Анализ промышленных манометров

1. Приборы измерения и регулирования давления. Назначение
Давление (р) - физическая скалярная величина, измеряемая отношением силы, действующей перпендикулярно площади поверхности, к площади этой поверхности.
Абсолютное давление - это давление, измеренное относительно абсолютного нуля давлений или, иначе говоря, абсолютного вакуума.
Относительное давление (в компрессорной технике - избыточное) - это давление, измеренное относительно земной атмосферы.
Приборы для измерения полных давлений называют манометрами, если речь идет о малых давлениях, употребляется также термин вакуумметры, они предназначены для измерения:
- абсолютного давления;
- избыточного (относительного) давления;
- разности давлений;
- вакуумметрического давления.
В зависимости от назначения приборы для измерения давления делятся на следующие основные группы:
Манометры - для измерения избыточного давления.
Манометр абсолютного давления - для измерения давления, отсчитываемого от абсолютного нуля.
Мановакуумметры - для измерения вакуумметрического и избыточного давлений.
Вакуумметры - для измерения вакуумметрического давления (вакуума).
Барометры - для измерения атмосферного давления.
Баровакуумметры - для измерения абсолютного давления.
Дифференциальные манометры - для измерения разности давлений.
За единицу давления в Международной системе принимается паскаль (1 Па). 1 Па - давление, производимое силой 1 Н, действующей на поверхность площадью 1 м2 перпендикулярно этой поверхности (приложение 1)
Используются также другие внесистемные единицы давления: 1 ат, 1 мм рт. ст. 1 мм рт. ст. - давление, оказываемое столбом ртути высотой 1 мм. 1 ат - давление воздушного столба на уровне моря (760 мм рт. ст.). Соотношение между этими единицами приведены в табл. 1

Значение давления может отсчитываться от 0 (абсолютное давление) или от атмосферного (избыточное давление). Если давление измеряется в технических атмосферах, то абсолютное давление обозначается как ата, а избыточное - как ати, например, 9 ата, 8 ати.
Единицы измерения производительности по газу
Производительность компрессоров измеряется как объем сжимаемого газа за единицу времени. Основная применяемая единица - метр кубический в минуту (м3/мин.). Используемые единицы - л/мин. Производительность приводят, как правило, либо для условий (давление и температура газа) всасывания, либо для нормальных условий (давление 1 атм., температура 20 С). В последнем случае перед единицей объема ставят букву "н" (например, 5 нм3/мин). В англоязычных странах в качестве единицы производительности используют кубический фут в минуту (cubic foot per minute или CFM). 1 CFM = 28,3168 л/мин. = 0,02832 м3/мин. 1 м3/мин =35,314 CFM.
Соотношение между этими единицами приведены в табл. 2
Таблица соотношений единиц измерения производительности:

Приборы для измерения и регулирования давления можно подразделить на:
- приборы для измерения и регулирования высокого давления;
- приборы для измерения и регулирования низкого давления.
Высокое давление - это давление более 1 атм.
Низкое давление - это давление не превышающие 1 атм.
Диапазон низких давлений подразделяется на низкий, средний, высокий и сверхвысокий вакуум.( рис. 1)

По принципу действия все приборы для измерения давления можно разделить на жидкостные, пружинные, грузопоршневые и с дистанционной передачей показаний.
Приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается весом столба жидкости, а изменение уровней жидкости в сообщающихся сосудах служит мерой давления, называются жидкостными. К этой группе относятся чашечные и U-образные манометры, дифманометры и др.
Деформационными (пружинными) приборами называются приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается силами упругости пружины, деформация которой служит мерой давления. К этой группе относятся разнообразные приборы, отличающиеся по виду пружин (мембраны, сильфоны, манометрические трубки). Благодаря простоте конструкции и удобству пользования пружинные приборы получили широкое применение в технике.
Типы пружинных приборов давления:
Пружинно-поршневые;
Пружинно-мембранные;
Пружинно-колокольные;
Пружинно-сильфонные.
Грузопоршневыми приборами называются приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается усилием, создаваемым калиброванными грузами, воздействующими на свободно передвигающийся в цилиндре поршень.
К приборам с дистанционной передачей показаний относятся 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.
По способу измерения давления приборы делятся на:
- механические;
- электронные.
На сегодняшний день насчитывается около 100 механических приборов измерения и регулирования давления, полный список приборов приведен в приложении 2.
По принципу регистрации всю группу манометров делят:
- на манометры прямого действия;
- на манометры косвенного действия.
Жидкостные, компрессорные и деформационные манометры относятся к манометрам прямого действия. Они непосредственно измеряют давление газа. Их показания принципиально не зависят от состава газа и лишь опосредованно могут зависеть от температуры. Манометры косвенного действия измеряют не само давление, а некоторую его функцию. Их показания зависят от рода газа и его температуры.
Классы точности
По метрологическому назначению измерительные приборы делятся на образцовые и рабочие.
Образцовыми измерительными приборами называются приборы, предназначенные для поверки других измерительных приборов.
Рабочими измерительными приборами называются все измерительные приборы, служащие для непосредственных измерений.
Степень точности приборов легла в основу их разделения па классы. Класс точности измерительных приборов характеризуется уровнем допускаемой погрешности.
Класс точности - величина, характеризующая основную допустимую приведенную погрешность прибора. Она выражает в процентах отношение наибольшей допустимой абсолютной погрешности прибора, находящегося в нормальных условиях работы, к его номинальной величине.
Образцовые манометры имеют следующие классы точности:
грузопоршневые манометры - 0,05; 0,2;
пружинные манометры - 00,16; 2,5; 0,4.
Рабочие манометры имеют классы точности - 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4.
Выбор того или иного метода измерения зависит от характера измеряемой величины, необходимой точности измерения и от измерительной аппаратуры. Как бы совершенны ни были измерительные приборы, и методы измерений все же они дают лишь приближенные значения измеряемых величин. Отклонения результатов измерений от действительного значения измеряемой величины называется погрешностью измерения. За действительное значение измеряемой величины принимается величина, измеренная образцовым прибором.
Допустимой погрешностью называется наибольшая погрешность показания прибора, допускаемая нормами.
При классификации приборов по степени точности различают два вида погрешностей - основную и дополнительную.
Основной погрешностью прибора называется его погрешность при нормальных условиях, когда внешние неблагоприятные факторы отсутствуют или их влияние сведено к минимуму. Эта погрешность обусловливается несовершенством конструкции и сборки прибора; главными факторами ее являются: трение в опорах подвижной части, неточность градуировки и вычерчивания шкалы.
Дополнительной погрешностью называется погрешность показания, вызываемая воздействием внешних условий на прибор при отклонении от нормальных условий работы, а именно: температуры окружающей среды, влажности воздуха, вибрации, тряски и т. п.
К основным характеристикам относятся также вариации показаний. Вариация показаний измерительного прибора - это наибольшая находимая экспериментальная разность между повторными показаниями измерительного прибора, соответствующими одному и тому же действительному значению измеряемой им величины при неизменных внешних условиях.
У показывающих приборов вариацию можно обнаружить, если произвести ряд наблюдений, изменяя действительное значение измеряемой величины от наименьшего до наибольшего, а затем в обратном порядке, и отмечая соответствующие этим значениям показания прибора. Причиной вариации является трение и мертвый ход подвижных частей механизма прибора, неполная упругость пружин и других деталей, подверженных действию сил, изменяющих их форму или размеры.
Вариация более резко выражена у приборов, имеющих механизм, но она существует и у других приборов, как, например, у жидкостных термометров и манометров, где сопротивление жидкости движению вызывает отставание показаний.
Способы измерения давления основываются главным образом на уравновешивании действующих усилий при помощи столба жидкости или за счет деформации различного вида пружин.
Распределение промышленных манометров по отраслям
Приборы для измерения и контроля давления широко используются в таких отраслях промышленности как нефтяной, газовой и многих других. Распределение промышленных манометров по отраслям представлено на рис. 2.
В связи с определенными требованиями, предъявляемыми к манометрам в отдельных отраслях промышленности, таких как авиастроение, химическая промышленность, а также незначительное использование манометров в таких отраслях как пищевая, энергетика, металлургия, то в данном исследовании эти отрасли рассмотрены не будут.
Распределение промышленных манометров по типам в отраслях
1. В нефтяной отрасли используются следующие типы манометров:
- для нефтяных скважин;
- регистрирующие;
- общего назначение диапазонами:
0…6 МПа, 0…4 МПа, 0…25 МПа, 0…160 МПа
0…1,0 МПа; 0…6 МПа; 0…40 МПа
0…1,6 МПа; 0…10МПа; …60 МПа
0…2,5 МПа; 0…16 МПа; 0…100 МПа
- виброустойчивые.
2. Газовая отрасль:
- общего назначения;
- дифференциальные.
3. Автомобилестроение:
- для тормозных систем:
0…10 МПа
- для автомобильных насосов (посадочный диаметров кожуха - 44 мм)
0…4 кгс/см2
0…6 кгс/см2
- в пневмосистемах автомобиля (посадочный диаметров кожуха - 60 мм)
0…6 кгс/см2
- в тракторах:
0…6 кгс/см2
- общего назначения
4.Судостроение:
- судовой
0…100 кгс/см2
160…600 кгс/см2
- корабельный
-1…0…1,5…9 кгс/см2
- общего назначения
5. Водные системы
- общего назначения
- виброустойчивые
6. Железнодорожный транспорт
- железнодорожный
0…6 кгс/см2
0…10 кгс/см2
0…16 кгс/см2
7. Авиастроение
- авиационный двустрелочный (0…16 кгс/см2)
8. Пищевая промышленность:
- молочный (заполнитель полиэтилсилоксановая жидкость)
0…10 кгс/см2 (Кл. точности 5)
9. Химическая промышленность:
- аммиачные
0…100 кгс/см2
свыше 160 кгс/см2
- коррозионные

Манометры высокого давления (МВД)
Нефтяная отрасль
1. НПЗ - 30 шт. [1]
На НПЗ приходится в среднем 500 шт. МВД
30 х 500 = 15 000 шт.
2. Нефтебазы - 900 шт. [1]
На нефтебазу приходится в среднем 500 шт. МВД
900 х 500 = 450 000 шт.
3. АЗС - 70 000 шт.
Количество МВД - 10
70 000 х 10 = 700 000 шт.
4. Бензовозы (Из расчета, что один бензовоз обслуживает две АЗС)
70 000/2 = 35000 шт.
МВД - 2 шт.
35 000 х 2 = 70 000
Итого на нефтяную отрасль приходится в среднем
15 000 + 450 000 + 700 000 + 70 000 = 1 235 000 шт.
Газовая отрасль
1. Автомобиль газ. [2]
Автомобилей - 400 000
Количество МВД - в среднем 5 шт.
400 000 х 5 = 2 000 000 шт.
2. Газорегуляторные пункты - 100
ГРШ - 1000
Количество МВД в одном ГРШ - минимум 2 шт.
100 х 1000 х 2 = 200 000 шт.
3. АГКС - 230 [3]
МВД в среднем на одной АГНС - 25 шт.
230 х 25 = 5750 шт.
4. Бытовое газовое оборудование
газовые котлы -250 000 шт.[4]
МВД минимум 2
250 000 х 2 = 500 000 шт.
5. Приборы для газосварочного оборудования - 500 000 шт.
МВД минимум 1 шт.
500 000 х 1 = 500 000 шт.
6. Автоцистерны (газ) - 108 (Из расчета, что одна автоцистерна обслуживает 2 АГКС)
МВД минимум 2
108 х 2 = 316 шт.
Итого на газовую отрасль приходится в среднем
2 000 000 + 200 000 + 5 750 + 500 000 + 316 = 2 706 066 шт.
Автомобилестроение
1. Автомобиль - 1 164 667 шт./год [5]
Количество МВД - в среднем 5 шт.
1 164 667 х 5 = 5 823 335 шт.
2. Оборудование для подкачки шин
АЗС - 70 000
АГКС -208
На каждой второй заправке осуществляется шиномонтаж с использованием спец. оборудования
(70 000 + 208)0,5 = 35 104
МВД - минимум 1
35 104 х 1 = 35 104 шт.
Итого на автомобилестроение приходится в среднем МВД
5 823 335 + 35 104 = 5 858 439 шт.
Водные системы
1. Котельные - 68 000 шт.
МВД - в среднем 10 шт.
68 000 х 10 = 680 000 шт.
Железнодорожный транспорт
вагоны ж/д - 850 000
трамвай - 12 500
метровагон - 5791
Локомотивы 20 000 шт. (износ 70%)
МВД в среднем 3
(850 000 + 12 500 + 5791 + 20 000) х 3 = 2 664 873 шт.
На замену из расчета замены в каждом транспорте по 2 шт.
(850 000 + 12500 + 5791 + 20 000) х 2 = 1 776 582 шт.
Итого на железнодорожный транспорт приходится в среднем МВД
2 664 873 + 1776 582 = 4 441 455 шт.
По предварительным оценкам, при проведении сегментации рынка приборов для измерения давления было выявлено, что наибольшее количество приборов приходится на следующие сегменты:
1. на автомобилестроение - 5 858 439 шт.
2. на железнодорожный транспорт - 4 441 455 шт.
3. на газовую отрасль - 2 706 066 шт.
4. на нефтяную отрасль - 1 235 000 шт.
5. на водные системы - 680 000 шт.
Проверка предварительных данных
Автомобилестроение
В ходе исследования было выявлено, что в основном в автомобилях используются различные датчики* (таб. 3), которые не относятся к категории промышленных манометров высокого давления.
ДАТЧИК - элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства, преобразующий контрольную величину (давление, температуру, частоту, скорость, силу света, напряжение, электрический ток и т. п.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, хранения, регистрации и воздействия на управляемые процессы.

В автомобилестроении манометры высокого давления используются для проверки и регулировки давления подачи топлива, а также производительности насоса в автомобилях, как правило, это контрольные манометры со штуцерами, шлангами и вентелем, шкала манометра до 6 кгс/см2. В тормозных системах используются манометры след. диапазонов:

Таким образом, емкость рынка манометров высокого давления в автомобилестроении с учетом корректировки составит:
170 408 х 2 = 340 816 (где 170 408 - годовой выпуск грузовиков, 2 - МВД)
64 812 х 2 = 129 624 (где 64 812 - годовой выпуск автобусов, 2 - МВД)
70 000 х 1 = 70 000 (где 70 000 - количество АЗС, 1 - МВД)
208 х 1 = 208 (где 208 - количество АГКС, 1 - МВД)
25 000 х 1 = 25 000 (индивидуальное пользование)
ИТОГО: 340 816 + 129 624 + 70 000 + 208 + 25 000 = 565 648 МВД
Таким образом, предварительная оценка была завышена в 10 раз.
Вагоностроение
Железнодорожный транспорт
вагоны ж/д - 850 000 шт.
трамвай - 12 500 шт.
метровагон - 5791 шт.
Локомотивы 20 000 шт. (износ 70%)
МВД в среднем 3
(12 500 + 5791 + 20 000) х 3 = 114 873 шт.
На замену из расчета замены в каждом транспорте по 2 шт.
(12500 + 5791 + 20 000) х 2 = 76 582 шт.
Итого на железнодорожный транспорт приходится в среднем МВД
114 873 + 76 582 = 191 455 шт.
Таким образом, предварительная оценка была завышена в 23 раза.

Список литературы
1. Даг Харрис «Переработка нефти в России и Украине» 23.08.2004 г.
2. Васюков Г. В. Некоторые аспекты обеспечения пожарной безопасности объектов хранения, технического обслуживания и ремонта газобаллонных автомобилей. 2004 г.
3. ИД "Нефть и Капитал" от 12 июля 2005 г. «Природный газ и автомобиль»
4. Пономарев «Российский рынок бытовых газовых котлов»
5. Пробуем. Ру от 12.2004 «Производство автомобилей в России выросло на 9,6%»
6. Автомобильные газонаполнительные компрессорные станции
7. http://kipovez.nm.ru/poverca/prdavl/obcv.html Общие сведения о приборах давления. Характеристика и классификация приборов.
8. ГОСТ 2405-88 Манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры. Общие технические условия
9. Бюллетень Счетной палаты РФ №8 (80) /2004 год «Данные о количестве метровагонов по всем действующим метрополитенам в РФ»
10. Стариковская С. М. Физические методы исследования. Семинарские занятия. Часть 1. Москва 2001
11. http:// www.lbmvac.ru Таблица соотношений между основными единицами измерения давления.
Приложение 1
Таблица стандартных размеров давлений

Приложение 2
Механические приборы измерения и регулирования давления
Вакуумметры
Датчики
1. Датчики высоты
2. Датчики давления динамические
3. Датчики давления для предельных (экстремальных) условий
4. Датчики давления миниатюрные и сверхминиатюрные
5. Датчики давления программируемые
6. Датчики давления с выходом данных в виде графической кривой
7. Датчики давления с усилением выходного сигнала
8. Датчики давления со скоростной, мгновенной индикацией
9. Датчики с индикацией экструзивного давления
10. Датчики сжатия и растяжения
11. Датчики уменьшения давления газа и кислорода
12. Датчики эталонные для калибровки манометров
Датчики и первичные преобразователи давления
1. Датчики и первичные преобразователи давления абсолютные
2. Датчики и первичные преобразователи давления вакуумные
3. Датчики и первичные преобразователи давления двунаправленные (двусторонние)
4. Датчики и первичные преобразователи давления дифференциальные
5. Датчики и первичные преобразователи давления жидкостные
6. Датчики и первичные преобразователи давления относительные (сравнительные)
7. Датчики и первичные преобразователи манометрического, избыточного давления
Демпферы (гасители) колебаний давления для манометров
Манометры
1. Манометры U-образные и двухколенные для двух типов жидкостей
2. Манометры дифференциальные (дифманометры)
3. Манометры для измерения абсолютного давления
4. Манометры для измерения положительного (избыточного) давления
5. Манометры для нефтяных скважин
6. Манометры для полимеров
7. Манометры для сжиженных газов в баллонах
8. Манометры для хладагентов
9. Манометры судовые
10. Манометры железнодорожные
11. Манометры ионизационные (ионизационные вакуумметры)
12. Манометры комбинированные для измерения избыточного давления и вакуума (мановакуумметры)
13. Манометры многоколенные
14. Манометры наклонные (с наклонной U-образной трубкой)
15. Манометры одноколенные
16. Манометры освещенные сигнально-предупредительные
17. Манометры переносные
18. Манометры прецизионные
19. Манометры прецизионные для лабораторий и химической промышленности
20. Манометры с индикацией и регистрацией (самопишущие)
21. Манометры электрические и электронные
22. Манометры, индикаторы давления
23. Маностаты, стабилизаторы давления
24. Микроманометры
Оборудование для измерения и контроля давления в переносных огнетушителях
Оборудование для испытаний под давлением
Приборы манометрические и вакуумные сигнально-предупредительные
Регуляторы
1. Регистраторы, самопишущие устройства измерения давления
2. Регуляторы давления
3. Регуляторы давления для оборудования пищевой промышленности
4. Регуляторы давления с ручным управлением
5. Регуляторы давления с управляемой мембраной
6. Регуляторы давления электронные
7. Регуляторы и редукторы давления для воздуха
8. Регуляторы и редукторы давления для газов
9. Регуляторы и редукторы давления для жидкостей
Реле давления для холодильных установок
Стенды для калибровки манометров, приборов измерения давления
Трубки для манометров
Тягомеры
Уплотнения диафрагменные приборов измерения давления в жидких
агрессивных средах
Устройства защиты манометров
Устройства контроля давления
Устройства регулировки давления газа для газогенераторных установок
Эталоны давления
ЗАО "Медтехника"
198516, г.Санкт-Петербург, г. Петродворец, ул. Фабричная дом №1
Телефон: (812) 326-54-70; факс (812) 346-54-71
e-mail: [email protected]