wersja mobilna
Online: 671 Poniedziałek, 2016.12.05

Temat miesiąca

Kompendium przemysłowych przetworników ciśnienia

poniedziałek, 11 marca 2013 13:07

Ciśnienie jest obok temperatury najczęściej mierzoną wielkością fizyczną w przemyśle, co dotyczy szczególnie branży procesowej oraz aplikacji związanych z hydrauliką. W artykule przedstawiamy budowę i zasadę działania przetworników ciśnienia różnego typu oraz zalecenia odnośnie do ich wyboru, instalacji i eksploatacji. Prezentujemy również przykłady wykorzystania tych czujników w sterowaniu oraz monitorowaniu procesów produkcyjnych i maszyn.

Spis treści » Przetworniki mechaniczne
» Czujniki tensometryczne
» Sensory piezorezystancyjne
» Czujniki pojemnościowe i piezoelektryczne
» Przetworniki inteligentne oraz zakres pomiarowy
» Wpływ zmian temperatury i rodzaju medium
» Inne wymagania stawiane czujnikom
» Porady dotyczące instalacji przetworników ciśnienia
» Ochrona przetworników ciśnienia
» Pomiary ciśnienia w przemyśle
» Pokaż wszystko

Na rysunku 1 przedstawiono najprostszy przyrząd do pomiaru ciśnienia - manometr cieczowy dwuramienny. Przetwornik ten składa się ze szklanej rury w kształcie litery U, częściowo wypełnionej płynem o znanej gęstości - na przykład wodą, olejem lub rtęcią. Poziomy cieczy w obu ramionach manometru zmieniają się proporcjonalnie do różnicy ciśnień na ich końcach. Odmianą przetworników cieczowych są manometry z ramieniem pochyłym (rys. 2). Ich zaletą jest duża czułość, dlatego są używane do pomiaru małych ciśnień.

PRZETWORNIKI MECHANICZNE

W przemyśle częściej wykorzystywane są przyrządy, w których elementem pomiarowym są mieszki, membrany lub rurki Bourdona (rys. 3). Pod wpływem przyłożonego ciśnienia te pierwsze rozciągają się, z kolei membrany wyginają się na zewnątrz. W rurce Bourdona, która jest ciasno zwinięta w okrąg w obudowie manometru zwiększa się natomiast pole przekroju poprzecznego.

W rezultacie przewód pomiarowy rozwija się. Mieszki, membrany oraz rurki Bourdona połączone są ze wskazówką manometru. Kiedy ich kształt ulega zmianie, wskazówka obraca się po tarczy ze skalą, na której można odczytać wynik pomiaru. Niektórzy producenci (na przykład Wika) oferują również manometry tego typu z elektrycznym sygnałem wyjściowym.

Rys. 1. Manometr cieczowy dwuramienny

Rys. 2. Manometr cieczowy z pochyłą rurką

Oddzielną grupę stanowią elektroniczne przetworniki ciśnienia, w których na skutek przyłożonego ciśnienia zmieniają się parametry elektryczne (na przykład rezystancja, pojemność) elementu pomiarowego. Tym ostatnim najczęściej są czujniki tensometryczne, piezorezystancyjne, pojemnościowe oraz piezoelektryczne.

Inteligentny przetwornik różnicy ciśnień

APR-2000ALW firmy Aplisens przeznaczony do pomiaru gazów, par i cieczy. Elementem pomiarowym jest krzemowy czujnik piezorezystancyjny oddzielony od medium cieczą manometryczną i membraną separującą. Wybrane cechy i parametry: zakres pomiarowy: od -2...2 kPA do 0...7 MPa, błąd podstawowy: ≤ ±0,07 5%, stabilność długoterminowa: ≤ błąd podstawowy na 3 lata, błąd temperaturowy: < ±0,08% zakresu / 10°C, zakres temperatur kompensacji: -25...80°C, temperatura medium: -25...120°C, stopień ochrony obudowy: IP66 lub IP67, sygnał wyjściowy: 4...20 mA + HART, wykonanie specjalne: iskrobezpieczne i ognioszczelne, odporność na uderzenia ciśnienia i przeciążenia: do 25 lub 32 MPa, różne typy przyłączy procesowych.
www.aplisens.pl

CZUJNIKI TENSOMETRYCZNE

Rys. 3. Elementem pomiarowym w manometrach mechanicznych są a) mieszki, b) membrany lub c) rurki Bourdona

W sensorach tensometrycznych wykorzystywane jest zjawisko zmiany rezystancji R przewodnika w wyniku zmiany jego wymiarów. Z zależności R=ρ·(l/S), gdzie ρ to rezystywność materiału, l - długość, a S - pole przekroju poprzecznego przewodnika, wynika, że im jest on węższy i dłuższy, tym ma większą rezystancję.

Jeżeli natomiast metal jest ściskany, jego opór elektryczny maleje. Do pomiaru ciśnienia używane są zwykle cztery sensory tensometryczne tworzące mostek pomiarowy (Wheat stone’a). Czujniki te są mocowane na membranie, która pod naporem mierzonego medium ugina się. Powoduje to również odkształcenie czujników i zmianę ich rezystancji (rys. 4).

Wartość napięcia wyjściowego mostka jest wówczas proporcjonalna do ciśnienia działającego na membranę. Czujniki tensometryczne mogą być wykonywane w technologii cienko- lub grubowarstwowej. Ich zaletą jest odporność na uderzenia oraz wibracje, natomiast wadą zależność czułości i dokładności pomiaru odpowiednio od sposobu rozmieszczenia tensometrów na membranie oraz jakości ich przymocowania.

Zanurzalny przetwornik ciśnienia do pomiaru poziomu

LH-20 firmy Wika z ceramicznym elementem pomiarowym, przeznaczony do pomiarów m.in. w otwartych zbiornikach wody, przepompowniach ścieków, odwiertach. Wybrane cechy i parametry: obudowa ze stali nierdzewnej (opcjonalnie z tytanu), dostępny w wersji iskrobezpiecznej, zakres pomiarowy: od 0...0,1 bara do 0...25 bara, dopuszczalne przeciążenie: od 15 do 130 barów, nieliniowość: ≤ ± 0,2% zakresu, błąd temperaturowy: ≤ 0,15% zakresu/10°C, stabilność długoterminowa: ≤ 0,1% zakresu/rok, sygnał wyjściowy: 4...20 mA (+ HART jako opcja), opcjonalnie czujnik temperatury Pt100, temperatura medium: -40...+80°C.
www.wikapolska.pl

SENSORY PIEZOREZYSTANCYJNE

Rys. 4. Ugięcie membrany powoduje ściskanie i rozciąganie przymocowanych do niej tensometrów

Zasada działania czujników piezorezystancyjnych jest podobna - wydłużenie lub ściśnięcie elementu pomiarowego wpływa na jego rezystancję. Ponieważ są one wykonywane z półprzewodników, przyczyną tego jest przede wszystkim zmniejszenie lub zwiększenie rezystywności. W materiałach takich jak krzem jest to zmiana nawet kilkaset razy większa niż w wyniku zmiany długości i przekroju poprzecznego.

Dzięki temu czujniki piezorezystancyjne mogą być używane do pomiaru bardzo małych ciśnień (rzędu pojedynczych milibarów). Z drugiej strony wymagają one kompensacji temperaturowej, mogą też łatwo ulec uszkodzeniu w wyniku kontaktu z mierzonym medium. Dlatego w ich konstrukcji stosowane są specjalne rozwiązania.

Sensory piezorezystancyjne realizowane są jako mikrostruktury w układzie mostka pomiarowego zintegrowane z krzemową membraną. Tę ostatnią zamyka się w hermetycznej obudowie. Całość umieszczona jest w kolejnej obudowie na przykład ze stali szlachetnej, od strony mierzonego medium zamkniętej drugą membraną. Wolna przestrzeń między czujnikiem a zewnętrzną membraną jest wypełniona cieczą manometryczną.

Zwykle jest to olej syntetyczny (rys. 5). Dzięki takiej budowie kontakt z mierzonym medium ma wyłącznie membrana zewnętrzna, która uginając się, pośrednio przez olej wywiera ciśnienie na membranę czujnika. Ponieważ ciecz manometryczna charakteryzuje się określoną rozszerzalnością cieplną, może w pewnych warunkach fałszować wyniki pomiaru. Zapobiega się temu, ograniczając do minimum wolną przestrzeń między membranami.

Ukośne manometry cieczowe

VH 50 firmy Kimo Instruments przeznaczone do pomiaru niewielkich zmian ciśnienia, podciśnienia lub różnicy ciśnień powietrza albo innych gazów. Ich przykładową aplikacją jest kontrola sprawności filtrów w systemach wentylacji i eliminacji zapyleń przemysłowych. Wybrane cechy i parametry: dopuszczalna temperatura pracy: -30...+60°C, maksymalne ciśnienie statyczne: 1 bar, zakres pomiarowy w mm H2O: 1. kolumna 0-16, 2 kolumna 19-50, skala czułości (dla 1 mm H2O): 1 kolumna 7 mm, 2. kolumna 3,5 mm, rozdzielczość: 1 mm H2O, ciecz manometryczna: AWS 10 czerwony olej, objętość zbiornika: 20 ml, obudowa: przezroczysty altuglas o grubości 15 mm.
www.kimo-polska.com



 

Prezentacje firmowe

zobacz wszystkie Nowe produkty

Zasilacze przemysłowe rodziny Quint z nowymi funkcjami zabezpieczającymi i konfiguracyjnymi

2016-12-05   | Phoenix Contact Sp. z o.o
Zasilacze przemysłowe rodziny Quint z nowymi funkcjami zabezpieczającymi i konfiguracyjnymi

Phoenix Contact dodaje do oferty rodzinę zasilaczy sieciowych Quint4 zaprojektowanych do zastosowań przemysłowych. Ta czwarta generacja zasilaczy oferuje zmodernizowane funkcje konfiguracyjne i diagnostyczne zwiększające niezawodność zasilania dostarczanego do systemów sterujących.
czytaj więcej

Nowy ultrakondensator o napięciu 51 V do autobusów o napędzie hybrydowym

2016-12-05   |
Nowy ultrakondensator o napięciu 51 V do autobusów o napędzie hybrydowym

Maxwell Technologies wprowadza do oferty nowy typ ultrakondensatora o napięciu 51 V przeznaczonego do wymagających zastosowań, m.in., w autobusach o napędzie hybrydowym. Został on zbudowany na bazie produkowanych przez Maxwella ogniw o napięciu 2,85 V i pojemności 3400 F, charakteryzujących się największą obecnie energią i gęstością mocy wśród wszystkich dostępnych na rynku tego typu elementów.
czytaj więcej

Nowy numer APA