Измерение абсолютного давления: Манометр абсолютного давления для высокоточных измерений

Особенности измерений давления — Control Engineering Russia

Устройства измерения давления используются повсеместно, но понятен ли принцип их работы?

Измерение давления является одной из основных диагностических функций в любой отрасли промышленности. От нефтеперерабатывающего завода до бульдозера измерение давления сжатого воздуха, гидравлической жидкости, технологических жидкостей, пара или другой среды выполняется ежедневно и является важным контролируемым параметром. В результате устройства для измерения давления устанавливаются повсеместно, и существует бесчисленное разнообразие их вариантов. Общий обзор технологий измерения давления позволит подобрать наилучший вариант в конкретной ситуации, хотя, конечно, всегда существуют исключения из правил.

Давление имеет определенные параметры, которые влияют на способы его измерения:

• Обычно измеряется в единицах силы на единицу площади;

• Существует как в статических, так и движущихся жидкостях;

• Давление жидкости всегда измеряется по отношению к какому-либо другому давлению.

В традиционных механических Бурдона манометрах используется изогнутая закрытая трубка Бурдона, которая имеет тенденцию к выпрямлению по мере повышения внутреннего давления

Два типа измерений давления можно разделить на три категории:

• Абсолютное давление измеряется по отношению к абсолютному вакууму, не принимая во внимание влияние атмосферного давления. Такое измерение в основном используется при проведении исследований или проектирования, но существуют некоторые приложения, когда знание абсолютного значения давления необходимо для поддержания технологического процесса. Поскольку непрактично создавать полный вакуум внутри корпуса сенсора, датчики обычно преобразуют значения измеренного давления, используя фиксированный поправочный коэффициент. В более сложных устройствах используется измеренное барометрическое давление.

• Дифференциальное давление — это давление в одной части сосуда по отношению к другой. Это показание является разностью между двумя значениями и не учитывает абсолютные давления.

• Давление, измеряемое датчиком, является аналогом дифференциального давления и измеряется по отношению к атмосферному давлению, что является наиболее распространенным методом.

Резервуар сжатого воздуха оснащен датчиками абсолютного и относительного давления. При сжатии воздуха до 100 psig абсолютное давление оказывается равным 114,7 psia. Если такой резервуар поместить в вакуум, то оба датчика покажут идентичные значения, поскольку отсчет показаний выполняется относительно абсолютного вакуума

Существуют две общеизвестные единицы измерения давления — это psi и бар. Если psi все еще используется в США, то последняя метрическая единица бар является общепринятой. Бар часто заменяется паскалями и кило-паскалями, поскольку такие единицы более удобны. Существует много других единиц измерения, но они используются в узкоспециализированных областях. Обе единицы, psi и бар, имеют суффикс „a» и „g», обозначая абсолютное или относительное давление. Если суффикса нет, то предполагается относительное давление.

В традиционных механических манометрах используется изогнутая закрытая трубка Бурдона, которая имеет тенденцию к выпрямлению по мере повышения внутреннего давления.

Измерение дифференциального давления не определяет его абсолютного или относительного значения. Этот показатель описывает разность или перепад давлений. Если дифференциальное давление между двумя резервуарами составляет 50 psi, то в резервуарах давление может составлять 10 psi и 60 psi, или 5000 psi 5050 psi. Не существует способа определения давления относительно атмосферного без дополнительного датчика. В измерениях дифференциального давления часто используется суффикс „d».

Традиционно механические манометры с изогнутыми трубками Бурдо-на считаются стандартом, и они до сих пор используются в огромном количестве технологических процессов. Среди других типов измерительных приборов электронные датчики давления стремительно набирают популярность.

Точность, настройка диапазона и безопасность

На электронных приборах для измерения давления и механических манометрах точность измерений указывается идентичным способом — в виде погрешности, равной процентному соотношению от диапазона измерений. Например, манометр хорошего качества с диапазоном 0-500 psi может иметь погрешность ±0,5% шкалы. Это означает, что он имеет полосу погрешности 5 psi (±2,5 psi) в любой точке на шкале. Электронные преобразователи и датчики имеют аналогичное определение погрешности. Поскольку диапазон измерений связан с погрешностью, очень важно выбрать устройство с диапазоном, максимально близким к фактическому рабочему значению с учетом скачков давлений. Другими словами, если в вашем процессе рабочее давление составляет 75 psi, то лучше использовать манометр 0-100 psi, а не 0-500 psi, даже если они имеют идентичные номинальные значения погрешности. Неправильный выбор диапазона измерений является наиболее распространенной ошибкой при подборе датчика. Экономные покупатели выбирают один прибор для измерения давления, чтобы снизить до минимума товарно-материальные запасы, а затем стараются использовать этот прибор для широкого ряда применений. В результате страдает точность измерений.

Некоторые датчики имеют собственную электронную регулировку диапазона измерений. Например, устройство, предназначенное для измерения давления от 0 до 500 psi, можно отрегулировать электронным способом на показание 0-300. Это поможет расширить соответствующую область показаний датчика от 4 до 20 мА, но фактически не повысит точность. Соотношение перенастройки диапазона в большинстве случаев будет таким же, что и при полной шкале от 0 до 500.

„Существуют сенсоры по 2 или 3 доллара, которые можно поместить в автомобильные шины и отображать показания на вашей приборной панели. Вам не потребуется слишком высокая точность или быстрое реагирование, чтобы увидеть, что спущена правая шина, — говорит Том Райд, менеджер по продукции компании GE-Druck. — То же самое можно сказать в том случае, если вы хотите иметь приблизительные показания давления в резервуаре. В любом случае, выбор типа датчика зависит от того, насколько критичным является сам процесс».

Виктор Миллер, специалист по приборам Wika для измерения давления, подчеркивает, что понимание процессов, происходящих в измеряемом объеме, помогает определить важность диапазона измерений и повышенной надежности датчика. „Пользователи не учитывают динамику того, что происходит внутри системы. При перемещении жидкости клапан внезапно открывается или закрывается, он передает скачок давления, который проходит со скоростью звука через систему, что может отразиться на сенсоре, или сбить калибровочные параметры», — отмечает Виктор Миллер. Статические процессы и сжимаемые жидкости не требуют такой защиты от скачков, как это происходит в динамической среде.

Выбор прибора для измерения давления

После того, как были определены требования к измерению давления в конкретном случае, можно выбрать соответствующее устройство измерения на основании других эксплуатационных параметров, кроме диапазона и погрешности. В этом случае стоит обратить внимание на следующее:

Материал: В приборе следует обратить внимание на материалы компонентов, контактирующих со средой. Существует широкий диапазон материалов, которые разрешено использовать в агрессивных жидкостях или газах. Имеется также широкий выбор корпусов датчика, поскольку коррозионная атмосфера на объекте может воздействовать и на наружную часть прибора. Экзотические материалы достаточно дороги, поэтому при выборе следует это учитывать.

Внутренняя конфигурация: Большинство сенсоров имеют внутренние полости, которые заполняются технологической жидкостью при работе. Если жидкость неагрессивная, и небольшие протечки не повредят устройство, то ее наличие допускается. Тем не менее, в некоторых критических системах это запрещено. Сенсоры оснащаются промывочными мембранами и имеют уплотнения на внутренней стороне, чтобы предотвратить просачивание жидкости и обеспечить минимальное нарушение потока процесса. Изолирующая мембрана также имеется в наличии в качестве вспомогательных принадлежностей.

Датчик дифференциального давления имеет два входа для сравнения показаний давления в двух резервуарах, но он не может показывать давление по отношению к атмосферному с любой из сторон одновременно

Корпус: Требования к безопасности установки очистки стоковых вод существенно отличаются от требований на нефтеперерабатывающих комплексах. Многие дополнительные параметры датчиков должны удовлетворять требованиям эксплуатации, например, во взрывоопасных или искроопасных внешних условиях. Более того, большинство компаний установили четкие границы по способу и месту использования приборов. С другой стороны, если не стоит вопрос о работе во взрывоопасной среде, то повышается количество возможных вариантов датчиков. Также размеры датчика напрямую зависят от количества вспомогательного электронного оборудования, необходимого для связи с другими устройствами. Простой преобразователь с выходным сигналом 4-20 мА может быть очень компактным, тогда как интеллектуальный датчик с подключением по шине fieldbus требует больше места, поскольку он включает дополнительную электрическую схему.

Монтажное подключение: Измерительные приборы обычно имеют резьбовой вход для трубы от 1/8 до 1/2 дюйма NPT или BSPT. Тем не менее, существуют дополнительные варианты подключения для более специализированных применений, включая гигиенические соединения с тремя зажимами „Tri-clamp» и другие фланцевые соединения. Устройства для измерения дифференциального давления часто используют вентильные блоки для упрощения подключения.

Связь: Большинство преобразователей передают данные в формате аналоговых сигналов 4-20 мА. Если для какого-либо применения используется именно этот метод, то для обеспечения надежной передачи может потребоваться дополнительная система согласования сигналов. Датчики могут подключаться к шине fieldbus, работать по беспроводной связи или HART протоколу.

Технология датчиков: Существует около 10 технологий и способов для преобразования величины давления в масштабированный электронный сигнал, но ни один из них не является универсальным. Изготовители датчиков стараются использовать одну или две технологии, учитывая сочетание эксплуатационных параметров и промышленной применимости, что позволяет оптимизировать эксплуатационные характеристики и минимизировать недостатки устройств. В технической документации на продукцию часто даже не упоминаются используемые технологии изготовления датчика.

„Наиболее важным является наличие достаточного опыта работы с определенной технологией измерений, — комментирует Аллен Худ, менеджер по продукции компании ABB Instrumentation. — В настоящее время существует множество технологий датчиков, поскольку их можно оптимизировать под определенное применение. Возможности микропроцессоров в интеллектуальных датчиках компенсируют слабые стороны первичных преобразователей и позволяют изготовителям сконцентрировать внимание на других аспектах».

Номенклатура измерительных приборов Термины сенсор, датчик и преобразователь описывают различные аспекты измерительного прибора. Ниже приведены некоторые основные допустимые описания: Сенсор — Стандартное устройство с мембраной и электронными компонентами для формирования „сырого» сигнала. Этого недостаточно для автономной работы, и оно продается, в основном, для поставщиков комплексного оборудования, так называемых OEM-компаний. Преобразователь — Сенсор с базовой электронной поддержкой для усиления и преобразования первичного сигнала в удобный формат, например, 4-20 мА. Датчик— Сенсор с наиболее усовершенствованной электронной поддержкой, способный преобразовывать параметр процесса в аналоговый или цифровой формат и передавать его через аппаратные средства либо через протокол fi eldbus. Интеллектуальный датчик — Датчик с дополнительными функциями диагностики и измерения параметров. Датчики на базе HART являются наиболее общим примером. Измерительный прибор — Менее конкретный термин, который может включать и преобразователи, и датчики, и прочие устройства.

Установка, расширение, техобслуживание

Правильность установки может иметь такую же важность, что и выбор корректного устройства. Датчики для измерения давления обычно монтируются с клапаном-отсекателем, особенно в непрерывных процессах. Таким образом, датчики можно калибровать, ремонтировать или заменять, не прерывая процесс. В ситуациях, когда рабочий режим является периодическим, это не настолько критично, и устройство можно устанавливать непосредственно в поток. Участок трубы или трубопровода, ведущего к сенсору, называется импульсной линией и помогает в тех случаях, когда нет достаточного пространства для доступа к корпусу датчика. Тем не менее, импульсные линии следует использовать осторожно:

• Импульсная линия должна иметь минимальные размеры;

• Если в качестве технологической среды используется жидкость, следует стравить воздух;

• Если требуется, чтобы вывод данных осуществлялся в более удобном месте, следует удлинить кабель, а не импульсную линию;

• В высокотемпературной среде, в особенности при наличии пара, следует убедиться, что импульсная линия может выступать в качестве сифона.

Этот датчик устанавливается с пробоотборным краном, отсечным вентилем, установленным на короткой импульсной линии

Вспомогательные принадлежностимогут упростить монтаж или защитить устройство. Существует несколько примеров:

Запорный и стравливающий вентиль — вентиль, монтируемый на импульсной линии, который позволяет стравить давление из сенсора, как только отключается соединение с процессом.

Демпфирующее устройство — устройство для торможения потока среды от процесса к датчику, обычно используется для подавления пульсаций и продления срока службы устройства. При правильном использовании показания датчика будут корректными, при этом не повреждается мембрана сенсора.

Разделительная мембрана — мембрана, монтируемая перед самим датчиком, для передачи давления без просачивания технологической жидкости в сенсор. При использовании мембраны, датчик должен заполняться инертной жидкостью, обычно силиконовым маслом, для передачи давления.

Устройство защиты от избыточного давления — подпружиненный вентиль, который закрывается в случае избыточного давления, предотвращая повреждение датчика. Используется в тех ситуациях, когда возможны большие скачки давления.

Вентильный блок — устройство, упрощающее комплексную компоновку трубопровода для установки устройства измерения дифференциального давления, обычно включающее внутренние вентили для отсечки процесса, стравливания и выравнивания давления.

Требования к техобслуживанию и калибровке датчика зависят от требований технологического процесса и измерительного прибора. Качественное устройство в любом применении вторичной важности может работать много лет без особого внимания персонала. С другой стороны, в приложениях с высоким приоритетом точности измерений, датчики требуют периодической калибровки. В то же время, высококачественные преобразователи и датчики точно калибруются на заводе изготовителя, а большинство подразделений по техобслуживанию на промышленных объектах не имеют подобной возможности. Зачастую попытки повысить точность измерений собственными силами приводят к противоположным результатам. На практике устройства от известных изготовителей, показания которых не соответствуют заводской калибровке и требуют постоянного контроля, чаще всего оказываются поврежденными или монтируются неправильным образом, что снижает возможность передачи корректных данных.

Интеллектуальная диагностика

Интеллектуальный датчик представляет собой устройство, способное выполнять множество функций, а не только передавать один измеренный параметр технологического процесса. Но как это применить к датчику давления? Что еще следует измерять?

Датчики дифференциального давления часто используют вентильные блоки для упрощения соединений. Вентильный блок включает вентили для изоляции какой-либо стороны или выравнивания внутреннего давления по мере необходимости. Если оба отсечных клапана закрыты, то датчик можно отключить от процесса, не стравливая давление

„В случае возникновения отказа или другого события, требующего вмешательства операторского или обслуживающего персонала, возникает необходимость понять причину и предотвратить повтор такой ситуации, -говорит Пол Шмелинг, старший менеджер по маркетингу компании Emerson Process Management. — Поскольку измерительные приборы являются „глазами и ушами» производства, необходимо расширить их функциональность для получения более полной картины особенностей контролируемого процесса».

Некоторые интеллектуальные функции связаны с осуществлением контроля над процессом и дублируют действия, которые могла бы выполнять АСУ. Но если прибор работает независимо, то такие функции могут иметь большую важность. Поскольку предложения изготовителей отличаются, ниже приведены несколько примеров таких функций:

• Измерение и регистрация момента превышения порога давления;

• Счет сигналов тревоги и сигналов об ошибках;

• Анализ шумов в сигнале датчика, приводящих к сбою;

• Измерение температуры окружающей среды и технологической жидкости;

• Автоматическая корректировка значения давления для компенсации температурных изменений;

• Автоматическая диагностика внутренних электронных функций и аппаратного обеспечения;

• Настройка аварийной сигнализации;

• История и график калибровки.

Датчик может передавать эту информацию, например, по протоколу HART или fieldbus. Передача данных может быть постоянной при подключении к большой системе управления либо по запросу с портативного устройства сбора данных.

В конечном счете, при выборе устройства для измерения давления или любого другого типа измерений лучше всего сначала понять рамки его использования. Информация о точности, способе передачи и диагностики является частью его технических характеристик. В противном случае, при выборе сенсора давления можно пропустить что-либо важное, в результате чего в управлении процессом будет отсутствовать критический компонент.

Петер Веландер является редактором
Process Industries в журнале Control Engineering.
[email protected]

Калькулятор избыточного и абсолютного давления

Что такое давление?

Всё на всё оказывает давление. Значит давление – это такая физическая величина, которая равна силе, действующей на единицу площади. Другими словами, чтобы найти давление, нужно силу разделить на площадь. В латинице для обозначения давления используют знак P.

Давление бывает:

1. Атмосферное
2. Абсолютное
3. Избыточное

Атмосферное давление (барометрическое)

Атмосферное давление – это давление воздуха на землю.

Давление, которое больше всего важно для земной жизни – окружающее нас давление. Обозначается как “amb” от ambiens — окружающий. Это давление, образующееся путем силы, которую оказывает атмосфера на землю. Несмотря на то, что воздух прозрачен и мы не можем его ни потрогать, ни увидеть, мы знаем, что у него есть масса. Она оказывает давление на поверхность земли. Это и принято называть атмосферным давлением. Нормальное атмосферное давление равно 101,325 кПа.

Обратите внимание: чем больше высота над уровнем моря, тем ниже давление.

Также, благодаря прогнозам погоды, нам хорошо известно, что атмосферное давление меняется в зависимости от капризов погоды.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Калькулятор перевода баррелей нефти в тонны и обратно

Избыточное давление

Оно представляет собой разницу между абсолютным и атмосферным давлением. Также такое давление можно создать искусственно в сосудах, паровых или водогрейных котлах. Избыточное давление показывает разницу между давлением внутри сосуда и атмосферным.

Если давление превышает атмосферное, то говорят о положительном избыточном давлении, если наоборот — используют понятие отрицательного избыточного давления.

Абсолютное давление

Абсолютное – это давление, отсчет которого производят от абсолютного нуля (вакуума).

Абсолютное давление

Понятие «абсолютного давления» относится к способу указания давления относительно точки отсчета. Абсолютное давление — это то давление, для указания которого используется, в качестве точки отсчета, абсолютный вакуум. Предполагается, что не может существовать давления, меньшего, чем абсолютный вакуум — следовательно, относительно него любое давление может быть обозначено положительным числом.

То абсолютное давление, которое находится между абсолютным вакуумом и давлением, которое принято считать имеющемся на уровне моря (нормальное атмосферное давление = 101325 Па ≈ 760 мм ртутного столба ≈ 1 абсолютный бар), является частичным вакуумом.

То абсолютное давление, значение которого выше уровня нормального атмосферного давления, может быть также обозначено как избыточное давление, с точкой отсчета, за которую принято стандартное атмосферное давление. Абсолютное давление равно избыточному давлению плюс атмосферному давлению.

На письме, то, что указывается именно абсолютное давление, иногда подчеркивают литерой а

как в русском, так и в английском и немецком языках, например: бар(а). Например, давление на уровне моря примерно составляет 1 бар(а).

Измерение абсолютного и избыточного давления

Атмосферное давление измеряют барометром, поэтому его еще называют барометрическим и обозначают Pamb или Pбар.

Нормальное атмосферное давление равно 1 атм=1,033 ат=1,013 x 100 000 Па=760 мм рт.ст.

Избыточное давление измеряют манометром, поэтому его еще называют манометрическим и обозначают Pe или Pизб.

Атмосферное давление, нормальное атмосферное давление

Понятие атмосферного давления качественно отличается от понятий избыточного и абсолютного давления, и относится не к точке отсчета, а к месту измерения. Атмосферное давление — это давление, имеющееся в какой-либо точке измерения на Земле. Атмосферное давление может сильно варьироваться в зависимости от высоты и погодных условий. Что касается точки отсчета, то атмосферное давление — всегда абсолютное.

В качестве нормального атмосферного давления приняты, в рамках разных стандартов, разработанных разными организациями, разные значения — наиболее распространенным, однако, является принятие за нормальное атмосферного давления 101325 Па. Среди европейских производителей оборудования принято также условно считать это давление соответствующим 1 бару.

Давление абсолютное, избыточное, вакуум

Числовое значение давления определяется не только принятой системой единиц, но и выбранным началом отсчета. Исторически сложились три системы отсчета давления: абсолютная, избыточная и вакуумметрическая (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Шкалы давления. Связь между давлением абсолютным, избыточным и вакуумом

Абсолютное давление отсчитывается от абсолютного нуля (рис. 2.2). В этой системе атмосферное давление . Следовательно, абсолютное давление равно

.

Абсолютное давление всегда является величиной положительной.

Избыточное давление отсчитывается от атмосферного давления, т.е. от условного нуля. Чтобы перейти от абсолютного к избыточному давлению необходимо вычесть из абсолютного давления атмосферное, которое в приближенных расчетах можно принять равным 1ат:

.

Иногда избыточное давление называют манометрическим.

Вакуумметрическим давлением или вакуумом называется недостаток давления до атмосферного

.

Избыточное давление показывает либо избыток над атмосферным, либо недостаток до атмосферного. Ясно, что вакуум может быть представлен как отрицательное избыточное давление

.

Как видно, эти три шкалы давления различаются между собой либо началом, либо направлением отсчета, хотя сам отсчет может вестись при этом в одной и той же системе единиц. Если давление определяется в технических атмосферах, то к обозначению единицы давления (ат) приписывается ещё одна буква, в зависимости от того, какое давление принято за «нулевое» и в каком направлении ведется положительный отсчет.

Например:

— абсолютное давление равно 1,5 кг/см2;

— избыточное давление равно 0,5 кг/см2;

— вакуум составляет 0,1 кг/см2.

Чаще всего инженера интересует не абсолютное давление, а его отличие от атмосферного, поскольку стенки конструкций (бака, трубопровода и т.п.) обычно испытывают действие разности этих давлений. Поэтому в большинстве случаев приборы для измерения давления (манометры, вакуумметры) показывают непосредственно избыточное (манометрическое) давление или вакуум.

Единицы давления. Как следует из самого определения давления, его размерность совпадает с размерностью напряжения, т.е. представляет собой размерность силы, отнесенную к размерности площади.

За единицу давления в Международной системе единиц (СИ) принят паскаль — давление, вызываемое силой , равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью , т. е. . Наряду с этой единицей давления применяют укрупненные единицы: килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа):

; ; .

В технике в настоящее время в некоторых случаях продолжают применять также техническую МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда, а) и физическую СГС (сантиметр, грамм, секунда) системы единиц. Используются также внесистемные единицы — техническую атмосферу и бар:

Не следует также смешивать техническую атмосферу с физической , которая все ещё имеет некоторое распространение в качестве единицы давления:

Классификация приборов для измерения давления

Классификация приборов для измерения давления

В зависимости от назначения приборы для измерения давления делятся на следующие основные группы: Манометры – для измерения избыточного давления. Вакуумметры – для измерения вакуумметрического давления (вакуума). Мановакуумметры – для измерения вакуумметрического и избыточного давлений. Барометры – для измерения атмосферного давления. Баровакуумметры – для измерения абсолютного давления. Дифференциальные манометры – для измерения разности давлений.
По принципу действия все приборы для измерения давления можно разделить на:

Жидкостные — приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается весом столба жидкости, а изменение уровня жидкости в сообщающихся сосудах служит мерой давления, называются жидкостными. К этой группе относятся чашечные и U-образные манометры, дифманометры и др.

Грузопоршневые — приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается усилием, создаваемым калиброванными грузами, воздействующими на свободно передвигающийся в цилиндре поршень.

Приборы с дистанционной передачей показаний — приборы, в которых используются изменения тех или иных электрических свойств вещества (электрического сопротивления проводников, электрической емкости, возникновение электрических зарядов на поверхности кристаллических минералов и др.) под действием измеряемого давления. К таким приборам относятся манганиновые манометры сопротивления, пьезоэлектрические манометры с применением кристаллов кварца, турмалина или сегнетовой соли, емкостные манометры, ионизационные манометры и др.

Пружинные — приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается силами упругости пружины, деформация которой служит мерой давления. Благодаря простоте конструкции и удобству пользования пружинные приборы получили широкое применение в технике. К этой группе относятся разнообразные приборы, отличающиеся по виду пружин: манометры с трубчатой пружиной, манометры с пластинчатой пружиной, манометры с коробчатой пружиной, манометры абсолютного давления (баровакуумметры), дифференциальные манометры.

По метрологическому назначению измерительные приборы делятся на образцовые и рабочие. Образцовыми измерительными приборами называются приборы, предназначенные для поверки других измерительных приборов. Образцовые манометры имеют следующие классы точности:

0,05; 0,2 — грузопоршневые манометры; 0,16; 0,25; 0,4 — пружинные манометры. Рабочими измерительными приборами называются все измерительные приборы, служащие для непосредственных измерений. Рабочие манометры имеют классы точности 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Гидростатические барометры

Первые барометры замеряли атмосферное давление на основе гидростатических жидкостей. Это столбчатые конструкции (чаще стеклянные), заполненные статической жидкостью с фиксированной плотностью. Столбчатая секция герметизирована, удерживает вакуум и частично заполняется жидкостью, а базовая открыта для атмосферы и дает возможность контактировать с внешней средой. По мере перемены атмосферного давления вносятся поправки и в показатель. Это приводит к перемене высоты жидкости в столбчатой ​конструкции (растет, когда атмосфера сильнее давит на жидкость в основании резервуара, и падает, когда атмосфера оказывает более низкое давление).

Затем высота жидкости в стеклянном столбе показывает количество атмосферного давления. Работа гидростатического барометра основывается на определении высоты жидкости в колонке. Поэтому в качестве единицы давления используют торр, а в виде жидкости – воду или ртуть. С точки зрения безопасности лучше всего ограничиваться водой, но ртуть гарантирует точность (плотность ртути намного выше, чем у воды).

Теоретически, гидростатический барометр можно отправить в замкнутую систему для измерения абсолютного и манометрического давлений системы через вычитание атмосферного.

Основные пункты

• Манометрическое давление – давление системы выше атмосферного, которое для большинства расчетов должно трансформироваться в абсолютное.
• Барометр – устройство, применяющее гидростатические жидкости для замера атмосферного давления. Его можно использовать для косвенного измерения манометрического давления в системах.
• Барометр гидростатической колонны использует жидкость (вода или ртуть) для функциональности, а барометр-анероид – эвакуированную гибкую металлическую ячейку.

Как работают абсолютные манометры?

Абсолютные манометры включают внутреннюю вакуумную камеру, которая используется в качестве эталона для проведения измерений давления. Манометрические датчики абсолютного давления на основе диафрагмы имеют прочную, но гибкую панель, которая разделяет камеру и вакуумную камеру. Локальное атмосферное давление заставляет диафрагму деформироваться в вакуумную камеру. Величина деформации преобразуется в значение давления. Это значение затем указывается на табло индикатора.

Узнайте больше о давлении и различных приложениях для измерения давления, обратившись к нашим консультантам по телефону.

Как правильно измерять давление манометром

Мерить давление очень просто, если понимать общий принцип действия, характерный для всех механических манометров. Прибор имеет уравновешивающий элемент (пружину, поршень, мембрану и т.д.), который воспринимает нагрузку от напора рабочей среды и деформируется либо перемещается под ее воздействием. Уравновешивающий элемент размещается внутри корпуса прибора и имеет механическую связь со стрелкой. Таким образом, перемещение стрелки измерителя зависит от величины действующего давления. Эта величина отображается стрелкой на шкале прибора.

Чтобы получить показания, достаточно просто смотреть на шкалу манометра. Стрелка на ней указывает на шкале величину давления, которое действует в системе в настоящий момент. При изменении измеряемой величины стрелка одновременно перемещается по шкале на соответствующее значение. Это делает измерение максимально удобным и доступным практически для любого человека.

Однако просто смотреть на прибор бывает недостаточно. Чтобы правильно пользоваться манометром, необходимо также иметь представление о величинах измерения, которые указываются на шкале. Чаще всего используются следующие величины:

• техническая атмосфера.

  Величина атмосферного давления, действующего на уровне Мирового океана. Одна атмосфера соответствует 1 кг/см2;

• величина водяного столба.

  Соответствует гидростатическому давлению столба воды нормальной плотности высотой 1 мм температурой 4 °C, которое действует на плоское основание. Эта единица часто применяется при осуществлении гидравлических расчетов;

• бар

  — техническая величина, которая примерно соответствует 1 атмосфере и 10 м водяного столба. Часто используется в характеристиках насосов, арматурных устройств, котлов, другого оборудования;

• паскаль.

  Единица измерения, принятая в системе СИ, равная 1 Н/м2. Величина, равная 0,1 МПа, примерно соответствует 1 атмосфере или 1 бар.

Абсолютное давление

Руководство по измерению абсолютного давления, включая пояснения, области применения и выбор продуктов для измерения давления с эталоном абсолютного давления.

Абсолютное давление – это особый тип измерения давления, который всегда относится к идеальному или полному вакууму.

Диапазоны абсолютного давления часто обозначаются суффиксами «абс» или «а» к единицам измерения давления, предшествующим значению давления, например 1013,25 мбар абс. или 1013,25 мбар.

Содержание

Продукция

См. страницы с подробной информацией об инструментах, используемых для измерения абсолютного давления.

• Абсолютный эталон, вольтовый выходной сигнал Датчики давления — Датчики абсолютного эталонного давления с высоковольтными выходными сигналами для измерения общего давления идеальный эталон вакуумного давления.
• Манометры абсолютного эталонного давления — Манометры абсолютного давления для измерения давления относительно идеального вакуума. Манометры абсолютного эталонного давления используются в тех случаях, когда на давление в системе не влияют изменения атмосферного давления.
• Датчики абсолютного давления. Найдите датчик давления или трансмиттер для измерения абсолютного давления с милливольтовым, усиленным напряжением, токовой петлей или цифровым выходом.
• Водонепроницаемые датчики абсолютного давления — Водонепроницаемые датчики абсолютного давления с диапазонами абсолютных значений для контроля давления в подводных трубах или глубины/уровня воды в приложениях, где невозможно или менее практично обеспечить вентилируемый эталон для компенсации атмосферного давления.
• Датчики абсолютного давления — датчики абсолютного давления генерируют выходной сигнал 4 мА, когда давление соответствует идеальному вакууму.

Датчики абсолютного давления

Датчики абсолютного давления 4–20 мА, усиленное напряжение, тензодатчик и цифровой выход

Датчики абсолютного давления с выходом 4–20 мА

Датчики абсолютного давления с выходным сигналом токовой петли от 4 до 20 мА для измерения полное давление относительно идеального вакуума.

• DMP331P Гигиенический передатчик с промывками
• Ток LEO3 или цифровой датчик выходного давления
• DMP331 УСЛЕНДА ДАВЛЕНИЯ
• DMP320 0,5 MSEC SENSOR SENSOR
• DS200P SANTRAL LOWAGE LOWAGE LOW -ANTER LOWECL LOWECLAIN DAMER -SELCY -SELCERINGINGINGINGINGINGINGINGINGINGINGINGINGINGINGINGINGINGINGINGI DAMORING.AGE,
• DS200P SAGLATE LOWAGE, DAMER. Преобразователь
• Высокоточный преобразователь давления DMP331i
• Прецизионный преобразователь высокого давления DMP333i с диапазоном измерения
• Прецизионный прецизионный преобразователь давления DMP333
• DMK331P Действительный датчик давления давления
• DMP457 Промывной манометр высокого диапазона, переключатель и датчик

Датчики абсолютного давления с выходом 0–10 В, 0–5 В

Датчики абсолютного давления с усиленным выходом и сигнальными выходами 0–5, 1–5, 0–10, 1–10 В для измерение давления из абсолютного нулевого вакуума.

• DMP331P Hygienic Flush Pressure Transmitter
• DMP331 Precision Pressure Transmitter
• DMP320 0. 5 msec Fast Response Pressure Sensor
• DS200P Sanitary Low Range Pressure Gauge, Switch and Sensor
• DMP331i High Accuracy Pressure Transmitter
• DMP333i Rangeable High Pressure Precision Transducer
• DMP333 Прецизионный преобразователь давления высокого диапазона
• DMK331P Датчик давления со скрытой диафрагмой
• DS200 Комбинированное реле давления, манометр и датчик
• Прецизионный преобразователь давления TSA
• 23 Ed Взрывозащищенный преобразователь давления
• 25 Ed Взрывозащищенный преобразователь давления с промывной диафрагмой
• DS201P Высокочастотный промывной манометр, переключатель и датчик

Абсолютное давление мВ/В датчики с милливольтовым выходным сигналом тензодатчика для измерения давления относительно нулевого вакуумметрического давления.

• TM Кремниевый тензометрический датчик давления

Цифровые датчики абсолютного давления

Цифровые датчики абсолютного эталонного давления с интерфейсами RS485, RS232 и USB для подключения к настольным и портативным компьютерам.

• 33X Высокоточный цифровой датчик давления на выходе
• Манометр LEO3 с током или цифровым выходом
• 35X Цифровой датчик давления с утопленной диафрагмой
• Двойной датчик абсолютного перепада давления PD39X

отображение показаний абсолютного эталонного давления.

• Baroli 02 Прецизионный цифровой манометр
• LEO3 Текущий или цифровой манометр
• LEX1 (Ei) Высокоточный цифровой манометр
• LEO Record (Ei) Регистратор данных давления
• LEO1 (Ei) Цифровой манометр1 9000
• Многодиапазонный высокоточный манометр DM01
• Baroli 05 Цифровой промышленный манометр
• DS200 Комбинированный манометр, манометр и датчик
• ECO1 / ECO 1 Ei / ECO 2 Недорогой цифровой манометр
• DS201P Манометр высокого диапазона с промывной мембраной, переключатель и датчик
• Цифровой манометр Baroli 05P с промывной мембраной высокого диапазона
• Цифровой манометр Baroli 02P с промывной мембраной низкого диапазона
• 8

Регистраторы абсолютного давления

Выберите регистраторы абсолютного давления для регистрации трендов абсолютного эталонного давления.

• Регистратор данных давления LEO Record (Ei)
• Многодиапазонный высокоточный манометр DM01

Калибраторы абсолютного давления

Найдите калибратор абсолютного давления для тестирования и проверки работы приборов измерения абсолютного давления.

• Высокоточный цифровой манометр LEX1 (Ei)
• Многодиапазонный высокоточный манометр DM01
• Ручной насос для калибровки среднего давления PGS40

Применения для измерения абсолютного давления

Очень распространенным примером является измерение абсолютного давления. Барометр-анероид для измерения атмосферного давления. Внутри анероидного барометра находится полая гибкая капсула, внутри которой запаян высокий вакуум. Когда атмосферное давление повышается и падает, перепад давления внутри и снаружи капсулы заставляет ее расширяться и сжиматься. Расширение и сжатие капсулы передается в механическое движение путем соединения ее с механизмом, который перемещает стрелку на калиброванном циферблате, шкала которого соответствует барометрическому давлению.

Другим практическим примером использования абсолютного эталона является датчик абсолютного давления. Производитель герметизирует высокий вакуум за чувствительной диафрагмой, чтобы общее давление можно было измерить на положительной стороне диафрагмы независимо от внешнего атмосферного давления воздуха. Если соединение давления датчика абсолютного давления соединено с давлением окружающего воздуха, он будет измерять барометрическое давление аналогично барометру-анероиду.

Абсолютное давление измеряется во многих случаях, когда изменения атмосферного давления не влияют на измерения. Например, при испытании герметичности сосуда с твердыми стенками в течение длительного периода времени общее давление внутри должно оставаться постоянным независимо от изменения атмосферного давления снаружи сосуда. Поэтому датчик давления или прибор с эталоном абсолютного давления будет наиболее подходящим выбором для целей проверки на герметичность.

Справочные руководства по абсолютному давлению

Статьи с дополнительной информацией о продуктах и ​​приложениях для измерения абсолютного давления.

Вопросы и ответы по абсолютному давлению

Ограничения технологии диафрагмы для низких диапазонов

Почему невозможно найти приборы с диафрагмой для измерения высокого вакуума?

Основная причина, по которой невозможно предложить устройства с более низким абсолютным диапазоном, заключается в том, что они должны выдерживать длительное воздействие атмосферного давления. Когда устройство хранится, транспортируется или вентилируется в условиях окружающей среды, чувствительная к давлению диафрагма будет подвергаться воздействию атмосферного давления, которое составляет приблизительно 1000 мбар.

Допустим, у вас есть датчик давления с диапазоном измерения 10 мбар. Если бы это был заданный манометром диапазон от 0 до 10 мбар изб. и номинальное избыточное давление 200 мбар, это было бы нормально, если во время использования датчик никогда не подвергается воздействию давления более 200 мбар.

Однако, если бы это был абсолютный эталонный диапазон от 0 до 10 мбар абс. , ​​то было бы очень трудно предотвратить воздействие давлений выше 200 мбар, поскольку каждый раз, когда оборудование сбрасывается в атмосферу, предел избыточного давления датчика будет быть превышен.

Определение нулевого значения абсолютного давления без высокого вакуума

Как определить нулевое значение абсолютного давления, если во время калибровки нельзя применить высокий вакуум?

Если невозможно применить достаточно высокий вакуум для непосредственной калибровки нулевого абсолютного давления, то вместо этого следует использовать метод экстраполяции для наилучшего определения показаний измерения.

Способ экстраполяции нулевого показания для устройства измерения абсолютного давления состоит в построении серии точек калибровки, скажем, в диапазоне 10…100 % эталонного давления относительно показаний, полученных с тестируемого устройства. Затем вычислите наилучшую прямую через все точки.

Существуют различные методы расчета наилучшей прямой линии, но чаще всего используется линейная регрессия по методу наименьших квадратов. Чем ближе минимальная точка калибровки к нулю, тем точнее будет определение показания при нулевом абсолютном давлении.

Экстраполированное показание нулевого давления – это точка пересечения наилучшей прямой линии с нулевым абсолютным давлением.

Абсолютное название

Почему давление называется «абсолютным»?

Это относится к тому факту, что эталон фиксируется при минимально возможном давлении, идеальном вакууме, так что показания давления всегда сравниваются с независимым и неизменным эталоном.

Преобразование манометрического давления в абсолютное

Как преобразовать манометрическое давление в абсолютное?

Если известно местное давление окружающего воздуха, абсолютное давление можно определить, прибавив его к манометрическому давлению, т. е. P (абс.) = P (атм.) + P (манометрическое) .

Изменения давления окружающего воздуха

Влияют ли изменения давления окружающего воздуха на показания абсолютного давления?

Не меняет эталон устройства для измерения абсолютного давления, но может влиять на показания давления в зависимости от того, влияют ли на измеренное давление изменения давления окружающего воздуха или нет.

Использование датчика dp для измерения абсолютного давления

Можно ли преобразовать датчик перепада давления для измерения абсолютного давления?

Да, его можно изменить, откачав порт отрицательного давления и загерметизировав вакуум внутри, хотя перед попыткой этого следует сначала проконсультироваться с производителем, чтобы убедиться, что можно применять к устройству высокий вакуум. На некоторые устройства может влиять высокий вакуум, например, те, у которых масляная капсула на отрицательной стороне, могут дрейфовать из-за выделения масла. Кроме того, со временем вакуум может испортиться из-за того, что внутренние поверхности материала выделяют газ, особенно при более высоких температурах. Абсолютный эталон должен регулярно проверяться для обеспечения стабильного эталона.

Измерение глубины воды с помощью датчика абсолютного давления

Можно ли измерить глубину воды с помощью датчика абсолютного давления, если вентилируемый эталон невозможен?

Да, однако глубину воды необходимо будет компенсировать путем независимого получения показаний местного атмосферного давления. Также будет снижаться точность измерения глубины, особенно на малых расстояниях из-за комбинации ошибок двух измерений.

Только измерение вакуума

Используются ли диапазоны абсолютного давления только для измерения вакуума?

Нет, абсолютное значение относится к эталонному идеальному вакууму, и диапазон может быть любым значением в пределах или за пределами диапазона вакуума.

Ссылка на показания барометрического давления

Является ли барометрическое давление абсолютным показателем?

Да, барометрическое давление или атмосферное давление измеряется относительно идеального вакуума.

Стоимость преобразователя абсолютного и избыточного давления

Почему преобразователь абсолютного давления дороже, чем аналогичный эталонный манометр?

Не всегда существует разница в цене продажи, но производственные затраты на производство прибора абсолютного давления часто выше по следующим причинам: и, следовательно, затраты на производство одного устройства выше.

• Конструкция чувствительного элемента сложнее, чем у эталонной версии датчика.
• Необходимо выполнить дополнительные производственные процедуры для вакуумирования и герметизации эталона вакуума.

Измерение абсолютного давления без знания эталона

У меня есть манометр, подключенный к бензобаку, и он показывает 107,6 кПа. Атмосферное давление в моем месте составляет 96,4 кПа. Как определить абсолютное давление газа в баллоне?

Поскольку мы не знаем, какое давление является эталонным для манометра, подключенного к показаниям манометра в баке, и если предположить, что ваши показания атмосферного давления измеряются независимо от манометра в баке, есть три возможных ответа:

1. Если показания манометра равны нулю при сбросе в атмосферу, скорее всего, это устройство с эталонным манометром, и, следовательно, абсолютное показание будет представлять собой сумму показаний атмосферного давления и давления газа в баллоне, что в данном случае будет 204 кПа абсолютного .
2. Если манометр показывает атмосферное давление при выпуске в атмосферу, он является абсолютным эталонным устройством, и поэтому абсолютное показание будет таким же, как и показание на манометре, которое в данном случае составляет 107,6 кПа абсолютного.
3. Если манометр не показывает нулевое или атмосферное давление при стравливании в атмосферу, вычтите показания между стравливанием манометра и моментом, когда он подсоединен к резервуару. Чтобы определить показания абсолютного давления в резервуаре, добавьте эту разницу к показаниям атмосферного давления, если разница является положительной величиной, или вычтите ее из атмосферного давления, если она имеет отрицательное значение.

Калибровка нуля на устройстве абсолютного диапазона

Как откалибровать нулевое показание прибора для измерения абсолютного давления?

В большинстве случаев невозможно создать достаточно высокий вакуум из-за ограничений доступного вакуумного насоса, поэтому вместо этого необходимо экстраполировать нулевое значение. Во избежание внесения ошибок диапазона вакуум должен быть менее 10% калибруемого диапазона вакуума.

Датчик давления в фунтах на квадратный дюйм показывает ноль при полном вакууме

У меня есть датчик гидравлического давления с диапазоном давления, отмеченным как 1000 фунтов на квадратный дюйм. Можно ли тянуть вакуум на этот тип датчика, и если бы вы это сделали, что бы он читал? Будет ли это ноль?

PSIA означает «абсолютный диапазон фунтов на квадратный дюйм». Как правило, абсолютные диапазоны совместимы с давлением вакуума, поскольку они измеряют давление относительно идеального вакуума. Так что да, если бы это был совершенно точный датчик давления, он бы показывал ноль при применении идеального вакуума.

Если на корпусе устройства не указан нижний предел, оно должно быть способно измерять вакуум. Однако в этом случае вакуумная часть диапазона будет составлять только ~15/1000 от общего диапазона 1000 фунтов на квадратный дюйм, поэтому чувствительность и точность измерения в вакуумном диапазоне будут не очень хорошими.

Выбор правильного опорного давления

Контроллеры и датчики давления Alicat можно настроить для измерения и контроля манометрического давления  или абсолютного давления . Важно определить, что необходимо для вашего процесса, чтобы вы могли убедиться, что заказываете правильный инструмент. Здесь мы обсудим различия между показаниями абсолютного и избыточного давления и перечислим общие варианты использования для каждого из них.

• Абсолютное давление относится к идеальному вакууму. Он указывает, насколько выше давление вашего процесса, чем давление процесса в вакууме, поэтому измерения всегда положительны. Показания абсолютного давления обычно используются в вакуумных процессах, таких как вакуумное осаждение.
• Манометрическое давление относится к местному атмосферному давлению. Он указывает, насколько выше или ниже местного атмосферного давления находится ваше технологическое давление, поэтому измерения могут быть как положительными, так и отрицательными.

Когда использовать абсолютное давление

В некоторых ситуациях достаточно просто использовать абсолютное или манометрическое давление. Абсолютное давление следует использовать в процессах, требующих определенного давления, независимо от того, что происходит в атмосфере.

Применения, требующие измерения или контроля низкого атмосферного давления, почти всегда выигрывают от контроля абсолютного давления. Пара примеров включает контроль обратного давления для технологических анализаторов и характеристику потока для сигаретных фильтров.

Когда использовать манометрическое давление

Контроллеры манометрического давления добавляют или удаляют воздух при колебаниях давления окружающего воздуха, чтобы поддерживать требуемый перепад давления. Это означает, что манометрическое давление следует использовать, когда ваш процесс требует определенного давления относительно атмосферного давления.

Манометрическое давление обычно используется в процессах, в которых давление не может опускаться ниже атмосферного, например, при измерении и контроле давления в шинах.

Когда подходят как манометрическое, так и абсолютное давление

Иногда бывает немного сложнее определить, какой из них следует использовать. Следующие примеры иллюстрируют ситуации, когда может работать как манометрическое, так и абсолютное давление, в зависимости от того, какие типы измерения и контроля вы ищете.

Пример 1: Изменение высоты

По мере увеличения высоты количество молекул газа в воздухе уменьшается, что приводит к снижению атмосферного давления. Это означает, что на разных высотах измерения абсолютного давления будут давать очень разные показания, чем измерения манометрического давления.

Условия процесса: Если вы затяните крышку на пустой бутылке для воды в Тусоне (высота над уровнем моря: 2160 футов, давление окружающего воздуха: 13,67 фунтов на квадратный дюйм абс.), давление внутри бутылки будет 13,67 фунтов на квадратный дюйм абс. и 0 фунтов на квадратный дюйм изб. Если вы затем подъедете на бутылке к горе Леммон (высота: 9159 футов, давление окружающего воздуха: 10,44 фунтов на квадратный дюйм), абсолютное давление внутри баллона будет 13,67 фунтов на квадратный дюйм, а манометрическое давление будет 3,23 фунтов на квадратный дюйм.

Рис. 1. Манометрическое давление процесса увеличивается по мере снижения атмосферного давления.

Теперь представьте, что вы открываете бутылку на горе Леммон, и давление, создаваемое внутри бутылки, выбрасывается в воздух, пока не достигнет внутреннего давления 10,44 фунтов на квадратный дюйм абс. Затем вы снова запечатываете бутылку и возвращаетесь в Тусон. Давление внутри бутылки по-прежнему составляет 10,44 фунта на квадратный дюйм, но манометрическое давление теперь составляет -3,23 фунта на квадратный дюйм изб.

Рис. 2. Манометрическое давление процесса уменьшается по мере увеличения атмосферного давления.

Решение: Любое измерение (абсолютное или манометрическое) может быть полезным в этом случае, в зависимости от того, что вы ищете. Просто важно понять, что каждое измерение говорит вам о процессе, и определить, какое из них дает наиболее ценную информацию.

Пример 2. Колебания местных колебаний атмосферного давления

В течение года атмосферное давление в одном месте обычно колеблется на 0,3 фунта на квадратный дюйм (или больше в местах с частыми штормами, тропическими депрессиями или ураганами).

Условия процесса: В Тусоне среднее атмосферное давление составляет около 13,7 фунтов на квадратный дюйм ± 0,1 фунтов на квадратный дюйм абс. Если процесс требует поддерживать давление на 0,3 фунта на квадратный дюйм выше атмосферного, что лучше использовать манометрический или абсолютный регулятор давления?

Решение: Показания манометрического давления будут колебаться в зависимости от местных изменений атмосферного давления, как показано на рис. 3. Однако эти колебания не будут видны, поскольку контроллер всегда будет показывать манометрическое давление 0,3 фунта на кв. дюйм изб. С другой стороны, показания абсолютного давления останутся стабильными независимо от колебаний давления.

Рис. 3. Контроль абсолютного давления стабилизирует влияние изменчивости атмосферного давления.

Может показаться, что абсолютное давление является четким ответом, но любой из них может работать в зависимости от масштаба. Например, колебания от 113,6 PSIG до 113,8 PSIG не так значительны, как колебания от 13,6 PSIG до 13,8 PSIG.