Манометр радиальный и осевой отличие: «Отличие осевого и радиального манометра»

Осевое присоединение

   Осевое присоединение

Термоманометр осевой предназначен для одновременного измерения температуры и избыточного давления неагрессивных к медным сплавам сред.

Область применения: системы отопления, водоснабжение, бойлеры, паровые котлы и т.д.

Термоманометр — комбинированный прибор, для измерения давления и температуры.

Для визуального контроля основных параметров теплоносителя (давления и температуры) как правило, применяют манометр и термометр. Попытка объединить эти два прибора привела к созданию комбинированного прибора, получившего название «термоманометр».

Конструктивно термоманометр ТМТБ объединяет деформационный манометр и биметаллический термометр. Термоманометры имеют циферблат с двумя шкалами и две указательных стрелки. Одна шкала служит для отсчета давления, другая — температуры. Компания «РОСМА» выпускает термоманометры двух типоразмеров: диаметром корпуса 80 и 100 мм.

По расположению штуцера термоманометры могут быть осевыми и радиальными. Длина погружной части также может варьироваться по заказу потребителя. Все термоманометры комплектуются защитным клапаном.

Рекомендации по монтажу

Конструкция

Термоманометр объединяет в одном корпусе манометр и термометр, имеет две шкалы — давления и температуры. Прибор комплектуется клапаном, позволяющим демонтировать термоманометр без разгерметизации системы.

Диаметр корпуса

80, 100 мм

Класс точности

2,5

Диапазоны показаний температур

0…120 / 150 °С

Диапазон показаний давлений

0…0,25 / 0,4 / 0,6 / 1 / 1,6 / 2,5 МПа

Рабочая температура

Окружающая среда: −60…+60 °C  Измеряемая среда: до +150 °C

Корпус

IP40, cталь, цвет черный

Кольцо

Хромированная сталь

Чувствительный элемент

Медный сплав

Трибко-секторный механизм

Медный сплав

Клапан

Медный сплав

Циферблат

Алюминий, шкала черная на белом фоне, с цветовым разделением секторов измерения температуры и давления

Стекло

Минеральное

Штуцер

Медный сплав 

Длина погружной части, мм

46, 64, 100 мм

Присоединение

Осевое

Резьба присоединения

G½ (на клапане)

Межповерочный интервал

2 года

Техническая документация

ТУ 4212-001-4719015564-2008 ГОСТ 2405-88  

конструкция, принцип работы, виды — статьи компании «НПО РИЗУР»

05. 10.2018

Термометр биметаллический применяется для измерения температуры среды любого вида (жидкой, сыпучей или газообразной) в диапазоне температур от -70°С до +600°С. К корпусу такого термометра прикрепляется внутренний конец пружины, изготовленной из биметаллической ленты. Второй ее конец прикрепляется к стрелке, показывающей температуру.

Как правило, такие термометры применяются в промышленности, но часто их используют в быту: в комнатах, бассейнах, банях или саунах, на улице или теплицах, и даже в автомобилях.
Биметаллический термометр предназначен для измерения температуры как в стационарных условиях, так и в техустановках.

Конструкция биметаллического термометра

Такой термометр имеет круглый корпус, где размещен циферблат и кинематический механизм со стрелкой, а также биметаллический термочувствительный элемент в защитной трубке. Так, чувствительная часть термометра (термобаллон) реагирует на смену температуры, а показывающая часть (циферблат), соответственно, показывает повышение или понижение температуры в окружающей среде.

Принцип действия промышленного термометра

Принцип работы такого агрегата достаточно простой. Он основан на упругой деформации, которая возникает под влиянием температуры двух металлических пластин, прочно соединенных между собой, которые имеют разные температурные коэффициенты линейного расширения. При этом, биметаллическая полоска искривляется в ту сторону материала, коэффициент линейного расширения которого меньше. В результате такой деформации, при помощи кинематического узла, изгиб преобразуется во вращательное движение стрелки, которая, в свою очередь, показывает на шкале термометра измеряемое значение температуры.

Термометр биметаллический — это отличная альтернатива достаточно распространенным жидкостным термометрам. В его работе существует лишь один недостаток: ему нужно чуть больше времени для того, чтобы показать верный результат. К тому же, стоимость таких термометров выше обычных.

Классификация промышленных термометров

Промышленные биметаллические термометры бывают двух видов:

1. Радиальные термометры;
2. Осевые термометры.

Разница между ними лишь в том, что ось циферблата радиального термометра находится под углом 90 градусов по отношению к оси термобаллона, а в осевом термометре ось циферблата полностью совпадает с осью термобаллона.

Другая классификация разделяет биметаллические термометры на:
1. Трубные термометры, которые производят измерение температуры на поверхности труб в отопительных системах;
2. Игольчатые термометры, которые измеряют температуру при погружении специальной иглы-щупа в среду измерения.

При производстве биметаллических термометров учитываются особые условия их дальнейшей эксплуатации. К примеру, такие термометры можно объединить с гигрометром, что позволит провести оперативную оценку атмосферы как по температуре, так и по влажности воздуха. Кроме этого, промышленные термометры выпускаются не только с универсальными тех. характеристиками, но и с узкоспециализированными.

Так, такой прибор может работать с любыми температурами в диапазоне от -70°С до +600°С, а также с любыми фазовыми состояниями среды.

Заполните форму обратной связи, наши менеджеры свяжутся с вами!

Задать вопрос

Возврат к списку

Поделиться:

Исследование манометра с концентрической трубкой и его характеристик по сравнению с U-образным манометром

• Список журналов
• Датчики (Базель)
• PMC3965241

Датчики

(Базель). 2007 ноябрь; 7(11): 2835–2845.

Опубликовано в сети 20 ноября 2007 г. doi: 10.3390/s7112835

, ^{1, 2, *} , ² и ²

Информация об авторе Примечания к статье Этот новый тип исследования информации об авторских правах и лицензии Отказ от ответственности

манометр с концентрической трубкой (C. T.B). Его характеристики измерения перепада высоты изучены по сравнению с обычным U-образным манометром. Падение давления и массовый расход рассчитываются с использованием различных систем, состоящих из различных устройств измерения расхода, таких как диафрагмы и вентуриметры, с использованием как U-образных манометров, так и манометров CTB. Также проводится сравнение физически измеренных значений перепада давления и массового расхода с расчетными значениями на основе теоретических уравнений. Эксперименты проводятся с использованием ртути и CCl ₄ в этих манометрах в качестве измерительных жидкостей. Вода используется в качестве текучей среды для измерения массового расхода и перепада давления, тогда как для измерения избыточного давления используется воздух.

Ключевые слова: Сравнительное исследование, Дифференциальная высота, Манометр с концентрической трубкой, Массовый расход, Чувствительные жидкости

В 1661 году голландский физик и астроном Кристиан Гюйгенс изобрел манометр с U-образной трубкой, который был модификацией барометра Торричелли для определения давления газа. различия. Хотя манометр является одним из первых приборов для измерения давления, он до сих пор широко используется из-за присущей ему точности и простоты эксплуатации. Это важное устройство, используемое для измерения низких перепадов давления и манометрического давления путем уравновешивания давления по отношению к весу столба жидкости в лабораторных и промышленных масштабах [1]. Согласно гидростатике изменение высоты жидкости эквивалентно изменению давления, поэтому статический столб одной или нескольких жидкостей используется для измерения разницы давлений между двумя точками [2].

Различные типы манометров, используемых в лабораториях, а также в промышленных масштабах: U-образные, колодезные, наклонные, перевернутые, двухжидкостные и многотрубные манометры [3]. Общая классификация манометров основана на том, имеют ли они открытый конец, запаянный конец или оба конца открыты [4].

Холли и др. [5] показали, что манометры являются пассивной формой прибора, который можно оставить без присмотра для контроля нагрузки жидкости. Современное использование этих обычных и модифицированных манометров включает, например, широкий спектр приложений; Вебстер [6] разработал менее дорогой, надежный и простой в обслуживании тензиометр для определения воды в почве под растущими растениями. Патин [7] использовал манометры для контроля обледенения. В некоторых случаях их можно использовать в менее доступных местах, таких как атомная промышленность. Манометры, предназначенные для коммерческих целей, доступны в различных формах и диапазонах в зависимости от характера использования; одно из коммерческих применений — манометр Маклеода, разработанный Jansen et al. [8] для измерения низких давлений газа до 5×10

-5 мм рт.ст. без изменения состава газа. В области медицины измерение обратного давления в сонных артериях также выполняется с помощью манометра. Этот прибор может измерять артериальное давление менее 60 торр [9]. Poiseuille [10] представил ртутный гидродинометр для измерения давления, который позже был разработан для различных процессов измерения давления.

Большая часть исследовательской работы связана с использованием устройств для измерения давления, и, таким образом, современное использование этих манометров включает различные области, такие как Brunold and et al. [11] использовали U-образные манометры для изучения колебательного потока в геометрических формах, содержащих острые края. Другой тип манометров, называемый манометром давления пара, имеет преимущество в измерении активности воды в насыщенных растворах солей, как это сделал Левицки [12]. Нильсон и др. [13] включили комбинированное использование манометров с системами трубка-преобразователь для измерения уровня прибрежных вод и волнения. Салкудин и др. [14] исследовали перепады давления из-за препятствий потоку в горизонтальных воздухо-водяных системах. Распределение осевого давления вдоль трубки с внутренним диаметром 25,4 мм с препятствиями потоку и без них измеряли с помощью многотрубных манометров. Были исследованы препятствия различных форм и размеров, чтобы определить кинетическую энергию и импульс потока для различных измерений радиального распределения пустот.

Большинство используемых манометров имеют недостатки, присущие их конструкции. Если наблюдается резкий скачок потока жидкости; жидкость манометра выпрыгивает из трубки манометра и выходит либо в основную линию жидкости, в которой измеряется давление, либо в емкость, соединенную с другим концом манометра. Иногда в качестве чувствительной жидкости используется ртуть, и ее утечка может вызвать опасные проблемы. Кроме того, колебания давления при низком или высоком расходе жидкости вызывают ошибочную оценку фактических результатов. Таким образом, существует острая необходимость в разработке манометра для таких применений, который мог бы преодолеть вышеуказанные трудности и быть таким же точным, как и обычный U-образный манометр. Еще одним дополнительным преимуществом является компактность манометра C.T.B, занимающего меньше места по сравнению с обычным U-образным манометром. Дизайн, представленный в настоящей статье, вдохновлен дизайном манометра с двумя резервуарами.

Разработан новый тип манометра, основной принцип работы которого такой же, как и у других обычных манометров, но отличается стабильной конструкцией и формой. Манометр C.T.B, показанный на , состоит в основном из двух стеклянных колб сферической формы и двух концентрических стеклянных трубок. Общая длина манометра C.T.B составляет 305 мм, а диаметр внешней трубы 14 мм. Наружные диаметры обеих ламп A и B составляют 36 мм и 26 мм соответственно. Наружный диаметр внутренней трубы 7 мм, толщина стенки стекла 1 мм.

Открыть в отдельном окне

Схема манометра с концентрической трубкой.

Два патрубка X и Y на расстоянии 109 мм друг от друга, выступающие из нижней и верхней сфер соответственно, используются в качестве точек отбора давления. Из которых нижний отвод X соединен с точкой высокого давления, а отвод Y — с относительно более низким давлением, что позволяет CTB измерять дифференциальное давление. Для измерения избыточного давления отвод Y должен быть открыт в атмосферу. Объемы луковицы А и луковицы В равны 20,6 см 9 .0015 3 и 7,24 см ³ соответственно. Колба А находится на расстоянии 36 мм от Y.

Серия экспериментов была проведена на манометре C. T.B в сравнении с обычным U-образным манометром, принимая ртуть и четыреххлористый углерод в качестве чувствительных жидкостей по отдельности.

Экспериментальные установки показаны на и . Экспериментальная установка использовалась для изучения изменения массового расхода воды в зависимости от разницы высот сенсорных жидкостей, т.е.; ртуть и четыреххлористый углерод попеременно для CTB и U-образных манометров. Дифференциальное давление создавалось за счет установки на фланцы стандартной диафрагмы концентрического типа из нержавеющей стали 316L с внутренним диаметром 12,7 мм. Принимая во внимание, что расположение C.T.B и U-образного манометра с вертикально установленным вентуриметром (нержавеющая сталь 316L, угол схождения 15° и угол расхождения 7°) показано на рис. Использовался вентуриметр с диаметром горловины 25,4 мм и расстоянием по вертикали 113 мм между точками отбора давления.

Открыть в отдельном окне

Экспериментальная установка для изучения влияния изменения массовых расходов на перепад высот попеременно как для U-образных, так и для C. T.B манометров, установленных поперек расходомера.

Открыть в отдельном окне

Экспериментальная установка для изучения влияния изменения массового расхода на перепад высот попеременно для U-образных и C.T.B манометров, установленных поперек Вентуриметра.

Открыть в отдельном окне

Установка для исследования изменения манометрического давления сжатого воздуха по показаниям дифференциального давления с использованием U-образного манометра и манометра C.T.B.

Массовый расход воды был рассчитан на основе изменения напора как для диафрагмы, так и для вентуриметров с помощью уравнений 1 и 2 соответственно. Рассчитанные массовые расходы были получены для обоих типов манометров с использованием ртути и четыреххлористого углерода отдельно и проанализированы позже.

G=CDAOρ2gho

(1)

G=CDρA1A2A12−A222ghv

(2)

C _D для вентуриметра изменялся в пределах от 0,843 до 0,957 для разных расходов, тогда как для диафрагменного расходомера варьирование составляло от 0,31 до 0,54. Другая экспериментальная установка, показанная в работе, включала изучение изменения показаний манометрического давления при измерениях манометрического дифференциального давления. Это также включало два манометра, чувствительной жидкостью которых была только ртуть. В этой серии экспериментов использовалась калиброванная трубка Бурдона с циферблатом 63,5 мм. Выбор калиброванного датчика Бурдона в качестве эталона сделан для включения воздуха в качестве текучей среды, в отличие от воды, взятой в предыдущих экспериментах.

Первоначально сравнение между физическими (эталонными) и расчетными измерениями массового расхода проводилось на основе изменения напора на измерительной диафрагме. Контрольные измерения массового расхода в течение фиксированного интервала времени проводились с помощью калиброванной емкости, оборудованной уровнем жидкости. показаны профили между расчетным и эталонным массовым расходом для обоих манометров при использовании ртути (Hg) в качестве чувствительной жидкости. Точки распределения данных были согласованы друг с другом для начального диапазона расхода 90-183 г/с. Однако после 207 г/с точки на графике начинают расходиться друг от друга. Анализ наклона показал, что в случае манометра C.T.B существует близкое соответствие линейной зависимости между эталонным и расчетным массовым расходом. Тогда как в случае U-образного манометра наклон расчетных точек расхода оказался выше, чем у манометра C.T.B. Углы аппроксимирующих линий данных с осью исходного массового расхода составляют 49° и 53° для C.T.B и U-образного манометра соответственно.

Открыть в отдельном окне

Сравнение эталонного и расчетного массового расхода в случае диафрагменного расходомера, использующего ртуть в качестве манометрической жидкости.

показывает разницу ошибок в процентах между рассчитанным и эталонным массовым расходом в зависимости от соответствующих расчетных массовых расходов. Разница фиксированной погрешности около ± 0,4% наблюдалась для обоих манометров в начальном диапазоне массового расхода, однако для более поздних диапазонов расхода средняя разница погрешности увеличивалась до 3,8% и 7% для C. T.B и U-образного манометра соответственно. Кроме того, в случае C.T.B очевидно, что пики ошибок для более высоких точек распределения имеют меньшее значение по сравнению с пиками ошибок U-образного манометра. Также было замечено, что процент погрешности в случае U-образного манометра увеличился как ступенчатая функция по сравнению с C.T.B. Причиной этого, по-видимому, были колебания давления при переключении массового расхода, которые демпфировались из-за увеличенного смачиваемого периметра концентрических трубок и больших площадей сферических колб манометра C.T.B.

Открыть в отдельном окне

Сравнение анализа ошибок между массовыми расходами в случае диафрагменного расходомера при использовании Hg в качестве чувствительной жидкости.

Аналогичная серия экспериментов была проведена с использованием четыреххлористого углерода в качестве чувствительной жидкости. Нанесенные на график точки данных для CTB и U-образного манометра дали разные углы наклона 45° и 48° соответственно.

Открыть в отдельном окне

Сравнение эталонного и расчетного массового расхода в случае диафрагменного расходомера с использованием CCl ₄ в качестве жидкости для манометров.

Такое поведение снова связано с наблюдениями за ртутью, когда она используется в качестве чувствительной жидкости. Однако точки распределения данных показывают небольшой сдвиг между различными значениями эталонных массовых расходов, что связано с меньшей плотностью и поверхностным натяжением CCl ₄ по сравнению с Hg. Для CCl ₄ было практически невозможно получить достаточное количество повторяемых эталонных скоростей потока из-за того же ограничения более низкой плотности и поверхностного натяжения. Несмотря на это, оба манометра дают разность погрешностей (), которая распространяется на синусоидальную функцию. Результаты такого рода показывают, что CCl ₄ более подвержен нестабильности при переключении массового расхода. Однако для исследованных расходов общая средняя погрешность в процентах не превышала 0,2 % в случае C. T.B по сравнению с 0,6 % для U-образного манометра из-за демпфированного поведения манометра C.T.B. Эффект нерегулярных переключений массового расхода, приводящих к переходным процессам давления, является еще одной заметной особенностью, которая находится в стадии эксперимента для другого исследования сравнения характеристик стабильности между обоими манометрами. Это также будет включать в себя разработку уравнения производительности наряду с изучением капиллярного эффекта в манометре C.T.B.

Открыть в отдельном окне

Сравнение анализа погрешностей между массовыми расходами в случае диафрагменного расходомера при использовании CCl ₄ в качестве чувствительной жидкости.

Другая серия экспериментов проводится на трубке Вентуриметра для обоих манометров с использованием одного и того же набора измерительных жидкостей. Массовые расходы сравниваются так же, как и для диафрагменного расходомера. Графики между эталонным и расчетным массовым расходом показаны в и для ртути и CCl ₄ соответственно, тогда как процент ошибки для указанной комбинации показан в и .

Открыть в отдельном окне

Сравнение эталонного и расчетного массового расхода в случае вентуриметра, использующего Hg в качестве манометрической жидкости.

Открыть в отдельном окне

Сравнение эталонного и расчетного массового расхода в случае использования вентуриметра с CCl ₄ в качестве жидкости для манометра.

Открыть в отдельном окне

Сравнение анализа ошибок между массовыми расходами в случае вентуриметра при использовании Hg в качестве чувствительной жидкости.

Открыть в отдельном окне

Сравнение анализа ошибок между массовыми расходами в случае вентуриметра при использовании CCl ₄ в качестве измерительной жидкости.

Профили, построенные в &, снова повторяют соглашение о линейной зависимости в случае C.T.B, как ранее наблюдалось в &. Углы наклона 52° и 48° определены для C.T.B по сравнению с 55° и 50° для U-образного манометра в случае Hg и CCl ₄ соответственно. Также обнаружено, что точки распространения ошибок для приведенной выше комбинации аналогичны показанным на и . Профиль погрешности аналогично показывает ступенчатую функцию подъема в случае U-образного манометра по сравнению с устойчивым демпфированным профилем манометра C.T.B. Ступенчатая функция погрешности П-образного манометра обусловлена ​​его чувствительностью к колебаниям давления. Принимая во внимание, что устойчивый демпфированный профиль манометра C.T.B делает его пригодным для приложений с изменяющимся расходом благодаря его колбам, компенсирующим колебания. С другой стороны, подобное приводит к той же синусоидальной функции распределения ошибок. Причина, связанная с этим, — меньшая плотность и поверхностное натяжение CCl 9.0029 4 . В этом случае значения процента погрешности снова оказываются меньшими для манометра C.T.B.

Третий этап исследования включал сравнение рассчитанного и измеренного манометрического давления с использованием C.T.B и U-образных манометров. Результирующие профили, показанные на представленных показаниях манометра CTB, более соответствуют фактическим показаниям манометра.

Открыть в отдельном окне

Сравнение измеренного манометрического давления с расчетным манометрическим давлением с использованием ртутного столба.

Сравнение характеристик манометра C.T.B с U-образным манометром проводится путем измерения массового расхода и падения давления. Перепады давления на сужении отверстия и вентуриметрах получаются с использованием как U-образных манометров, так и манометров CTB. Сравниваются эталонный и расчетный массовые расходы, основанные на изменении напора протекающей жидкости. Анализ наклона сгенерированных данных линий показал, что массовые расходы, полученные с помощью манометра CTB, близки к линейному согласованию с эталонными массовыми расходами, чем U-образный манометр. Обнаружено, что процент погрешности U-образного манометра увеличивается при ступенчатом нарастании функции, что связано с его чувствительностью к колебаниям давления. В случае манометра C.T.B колебания давления при переключении массового расхода гасились за счет увеличенного смачиваемого периметра концентрических трубок и большей площади сферических колб, что приводило к устойчивым пикам ошибок. С другой стороны, синусоидальная погрешность обоих манометров при использовании CCl ₄ в качестве чувствительной жидкости из-за меньшей плотности и поверхностного натяжения. Экспериментальные результаты, полученные на вентуриметре, также относятся к области профилей, взятых для диафрагменного измерителя.

Значения манометрического давления также рассчитываются для U-образного манометра и манометра C.T.B с использованием стандартного манометра с трубкой Бурдона, испытанного собственным весом. Эти рассчитанные показания манометра из экспериментов сравниваются с показаниями манометра Бурдона. Замечено, что значения манометрического давления, полученные с помощью манометра CTB, ближе к линейности показаний манометра с трубкой Бурдона. В настоящее время проводятся дальнейшие эксперименты для изучения капиллярных эффектов, переходных процессов давления при изменении массового расхода, а также для расчета характеристического времени и значений коэффициента усиления процесса.

Мы высоко ценим ценные обсуждения и предложения г-на Лиаката Махмуда относительно конструкции манометра C.T.B.

Nomenclature

G	= Mass flow rate [g/s]
C D	= Coefficient of Discharge
ρ	= Density of the fluid [ г/см 3 ]
A O	= Площадь отверстия [см 2 ]
A 1	= Area of ​​pipe [cm 2 ]
A 2	= Area of ​​throat of venturi [cm 2 ]
G	= ускорение из -за гравитации [CM/S 2 ]
H V	= изменение в сходящейся кону с сходящейся конус. h o	= Изменение напора над расходомером, преобразованное в единицу расхода жидкости [см]

7-е изд. McGraw-Hill Professional; Нью-Йорк: 2006. международное издание. [Google Scholar]

2. Фельдер Р. М., Руссо Р. В. Элементарные принципы химических процессов. 3-е изд. Джон Уайли и сыновья инк.; Hoboken, NJ: 2000. [Google Scholar]

3. Коулсон Дж. М., Ричардсон Дж. Ф. Химическая инженерия. 6-е изд. Том. 1. Баттерворт Хайнеманн; Лондон, Великобритания: 2000 г. и ссылки в них. [Академия Google]

4. Уайт Ф. М. Гидромеханика. 4-е изд. Издательство WCB/McGraw-Hill; Нью-Йорк: 1999 г. и ссылки в нем. [Google Scholar]

5. Холли В. Л., Банистер Дж. Р. Использование динамически реагирующих манометров для контроля ветровой нагрузки на конструкции. Журнал ветроэнергетики и промышленной аэродинамики. 1975; 1:139. [Google Scholar]

6. Вебстер Р. Измерение натяжения почвенной влаги в полевых условиях. Новый фитолог. 1966; 65 (2): 249. [Google Scholar]

7. Патин А. Оптимизация оттаивания горячим газом в низкотемпературном помещении. Международный журнал холодильного оборудования. 1990;13:325–329. [Google Scholar]

8. Jansen C.G.J., Venema A. Манометр Маклеода с заданными объемами для использования в качестве стандартного прибора. Вакуум. 1959; 9: 219–230. [Google Scholar]

9. Арчи Дж. П. Простой и точный манометрический метод измерения обратного давления в сонной артерии. Американский журнал хирургии. 1978; 136: 643–644. [PubMed] [Google Scholar]

10. Рогуин А., Рива-Роччи С. и создатели ртутного сфигмоманометра Международный журнал клинической практики. 2006; 60:73. [PubMed] [Академия Google]

11. Брунольд С. Р., Ханнс Дж. С. Б., Макли М., Томпсон Р. Дж. В. Экспериментальные наблюдения за структурами течения и потерями энергии при колебательном течении в каналах с острыми краями. Химическая инженерная наука. 1989;44:1227–1244. [Google Scholar]

12. Левицкий П. П. Измерение активности воды насыщенных растворов солей манометром давления пара. Журнал пищевой инженерии. 1989; 10:39–55. [Google Scholar]

13. Нильсен П. , Данн С. Л. Манометрические трубки для исследования береговой гидродинамики. Береговая инженерия. 1998;35:73–84. [Google Scholar]

14. Salcudean M., Groeneveld D.C., Leung L. Влияние геометрии поток-препятствие на перепады давления в горизонтальном воздушно-водяном потоке. Международный журнал многофазных потоков. 1983; 9: 73–85. [Google Scholar]

---

Статьи от Sensors (Базель, Швейцария) предоставлены здесь с разрешения Многопрофильного института цифровых публикаций (MDPI)

---

Датчики | Бесплатный полнотекстовый | Исследование манометра с концентрической трубкой и его характеристик по сравнению с U-образным манометром

1. Введение

В 1661 году голландский физик и астроном Кристиан Гюйгенс изобрел манометр с U-образной трубкой, который представлял собой модификацию барометра Торричелли для определения разности давлений газа. Хотя манометр является одним из первых приборов для измерения давления, он до сих пор широко используется из-за присущей ему точности и простоты эксплуатации. Это важное устройство, используемое для измерения низких перепадов давления и манометрического давления путем уравновешивания давления по отношению к весу столба жидкости в лабораторных и промышленных масштабах [1]. Согласно гидростатике изменение высоты жидкости эквивалентно изменению давления, поэтому статический столб одной или нескольких жидкостей используется для измерения разницы давлений между двумя точками [2].

Различные типы манометров, используемых в лабораториях, а также в промышленных масштабах: U-образные, колодезные, наклонные, перевернутые, двухжидкостные и многотрубные манометры [3]. Общая классификация манометров основана на том, имеют ли они открытый конец, запаянный конец или оба конца открыты [4].

Холли и др. [5] показали, что манометры являются пассивной формой прибора, который можно оставить без присмотра для контроля нагрузки жидкости. Современное использование этих обычных и модифицированных манометров включает, например, широкий спектр приложений; Вебстер [6] разработал менее дорогой, надежный и простой в обслуживании тензиометр для определения воды в почве под растущими растениями. Патин [7] использовал манометры для контроля обледенения. В некоторых случаях их можно использовать в менее доступных местах, таких как атомная промышленность. Манометры, предназначенные для коммерческих целей, доступны в различных формах и диапазонах в зависимости от характера использования; одно из коммерческих применений — манометр Маклеода, разработанный Jansen et al. [8] для измерения низких давлений газа до 5×10 ^-5 мм рт.ст. без изменения состава газа. В области медицины измерение обратного давления в сонных артериях также выполняется с помощью манометра. Этот прибор может измерять артериальное давление менее 60 торр [9]. Poiseuille [10] представил ртутный гидродинометр для измерения давления, который позже был разработан для различных процессов измерения давления.

Большая часть исследовательской работы связана с использованием устройств для измерения давления, и, таким образом, современное использование этих манометров включает различные области, такие как Brunold and et al. [11] использовали U-образные манометры для изучения колебательного потока в геометрических формах, содержащих острые края. Другой тип манометров, называемый манометром давления пара, имеет преимущество в измерении активности воды в насыщенных растворах солей, как это сделал Левицки [12]. Нильсон и др. [13] включили комбинированное использование манометров с системами трубка-преобразователь для измерения уровня прибрежных вод и волнения. Салкудин и др. [14] исследовали перепады давления из-за препятствий потоку в горизонтальных воздухо-водяных системах. Распределение осевого давления вдоль трубки с внутренним диаметром 25,4 мм с препятствиями потоку и без них измеряли с помощью многотрубных манометров. Были исследованы препятствия различных форм и размеров, чтобы определить кинетическую энергию и импульс потока для различных измерений радиального распределения пустот.

Большинство используемых манометров имеют недостатки, присущие их конструкции. Если наблюдается резкий скачок потока жидкости; жидкость манометра выпрыгивает из трубки манометра и выходит либо в основную линию жидкости, в которой измеряется давление, либо в емкость, соединенную с другим концом манометра. Иногда в качестве чувствительной жидкости используется ртуть, и ее утечка может вызвать опасные проблемы. Кроме того, колебания давления при низком или высоком расходе жидкости вызывают ошибочную оценку фактических результатов. Таким образом, существует острая необходимость в разработке манометра для таких применений, который мог бы преодолеть вышеуказанные трудности и быть таким же точным, как и обычный U-образный манометр. Еще одним дополнительным преимуществом является компактность манометра C.T.B, занимающего меньше места по сравнению с обычным U-образным манометром. Дизайн, представленный в настоящей статье, вдохновлен дизайном манометра с двумя резервуарами.

Разработан новый тип манометра, основной принцип работы которого такой же, как и у других обычных манометров, но отличается стабильной конструкцией и формой. Манометр C.T.B, показанный на рисунке 1, состоит в основном из двух стеклянных колб сферической формы и двух концентрических стеклянных трубок. Общая длина манометра C. T.B составляет 305 мм, а диаметр внешней трубы 14 мм. Наружные диаметры обеих ламп A и B составляют 36 мм и 26 мм соответственно. Наружный диаметр внутренней трубы 7 мм, толщина стенки стекла 1 мм.

Два патрубка X и Y на расстоянии 109 мм друг от друга, выступающие из нижней и верхней сфер соответственно, используются в качестве точек отбора давления. Из которых нижний отвод X соединен с точкой высокого давления, а отвод Y — с относительно более низким давлением, что позволяет CTB измерять дифференциальное давление. Для измерения избыточного давления отвод Y должен быть открыт в атмосферу. Объемы колб А и В равны 20,6 см ³ и 7,24 см ³ соответственно. Колба А находится на расстоянии 36 мм от Y.

2. Экспериментальная секция

На манометре C.T.B была проведена серия экспериментов по сравнению с обычным U-образным манометром с использованием ртути и четыреххлористого углерода в качестве чувствительных жидкостей по отдельности.

Экспериментальные установки показаны на рисунках 2, 3 и 4. Экспериментальная установка на рисунке 2 использовалась для изучения изменения массового расхода воды в зависимости от разницы высот измерительных жидкостей, т.е.; ртуть и четыреххлористый углерод попеременно для CTB и U-образных манометров. Дифференциальное давление создавалось за счет установки на фланцы стандартной диафрагмы концентрического типа из нержавеющей стали 316L с внутренним диаметром 12,7 мм. Принимая во внимание, что расположение C.T.B и U-образного манометра с вертикально установленным вентуриметром (нержавеющая сталь 316L, угол схождения 15° и угол расхождения 7°) показано на рисунке 3. Вентуриметр с диаметром горловины 25,4 мм и вертикальным расстоянием 113 мм между точками отвода давления.

Массовый расход воды рассчитывали на основе изменений напора как для диафрагмы, так и для вентуриметров с помощью уравнений 1 и 2 соответственно. Рассчитанные массовые расходы были получены для обоих типов манометров с использованием ртути и четыреххлористого углерода отдельно и проанализированы позже.

C _D для вентуриметра варьировалось в пределах от 0,843 до 0,957 для разных расходов, тогда как для диафрагменного расходомера варьирование составляло от 0,31 до 0,54. Другая экспериментальная установка, показанная на рисунке 4, включала изучение изменения показаний манометрического давления при измерениях манометрического перепада давления. Это также включало два манометра, чувствительной жидкостью которых была только ртуть. В этой серии экспериментов использовалась калиброванная трубка Бурдона с циферблатом 63,5 мм. Выбор калиброванного датчика Бурдона в качестве эталона сделан для включения воздуха в качестве текучей среды, в отличие от воды, взятой в предыдущих экспериментах.

3. Результаты и обсуждение

Первоначально сравнение между физическими (эталонными) и расчетными измерениями массового расхода проводилось на основе изменения напора на измерительной диафрагме. Контрольные измерения массового расхода в течение фиксированного интервала времени проводились с помощью калиброванной емкости, оборудованной уровнем жидкости. На рис. 5 показаны профили между расчетным и эталонным массовым расходом для обоих манометров при использовании ртути (Hg) в качестве чувствительной жидкости. Точки распределения данных были согласованы друг с другом для начального диапазона расхода 90-183 г/с. Однако после 207 г/с точки на графике начинают расходиться друг от друга. Анализ наклона показал, что в случае манометра C.T.B существует близкое соответствие линейной зависимости между эталонным и расчетным массовым расходом. Тогда как в случае U-образного манометра наклон расчетных точек расхода оказался выше, чем у манометра C.T.B. Углы аппроксимирующих линий данных с осью исходного массового расхода составляют 49° и 53° для C.T.B и U-образного манометра соответственно.

На рис. 6 показана разница ошибок в процентах между расчетным и эталонным массовыми расходами, нанесенная на график относительно соответствующих расчетных массовых расходов. Разница фиксированной погрешности около ± 0,4% наблюдалась для обоих манометров в начальном диапазоне массового расхода, однако для более поздних диапазонов расхода средняя разница погрешности увеличивалась до 3,8% и 7% для C. T.B и U-образного манометра соответственно. Кроме того, в случае C.T.B очевидно, что пики ошибок для более высоких точек распределения имеют меньшее значение по сравнению с пиками ошибок U-образного манометра. Также было замечено, что процент погрешности в случае U-образного манометра увеличился как ступенчатая функция по сравнению с C.T.B. Причиной этого, по-видимому, были колебания давления при переключении массового расхода, которые демпфировались из-за увеличенного смачиваемого периметра концентрических трубок и больших площадей сферических колб манометра C.T.B.

Аналогичная серия экспериментов была проведена с использованием четыреххлористого углерода в качестве чувствительной жидкости. Нанесенные на график точки данных, показанные на рисунке 7, для CTB и U-образного манометра дали разные углы наклона 45° и 48° соответственно.

Такое поведение снова связано с наблюдениями за ртутью, когда она используется в качестве чувствительной жидкости. Однако точки распределения данных показывают небольшой сдвиг между различными значениями эталонных массовых расходов, что связано с меньшей плотностью и поверхностным натяжением CCl _{. 4} по сравнению с Hg. Для CCl ₄ было практически невозможно получить достаточное количество повторяемых эталонных скоростей потока из-за того же ограничения более низкой плотности и поверхностного натяжения. Несмотря на это, оба манометра дают разность погрешностей (рис. 8), которая распространяется на синусоидальную функцию. Результаты такого рода показывают, что CCl ₄ более подвержен нестабильности при изменении массового расхода. Однако для исследованных расходов общая средняя погрешность в процентах не превышала 0,2 % в случае C.T.B по сравнению с 0,6 % для U-образного манометра из-за демпфированного поведения манометра C.T.B. Эффект нерегулярных переключений массового расхода, приводящих к переходным процессам давления, является еще одной заметной особенностью, которая находится в стадии эксперимента для другого исследования сравнения характеристик стабильности между обоими манометрами. Это также будет включать в себя разработку уравнения производительности наряду с изучением капиллярного эффекта в манометре C. T.B.

Другая серия экспериментов проводится на трубке Вентуриметра для обоих манометров с использованием одного и того же набора измерительных жидкостей. Массовые расходы сравниваются так же, как и для диафрагменного расходомера. Графики между эталонным и расчетным массовым расходом показаны на рисунках 9 и 10 для ртути и CCl ₄ соответственно, тогда как процент ошибки для указанной комбинации показан на рисунках 11 и 12.

Профили, представленные на рисунках 9 и 10 еще раз повторяем соответствие линейной зависимости в случае CTB, как ранее наблюдалось на рисунках 5 и 7. Углы наклона 52° и 48° определены для CTB по сравнению с 55° и 50° для U-образного манометра в случае Hg и CCl ₄ соответственно. Точки распределения ошибок для вышеуказанной комбинации также оказались аналогичными показанным на рисунках 6 и 8. Профиль ошибки на рисунке 11, как и на рисунке 6, показывает ступенчатую функцию нарастания в случае U-образного манометра по сравнению с устойчивым демпфированным профилем C. T.B. манометр. Ступенчатая функция погрешности П-образного манометра обусловлена ​​его чувствительностью к колебаниям давления. Принимая во внимание, что устойчивый демпфированный профиль манометра C.T.B делает его пригодным для приложений с изменяющимся расходом благодаря его колбам, компенсирующим колебания. С другой стороны, рисунок 12, как и рисунок 8, приводит к той же синусоидальной функции распределения ошибок. Причина, связанная с этим, — меньшая плотность и поверхностное натяжение CCl 9.0029 4 . В этом случае значения процента погрешности снова оказываются меньшими для манометра C.T.B.

Третий этап исследования включал сравнение рассчитанного и измеренного манометрического давления с использованием C.T.B и U-образных манометров. Результирующие профили, показанные на рисунке 13, представляют собой показания манометра C.T.B., более соответствующие фактическим показаниям манометра.

4. Выводы

Проведено сравнение характеристик манометра C. T.B с U-образным манометром путем измерения массовых расходов и перепадов давления. Перепады давления на сужении отверстия и вентуриметрах получаются с использованием как U-образных манометров, так и манометров CTB. Сравниваются эталонный и расчетный массовые расходы, основанные на изменении напора протекающей жидкости. Анализ наклона сгенерированных данных линий показал, что массовые расходы, полученные с помощью манометра CTB, близки к линейному согласованию с эталонными массовыми расходами, чем U-образный манометр. Обнаружено, что процент погрешности U-образного манометра увеличивается при ступенчатом нарастании функции, что связано с его чувствительностью к колебаниям давления. В случае манометра C.T.B колебания давления при переключении массового расхода гасились за счет увеличенного смачиваемого периметра концентрических трубок и большей площади сферических колб, что приводило к устойчивым пикам ошибок. С другой стороны, синусоидальная погрешность обоих манометров при использовании CCl ₄ в качестве чувствительной жидкости из-за меньшей плотности и поверхностного натяжения. Экспериментальные результаты, полученные на вентуриметре, также относятся к области профилей, взятых для диафрагменного измерителя.

Значения манометрического давления также рассчитываются для U-образного манометра и манометра C.T.B с использованием стандартного манометра с трубкой Бурдона, испытанного собственным весом. Эти рассчитанные показания манометра из экспериментов сравниваются с показаниями манометра Бурдона. Замечено, что значения манометрического давления, полученные с помощью манометра CTB, ближе к линейности показаний манометра с трубкой Бурдона. В настоящее время проводятся дальнейшие эксперименты для изучения капиллярных эффектов, переходных процессов давления при изменении массового расхода, а также для расчета характеристического времени и значений коэффициента усиления процесса.

Благодарности

Мы высоко ценим ценные обсуждения и предложения г-на Лиаката Махмуда относительно конструкции манометра C.T.B.

Ссылки и примечания

1. «> McCabe, W. L; Smith, JC Unit Operations of Chemical Engineering, 7-е изд.; McGraw-Hill Professional: Нью-Йорк, 2006 г.; международное издание. [Google Scholar]
2. Felder, R. M.; Руссо, Р. В. Элементарные принципы химических процессов, 3-е изд.; John Wiley & Sons Inc.: Hoboken, NJ, 2000. [Google Scholar]
3. Коулсон, Дж. М.; Ричардсон, JF Chemical EngineeringVol. 1, 6-е изд. изд.; Баттерворт Хайнеманн: Лондон, Великобритания, 2000 г.; и ссылка в нем. [Google Scholar]
4. Уайт, FM Fluid Mechanics, 4-е изд.; Издательство WCB/McGraw-Hill: Нью-Йорк, 1999; и ссылки в нем. [Google Scholar]
5. Holley, W. L.; Банистер, Дж. Р. Использование динамически реагирующих манометров для контроля ветровой нагрузки на конструкции. Журнал ветроэнергетики и промышленной аэродинамики 1975 , 1, 139. [Google Scholar]
6. Вебстер, Р. Измерение натяжения почвенной влаги в полевых условиях. New Phytologist 1966 , 65(2), 249. [Google Scholar]
7. Патин А. Оптимизация оттаивания горячим газом в низкотемпературном помещении. International Journal of Refrigeration 1990 , 13, 325–329. [Google Scholar]
8. Jansen, C.G.J.; Венема, А. Манометр Маклеода с предписанными объемами для использования в качестве стандартного прибора. Вакуум 1959 , 9, 219–230. [Академия Google]
9. Archi, J. P. Простой и точный манометрический метод измерения обратного давления в сонной артерии. Американский журнал хирургии 1978 , 136, 643–644. [Google Scholar]
10. Роген А.; Рива-Роччи, С.; и мужчины за ртутным сфигмоманометром. Международный журнал клинической практики; 2006 г.; Том 60, с. 73. [Google Scholar]
11. Брунольд, Ч. Р.; Huns, JCB; Макли, М.; Томпсон, Р. Дж. В. Экспериментальные наблюдения за структурой потока и потерями энергии при колебательном потоке в каналах с острыми краями. Химическая инженерия 1989 , 44, 1227–1244. [Google Scholar]
12. Левицкий П. П. Измерение активности воды в насыщенных растворах солей с помощью манометра давления паров. Журнал пищевой инженерии 1989 , 10, 39–55. [Google Scholar]
13. Нильсен, П.; Данн, С.Л. Манометрические трубки для исследования прибрежной гидродинамики. Береговая техника 1998 , 35, 73–84. [Google Scholar]
14. Salcudean, M.; Гроенвельд, округ Колумбия; Леунг, Л. Влияние геометрии потока-преграды на перепады давления в горизонтальном воздушно-водяном потоке. Международный журнал многофазных потоков 1983 , 9, 73–85. [Google Scholar]

Nomenclature
G	= Mass flow rate [g/s]
C D	= Coefficient of Discharge
ρ	= Density of the fluid [g/cm 3 ]
A O	= Area of ​​orifice [cm 2 ]
A 1	= область трубы [CM 2 ]
A 2	= область горла VERTURI [CM 2 4 10 = Область венчурных вещей [CM 2 4 = = 169 4 4 = Область венчурных веществ. = Acceleration due to gravity [cm/s 2 ]
h v	= Change in head over converging cone of venturimeter converted in terms of flowing fluid [cm]
h o	= изменение напора над расходомером, пересчитанное в единицу расхода [см]

Рисунок 1. Схема манометра с концентрической трубкой.

Рисунок 1. Схема манометра с концентрической трубкой.

Рисунок 2. Экспериментальная установка для изучения влияния изменения массового расхода на перепад высот попеременно как для П-образных, так и для С.Т.Б. манометров, установленных поперек расходомера.

Рисунок 2. Экспериментальная установка для изучения влияния изменения массового расхода на перепад высот попеременно как для П-образных, так и для С.Т.Б. манометров, установленных поперек расходомера.

Рисунок 3. Экспериментальная установка для изучения влияния изменения массового расхода на перепад высот попеременно как для U-образных, так и для C. T.B манометров, установленных поперек вентуриметра.

Рисунок 3. Экспериментальная установка для изучения влияния изменения массового расхода на перепад высот попеременно как для U-образных, так и для C.T.B манометров, установленных поперек вентуриметра.

Рисунок 4. Установка для исследования изменения манометрического давления сжатого воздуха по показаниям дифференциального давления с использованием как U-образных, так и C.T.B манометров.

Рис. 4. Установка для исследования изменения манометрического давления сжатого воздуха по показаниям дифференциального давления с использованием как U-образных, так и C.T.B манометров.

Рисунок 5. Сравнение эталонного и расчетного массового расхода в случае диафрагменного расходомера, использующего ртуть в качестве манометрической жидкости.

Рисунок 5. Сравнение эталонного и расчетного массового расхода в случае диафрагменного расходомера, использующего ртуть в качестве манометрической жидкости.

Рисунок 6. Сравнение анализа ошибок между массовыми расходами в случае расходомера с диафрагмой при использовании Hg в качестве чувствительной жидкости.

Рисунок 6. Сравнение анализа ошибок между массовыми расходами в случае расходомера с диафрагмой при использовании Hg в качестве чувствительной жидкости.

Рисунок 7. Сравнение эталонного и расчетного массового расхода в случае диафрагменного расходомера с использованием CCl ₄ в качестве жидкости для манометров.

Рис. 7. Сравнение эталонного и расчетного массового расхода в случае расходомера с диафрагмой, использующего CCl ₄ в качестве жидкости для манометра.

Рисунок 8. Сравнение анализа ошибок между массовыми расходами в случае расходомера с диафрагмой при использовании CCl ₄ в качестве чувствительной жидкости.

Рис. 8. Сравнение анализа ошибок между массовыми расходами в случае диафрагменного расходомера при использовании CCl ₄ в качестве чувствительной жидкости.

Рисунок 9. Сравнение эталонного и расчетного массового расхода в случае вентуриметра, использующего Hg в качестве манометрической жидкости.

Рис. 9. Сравнение эталонного и расчетного массового расхода в случае вентуриметра, использующего Hg в качестве манометрической жидкости.

Рисунок 10. Сравнение эталонного и расчетного массового расхода в случае использования вентуриметра с CCl ₄ в качестве жидкости для манометра.

Рисунок 10. Сравнение эталонного и расчетного массового расхода в случае использования вентуриметра с CCl ₄ в качестве жидкости для манометра.

Рисунок 11. Сравнение анализа ошибок между массовыми расходами в случае вентуриметра при использовании Hg в качестве чувствительной жидкости.

Рисунок 11. Сравнение анализа ошибок между массовыми расходами в случае вентуриметра при использовании Hg в качестве чувствительной жидкости.

Рисунок 12.