывают:

• Поплавковые – представляют собой два сообщающихся между собой сосуда разного диаметра, заполненных ртутью. Сосуд с большим диаметром подключен к линии положительных импульсов. При скачке давления автоматически меняется объем ртути и положение кинематического поплавка. Последний, перемещаясь, передает сигнал на механизм индикации.
• Колокольные – в таких конструктивных решениях изменение давления в рабочей среде фиксирует погруженный в жидкую среду колокол. По мере изменения перепада давления он меняет свое местоположение. Сигнал от точек замера поступает в сам колокол, служащий как плюсовая камера, а также в полость с жидкостью, выполняющей функцию минусовой камеры. В результате действующая на колокол сила уравновешивается силой упругости пружины пружинного блока.
• В кольцевых приборах чувствительным элементом выступает пустотелое кольцо, разделенное внутренней перегородкой. Полости (камеры) частично заполнены жидкостью. Кольцо закреплено так, чтобы его можно было повернуть. Давление из точек замера поступает через штуцер с обеих сторон от перегородки. Когда давление в разных местах замера одно и то же, кольцо остается в равновесии. Если же давление, действующее на одну из сторон перегородки, начинает расти, то объем жидкости в прилегающей камере уменьшается, так как часть жидкости перетекает в соседнюю камеру. Создавшийся дисбаланс заставляет кольцо повернуться, пи этом угол поворота будет пропорционален разнице между первым и вторым показателем давления.

Цифровые приборы считаются самыми практичными из всего модельного ряда дифманометров, так как с их помощью можно измерять не только колебания давления, но и другие полезные параметры. В частности, можно определять скорость потока рабочей среды, степень ее нагрева и влажности.

Приборы данного класса часто применяют при устройстве систем вентиляции в производственных помещениях, так как с их помощью, помимо прочего, можно вычислять объем потребляемого воздуха с поправкой на температуру и вести реестр учетных данных. Они оборудованы сложной электроникой, включая микропроцессор, что позволяет проводить измерения в автоматическом режиме, аккумулировать полученные данные и выводить итоговый результат на экран монитора.

Материалом корпуса цифровых дифманометров обычно служит нержавеющая сталь, которая вместе с прорезиненной крышкой обеспечивает надежную защиту чувствительной электроники, индикаторов и иных элементов. Среди преимуществ цифровых приборов следует особо отметить надежность показаний в суровых условиях (например, при высоких вибрационных нагрузках) и необязательность интерпретировать полученные данные оператором. К минусам можно отнести энергозависимость (нужна электрическая или солнечная энергия) и отсутствие возможности сбрасывать осциллирующие значения.

Выбирая цифровое устройство, будущий пользователь должен принять во внимание ряд важных моментов, среди которых:

• Для полевых условий наиболее рациональным вариантом считается модель с питанием от аккумулятора. Чем больше его емкость, тем меньше шансов остаться с неработающим прибором. Большинство батарей могут функционировать порядка 4000 часов.
• В стационарных условиях при наличии электроэнергии можно остановиться на модели, не предусматривающей наличие аккумуляторной батареи.
• Преимущество моделей, работающих от солнечной энергии, заключается в том, они не нуждаются в регулярной замене аккумуляторных батарей. Однако их использование ограничено, так как солнечный свет доступен далеко не всегда.

Как бы там ни было, цифровые дифманоментры универсальны, надежны и практичны, плюс к тому обладают высокой точностью измерений по сравнению с другими приборами измерения давления.

Область применения

Как уже отмечалось, дифференциальный манометр измеряет разницу между давлением в разных точках замера и в разное время с последующим сравнением полученных результатов. Например, имеется герметичный резервуар, в котором находится некоторое количество жидкости под давлением P1. Со временем объем жидкости уменьшился, а давление упало до значения P2. Разность P1 - P2 называют дифференциальным давлением, которое и фиксируется прибором.

Многие технологические процессы не допускают даже незначительного падения давления на участках пневматических и гидравлических систем. Для них дифманометр выполняет не только контролирующую, но и защитную функцию, вплоть до включения сигнала тревоги или аварийного отключения оборудования и агрегатов. В этой связи манометры дифференциального типа широко применяется в производственных цехах, технологических линиях, трубопроводных сетях для измерения уровня жидкости в напорных резервуарах, расхода жидкости или газообразной смеси, протекающей по трубопроводу. Среди ответственных элементов системы можно выделить:

• фильтры очистки воздуха и газовых смесей;
• системы вентиляции и кондиционирования, в которых необходимо контролировать скорость и расход воздушного потока;
• котельное оборудование, требующее настройки, регулировки и контроля тяги дымохода.

Некоторые модели оснащают дополнительными функциями, например, дифференциально-трансформаторным индикатором, значительно облегчающим пользование прибором за счет дистанционной передачи показаний.