Классификация приборов для измерения давления. Деформационные манометры.

Тема 1 Технологические измерения в процессах добычи и подготовки нефти и газа

Измерение давления

Давление может быть выражено в различных единицах.

Система СИ:

1 Па (паскаль) = 1 н/м² (ньютон на квадратный метр).

Внесистемные единицы:

1 атм (нормальная, физическая атмосфера) = 760 мм рт. ст. (миллиметр ртутного столба) (при t = 0^ОС , g = 9,80665 м/с², p(Hg) = 13595,08 кг/м³) =

= 760 Торр (торричелли) =

= 10 333 мм вод. СТ. (миллиметр водяного столба) =

= 14,696 фунт (английский) на квадратный дюйм =

= 15,724 фунт (русский) на квадратный дюйм =

= 1,033227 кгс/см² (килограмм - сила на квадратный сантиметр) =

= 1,0 1325 бар;

1 ат (техническая атмосфера) = 1 кгс/см²;

1 бар = 106 дин/см² = 106 барий = 10⁵ Па;

1 мм рт. ст. = 1,00000014 Торр = 133,3224 Па;

1 фунт/дюйм² = 0,070307208 кгс/см² (Великобритания);

1 фунт/дюйм² (psi) = 0,070306682 кгс/см² (США),

Классификация приборов для измерения давления. Деформационные манометры.

Приборы для измерения давления могут классифицироваться по следующим характеристикам:

· виду измеряемого давления;

· принципу действия;

· назначению;

· по измеряемой рабочей среде;

· по защищенности;

· классу точности.

По виду измеряемого давления приборы подразделяются на:

· манометры;

· вакуумметры;

· мановакуумметры;

· напоромеры;

· тягомеры;

· тягонапоромеры;

· дифманометры;

· микроманометры;

· барометры.

Согласно ГОСТ 8.271-77 манометр — это измерительный при­бор или измерительная установка для измерения давления или разности давлений.

Соответственно вакуумметр — это манометр для измерения давления разреженного газа.

Манометр, имеющий возможность измерять давление разре­женного газа и избыточное давление (у прибора единая шкала), называют мановакуумметром.

Измерение малых значений (до 40 кПа) избыточного давления производится напоромерами, хотя такое название, как и такое под­разделение по виду измеряемого давления (для малых значений), за рубежом отсутствует.

Тягомеры используются для измерения малого (до -40 кПа) вакуумметрического давления.

Приборы, имеющие часть шкалы вакуумметрического, а часть избыточного давления в пределах ±20 кПа, называются тягонапоромерами.

Ев­ропейские стандарты (EN837-1, EN837-2 и EN837-3) такое разделение производят по виду чувствительного элемента: трубча­тый (Bourdon tube — Rohrfedern), мембранный — мембранная ко­робка — капсула (Diaphragm — Plattenfeder или Capsule — Кар-selfeder).

Приборы, предназначенные для измерения разности давлений в двух произвольных точках, именуют дифференциальными мано­метрами (дифманометрами).

Дифманометр, функционально обеспечивающий измерение ма­лых значений разности двух давлений и имеющий верхний предел измерения не более 40 кПа (4000 кгс/м²), называют микромано­метром.

Контроль и измерение атмосферного давления производят ба­рометрами.

По принципу действия основную группу приборов для измере­ния давлений можно подразделить на следующие:

· жидкостные;

· деформационные;

· грузопоршневые;

· электрические и др.

К жидкостным относятся манометры, принцип действия кото­рых основан на уравновешивании измеряемого давления или раз­ности давлений давлением столба жидкости.

К ним относятся U-образные (двухтрубные) и чашечные (однотрубные) манометры. Приборы данного типа применяются в качестве местных приборов, а также в качестве контрольных и образцовых. U-образный манометр состоит из стеклянной трубки, заполненной примерно до половины своей высоты рабочей жидкостью, и шкалы, позволяющей производить отсчет уровней в обоих коленах. Измеряемое давление, разрежение или разность давлений уравновешивается и измеряется столбом жидкости h, определяемым как сумма столбов h₁ и h₂.

Чашечный манометр состоит из цилиндрического сосуда и сообщающейся с ним измерительной стеклянной трубки. При измерении давления в объекте его соединяют с сосудом прибора. Высота столба жидкости h, уравновешивающего давление, равна сумме столбов h₁ и h₂. Площадь сечения сосуда значительно больше площади сечения измерительной трубки, поэтому столб h₂ значительно меньше столба h₁. Столбом h₂ можно пренебречь или при измерениях вводят соответствующую поправку.

Рабочей жидкостью в этих приборах могут быть дистиллированная вода, ртуть, этиловый спирт.

В деформационных манометрах от измеряемого давления зави­сит степень деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы.

К деформационным относятся:

- пружинные манометры, в которых чувствительным элементом является трубчатая пружина;

- сильфонные, функционируют на основе сильфона;

- мем­бранные — на основе мембраны или мембранной коробки.

В грузопоршневых приборах, имеющих в большинстве случаев в качестве рабочего тела жидкость и часто называемых жидкост­ными, измеряемое давление уравновешивается давлением, созда­ваемым массой поршня с грузоприемным устройством, и массой грузов с учетом сил жидкостного трения.

Электрические манометры делятся на две группы:

1) основаны на свойстве некоторых материалов изменять свои электрические параметры под действием давления;

2) основаны на преобразовании механического воздействия измеряемой величины в электрический параметр при помощи соответствующих преобразователей.

По принципу действия различают электрические манометры, которые под действием давления изменяют:

1) сопротивление;

2) магнитную проницаемость;

3) индуктивность;

4) емкость;

5) ЭДС.

По назначению манометры подразделяются на следующие:

· общепромышленные, имеющие также название общетехни­ческих или рабочих;

· эталонные, включающие государственный первичный, рабо­чие и другие эталоны.

Общепромышленные манометры предназначены для измерения давления непосредственно в ходе производственных процессов в рабочих точках промышленного оборудования.

Эталонные приборы используются для хранения и передачи размера единиц давления в целях единообразия, достоверности и обеспечения высокой точности его измерений.

В целях упорядочения отечественной метрологической терми­нологии и приближения ее к международной в нашей стране тер­мин образцовое средство измерений заменен на термин рабочий эталон. Рабочие эталоны подразделяют на разряды (1, 2, 3-й), как это было принято для образцовых средств.

В промышленности встречаются контрольные манометры, ко­торые применяются для контроля правильности показаний техни­ческих манометров в местах их установки. Термин «контрольные» специфичен для промышленных условий и не имеет места в зако­нодательной метрологии настоящего времени, но широко исполь­зовался ранее. Вместо него сейчас используют термин «маномет­ры повышенной точности».

По особенностям измеряемой рабочей среды манометрические приборы можно подразделить на следующие:

· общетехнические (общепромышленные);

· коррозионно-стойкие (кислотостойкие);

· виброустойчивые;

· специальные;

· кислородные;

· газовые.

В общепромышленных манометрах, предназначенных для эксплуатации в нормальных условиях промышленных предприятий, держатели и чувствительные элементы изготовлены из медных сплавов.

В коррозионно-стойких манометрических устройствах подводящий штуцер-держатель и чувствительный элемент выполнены из нержавеющей стали. Традиционно для подводящих и присоединительных штуцеров, передаточных механизмов и корпусов отечественными производителями используется нержавеющая сталь 12Х18Н9(10)Т. Чувствительные элементы таких приборов также выполняются из нержавеющей стали, но во многих случаях другого химического состава.

Виброустойчивые манометры предназначены для эксплуатации в условиях повышенных внешних вибраций и пульсаций измеряемой среды.

К специальным отнесены приборы, применяемые в неагрессивных средах, которые взаимодействуют с медными сплавами. Таковыми являются манометрические устройства, предназначенные для измерения давления аммиачных сред. Их чувствительный элемент изготовляется из упругой нержавеющей (хорошими упругими свойствами обладают стали 36НХТЮ и 42НХТЮ) или углеродистых сталей. Штуцер изготовляется из обычной стали. Специальными называются также приборы, работающие с вязкими средами, а также кристаллизующимися веществами и веществами, содержащими твердые частицы. В них присоединительный штуцер выполняется большого проходного сечения (30—90 мм), а измерительная полость заполнена несжимающейся жидкостью и отделена от рабочего измерительного пространства мембраной, воспринимающей измеряемое давление. Для вязких, кристаллизующихся или агрессивных веществ и сред с твердыми вкраплениями рекомендуется применение в комплекте с манометрическими приборами мембранных разделителей.

По защищенности от воздействия окружающей среды прибо­ры, согласно ГОСТ 12997-84, подразделяют на следующие ис­полнения:

обыкновенное;

защищенное от попадания внутрь изде­лия твердых тел (пыли);

защищенные от попадания внутрь изде­лия воды;

защищенные от агрессивной среды;

взрывозащищенные;

защищенные от других внешних воздействий.

Несколько ви­дов защиты может сочетаться в одном изделии.