|
Snímače malých relativních tlaků a rozdílů tlaků
Oblastí malého tlaku se v průmyslu rozumějí malé relativní tlaky nebo rozdíly tlaků (přetlaky nebo podtlaky) řádu jednotek pascalů až desítek kilopascalů. Pro představu připomeňme, že závan větru při otevřeném okně způsobí změnu tlaku až o stovky pascalů a dobrý vysavač vyvine podtlak i 30 kPa. V praxi jsou snímače malých tlaků používány k měření malého průtoku plynů a kapalin, pro měření komínového tahu a také všude tam, kde je z technologických nebo hygienických důvodů nutné zachovat požadovaný směr proudění nebo tlakový spád.
Článek informuje o konstrukci, parametrech a oblastech použití snímačů malých relativních tlaků a rozdílů tlaků. Vedle vlastních snímačů je zmíněno též přístrojové vybavení vhodné pro jejich kontrolu a kalibraci. Jsou uvedeny příklady konkrétních snímačů a kalibrátorů pro oblast malých tlaků z produkce britské firmy Druck, předního světového výrobce tlakoměrné techniky.
Konstrukce
Snímače malých tlaků jsou téměř vždy konstruovány jako rozdílové (obr. 1). V praxi totiž bývá snímač umístěn stranou od technologie, a proto musí být vstup referenčního tlaku vyveden do vhodného místa v blízkosti měřicího odběru tak, aby se pokud možno vyloučilo zkreslení způsobené např. průvanem v okolí snímače. Každý závan větru, nebo i pouhé otevření dveří, způsobí chybu v řádu až stovek pascalů, která může být z hlediska měřicí úlohy velmi významná. Oba tlakové vstupy jsou proto opatřeny šroubeními pro připojení trubiček.
Uvnitř snímače je jako vlastní senzor použita zpravidla prolisovaná kovová membrána. Čím větší je její průměr, tím menší tlaky lze měřit. Membrána má vlastní zdvihovou charakteristiku a její pohyb je bezkontaktně snímán indukčním snímačem. S ohledem na požadované měřicí vlastnosti je funkční zdvih membrány velmi malý, řádově desetiny milimetru. Z hlediska stability snímače a jeho funkčních parametrů jsou rozhodující materiál membrány, zejména jeho pružné vlastnosti, teplotní závislost modulu pružnosti a stabilita rozměrů a způsob uchycení membrány po obvodu.
Materiál membrány je většinou nemagnetický. V jejím středu je proto umístěn feromagnetický terčík, jehož polohu indukční snímač měří. Vlastní indukční snímač může být v symetrickém provedení, kdy je na každé straně membrány jedna cívka, nebo asymetrický, kdy jedna cívka je měřicí a druhá kompenzační a obě se nacházejí na téže straně membrány. Asymetrický systém je výrobně jednodušší a používá se pro levnější, méně přesné senzory.
Napájení snímače a převod signálu na unifikovanou úroveň, zpravidla 0 až 10 V nebo 4 až 20 mA, zajišťuje elektronický převodník. Převodník může obsahovat i odmocninový člen, který se uplatní při měření průtoku např. prostřednictvím clony, a také obvody pro nastavení časové konstanty, které odfiltrují rychlé tlakové změny pocházející z technologie nebo z okolí. Volitelnou součástí snímače může být displej s místním zobrazením v jednotkách tlaku nebo procentech měřicího rozsahu.
S ohledem na rozměry měřicí membrány a její hmotnost má značný význam i pracovní poloha senzoru. Doporučena je poloha, kdy rovina membrány je svislá. Je-li membrána orientována vodorovně, je nutné korigovat posun nuly signálu o odchylku způsobenou hmotností membrány. Nezanedbatelný je i vliv chvění, který se více projevuje u membrány ležící vodorovně. Může-li za provozu v komorách snímače nastat kondenzace např. vodních par, musí být vstupní šroubení tlakových přívodů ke snímači v nejnižším bodě.
Metrologické vlastnosti snímačů závisejí na použitém měřicím principu, konstrukčním uspořádání snímače, použitých materiálech a způsobu montáže. Nejpřesnější snímače malých tlaků pro kalibrační účely se vyrábějí v přesnostech řádu 0,05 %, pro zkušební přípravky a zařízení 0,1 až 0,25 % a pro průmyslové použití je přesnost běžně 0,5 %.
Oblasti použití
Moderní systémy vzduchotechniky a klimatizace vyžadují měření a regulaci množství vzduchu dodaného do jednotlivých větví systému v závislosti na lokálních požadavcích. Zařízení se proto neobejdou bez spolehlivých snímačů rozdílu tlaků s velmi malými měřicími rozsahy, často řádu jednotek pascalů. Na vstupech těchto systémů jsou zařazeny prachové a pylové filtry, které pro správnou funkci musí mít indikaci stupně zanesení – i zde jsou třeba snímače nízkých tlaků.
Malé tlaky je zapotřebí měřit v mnoha technologických procesech. Jde např. o měření komínových tahů pro regulaci a optimalizaci spalovacích procesů, sledování tlakové ztráty na filtrech s cílem včasné indikace jejich zanesení, řízení provozu lakovacích boxů v automobilovém průmyslu (okolní vzduch nasávaný do boxu je nutné filtrovat a v boxu udržovat malý přetlak proto, aby se prachové částice z okolí nedostaly dovnitř a nelepily se na čerstvě nalakovaný povrch) aj.
U některých výrobků je požadována hermetická těsnost vůči okolí. Těsnost každého výrobku je proto kontrolována na speciálním zařízení, které uvnitř zkoušeného kusu vytvoří malý přetlak a následně změří pokles tlaku za stanovenou dobu. Podle velikosti poklesu tlaku se kus vyhodnotí jako dobrý nebo vadný. Takovým způsobem se zkouší např. těsnost automobilových reflektorů a koncových světel, těsnost pláště dálkových telekomunikačních kabelů, ale např. i těsnost trupu jaderných ponorek při jejich stavbě.
Základem mnoha pracovišť v průmyslu a ve zdravotnictví jsou velmi čisté provozy. Žádný operační sál nelze provozovat bez dokonale řízené vzduchotechniky včetně filtrace. Na tyto provozy jsou odkázány také výroba léčiv, velmi čistých chemikálií a mikroelektronika.
Opačný problém je řešen v případě manipulace s biologicky nebezpečným materiálem, kdy je nutné udržovat na pracovišti malý podtlak proto, aby nemohlo dojít ke kontaminaci okolí.
Ve všech uvedených případech jsou technologická zařízení řízena snímači malých relativních tlaků nebo rozdílů tlaků. Dosažitelná úroveň technologie je přitom přímo závislá na kvalitě parametrů a stabilitě použitých snímačů.
Firma Druck vyrábí pro zmíněné oblasti použití následující řady snímačů.
LP 1000
Snímač LP 1000 (obr. 2) je určen pro měření malých relativních tlaků nebo rozdílů tlaků v průmyslovém prostředí. Oba tlakové vstupy do snímače jsou plně korozivzdorné. Přístroj může být kalibrován jednostranně (pro měření přetlaku, podtlaku) i symetricky (s nulou uprostřed). Jeho elektrický převodník je buď dvouvodičový s proudovým signálem 4 až 20 mA, nebo třívodičový s napěťovým signálem různých úrovní.
Na čelním panelu může být umístěn zobrazovač LCD pro místní odečet. Měřicí rozsahy jsou od 0 až 25 Pa (±25 Pa) do 0 až 7 kPa (±7 kPa) při dovoleném přetížení 25 až 120 kPa. Základní přesnost snímače je 0,5 % z rozsahu, na vyžádání 0,25 %. Snímač může být vybaven převodníkem s odmocninovou charakteristikou pro měření průtoku. Časová konstanta je nastavitelná v rozmezí 10 ms až 2 s.
Senzory řady LP 1000 vynikají robustní konstrukcí, provozní odolností, dobrými metrologickými vlastnostmi a dlouhodobou stabilitou parametrů. Jejich výhodou je nízká cena.
LP 7000
Snímač LP 7000 (obr. 3) je určen především pro monitorování průmyslových procesů. Má variabilní a robustní konstrukci s měřicím systémem odděleným od snímací membrány, která je spojena s jádrem indukčního snímače táhlem. V případě potřeby může být měřicí systém s převodníkem vzdálen od snímací membrány (např. velká teplota média).
Přístroje se dodávají s měřicími rozsahy od 0 až 5 kPa do 0 až 3,5 MPa. Výstupní signál je proudový 4 až 20 mA ve dvouvodičovém zapojení. Snímač je mj. určen pro měření výšky hladiny hydrostatickou metodou. Existuje v sanitovatelném provedení pro potravinářské provozy a také v provedení pro horká média s teplotou až do 450 °C (asfaltové směsi).
LP 9000
Snímače typové řady LP 9000 (obr. 4) jsou z celého sortimentu nabízeného firmou Druck nejpřesnější. Jsou určeny pro zkušební přípravky a kalibrační stolice včetně systémů pro zkoušky těsnosti a měření malých průtoků.
Jejich přesnost je až 0,05 % z rozsahu. Měřicí rozsahy jsou od 0 až 10 Pa (±10 Pa) do 0 až 1 MPa (±1 MPa). Maximální pracovní tlak je až 20 MPa. Výstupní signál je napěťový 0 až 10 V nebo proudový 4 až 20 mA. Senzory řady LP 9000 lze použít pro plynná i kapalná média. Jsou korozně odolné, s robustním pouzdrem z korozivzdorné oceli, a dostupné též v provedení použitelném v prostředí s nebezpečím výbuchu.
Kontrolní přístroje
Pro kontrolu snímačů malých tlaků jsou určeny především provozní přenosné kalibrátory typů DPI 610 LP a DPI 615 LP, které umožňují kalibrovat snímače malých tlaků přímo v provozu bez demontáže. Přesnost kalibrátoru je 0,05 % z rozsahu. Měřicí rozsahy jsou od ±250 Pa do ±15 kPa. Kalibrátory obsahují kompletní pneumatickou soustavu pro generování kalibračních tlaků i digitální měřidlo výstupního signálu snímače. Součástí kalibrátoru je i komunikační rozhraní RS-232, jehož prostřednictvím lze naměřená data přenést do nadřazeného PC pro další zpracování a archivaci. Vedle provozních kalibrátorů nabízí firma Druck i přesnější kalibrátory a laboratorní etalony.
Kam pro další informace?
Detailní technické údaje a parametry popisovaných snímačů lze nalézt v katalogových listech na internetových adresách http://www.druck.com nebo http://www.datacon.cz
Jan Šilhavý, Martin Šilhavý
Datacon MSI s. r. o.
Karasova 1170/16
143 00 Praha 12
tel.: 222 315 942
tel./fax: 224 816 858
tel./fax/zázn.: 241 772 726
e-mail: silhavym@datacon.cz
http://www.datacon.cz
|