Спеціальні прилади для вимірювання тиску – вагопоршневі манометри

Незважаючи на те, що поршневі манометри були створені раніше деформаційних, вони набули меншого поширення. Сьогодні такі прилади використовуються для дослідження свердловин у нафто- та газодобувній промисловості, а також для звіряння показань у лабораторіях.

На рис.3.5.1 можна побачити, з чого складається манометр поршневого типу. У найпростішому варіанті це ємність з маслом, з’єднана за допомогою штуцера з вимірюваним середовищем. У ємність занурений циліндр із ретельно притертим поршнем (зазор між стінками циліндра та поршнем має бути мінімальним). На торці поршня закріплено таріль, на яку можуть укладатися вантажі.

Рис 3.5.1 – Схема поршневого манометраЗнизу на поршень діє вимірюваний тиск Р, зверху якоюсь силою, що створюється вагою самого поршня і вантажів G₁+ G₂.

Тиск під поршнем розраховується за формулою:

де G₁ – маса вантажів, G₂ – маса поршня з таріллю, g – прискорення вільного падіння, F – площа поршня.

Також тиск можна виразити через силу згідно із законом Паскаля:

де F — сила, що діє на поршень, S — площа поршня.

За допомогою поршневих маномерів вперше вимірювали тиск вчені-фізики Георг Паррот та Еміль Ленц. Але широкого поширення ці прилади набули завдяки якомусь Рухгольцю, який запустив їх у масове виробництво.

Вантажопоршневий манометр може вимірювати надлишковий, абсолютний, диференціальний тиск. У зв'язку з цим відрізняються його конструктивні особливості та скорочені назви - МП, МПАК, МПД. Він складається з пристрою створення тиску (УСД), вимірювальної поршневої системи (ІПС) та набору гирь. До складу УСД входить насос і бак для робочого середовища, а до складу ІПС - вимірювальна колонка та вантажоприймальний пристрій (тарілка).

Головний орган ІПС - вимірювальна колонка, що складається з поршня та циліндра. Вони виготовляються з карбіду вольфраму або зносостійкого спецсплаву, який не впливає на вимірювання в умовах з різною температурою. Від якості їх виготовлення та припасування один до одного залежить точність вимірювань.

Основні характеристики:

• нижній поріг вимірів - 1 кгс/см²;

• верхній поріг - 6-2500 кгс/см²;

• площа поршня - 0,05-1 см²;

• клас точності - 0,005-0,05;

• робоче середовище - олія, вода, гас та інше.

Будь-які контрольно-вимірювальні прилади потребують періодичної перевірки. Щоб визначити, з якою похибкою вони працюють, використовують вантажопоршневі манометри високоточні прилади для калібрування інших засобів вимірювання.

У вантажопоршневого манометра принцип дії полягає в нагнітанні тиску та його врівноважуванні масою. Ручним насосом у корпусі приладу створюється тиск. Його величина визначається за загальною вагою вантажів, поставлених на вантажоприймач.

Робота з вантажопоршневим МП має такий вигляд:

• підключаються прилади, що повіряються;

• робоче середовище закачується ручним насосом у систему;

• надлишковий тиск видавлює поршень вгору;

• на вантажоприймальну тарілку укладаються гирі;

• поршень повертається у вихідне положення – можна визначити величину тиску.

Щоб прилад коректно працював, перед установкою має бути знятий поршень. Необхідно заповнити бак робочою рідиною і закачати її в систему так, щоб спрацював індикатор заповнення і не було повітряних бульбашок поблизу затискачів. До них приєднуються прилади, що повіряються. У гідравлічному манометрі спеціально передбачено прес, за допомогою якого можна видалити повітря.

По обертанню вантажоприймальної тарілки та поршня вимірювальної системи визначають як працює прилад. Він вважається придатним для експлуатації, якщо тарілка вільно обертається вздовж осі циліндра. Наприклад, у моделях МП-600 з класом точності 0,02 робочий хід поршня має бути 15 мм, швидкість опускання – 0,3 мм/хв, час обертання – 5 хв. Вимоги до приладів з іншим класом точності та діапазоном вимірювань можна знайти у нормативних документах.

На рис.3.5.2 показано зразковий поршневий манометр. На станині 1 поршневого манометра встановлені гвинтовий гідравлічний прес 2, робоча порожнина якого з’єднана каналами: з колонкою 3, в якій встановлений поршень 4 з тарілкою для вантажів 5; зі штуцерами 6 і 7 для установлення манометрів (що перевіряються, і зразкового, або контрольного); з ємністю 8 для масла. Канали для підведення масла до штуцерів 6 і 7 і колонки 3, забезпечені запірними вентилями 9, 10, 11. Передбачено також запірний вентиль 12 в каналі, що з’єднує ємність з маслом і робочу порожнину гідравлічного пресу. Тиск у системі каналів поршневого компресора створюється шляхом закручування гвинта гідравлічного пресу 2. При рівновазі сили тиску рідини на поршень 4 і ваги вантажів, тарілки і поршня, поршень спливає.

Рис.3.5.2 – Зразковий поршневий манометр

Висока точність, стабільність у повторюваних вимірах та широкий робочий діапазон вантажопоршневого манометра – переваги, завдяки яким він використовується у перевірці та калібруванні інших приладів. З його допомогою роблять точне градуювання різних вимірювальних приладів:

• манометрів;

• вакуумметрів;

• мановакуумметр;

• датчиків та іншого.

Вантажопоршневі манометри допомагають отримати точні показники з похибкою трохи більше 0,05%. Як надточний засіб вимірювання їх застосовують у лабораторіях і на виробництвах різних галузей промисловості. Модель приладу підбирають за призначенням та робочим діапазоном. Щоб перевірити КВП для вимірювання надлишкового тиску, потрібно вантажопоршневий манометр з 1 пристроєм, що створює тиск (УСД), 1 ІПС і 1 набором гирь. Щоб перевірити прилади для вимірювання різниці показників, потрібен манометр із 2 ІПС, 2 комплектами вантажів та 1 УСД.