Manomètres pour mesurer la pression du gaz : types, caractéristiques de conception et de fonctionnement des instruments

Il est souvent nécessaire de mesurer la pression exercée par le gaz, par exemple dans les bouteilles, les gazoducs, divers réservoirs et cuves. Pour contrôler et surveiller les indicateurs, on utilise des manomètres destinés à mesurer la pression du gaz. Ces appareils interviennent dans différents domaines de la vie, allant de la médecine à l’industrie lourde.

Pour que l’acquisition d’un appareil ne soit pas vaine et que le manomètre acheté réponde aux exigences des processus de production, il convient de se familiariser avec la classification. Nous vous présentons les variétés d’instruments de mesure de la pression du gaz. Nous vous expliquons leurs particularités constructives et leurs principes de fonctionnement.

Classification selon le type de pression mesurée

Les instruments servant à obtenir des données sur les paramètres de pression du gaz dans les gazomètres, les canalisations de transport, dans les bouteilles de gaz et autres réservoirs sont classés selon plusieurs critères. Ils diffèrent par leur conception et leur principe de fonctionnement.

Les appareils qui mesurent la pression sont divisés en classes selon :

• le type de pression mesurée ;
• la fonction ;
• selon le principe de fonctionnement ;
• la classe de précision.

Selon le type de pression mesurée, les instruments destinés à déterminer des indicateurs précis sont divisés en manomètres, vacuomètres, manomètres de tirage, manomètres de refoulement, baromètres, etc.

En fonction du degré de protection contre l’influence de l’environnement extérieur, les appareils suivants sont fabriqués :

• standard ;
• protégés contre la pénétration de poussière ;
• imperméables à l’eau ;
• protégés contre les milieux agressifs ;
• antidéflagrants.

Un seul produit peut combiner plusieurs types de protection.

Le schéma présente la répartition des instruments de mesure selon le principe de fonctionnement, le type de pression, l’application et l’affichage. Les appareils à liquide et à piston sont rarement utilisés pour obtenir des données sur la pression du gaz.

Le manomètre est un appareil de petite taille qui sert à mesurer la pression ou la différence de pression. Le principe de fonctionnement de cet instrument de mesure dépend de sa structure interne. Au sein d'une même classe, ils sont encore subdivisés en groupes selon la classe de précision.

Pour mesurer la pression absolue, dont les valeurs sont comptées à partir du zéro absolu (vide), on utilise des manomètres absolus. La pression relative est déterminée par un manomètre de pression relative. En général, toutes les variétés de ces appareils sont désignées par un seul mot : « manomètre ».

La plupart des variétés de manomètres sont destinées à mesurer des valeurs de pression relative. Leur particularité est qu'ils indiquent la pression représentant la différence entre la pression absolue et la pression atmosphérique.

Les vacuomètres sont des dispositifs qui indiquent la valeur de la pression d'un gaz raréfié. En utilisant des manovacuomètres, on mesure la pression relative et la pression du gaz raréfié. Les informations sont affichées sur une échelle unique.

À l'aide des manomètres de surpression, on détermine les paramètres de pression relative jusqu'à 40 kPa. Les vacuomètres, en revanche, permettent de mesurer le vide jusqu'à – 40 kPa. Les manovacuomètres mesurent le vide et la pression relative dans l'intervalle de – 20 à + 20 kPa.

Les manomètres sont utilisés dans les secteurs les plus divers. Travailler avec du gaz comporte un risque élevé, il est donc important de surveiller tous les paramètres du système. Les informations sur la pression fournissent aux utilisateurs des données sur l'état actuel de l'objet mesuré.

Les manomètres différentiels permettent de déterminer la différence de pression entre deux points quelconques à étudier. Un micromanomètre est un manomètre différentiel permettant de mesurer des différences de pression jusqu'à 40 kPa.

Classification selon le principe de fonctionnement

Les manomètres à gaz sont divisés, selon le mécanisme de lecture des indications, en :

• Déformation ;
• Électriques ;
• À piston ;
• Liquides.

Chaque type a ses propres caractéristiques.

Type de manomètres à déformation

Le principe et les bases de fonctionnement des dispositifs de la classe de déformation consistent en ce que la pression agit sur l'élément sensible de l'appareil, qui se déforme. Le niveau de pression est déterminé par le degré de déformation.

Les manomètres à déformation sont fabriqués avec des composants de travail à ressort tubulaire, à soufflet ou à membrane, qui présentent une sensibilité élevée.

Les éléments récepteurs dans les dispositifs à ressort tubulaire sont des ressorts tubulaires. Ces pièces sont des tubes courbés en cercle avec une section transversale ovale. Le gaz exerce une pression sur la surface intérieure du tube. Sous cet effet, le tube se déforme et change de forme, s'approchant d'une forme arrondie.

Une extrémité du tube est scellée et peut se déplacer. L'autre est ouverte et fixée par des supports. Lorsque le tube à ressort se courbe, l'action s'exerce également sur les anneaux, qui déplient ensuite le ressort. L'extrémité scellée du ressort se déplace en fonction de la force de pression. Ce mouvement est transmis à l'échelle de mesure.

Pour mesurer des pressions jusqu'à 40 bars, on utilise des ressorts circulaires. Pour des pressions plus élevées, on emploie des ressorts hélicoïdaux ou en spirale situés dans un même plan. L'erreur d'indication lors de la mesure de la pression par cette méthode est comprise entre 1 et 4 %.

Les éléments sensibles à membrane et à soufflet permettent de mesurer efficacement de faibles valeurs de pression relative et de vide.

Le soufflet est fabriqué selon le principe du tuyau soufflet sanitaire. Il s'agit d'un tube métallique à paroi mince composé d'anneaux transversaux mobiles. Selon le matériau et les paramètres de fabrication, le soufflet peut être plus ou moins rigide.

Sous l'effet d'une température élevée, des déformations plastiques s'accumulent avec le temps, ce qui altère la justesse des indications. De plus, à température élevée et avec des pulsations de pression, le changement de la caractéristique statique s'accélère.

Les éléments sensibles à membrane offrent la plus grande diversité. La classe de précision de ces dispositifs ne dépasse jamais 1,5. Ces instruments sont dotés d'un système de protection. En cas de surcharge, la membrane bute contre un dispositif de protection spécial.

Les boîtes à membrane sont souvent installées dans les instruments mesurant la pression et la dépression. Les manomètres de pression, les vacuomètres et les manovacuomètres à boîtes à membrane sont fabriqués avec des classes de précision 1,5 ; 2,5 et une limite de mesure jusqu'à 25 kPa.

Les membranes planes ont un faible déplacement du point de travail, c'est pourquoi elles sont le plus souvent utilisées pour convertir la pression en force. Elles sont instables mais bien calculables.

Les membranes ondulées, ainsi que les boîtes similaires, sont utilisées pour améliorer la caractéristique statique. Les premières se déplacent mieux, mais sont difficiles à calculer. Les secondes sont beaucoup plus utilisées en raison de leur rigidité réduite.

Pour mesurer de faibles valeurs de pression, on utilise des dispositifs à membranes molles.

Les instruments nécessitent une protection contre les effets des températures élevées, car celles-ci affectent négativement l'élasticité et la sensibilité des principaux éléments de travail.

Manomètres mécaniques indicateurs

De nombreux manomètres à tube à ressort sont en fait des dispositifs à transformation directe. Cela signifie que la pression est convertie en déplacement de l'élément sensible et du dispositif mécanique qui est en contact avec lui.

Sur le schéma, le raccord est placé radialement, mais on fabrique également des manomètres avec un raccord axial.

Sous l'effet de la pression, l'extrémité libre du ressort se déplace, la tige agit sur le secteur denté, ce qui entraîne la rotation de l'engrenage et de l'aiguille indicatrice.

Les manomètres indicateurs à ressort sont fabriqués avec une plage de mesure de 0,1 à 103 MPa et ont différentes classes de précision. Les modèles étalons sont produits avec des classes de précision 0,15 ; 0,25 ; 0,4. Les instruments de la catégorie de travail de haute précision – 1 et 0,6. Les instruments de travail à usage général – avec des classes de précision 1,5 ; 2,5 ; 4.

Manomètres à contact électrique

Il s'agit structurellement d'une version améliorée du manomètre indicateur. Le principe de fonctionnement est que lorsque l'aiguille atteint une valeur de pression seuil, le circuit se ferme.

Dans la structure du manomètre indicateur sont intégrées des aiguilles supplémentaires avec des contacts électriques comprimés, placées en regard des valeurs de signalisation

Le circuit électrique se ferme et l'alarme se déclenche lorsque l'aiguille indicatrice atteint l'une des aiguilles à contacts. La classe de précision de ces manomètres est 1,5. La plage de mesure correspond aux valeurs standard.

Pour assurer la signalisation ou à des fins de régulation de position, on utilise des pressostats marqués RD. Ils mesurent des pressions dans une plage de 12 à 1600 kPa. Le pressostat est réglé sur les limites d'activation supérieure et inférieure en fonction des indications d'un appareil de contrôle, et il a une puissance de coupure de 10 W.

Modèles de manomètres enregistreurs

L'industrie fabrique des manomètres dotés d'un système de relevé intégré qui enregistre les valeurs sur un diagramme circulaire afin de pouvoir suivre l'évolution des indicateurs. Un tour peut s'effectuer en 8, 12 ou 24 heures. Le mouvement est assuré par un moteur électrique ou un mécanisme d'horlogerie.

Le fonctionnement de l'enregistreur manométrique repose sur la transmission du signal par un ressort tubulaire de grand diamètre qui développe un effort de traction. Il transmet le mouvement de l'élément sensible au système d'indication. Les appareils marqués MTS enregistrent les valeurs de pression relative.

Ces appareils nécessitent une surveillance de l'opérateur et ont des classes de précision 1 ; 1,5 ; 2,5.

Les éléments sensibles à soufflet sont utilisés dans les manomètres différentiels enregistreurs, qui peuvent en outre être équipés d'un dispositif de signalisation et d'un convertisseur pneumatique. Ces instruments mesurent la pression dans une plage de 6,3 kPa à 0,16 MPa et ont des classes de précision 1 ; 1,5.

Type de manomètres à piston

Ces manomètres sont souvent utilisés comme étalons pour l'étalonnage d'autres instruments de mesure. Leur plage de mesure est très large. Selon la construction de l'appareil, elle peut commencer à des valeurs de vide importantes et atteindre des pressions relatives jusqu'à 2500 MPa. La classe de précision atteint des valeurs maximales allant jusqu'à 0,0015.

Chaque fois que l'instrument de mesure est soumis à une charge excédant la norme prescrite, il perd en durée de vie et en précision de mesure.

Le principe de fonctionnement consiste à maintenir le cylindre dans le piston dans un état spécifique tandis que des poids d'étalonnage agissent d'un côté et la pression mesurée de l'autre. En fonction du poids des masses, on détermine la valeur de la pression générée.

L'élément de travail principal de l'appareil est la colonne de mesure. En fonction de la qualité de sa fabrication, de la précision et de la propreté des raccordements, la valeur de l'erreur varie.

Les manomètres à piston fonctionnant au gaz présentent l'erreur de mesure la plus faible. Cependant, ces appareils coûtent plusieurs fois plus cher en raison des particularités de leur construction et de la nécessité de filtrer le gaz des particules étrangères.

Fonctionnellement, le manomètre à piston se compose d'un dispositif de génération de pression, d'un système de mesure et de masses. L'appareil est équipé d'un mécanisme rotatif pour augmenter et diminuer la pression, ainsi que d'une vanne de décompression.

Les manomètres à piston non étanche sont largement utilisés. Dans ceux-ci, il y a un espace entre le piston et le cylindre. La capacité sous le piston est remplie d'huile qui, sous pression, s'écoule dans l'espace et lubrifie les surfaces de frottement.

Instrument électrique de mesure du milieu gazeux

Ces manomètres sont utilisés pour convertir la pression directe ou indirecte du gaz en un paramètre électrique. Les manomètres les plus courants de ce type sont : les manomètres à jauge de contrainte, capacitifs et à résistance. La pression est mesurée dans une plage de 100 Pa à 1000 MPa. Les appareils sont fabriqués avec des classes de précision de 0,1 à 2,5.

Le fonctionnement des manomètres basés sur l'effet tensométrique consiste en une modification de la valeur de la résistance du conducteur en raison d'une déformation. Ils mesurent la pression dans une plage de 60 à 10⁸ Pa avec une erreur minimale.

La fixation à bride du capteur et la conception spéciale de l'appareil permettent de lire les données de pression dans des environnements particulièrement agressifs à des températures allant jusqu'à 300 °C. Ils sont utilisés pour mesurer la pression dans des systèmes à processus rapides.

Le schéma de fonctionnement des manomètres à résistance est basé sur la dépendance de la résistance du conducteur à la pression. Généralement, ce type d'appareil est utilisé pour mesurer des pressions particulièrement élevées, supérieures à 100 MPa.

L'élément sensible de cet appareil est un fil de manganine, dont la résistance est facilement mesurée par un pont équilibré.

Le fonctionnement des manomètres capacitifs repose sur l'action de la pression sur une membrane qui constitue une électrode mobile. Lorsque la membrane se déplace, la capacité du transducteur change. Ils se caractérisent par des erreurs de température importantes.

Dans les manomètres capacitifs, la déformation de la membrane est déterminée par un circuit électrique. Ces appareils sont utilisés dans les systèmes à variations rapides de pression.

Instruments de mesure à liquide

La détermination de la pression par ces instruments se fait en équilibrant la pression mesurée par la pression générée par une colonne de liquide. De cette manière, on peut mesurer une faible surpression, la pression atmosphérique, le niveau de dépression et la différence de pression.

Cette catégorie comprend les manomètres en U, composés de vases communicants, la pression étant déterminée par les niveaux de liquide ; les micromanomètres à compensation ; les manomètres à cuvette, dans lesquels un réservoir remplace le deuxième tube ; les manomètres différentiels à flotteur, à cloche et annulaires.

Les manomètres bitubes permettent de mesurer des différences de pression. Dans ce cas, chacune des tubes est reliée à la pression que l'on souhaite mesurer.

Dans les instruments de mesure à liquide, le fluide de travail est l'équivalent de l'élément sensible.

Les manomètres différentiels sont généralement équipés d'avertisseurs, de compteurs de débit, de régulateurs et d'enregistreurs. La plage de mesure va de 10 à 10⁵ Pa. La limite de mesure varie selone le liquide de remlissage de l'appareil.

Division selon la fonction

Selon leur u sage, on distingue les types suivants de manomètres utlisés pour la mesure de la pression du gaz :

• généraux ;
• de référence ;
• spéciaux.

Examinons les particularités de chaque type.

Manomètres à usage technique général

Ces manomètres sont fabriqué pour mesurer les aleurs de pression de vide et de surpression à des fins techniques générales. Diverses modifications des dispositifs permettent de les utliser dans des environnements très variés. Ils sont utilisés pour mesurer la pression en production, directement au cours des processus technologiques.

Dans ces instruments, la pression agit sur le tube de l'intérieur et provoque le déplacement de l'extrémité libre. Un mécanisme interagit avec cette extrémité et actionne l'aiguille.

Ces manomètres peuvent mesurer la pression de milieux gazeux non agressifs pour les alliages de cuivre à une température de service allant jusqu'à 150 °C. En général, le boîtier de l'appareil est en acier et les pièces du mécanisme en alliage de laiton.

Les manomètres à usage général pour gaz basse ou haute pression sont fabriqués pour résister aux vibrations d'une fréquence comprise entre 10 et 55 Hz, avec une amplitude de déplacement maximale de 0,15 millimètre. Ils ont plusieurs classes de précision de 1 à 2,5.

Les manomètres numériques sont de petite taille, offrent une grande précision de mesure et une longue durée de vie. De plus, ces appareils peuvent être calibrés.

Les manomètres de gaz à usage technique général avec une carte électronique affichant les données des mesures effectuées gagnent en popularité. Ils sont souvent équipés de convertisseurs, ce qui automatise les processus technologiques. Les valeurs de pression s'affichent sur un cadran électronique.

Groupe des manomètres spéciaux

Ces instruments sont fabriqués pour un type de gaz spécifique et l'environnement qu'il crée. Pour les systèmes à haute pression, des manomètres pour gaz à haute pression sont fabriqués. Certains gaz sont agressifs envers certains alliages, il est donc nécessaire d'utiliser des matériaux résistants pour travailler avec eux.

Les manomètres spéciaux sont peints de différentes couleurs selon le type de gaz.

Les manomètres de propane sont peints en rouge, ont un corps en acier et les caractéristiques des manomètres à usage technique général. La pression de service de ces instruments est de 0 à 0,6 MPa. C'est la pression standard du propane. Le fonctionnement est possible dans une plage de température de -50 à +60 °C. La température du fluide de travail peut atteindre +150 °C. Ils font souvent partie de l'équipement avec des détendeurs de bouteilles.

Les manomètres d'ammoniac pour bouteilles et autres réservoirs sont peints en jaune. Les unités à compression multi-étagée sont équipées d'une échelle de température. Les composants du manomètre sont fabriqués à partir de matériaux résistants aux vapeurs d'ammoniac.

En cas de charges dynamiques importantes, les manomètres sont remplis de glycérine ou de silicone.

Le manomètre d'acétylène est peint en blanc. Il est fabriqué comme manomètre de systèmes de sécurité à partir de matériaux dégraissés. Il est utilisé pour mesurer la pression relative dans divers systèmes de distribution et de génération d'acétylène. Le corps est en acier, les composants internes en alliage de laiton. Plage de température admissible de -40 à +70 °C.

Le manomètre d'hydrogène est peint en vert foncé. Le manomètre pour les autres gaz combustibles est peint en rouge. L'instrument de mesure pour les mélanges non combustibles est peint en noir. Le manomètre d'oxygène est peint en bleu.

Appareils étalons de mesure de pression

Ce type de manomètre est conçu pour vérifier, étalonner et régler d'autres instruments afin de garantir la plus grande précision des mesures. Ces appareils se distinguent par une classe de précision plus élevée que le manomètres à usage technique général. Les étalons de travail sont divisés en trois catégories.

Les manomètres de contrôle, utilisés pour vérifier la fiabilité des indications des instruments de mesure sur site, sont également appelés manomètres de haute précision. La plage de mesure de fonctionnement est de 0-0,6 à 0-1600 bar pour les milieux gazeux.

Les manomètres pour les bouteilles de gaz ordinaires et composites doivent subir une procédure de vérification au moins une fois par an, sauf si d'autres délais sont spécifiés dans les documents de l'appareil. La vérification est effectuée par des organismes métrologiques accrédités ayant le statut de personnes morales. Après la vérification, un certificat est délivré et une estampille est apposée.

Il faut retirer l'appareil de la bouteille et l'apporter au service métrologique. Là-bas, les vérificateurs et les étalonneurs, à l'aide d'un ensemble d'étalons et d'instruments auxiliaires, effectueront la vérification pendant environ 10 jours.

Les mécanismes de transmission des manomètres étalons sont traités avec une fréquence d'engrènement élevée. Ils se caractérisent par un frottement minimal dans le mécanisme à aiguille ainsi qu'une grande sensibilité des éléments internes.

Les manomètres étalons de classe de précision 0,4 ont une échelle de 250 unités, ceux de classe 0,15 ou 0,25 ont une échelle de 400 unités avec une valeur de division de 1 unité. L'utilisation de l'appareil est possible à différentes températures selon le remplissage du boîtier. La température de fonctionnement idéale est de 20 °C.

Les spécificités du remplissage des bouteilles de gaz seront présentées dans l'article suivant. Il vaut la peine d'être lu par tous les propriétaires de propriétés rurales non raccordés à l'alimentation en gaz centralisée.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Principe de fonctionnement du manomètre à ressort :

Caractéristiques et domaines d'application du manomètre :

Les manomètres sont fabriqués pour différentes applications. Les types techniques généraux sont les plus populaires, utilisés dans les petites industries, par diverses entreprises lors de travaux sur des équipements et systèmes à gaz. Les manomètres électrocontact sont des dispositifs qui signalent l'atteinte d'une valeur critique.

Pour la vérification et l'ajustage des manomètres, on utilise des manomètres étalons. Des manomètres spéciaux sont fabriqués pour mesurer la pression d'un milieu gazeux spécifique. Parmi eux, les manomètres à propane sont très populaires ; ils sont souvent installés avec un détendeur sur les bouteilles de gaz.

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