Manometri per la misurazione della pressione del gas: tipi, caratteristiche costruttive e funzionamento dei misuratori

Spesso sorge la necessità di misurare la pressione esercitata dal gas. Ad esempio, nelle bombole, nei gasdotti, in vari contenitori e serbatoi. Per controllare e monitorare i parametri si utilizzano i manometri per la misurazione della pressione del gas. Questi dispositivi sono impiegati in diversi settori della vita quotidiana, dalla medicina all'industria pesante.

Per far sì che l'acquisto dello strumento non risulti vano e che il manometro acquistato soddisfi i requisiti dei processi produttivi, vale la pena conoscere la classificazione. Vi presenteremo le varietà di misuratori di pressione del gas. Vi parleremo delle loro caratteristiche costruttive e dei principi di funzionamento.

Classificazione per tipo di pressione misurata

Gli strumenti utilizzati per ottenere dati sui parametri della pressione del gas nei serbatoi di gas, nelle condotte di trasporto, nelle bombole di gas e in altri serbatoi, sono classificati in base a diverse caratteristiche. Differiscono per la loro struttura e principio di funzionamento.

I dispositivi con cui si misura la pressione sono suddivisi in classi in base a:

• tipo di pressione misurata;
• destinazione;
• per principio di funzionamento;
• classe di precisione.

In base al tipo di pressione misurata, gli strumenti destinati alla determinazione di valori precisi si suddividono in manometri, vacuometri, manometri di tiraggio, manometri di pressione, barometri e altri.

In base al grado di protezione dagli influssi ambientali, vengono prodotti i seguenti strumenti:

• standard;
• protetti dalla polvere;
• impermeabili;
• protetti da ambienti aggressivi;
• antideflagranti;

Un singolo prodotto può combinare più tipi di protezione.

Nello schema è presentata la suddivisione dei dispositivi di misura in base al principio di funzionamento, al tipo di pressione, all'applicazione e alla visualizzazione. I dispositivi a liquido e a peso morto per ottenere dati sulla pressione del gas vengono utilizzati raramente.

Il manometro è uno strumento di piccole dimensioni utilizzato per misurare la pressione o la differenza di pressione. Il principio di funzionamento di questo strumento di misura e controllo dipende dalla sua struttura interna. All'interno della stessa classe, vengono ulteriormente suddivisi in gruppi in base alla classe di precisione.

Per misurare la pressione assoluta, i cui valori vengono calcolati a partire dallo zero assoluto (vuoto), si utilizzano i manometri assoluti. La pressione relativa viene determinata con un manometro per pressione relativa. In generale, tutte le varianti di questi strumenti vengono indicate con un unico termine: «manometro».

La maggior parte delle varietà di manometri è destinata alla misurazione della pressione relativa. La loro caratteristica è che indicano la pressione, che rappresenta la differenza tra la pressione assoluta e quella atmosferica.

I vacuometri sono dispositivi che indicano il valore della pressione di un gas rarefatto. Utilizzando i manovacuometri, si misurano la pressione relativa e la pressione del gas rarefatto. Le informazioni vengono visualizzate su un'unica scala.

Con i manometri per bassa pressione si determinano i parametri della pressione relativa con valori fino a 40 kPa. I vacuometri, al contrario, consentono di misurare la depressione fino a –40 kPa. I manometri a depressione e pressione misurano la depressione e la pressione relativa in un intervallo da –20 a +20 kPa.

I manometri vengono utilizzati in una vasta gamma di settori. Lavorare con il gas comporta un alto rischio, quindi è importante controllare tutti i parametri dell'impianto. Le informazioni sulla pressione forniscono agli utenti dati sullo stato attuale dell'oggetto misurato.

Con i manometri differenziali è possibile determinare la differenza di pressione in due punti arbitrari da esaminare. Il micromanometro è un manometro differenziale che consente di misurare valori di differenza di pressione fino a 40 kPa.

Classificazione per principio di funzionamento

I manometri per gas, in base al meccanismo di lettura delle indicazioni, si suddividono in:

• A deformazione;
• Elettrici;
• A peso morto (a pistone);
• Liquidi;

Ogni tipo ha le proprie caratteristiche peculiari.

Manometri a deformazione

Il principio e le basi di funzionamento dei dispositivi della classe a deformazione consistono nel fatto che la pressione agisce sull'elemento sensibile dello strumento, che si deforma. Il livello di pressione è determinato dal grado di deformazione.

I manometri a deformazione vengono prodotti con componenti di lavoro a molla tubolare, a soffietto o a membrana, caratterizzati da un'elevata sensibilità.

Gli elementi sensibili nei dispositivi a molla tubolare sono le molle tubolari. Questi elementi sono tubi piegati in cerchio con sezione trasversale ovale. Il gas esercita una pressione sulla superficie interna del tubo. Durante questa azione, il tubo si deforma e cambia forma, avvicinandosi a una forma arrotondata.

Un'estremità del tubo è sigillata e può muoversi. L'altra è aperta e fissata con supporti. Quando il tubo a molla si incurva, l'azione si trasmette anche agli anelli, che poi distendono la molla. L'estremità sigillata della molla si muove in base alla forza della pressione. Questo movimento viene trasmesso alla scala di misura.

Per misurare pressioni fino a 40 bar si utilizzano molle circolari. Per pressioni più elevate si impiegano molle elicoidali o a spirale, situate sullo stesso piano. L'errore di indicazione nella misurazione della pressione con questo metodo è compreso tra l'1% e il 4%.

Gli elementi sensibili a membrana e a soffietto consentono di misurare efficacemente piccoli valori di sovrapressione e depressione.

Il soffietto è prodotto secondo il principio del tubo flessibile a soffietto per impianti idraulici. Consiste in un tubo metallico a parete sottile con anelli trasversali mobili. A seconda del materiale e dei parametri di fabbricazione, il soffietto può essere più o meno rigido.

Sotto l'effetto delle alte temperature, si accumulano col tempo deformazioni plastiche che compromettono la correttezza delle indicazioni. Inoltre, a temperatura elevata e con pulsazioni di pressione, l'alterazione della caratteristica statica viene accelerata.

Gli elementi sensibili a membrana presentano la più grande varietà. La classe di precisione di tali dispositivi non supera 1,5. In questi strumenti è previsto un sistema di protezione. In caso di sovraccarico, la membrana si appoggia a un dispositivo di protezione speciale.

Le scatole a membrana sono spesso installate in strumenti che misurano pressione e depressione. I manometri di pressione, i vacuometri e i manovacuometri con scatole a membrana vengono prodotti con classi di precisione 1,5; 2,5 e limite di misura fino a 25 kPa.

Le membrane piane hanno un piccolo spostamento del punto di lavoro, quindi vengono spesso utilizzate per convertire la pressione in forza. Sono instabili, ma si calcolano facilmente.

Le membrane ondulate insieme a scatole simili vengono utilizzate per migliorare la caratteristica statica. Le prime si muovono meglio, ma sono difficili da calcolare. Le seconde sono usate molto più spesso grazie alla loro rigidità ridotta.

Per misurare piccoli valori di pressione si utilizzano dispositivi con membrane flosce.

Gli strumenti necessitano di protezione dagli effetti delle alte temperature, poiché queste influiscono negativamente sull'elasticità e sensibilità degli elementi di lavoro principali.

Manometri meccanici indicatori

Molti manometri a molla tubolare sono in realtà dispositivi a conversione diretta. Ciò significa che la pressione viene trasformata in spostamento dell'elemento sensibile e del dispositivo meccanico a contatto con esso.

Nello schema, il raccordo è posizionato radialmente, tuttavia vengono prodotti anche manometri con raccordo assiale.

Sotto l'azione della pressione, l'estremità libera della molla si muove, il trascinatore agisce sul settore dentato, provocando la rotazione dell'ingranaggio e dell'ago indicatore.

I manometri indicatori a molla sono prodotti con un campo di misura da 0,1 a 103 MPa e presentano varie classi di precisione. I modelli campione sono realizzati con classi di precisione 0,15; 0,25; 0,4. Gli indicatori della categoria di lavoro ad alta precisione – 1 e 0,6. Quelli tecnici generali di lavoro – con classi di precisione 1,5; 2,5; 4.

Manometri elettrocontatto

Strutturalmente è una modifica del manometro indicatore. Il principio di funzionamento consiste nel fatto che, quando l'ago raggiunge un valore di soglia di pressione, si verifica la chiusura del circuito elettrico.

Nella costruzione del manometro indicatore sono inoltre integrati aghi con contatti elettrici a molla, posizionati in corrispondenza dei valori di segnalazione.

Il circuito elettrico si chiude e l'allarme scatta quando l'ago indicatore raggiunge uno degli aghi con contatti. La classe di precisione di tali manometri è 1,5. Il campo di misura corrisponde ai valori standard.

Per la segnalazione o per la regolazione di posizione si utilizzano relè di pressione con marcatura RD. Misurano pressioni in un intervallo da 12 a 1600 kPa. Il relè viene regolato sul limite di attivazione superiore e inferiore in base alle indicazioni di uno strumento di controllo, e ha una potenza di interruzione di 10 W.

Modelli di manometri registratori

L'industria produce manometri con un sistema di lettura incorporato che registra i valori su un diagramma a disco in modo da poter poi tracciare l'andamento delle misure. Un giro completo può avvenire in 8, 12, 24 ore. Il movimento è azionato da un motore elettrico o da un meccanismo a orologeria.

Il funzionamento del manometro registratore si basa sulla trasmissione del segnale tramite una molla tubolare di grande diametro, che esercita una forza di trazione. Essa trasmette il movimento dall'elemento sensibile al sistema di indicazione. I dispositivi con marcatura MTS registrano i valori di sovrapressione.

Tali dispositivi richiedono il controllo da parte dell'operatore e hanno classi di precisione 1; 1,5; 2,5.

Gli elementi sensibili a soffietto sono utilizzati nei manometri differenziali registratori, che possono essere inoltre dotati di un dispositivo di segnalazione e di un convertitore pneumatico. Tali strumenti misurano la pressione in un intervallo da 6,3 kPa a 0,16 MPa e hanno classi di precisione 1; 1,5.

Manometri a peso morto

Tali manometri sono spesso utilizzati come campioni per la verifica di altri strumenti di misura. La loro gamma di misura è molto ampia. A seconda della costruzione dello strumento, può iniziare con valori di depressione elevata e terminare con sovrapressioni fino a 2500 MPa. La classe di precisione raggiunge valori massimi fino a 0,0015.

Ogni volta che lo strumento di misura viene sottoposto a un carico superiore alla norma, perde in durata della vita utile e in precisione delle misurazioni.

Il principio di funzionamento consiste nel mantenere il cilindro all'interno del pistone in uno stato specifico mentre da un lato vengono applicati pesi di calibrazione e dall'altro la pressione misurata. In base al peso dei pesi si determina l'entità della pressione generata.

L'elemento di lavoro principale dello strumento è la colonna di misura. In base alla qualità della sua produzione, alla precisione e alla pulizia dei collegamenti, varia anche l'entità dell'errore.

Il minor errore di misura è ottenuto dai manometri a pistone con carico che funzionano a gas. Tuttavia, tali dispositivi costano parecchie volte di più a causa delle peculiarità della loro costruzione e della necessità di filtrare il gas dalle particelle estranee.

Dal punto di vista funzionale, il manometro a pistone con carico è composto da un dispositivo di generazione della pressione, da un sistema di misura e da pesi. Lo strumento è dotato di un meccanismo rotativo per aumentare e diminuire la pressione, nonché di una valvola di scarico della pressione.

Sono ampiamente utilizzati i manometri con pistone non sigillato. In essi c'è un traferro tra pistone e cilindro. Il contenitore sotto il pistone è riempito di olio, che sotto pressione fluisce nel traferro e lubrifica le superfici di attrito.

Misuratore elettrico per gas

Tali manometri vengono utilizzati per convertire la pressione diretta o indiretta del gas in un parametro elettrico. I manometri di questo tipo più comuni sono: piezoresistivi, capacitivi e a resistenza. La pressione viene misurata nell'intervallo da 100 Pa a 1000 MPa. Gli strumenti sono fabbricati con classi di precisione da 0,1 a 2,5.

Il funzionamento dei manometri basati sull'effetto piezoresistivo consiste nella variazione del valore della resistenza del conduttore a causa della deformazione. Misurano la pressione nell'intervallo da 60 a 10⁸ Pa con errore minimo.

Il montaggio flangiato del sensore e la particolare costruzione dello strumento consentono di leggere i dati di pressione in ambienti particolarmente aggressivi con temperature fino a 300 °C. Vengono utilizzati per misurare la pressione in sistemi con processi rapidi.

Il principio di funzionamento dei manometri a resistenza si basa sulla dipendenza della resistenza del conduttore dalla pressione. Di solito, questo tipo di dispositivi viene utilizzato per misurare pressioni di livello particolarmente elevato, superiori a 100 MPa.

L'elemento sensibile in tale strumento è un filo di manganina, la cui resistenza viene facilmente misurata con un ponte equilibrato.

Il funzionamento dei manometri capacitivi si basa sull'azione della pressione su una membrana, che costituisce un elettrodo mobile. Quando la membrana si sposta, segue una variazione della capacità del trasduttore. Sono caratterizzati da significativi errori termici.

Nei manometri capacitivi, la flessione della membrana viene determinata da un circuito elettrico. Tali dispositivi vengono utilizzati in sistemi con rapide variazioni di pressione.

Strumenti di misura a liquido

La determinazione della pressione con questi strumenti avviene bilanciando la pressione da misurare con la pressione generata da una colonna di liquido. In questo modo è possibile misurare piccole sovrappressioni, pressione atmosferica, livello di depressione e differenze di pressione.

Questo gruppo comprende manometri a U, costituiti da vasi comunicanti, in cui la pressione viene determinata dai livelli del liquido; micromanometri a compensazione; manometri a vaschetta, in cui al posto del secondo tubo viene utilizzato un serbatoio; manometri differenziali a galleggiante, a campana e ad anello.

I manometri a due tubi consentono di misurare differenze di pressione. In questo caso, a ciascun tubo vengono applicate le pressioni da misurare.

Negli strumenti di misura a liquido, il fluido di lavoro è l'analogo dell'elemento sensibile.

I manometri differenziali sono generalmente dotati di segnalatori, contatori di portata, regolatori e dispositivi di registrazione. Il campo di misura va da 10 a 10⁵ Pa. A seconda dei liquidi che riempiono lo strumento, il limite di misurazione varia.

Classificazione per destinazione d'uso

In base alla destinazione d'uso, si distinguono i seguenti tipi di manometri per la misurazione della pressione del gas:

• di uso generale;
• di riferimento;
• speciali.

Esaminiamo le caratteristiche di ciascun tipo.

Manometri per uso tecnico generale

Questo tipo di manometri viene prodotto per misurare valori di pressione relativa (manometrica) e di vuoto per scopi tecnici generali. Diverse modifiche dei dispositivi ne consentono l'uso in vari ambienti. Vengono impiegati per misurare la pressione nei processi produttivi direttamente durante le operazioni tecnologiche.

La pressione in tali strumenti agisce sul tubo dall'interno e provoca lo spostamento dell'estremità libera. Con essa interagisce un meccanismo che muove l'indicatore.

Con questi manometri è possibile misurare la pressione di gas non aggressivi per le leghe di rame a temperature di esercizio fino a 150 °C. Di solito, il corpo dello strumento è realizzato in acciaio e le parti del meccanismo in lega di ottone.

I manometri di uso generale per gas a bassa o alta pressione sono prodotti resistenti alle vibrazioni con frequenza compresa tra 10 e 55 Hz e ampiezza di spostamento massima di 0,15 millimetri. Hanno diverse classi di precisione da 1 a 2,5.

I manometri digitali sono di dimensioni ridotte, caratterizzati da elevata precisione di misura e lunga durata. Inoltre, questi dispositivi possono essere calibrati.

Stanno guadagnando popolarità i manometri per gas di uso generale con scheda elettronica, che visualizzano i dati delle misurazioni effettuate. Sono spesso dotati di trasduttori, automatizzando così i processi tecnologici. I valori di pressione vengono visualizzati su un quadrante elettronico.

Gruppo di manometri speciali

Tali strumenti sono realizzati per un tipo specifico di gas e per l'ambiente da esso creato. Per i sistemi ad alta pressione vengono prodotti manometri per gas ad alta pressione. Alcuni gas sono aggressivi verso determinate leghe, pertanto per lavorare con essi è necessario utilizzare materiali resistenti.

I manometri speciali vengono verniciati in vari colori a seconda del tipo di gas.

I manometri per propano sono verniciati di rosso, hanno corpo in acciaio e caratteristiche dei manometri di uso generale. La pressione di esercizio di tali strumenti va da 0 a 0,6 MPa. Questa è la pressione standard del propano. È possibile l'utilizzo in un intervallo di temperatura da -50 a +60 °C. La temperatura del fluido di lavoro fino a +150 °C. Spesso sono inclusi nella dotazione con riduttori per bombole.

Gli indicatori di pressione dell'ammoniaca in bombole e altri serbatoi sono verniciati di giallo. Le unità con compressione a più stadi sono dotate di scala termometrica. I componenti del manometro sono realizzati con materiali resistenti all'azione dei vapori di ammoniaca.

In presenza di carichi dinamici elevati, i manometri vengono riempiti con glicerina o silicone.

Il manometro per acetilene è verniciato di bianco. Viene realizzato come manometro per sistemi di sicurezza con materiali sgrassati. Viene utilizzato per misurare la pressione relativa in vari sistemi di distribuzione e generazione di acetilene. Il corpo è in acciaio, i componenti interni in lega di ottone. Intervallo di temperatura da -40 a +70 °C.

Il manometro per idrogeno è verniciato di verde scuro. Il manometro per altri gas combustibili è verniciato di rosso. Lo strumento di misura per miscele non combustibili è verniciato di nero. Il manometro per ossigeno è verniciato di azzurro.

Dispositivi campione per la misurazione della pressione

Questo tipo di manometri è destinato alla verifica, calibrazione e regolazione di altri strumenti al fine di garantire la massima precisione delle misurazioni. Tali dispositivi hanno una classe di precisione superiore rispetto a quelli di uso generale. I campioni di lavoro si dividono in tre categorie.

I manometri di controllo, utilizzati per verificare l'affidabilità delle indicazioni degli strumenti di misura nel luogo di installazione, sono anche chiamati manometri di alta precisione. Campo di misura da 0-0,6 a 0-1600 bar per mezzi gassosi.

I manometri per bombole di gas ordinarie e bombole di gas composite devono essere sottoposti a verifica almeno una volta all'anno, salvo diversa indicazione nei documenti dello strumento. La verifica è effettuata da organizzazioni metrologiche accreditate con status di persone giuridiche. Dopo la verifica viene rilasciato un certificato e apposto un timbro.

È necessario rimuovere lo strumento dalla bombola e portarlo al servizio di metrologia. Lì, i verificatori e i calibratori, utilizzando un set di campioni e strumenti ausiliari, eseguiranno la verifica in circa 10 giorni.

I meccanismi di trasmissione nei manometri campione sono lavorati con una frequenza di ingranaggio maggiore. Sono caratterizzati da un attrito minimo nel meccanismo a lancetta e da un'elevata sensibilità degli elementi interni.

I manometri campione con classe di precisione 0,4 hanno una scala di 250 unità, quelli con classe 0,15 o 0,25 hanno una scala di 400 unità con una divisione di 1 unità. Il funzionamento dell'apparecchio è possibile a diverse temperature a seconda del riempimento dell'alloggiamento. La temperatura di lavoro ideale è di 20 °C.

Il seguente articolo illustra le specificità del rifornimento delle bombole di gas. La sua lettura è consigliata a tutti i proprietari di proprietà suburbane non collegate alla rete di gas centralizzata.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Principio di funzionamento del manometro a molla:

Caratteristiche e ambiti di applicazione del manometro:

I manometri vengono prodotti per risolvere diversi compiti. I tipi più popolari sono quelli tecnici generali, utilizzati nelle piccole industrie, da varie aziende che lavorano con apparecchiature e sistemi a gas. I manometri elettrocontatto sono dispositivi che segnalano il raggiungimento di un valore critico.

Per la verifica e la regolazione dei manometri si utilizzano manometri campione. Manometri speciali vengono prodotti per misurare la pressione di uno specifico mezzo gassoso. Tra questi, i manometri per propano sono molto popolari, spesso installati in combinazione con un riduttore sulle bombole del gas.

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