Manometre, vacuumetre, barometre si debimetre

Manometre, vacuumetre, barometre si debimetre

1. Generalitati

Manometrul este un instrument care se foloseste, fie la masurarea presiunilor unui lichid inchis intr-un recipient, fie la masurarea diferentei de presiune.

Din diversitatea clasificarii retinem in primul rand pe aceea care se refera la modul de indicare a rezultatului masurarii. Din acest punct de vedere se construiesc: manometre comparatoare, manometre indicatoare si manometre inregistratoare.

La manometrul comparator presiunea este indicata prin compararea directa cu una sau mai multe masuri (de exemplu, manometrul cu greutati).

La manometrul indicator presiunea este aratat de un indice pe o scara gradata (de exemplu, manometurl cu clopot, manometrul cu piston, manometrul cu membrana, manometrul cu tub curbat etc.).

Cand valorile succesive ale variatiei presiunii se inscriu pe o diagrama avem de a face cu un diametru inregistrator (de exemplu, manometru inregistrator cu membrana dubla, manometru inregistrator cu burduf, manometru inregistrator cu tub curbat).

Se construiesc si manometre indicatoare-inregistratoare. La acest tip de manometre, valoarea momentana a presiunii este indicata pe o scara gradata iar variatia presiunii se inscrie pe o diagrama.

Din punctul de vedere al valorii presiunii relative, respectiv al valorii diferentei de presiune masurate se deosebesc: manometre obisnuite (pentru presiuni relative) micromanometre pentru masuratori de presiuni joace, pana la 10^-4 mm col. Hg. Si vacuummetre folosite pentru masurari de presiuni sub 10^-1 mm col. Hg.

Pentru masurarea presiunilor relative mai ridicate si mai joase decat presiunea atmosferica se folosesc monovacuummetre.

In cele ce urmeaza se vor descrie cateva tipuri de manometre ca manometrul cu tub curbat, manometrul cu tub spiral, vacuummetrul si monovacuummetrul.

2. Manometrul cu tub curbat

Manometrul cu tub curbat este format dintr-un tub metalic curbat, elastic, in forma de arc de cerc (in general la 270sC), cu sectiune transversala plana ovala sau eliptica (tub Bourdon), care se deformeaza sub actiunea diferentei dintre presiunea interioara masurata si cea exterioara (de obicei, presiunea atmosferica (fig. 98).

Fig. 98. Manometru cu tub curbat

1 - tub curbat; 2 - suport; 3 - articulatie; 4 - tija; 5 - racord; 6 - piulita hexagonala; 7 - placa posterioara; 8 - sector dintat; 9 - axu acului indicator; 10 - ac indicator; 11 - rotita dintata; 12 - arc spiral; 13 - cadran; 14 - scara gradata; 15 - carcasa.

Capatul fix al tubului curbat este in comunicatie cu fluidul din recipient, iar in capatul liber inchis este articulat cu un mecanism de transmitere si amplificare a deplasarii sale.

Fluidul patruns in tub exercita o anumita presiune. Sub actiunea diferentei dintre presiunea exercitata de fluid in interiorul tubului si cea atmosferica din exterior, tubul se destinde daca presiunea masurata este mai ridicata decat presiunea atmosferica sau se curbeaza mai mult daca este mai scazuta.

In primul caz instrumentul se utilizeaza ca manometru, iar in al doilea caz ca vacuummetru.

Deplasarea capatului liber al tubului curbat este proportionala cu presiunea relativa masurata; ea este apoi amplificata prin intermediul unui mecanism si transmisa la un indicator, care se roteste in fata unui cadran circular gradat uniform in unitati de presiune, in general, in kgf/cm² sau in mm Hg.

Un astfel de manometru, cu tubul construit din alama, se foloseste frecvent pana la presiuni de 200 kgf/cm²; cu tubul construit din otel se poate folosi pana la presiuni de 10000 kgf/cm².

3. Manometre cu tub elicoidal

Elementul elastic al manometrulului cu tub elicoidal este construit dintr-un tub elicoidal cu un capat fix si unul mobil, articulat cu un mecanism de transmisie si amplificare.

Manometrul cu tub elicoidal este mai sensibil decat manometrul cu tub curbat. El se foloseste in special la masurarea presiunilor relative intre 5 - 100 kgf/cm.

4. Manometrul cu tub spiral

La acest tip de manometru elementul elastic este format dintr-un tub metalic spiral.

Sub actiunea diferentei dintre presiunea interioara care se masoara si cea exterioara, care in principiu este cea atmosferica, tubul spiral se deformeaza elastic.

Datorita faptului ca la o aceeasi presiune masurata, capatul liber al tubului spiral se deplaseaza mai mult decat capatul curbat, mecanismul de transmisiune si amplificare este mai simplu. Capatul liber al spiralei elastice este legat direct de axul acului indicator.

5. Vacuummetrul

Vacuumetrul este un tip de manometru care poate fi folosit pentru determinarea presiunilor de ordinul unui milimetru coloana de mercur si mai scazute.

Schita unui vacuummetru se bazeaza pe deformatia elastica a tubului curbat, deformatie care se transmite la indicator printr-un mecanism.

Tubul curbat prin intermediul suportului este pus in legatura cu spatiul in care se afla vidul.

In timpul facerii vidului, tubul se curbeaza, se strange si extremitatea lui, in punctul de legatura cu tija de articulatie, se deplaseaza in jos, facand ca miscarea sa se transmita si la sectorul dintat, care, actionand rotita dintata face sa se miste indicatorul de scala de la dreapta la stanga.

Scala vacuummetrului se gradeaza, de obicei, in mm coloana mercur incepand de la 0 la 760 mm.

Tubul curbat este construit dintr-un material elastic, care dupa functionare revine la forma initiala (eliptica sau ovala).

Cand tubul sufera o deformatie permanenta (solicitat la o presiune cu mult mai mare decat la care a fost calculat) indicatorul nu mai revine la 0 (origina) si arata o deviere mai mare pe scala gradata. In acest caz, vacuummetrul trebuie verificat. Suportul vacuummetrului este in legatura cu corpul de aspiratie prin niste canale si un orificiu prin care depresiunea din interior (din sorb, tub de aspiratie si pompa) se transmite la vacuummetru.

Fig. 99. Schita unui vacuummetru

6. Manovacuummetrul

Necesitatea construirii manovacuummetrelor s-a impus din momentul aparitiei instalatiilor in care se creeza presiune si depresiune.

Manovacuummetrul este un aparat care se poate folosi si ca manometru si ca vacuummetrul. Din punct de vedere constructiv el nu se deosebeste prea mult de un vacuummetru (fig. 100).

Fig, 100. Manovacuumetru.

Scala manovacuummetrului se gradeaza in partea stanga in mm col mercur, folosindu-se pentru masurarea vidului (depresiunii); partea dreapta este gradata in atmosfere tehnice (kgf/cm²), pentru masurarea presiunilor. Pozitia normala a indicatorului marcheaza 0 pe scala (origine).

Manovacuummetrul este pus in legatura prin suportul sau cu instalatia.

Daca se produce presiune, indicatorul manovacuummetrului, se misca de la stanga la dreapta. In cazul vidului (depresiunii) indicatorul se misca de la dreapta la stanga.

Cand tubul manovacuummetrului este calculat pentru a masura o presiune mare, dimensiunea scalei vacuummetrului va fi foarte mica.

7. Barometre

Barometrul este un instrument pentru masurarea presiunii atmosferice.

Dupa natura fortelor care echilibreaza forta ce provine din presiunea atmosferica se deosebesc barometre cu lichid si barometre metalice.

La barometrul cu lichid, presiunea atmosferica este echilibrata de presiunea hidrostatica a unei coloane de lichid, de obicei, a unei coloane de mercur, deoarece mercurul are greutatea specifica mare si tensiunea de vapori mica.

Barometrele cu lichid se construiesc de doua tipuri: cu tub in forma de U (denumit si barometru cu sifon) si barometru cu rezervor.

Dintre aceste doua tipuri, cel mai utilizat este barometrul cu rezervor cu scara gradata fixa (fig. 101). El este format dintr-un singur tub barometric de sticla, inchis la partea superioara, introdus intr-un rezervor cu diametrul mult mai mare. Tubul de sticla este inchis intr-o carcasa metalica. Paralel cu tubul de sticla se gaseste o scara gradata in milimetri coloana de mercur sau torr si in milibari (m bar).

Citirea se face cu ajutorul unui vernier, care se poate deplasa pe verticala. In momentul cnad marginea inferioara a vizorului este tangenta la meniscul format de mercur in tubul de sticla se face citirea pe scala gradata.

Citirile efectuate cu un barometru cu lichid trebuiesc corectate pentru a se obtine adevarata valoare a presiunii atmosferice. Principale corectii sunt: corectia de temperatura, corectia de menisc si corectia de altitudine si latitudine. Valorile acestor corectii sunt date in tabele.

Barometrele metalice, mai poarta denumirea si de barometre aneroide. Ele sunt barometre in care presiunea atmosferica este echilibrata prin tensiunile elastice ale anumitor piese metalice. Ca elemente elastice de masurare se folosesc tuburi Bourdon sau capsule (cutie metalica). In prezent, ca element aneroid cel mai mult se foloseste capsula elastica de masurat sau o serie de capsule suprapuse. In urma evacuarii aerului din interior, presiunea atmosferica comprima capsula. Capacul si fundul acesteia sunt mentinute la o oarecare distanta unul de celalalt, prin intermediul unor arcuri lamelare. Ele actioneaza contrar presiunii atmosferice, care tinde sa turteasca capsula.

In fig. 102 se da schema unui barometru aneroid, construite pe baza de capsula.

Fig. 102. Barometru aneroid cu capsula.

1 - placa suport; 2 - suportul parghiei; 3 - parghie; 4 - fir; 5 - ac indicator; 6; arc lamelar; 7 - capsula aneroida.

Pentru fiecare valoare a presiunii atmosferice corespunde o anumita grosime a capsulei. Deplasarile capacului catre fundul capsulei, sunt amplificate printr-un sistem de parghii si transmise acului indicator, care se poate misca in fata unei scari gradate. Acul indicator se roteste proportional cu variatia presiunii atmosferice. Deplasarile sunt foarte mici, in general de ordinul a 0,005 mm pentru o variatie a presiunii atmosferice de 1 mm col. Hg.

Deoarece valoarea presiunii atmosferice variaza cu altitudinea, barometrele metalice pot fi folosite si ca altimetre.

Barometrele-altimetre difera de barometrele aneroide, numai prin scarile gradate de pe cadranul concentric.

Barometrul-altimetru are o scara interioara gradata in mm Hg sau in mbar, pe care se masoara presiunea atmosferica si o alta scara gradata in m, pe care se masoara altitudinea. Pentru masurarea temperaturii, pe cadran este fixat un termometru cu mercur in forma de arc de cerc.

8. Debitmetre

Masurarea cantitatii de lichide are o mare importanta in toate sectoarele industriale. Aparatele folosite la masurarea debitelor au denimirea generala de debimetre. Un asemenea aparat indica cantitatea de lichid ce trece printr-o anumita sectiune intr-o unitate de timp. Debimetrele care au un dispozitiv de integrare se numesc contoare si masoara cantitatea de fluid trecuta printr-o anumita sectiune intr-un interval de timp.

Reamintim ca se cunosc trei categorii de debite si anume: debitul de volum sau volumetric; debitul de masa; debitul de greutate. Dintre aceste trei categorii de debit numai primele doua se folosesc in tehnica.

Unitatile de masura a debitului, in Sistemul International sunt:

- pentru debitul de volum sau volumetric, m³/s;

- pentru debitul de masa, kg/s;

- pentru debitul de greutate, N/s.

Aparatele (debitmetrele) care se utilizeaza pentru masurarea debitul se clasifica, avand in vedere principiul lor de functionare, in:

- aparate volumetrice pentru lichide si gaze ale caror indicatii sunt aratate in unitati de volum;

- aparate de viteza pentru lichide si gaze, montate numai pe conducte inchide (curgere fortata);

- aparate diferentiale, care se folosesc la masurarea cantitatii de fluid, prin masurarea variatiei energiei potentiale a fluidului ce se scurge printr-un dispozitiv de strangulare. Cu aceste aparate se masoara presiunea inainte si dupa punctul de strangulare, pe baza careia se determina debitele. Aparatele pot fi indicatoare, inregistratoare si integratoare. Ele pot fi prevazute si cu dispozitive de transmiterea indicatiilor la distanta;

- aparate gravimetrice, care masoara volumul fluidului ce trece prin aparat, indicatiile fiind exprimate in unitati de greutate (se utilizeaza, in general pentru masurarea debitelor in conductele deschise prin care lichidele curg liber).

Cele mai uzuale aparatele de masurare a debitelor fluidelor in conducte sunt contoarele volumetrice. Principiul lor de functionare consta in umplerea si golirea succesiva a unei camere de masurare de anumit volum. Pentru masurarea debitelor de lichide contoarele volumetrice au un disc oscilant, un piston rotativ sau roti dintate ovale care se pun in miscare de lichidul al carui debit se masoara.

Contoarele volumetrice se monteaza, in general, pe conducte inchise. Lichidul care curge prin conducta patrunde cu presiune in aparat si datorita diferentei dintre presiunea de la intrare si cea de la iesirea din camera are loc miscarea organului masurator. Cantitatea de lichid care trece prin aparat se indica pe un cadran.

Se construiesc si contoare de viteza al caror principiu de functionare consta in proportionalitatea dintre viteza medie de miscare a lichidului si numarul de rotatii ale organului masurator.

Schema unui contor pentru lichide se arata in fig. 103.

Fig. 103. Schema unui contor pentru lichide.

1 - corp; 2 - cap (rama); 3 - capac; 4 - geam de protectie; 5 - sita metalica; 6 - roata cu palete; 7 - mecanismul de transmitere; 8 - mecanismul de integrare.

Partile componente ale unui contor sunt: corpul (1), de diferite forme, prevazut cu doua orificii de acelasi diametru, unul pentru intrare si altul pentru iesire; capul (rama) (2) care se insurubeaza la partea superioara a corpului; capacul (3) rabatabil cu 180sC; geam de protectie (4) de minimum 15 mm grosime; sita metalica (5) sau din material plastic pentru oprirea impuritatilor; roata cu palete (6), cu axul perpendicular pe directia de curgere a lichidului, pusa in miscare de acesta; mecanismul de transmitere (7) care are rolul de a transmite rotatiile organului masurator la mecanismul de integrare; mecanismul de integrare (8) format dintr-un mecanism cadran cu ace indicatoare sau role cu cifre (fig. 104) totalizeaza cantitatile de lichid ce trec prin contor.

Fig. 104. Schema diferitelor cadrane pentru contoare.

Schema diferitelor cadrane pentru contoare de apa se arata in fig. 104.

Mecanismul de integrare poate fi format din scari gradate circular in scara mare impartita in 100 de diviziuni egal si din scari mici impartite in 10 parti egale. Sub fiecare scara se noteaza valoarea diviziunii precedata de semnul inmultirii (X 1000; X 100; X 0,1).

Acele si rolele care indicat metri cubi si multiplii sai se vopsesc in negru, iar cele care indica submultiplii metrului cub in rosu.

Unele tipuri de debitmetre poarta denumirea de rotametre. Acestea se utilizeaza la masurarea debitului de lichide si gaze in laboratoare, in industria chimica, petroliera, alimentara si peste tot unde trebuie controlate debitele de lichide si gaze.

Rotametrele au o constructie simpla si ieftina si functioneaza cu o pierdere redusa de presiune.

Elementele principale ale unui rotametru sunt: tubul tronconic dispus vertical, format din sticla sau metal; plutitor de forma cilindrica, introdus in interiorul tubului.

Schema unui rotametru cu tub metalic se arata in fig. 105.

Fig. 105. Schema rotametrului cu tub metalic.

1 - tub tronconic; 2,3 - fitinguri; 4 - dispozitiv de indicare.