Manometri - Nozioni di base, tipi e funzione dei manometri

Struttura

I manometri sono utilizzati in diverse applicazioni, tra cui la misurazione della pressione negli pneumatici delle auto, il monitoraggio delle condizioni di pressione atmosferica nelle stazioni meteorologiche e la misurazione della pressione nelle tubature del gas e dell’acqua. A seconda dell’area di applicazione e del design, i manometri possono misurare la pressione relativa rispetto alla rispettiva pressione statica (ad esempio la pressione atmosferica) o la pressione assoluta rispetto al vuoto (ad esempio il barometro).

Come funzionano i manometri

Per quanto riguarda gli elementi che trasmettono la pressione al meccanismo di visualizzazione in un sistema, l’applicazione industriale distingue essenzialmente tra manometri a molla tubolare, manometri a membrana e manometri a capsula. Una scala analogica con un ago o un display digitale, in cui la pressione misurata fisicamente viene convertita in un segnale elettrico grazie a dei sensori di pressione e visualizzata sul display, serve come dispositivo di visualizzazione.

I manometri sono progettati per uno specifico intervallo di pressione che deve essere preso in considerazione per la selezione.

Manometro a tubo di Bourdon

Il manometro a molla è un misuratore di pressione che funziona secondo il principio della deformazione elastica. Nell’involucro è presente una molla a tubo (detta anche molla Bourdon), che costituisce il collegamento tra la sostanza da misurare e la scala del display. Il tubo a molla all’interno del manometro viene riempito con il materiale di misurazione (ad esempio, acqua).

Se la pressione nella molla a spirale aumenta, questa si deforma elasticamente e cerca di srotolarsi. Il motivo è da ricercare negli effetti fisici legati al design a spirale o circolare. Questo movimento viene trasferito meccanicamente dalla punta della molla del tubo all’ago tramite un’asta di trazione, indicando così la pressione applicata alla bilancia. I manometri a molla tubolare sono versatili e adatti a un’ampia gamma di applicazioni.

Tuttavia, poiché i liquidi o i gas da misurare penetrano direttamente nel manometro, in genere non sono adatti a misurare la pressione di sostanze aggressive. In questi casi, è necessario utilizzare rilevatori di pressione realizzati con materiali speciali per ottenere una separazione tra il manometro e il materiale di misurazione o passare a manometri a membrana rivestiti.

Manometri a membrana

I manometri a membrana trasmettono la pressione di un sistema al dispositivo di visualizzazione utilizzando una membrana. Accanto al dispositivo di visualizzazione c’è un diaframma, che di solito è bloccato tra due flange ed è collegato all’ago tramite un’asta di spinta e separa fisicamente l’interno del manometro dalla sostanza da misurare.

Se una forza agisce sul diaframma dall’esterno, questo si deforma seguendo la forza agente e traduce il movimento attraverso l’asta di spinta in un valore che può essere letto sulla scala. Poiché il diaframma è sostenuto dalla flangia sul lato del manometro al massimo carico, questa forma di manometro è relativamente resistente al sovraccarico.

I manometri a membrana sono in grado di fornire risultati precisi anche a pressioni molto basse, di pochi millibar, e possono essere utilizzati anche per misurare la pressione in sistemi con fluidi aggressivi con un adeguato rivestimento della membrana (ad esempio con PTFE o oro).

Manometri a capsula

I manometri a capsula sono progettati per assomigliare alla struttura dei manometri a diaframma, ma hanno due diaframmi collegati tra loro ai bordi all’interno.

Nel diaframma è presente un’apertura sul lato del materiale di misurazione, attraverso la quale il materiale di misurazione (solitamente gas secco) può fluire direttamente nell’elemento della capsula. A questo punto, la sovrapressione o la pressione del vuoto esercitato causano, in condizioni di pressione negativa, la deformazione della capsula, che di conseguenza si espande o si contrae. La deformazione viene trasferita al sistema di visualizzazione tramite un collegamento meccanico. I manometri a capsula sono adatti a misurazioni precise della pressione nell’intervallo dei mbar grazie alla loro elevata precisione di misurazione.

Proprietà dei manometri

Il seguente elenco fornisce una panoramica delle proprietà più importanti dei manometri.

Principio di funzionamento e costruzione

I manometri registrano la pressione in un sistema utilizzando diversi principi funzionali. Oltre ai principi sopra descritti, che sono i più diffusi, esistono molte altre forme particolari di manometri progettati per applicazioni speciali. Ad esempio, i barometri con capsula chiusa come una forma speciale di barometro a molla a capsula, le bilance di pressione o i manometri a liquido.

Gamma di visualizzazione

La gamma di visualizzazione indica in quale intervallo di pressione il manometro è adatto alla misurazione. La pressione è preferibilmente specificata in bar.

Classe di precisione

La classe di precisione di un manometro indica quanto può essere grande la deviazione del valore visualizzato sul manometro dal valore effettivo applicato.

Secondo la norma EN 837-1, le classi di precisione sono comprese tra 0,1 e 4,0 a una temperatura di riferimento di 20 °C. Le classi di precisione sono indicate in percentuale della gamma di visualizzazione. Con una classe di precisione di 1,0 e una gamma di visualizzazione di 100 bar, il limite di errore di un manometro sarebbe quindi ± 1 bar.

Protezione da sovraccarico

La protezione da sovraccarico si riferisce alla capacità di un manometro di resistere a pressioni oltre la gamma di visualizzazione. Se la pressione aumenta ulteriormente e supera questo intervallo di sicurezza, la deformazione elastica degli elementi che assorbono la pressione si trasforma in una deformazione plastica. Il sistema di misurazione è permanentemente deformato.

Dimensione nominale

La dimensione del display del manometro è indicata come dimensione nominale in millimetri.

Scala di graduazione

La scala di graduazione fornisce informazioni sulla precisione di lettura del dispositivo di visualizzazione e indica gli intervalli della scala del display.

Proprietà di installazione

Oltre alle proprietà di base dei manometri sopra menzionate, nella scelta del manometro corretto per l’applicazione prevista è necessario considerare altre proprietà specifiche per l’installazione, come la dimensione della filettatura e la posizione della vite di fissaggio. I manometri possono anche essere riempiti con un liquido (ad esempio glicerina) per smorzare le forti vibrazioni o le pressioni che fluttuano rapidamente.

Come funzionano i manometri differenziali

La misurazione a pressione differenziale è di grande importanza per l’industria e viene utilizzata, ad esempio, per misurare il livello di riempimento di serbatoi pieni di liquido o per misurare la velocità del flusso e le relative portate.

La misurazione a pressione differenziale è di grande importanza per l’industria e viene utilizzata, ad esempio, per misurare il livello di riempimento di serbatoi pieni di liquido o per misurare la velocità del flusso e le relative portate.

La differenza di pressione viene valutata in base all’entità e alla direzione della deformazione di questa membrana e trasferita al sistema di visualizzazione. Per misurare la velocità del flusso si possono utilizzare diversi sensori, come sonde di pressione dinamica o venturimetri/ugelli, a seconda della sezione trasversale della conduttura e delle condizioni operative.

Sensori di pressione e di flusso

I sensori di pressione e di flusso sono forme speciali di manometri.

I sensori di pressione vengono utilizzati, ad esempio, per misurare il livello di riempimento di serbatoi o contenitori. Sono utilizzati anche negli impianti idraulici per controllare la pressione dell’olio nel sistema. Esistono vari tipi di sensori di pressione come sensori piezoresistivi o sensori capacitivi.

I sensori di flusso, d’altra parte, vengono utilizzati per misurare la quantità di liquido o gas attraverso un sistema di tubazioni. Questo è importante per il dosaggio preciso dei fluidi nell’industria chimica o farmaceutica e per i sistemi di riscaldamento per controllare il consumo energetico.

Selezione del manometro appropriato

Quando si selezionano i manometri, è importante considerare le specifiche dei componenti e dei materiali.

Possono basarsi sulle specifiche DIN, diffuse in Europa, o sulle specifiche JIS, introdotte dal Giappone. Tuttavia, è importante notare che non tutti i componenti e i materiali sono compatibili tra JIS e DIN.

Si raccomanda quindi di concordare le specifiche di una regione quando si selezionano i componenti di precisione combinati.