Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Provozní kalibrace tlaku do 20 MPa plynem

číslo 8-9/2003

Provozní kalibrace tlaku do 20 MPa plynem

Růst požadavků na přesnost a spolehlivost provozního měření tlaku s sebou nese potřebu pravidelné kontroly a kalibrace používaných snímačů, popř. převodníků. Demontáž s následným ověřením snímače v laboratoři není vždy možná. Buď nelze z technologických důvodů měření přerušit na dobu potřebnou ke kalibraci, nebo je laboratoř natolik vzdálená, že transport snímače tam a zpět je ekonomicky nepřijatelný. Výsledky kalibrace v laboratorních podmínkách také často dostatečně přesně nepopisují chování snímače tlaku ve specifických provozních podmínkách, což je podstatné zejména při hledání závad (nadměrná teplotní chyba senzoru apod.).

Nejnovějšími přístroji pro tuto oblast, které prostřednictvím firmy Datacon MSI uvádí na český trh britská firma Druck, již dlouho známý přední světový výrobce tlakoměrné techniky, jsou přenosné kalibrátory tlaku řady DPI 320.

Provozní kalibrace snímačů tlaku

Kalibrace snímačů tlaku v provozních (popř. terénních) podmínkách má svá specifika. Tento proces je obvykle uskutečňován v prostředí se zvýšenou prašností, vlhkostí či nebezpečím kontaminace. Teplota může být velmi vzdálená teplotě v laboratoři. Kalibrátor je při přepravě vystavován otřesům a rázům a nezřídka i hrubému zacházení. Většinou není obsluhován specializovaným metrologem, ale řadovým pracovníkem útvaru měření a regulace, který má na starosti mnoho dalších úkolů. Provozní kalibrátor proto musí být navržen s ohledem na tyto skutečnosti. Měl by být dostatečně robustní a odolný, snadno přenosný a jednoduše, intuitivním způsobem ovladatelný.

Pokud to provozní podmínky dovolí, používá se jako kalibrační médium vzduch či jiný plyn. Kalibrace plynem má zřejmé výhody. Nedochází ke kontaminaci snímače pracovní náplní kalibrátoru a při nízkých teplotách nehrozí problémy s viskozitou oleje nebo zamrzáním vody v přístroji. Donedávna však byla provozní kalibrace plynem omezena maximálním tlakem 6 MPa, který je možné generovat pomocí pneumatické klešťové pumpy. K vyvození tlaku okolo 6 MPa však již musela obsluha často, v závislosti na objemu soustavy, vynaložit až neúměrné úsilí. Tlaky nad 6 MPa byly doménou kalibrátorů s hydraulickou tlakovací soustavou či pístových manometrů. Jejich použití však s sebou nese některé obtíže.

Kalibrátor s hydraulickou tlakovací soustavou generuje tlak změnou objemu uzavřené soustavy naplněné kapalinou. Vedle kvalitních propojovacích hadic s malou roztažností vyžaduje velmi dobré utěsnění všech spojů. To je v provozní praxi obtížně dosažitelné. Údaj se pak odečítá za rychlejšího či pomalejšího poklesu tlaku v okolí požadované hodnoty, což má negativní vliv na dosažitelnou přesnost kalibrace.

Kritická je i otázka odvzdušnění soustavy. Bublinky vzduchu přítomné v soustavě se při růstu tlaku rozpouštějí v kapalině, tím zmenšují svůj objem a kapalina zdánlivě uniká. Při odlehčování soustavy se plyn z kapaliny postupně zpětně vylučuje. Tlak v soustavě paradoxně jakoby roste.

Nezanedbatelný vliv má také disipace tepla. Při stlačování kapaliny uvnitř soustavy se vyvíjí teplo, které ji ohřívá. Chladnutím soustavy se ale zmenšuje objem kapaliny a opět dochází ke zdánlivému úniku. Pro dosažení stabilního tlaku je třeba vyčkat na ustálení teplot. Tím se prodlužuje doba nutná ke kalibraci.

Moderní hydraulické kalibrátory mohou pracovat s vodní i olejovou náplní. Práce s vodou je pohodlnější, neboť při připojování kalibrátoru nenastává nepříjemné znečišťování snímače a jeho okolí. Ve vnějším prostředí však lze vodu použít jen při teplotách nad bodem mrazu. Olejová náplň je použitelná univerzálně, ale za cenu zanesení oleje do senzoru i jeho případného znečištění při neopatrné manipulaci.

Pístový tlakoměr do určité míry redukuje problémy s dokonalým utěsněním soustavy, odvzdušněním i s disipací tepla. Malá změna objemu soustavy je kompenzována poklesem pístu tlakoměru při nepatrném vlivu na přesnost kalibrace. Naproti tomu však vyžaduje dodržování specifických pravidel (vodorovná poloha základny, čistota závaží a měrky, čistota náplně), což je za provozních podmínek obtížné. Důsledkem je těžko odhadnutelná chyba měření.

Použití pístového manometru je také omezeno teplotou okolí. Vlivem roztažnosti měrky se mění efektivní plocha pístu. Pro teploty mimo úzké referenční pásmo je tudíž třeba zavádět korekci, což je v praxi často opomíjeno.

Dále je spolu s pístovým tlakoměrem zapotřebí dopravit ke snímači i přístroj pro měření jeho elektrického výstupního signálu. Naměřené hodnoty se zpravidla zaznamenávají ručně, přesné vyhodnocení se provádí až po návratu z provozu. Možnost okamžitě posoudit stav snímače je omezená.

Problémy s vodní náplní či kontaminací olejem jsou u pístového tlakoměru obdobné jako u kalibrátoru s hydraulickou tlakovací soustavou.

DPI 320

Uvedeným problémům se lze vyhnout použitím některého z přístrojů řady DPI 320. Jde o přenosné multifunkční bateriové kalibrátory tlaku s vestavěným zásobníkem plynu o tlaku až 20 MPa. Přístroje jsou určeny pro provozní i laboratorní kalibraci snímačů tlaku plynem zejména tam, kde

  • není přípustná kontaminace snímače olejem či vodou,
  • je kalibrace plynem pohodlnější, tj. v provozních podmínkách za nízkých teplot.

Kalibrátory řady DPI 320 funkčně vycházejí z osvědčené řady přenosných kalibrátorů tlaku DPI 610/615. Vyrábějí se ve dvou variantách, z nichž model DPI 325 (obr. 1) má oproti základní verzi DPI 320 navíc dokumentační funkce.

Obr. 1.

Obr. 1. 1 - štítek s údaji o tlakové zkoušce, 2 - oddělovací kohout zásobníku plynu, 3 - vypouštěcí ventil zdrojové části systému, 4 - manometr vstupního tlaku, 5 - vstup G1/8" pro doplňování plynu, 6 - regulátor hrubého nastavení tlaku, 7 - manometr hrubého nastavení tlaku, 8 - oddělovací ventil – přepínání hrubě/jemně, 9 - regulátor jemného nastavení tlaku, 10 - dvě výstupní šroubení NPT 1/4", 11 - ventil pro odpouštění tlaku z výstupní části systému

S přístrojem DPI 325 obsluha provádí kalibraci poloautomaticky podle instrukcí na displeji. Data jsou ihned ukládána do paměti. V závěru je zobrazena největší odchylka senzoru a také výsledek kalibrace způsobem „vyhověl„ nebo „nevyhověl„.

Tlakový okruh
Přístroj má jeden základní tlakový rozsah, volitelný při objednávce z pěti možností v rozmezí 3,5 až 20 MPa. Základní rozsah je možné rozšířit prostřednictvím externích snímačů stejně jako u přístrojů řady DPI 610. Externí snímač se připojuje kabelem přes konektor na zadním panelu přístroje při možnosti volby rozsahu od –250 až +250 Pa do 0 až 100 MPa. S přístrojem DPI 320 lze používat až deset externích senzorů různých tlakových rozsahů. V jeden okamžik však může být připojen pouze jeden z nich.

Přesnost kalibrátoru řady DPI 320 je 0,025 % z měřicího rozsahu. Hodnotu tlaku lze zobrazit v jedné z 25 různých měrových jednotek. Zdrojem kalibračního média je vestavěný zásobník plynu o tlaku až 20 MPa a objemu 2 l. Zásobník se doplňuje z běžné láhve se stlačeným plynem prostřednictvím vstupu se závitem G1/8" a zpětným ventilem. Soustava je vybavena pojistným ventilem, bránícím překročení přípustného maximálního tlaku plynu v zásobníku.

Při práci v laboratoři je možné připojit láhev se stlačeným plynem trvale a používat ji jako externí zdroj pracovního média, kterým je přednostně dusík bez obsahu kyslíku. Lze ale použít i vzduch či jiný suchý neagresivní plyn.

Obr. 2.

Zdroj tlaku je od regulační soustavy přístroje separován oddělovacím kohoutem. Přibližně se tlak nastavuje regulátorem hrubého nastavení. Tlak na výstupu regulátoru je indikován deformačním manometrem.

Přesně nastavit potřebný tlak lze ventilem jemného nastavení s novou moderní konstrukcí. Hrubě nastavený tlak je nejprve zaveden na obě strany regulačního pístu ventilu. Ventil jemného nastavení je poté kohoutem oddělen od zdroje tlaku. Při přesné regulaci je na pístu pouze nepatrný rozdíl tlaků, a ventilem lze proto otáčet velmi lehce.

Regulovaný tlak je vyveden do dvou výstupních šroubení. Uvedené uspořádání umožňuje připojit externí snímač s menším rozsahem přímo na tlakový okruh přístroje bez nutnosti generovat tlak zvláštní pumpou. Je však třeba dbát zvýšené opatrnosti, aby nedošlo k poškození externího snímače přetlakem.

Není-li externí senzor připojen, zaslepí se druhé výstupní šroubení zátkou.

Elektrický okruh
Kalibrátor DPI 320 má vestavěn zdroj 24 V pro napájení kalibrovaných snímačů tlaku. Současně s generováním tlaku měří proudový nebo napěťový výstup snímačů. Vedle snímačů tlaku se spojitým výstupem lze s použitím DPI 320 kontrolovat i tlakové spínače. Přístroj může zaznamenat hodnoty tlaku, při kterých spínač sepnul či rozepnul.

Tab. 1. Základní technická data přenosných bateriových pneumatických kalibrátorů tlaku typu DPI 320, DPI 325 s vlastním zásobníkem plynu

Tlak Měřicí rozsah 0 až 3,5; 10; 13,5; 20 MPa
Přesnost 0,025 % z rozsahu
Zdroj tlaku vestavěný zásobník nebo externí zdroj
Doporučené médium dusík bez obsahu kyslíku
Ostatní parametry Elektrické vstupy proud, napětí
Přesnost 0,05 % z naměřené hodnoty + 0,004 % z rozsahu
Rozsah pracovních teplot –10 až +50 °C
Stupeň krytí IP65
Hmotnost 12,8 kg

Kalibrátory nabízejí také funkce generování proudu nebo napětí včetně stupňovitých i spojitých průběhů. Lze je proto využít rovněž při kontrole signálových smyček.

Další funkce a vlastnosti
Přístroj DPI 320 umožňuje zaznamenávat minimální a maximální hodnoty tlaku i proudu či napětí. Libovolnou měřenou veličinu lze upravit tárou. Rychle se měnící hodnotu tlaku nebo elektrického signálu je možné zatlumit vřazením softwarového filtru. Přístroj je schopen provádět odmocninový přepočet tlaku (při kontrole clonových průtokoměrů). Vestavěným teploměrem měří přístroj též teplotu okolí.

Hodnoty zobrazené na displeji lze stiskem tlačítka uložit do paměti přístroje a poté je znovu vyvolat. Ke komunikaci mezi kalibrátorem a PC se využívá rozhraní RS-232.

Martin Šilhavý,
Datacon MSI s. r. o.

Datacon MSI s. r. o.
1. pluku 12a
186 00 Praha 8
tel.: 222 315 942
tel./fax: 224 816 858, 241 772 726
e-mail: datacon@datacon.cz
http://www.datacon.cz

Inzerce zpět