W technologii pomiaru ciśnienia rozróżnia się ciśnienie bezwzględne, ciśnienie względne i ciśnienie różnicowe. Ciśnienie bezwzględne zawsze odnosi się do próżni absolutnej jako punktu zerowego. Pomiar ciśnienia względnego to pomiar różnicy ciśnień między medium a ciśnieniem otoczenia lub atmosferycznym (ok. 1 bar).
Ciśnienie względne to różnica między ciśnieniem bezwzględnym a ciśnieniem atmosferycznym.
Zasada pomiaru czujnika ciśnienia względnego
Ciśnienie bezwzględne zawsze odnosi się do próżni absolutnej jako punktu zerowego.
Zasada pomiaru czujnika ciśnienia absolutnego
Jest to zakres ciśnienia pomiędzy ciśnieniem minimalnym (przy którym sygnał wyjściowy ma wartość 0 %) a ciśnieniem maksymalnym (przy którym sygnał wyjściowy ma wartość 100 %).
Różnica między wartościami minimalną i maksymalną jest określana jako zakres i służy jako odniesienie dla prawie wszystkich specyfikacji dokładności w technice pomiaru ciśnienia. Z reguły zakres pomiarowy przetworników ciśnienia jest znormalizowany do określonej jednostki pomiarowej ciśnienia, np. bar, mbar lub psi. Oprócz zakresu pomiarowego należy również wziąć pod uwagę wartości graniczne nadciśnienia i ciśnienia rozrywającego. Są one ważne w zastosowaniach, w których skoki ciśnienia – nawet bardzo krótkie – mogą występować znacznie powyżej zakresu pomiarowego.
Przykład
W praktyce okazało się, że określenie wymaganej klasy dokładności lub dopuszczalnej niepewności pomiaru manometru stanowi duże wyzwanie. Z jednej strony, klasa dokładności obejmuje różne aspekty lub parametry niepewności pomiaru, które w większości zastosowań nie mają takiego samego znaczenia. Z drugiej strony, często trudno jest określić, jak dokładny powinien być pomiar w danym zastosowa niu. Większa dokładność prawie zawsze ma ogromny wpływ na koszt produktu. Dlatego ważne jest, aby przy wyborze klasy dokładności określić wymagany poziom klasy urządzenia.
W przypadku sygnału wyjściowego rozróżnia się trzy główne typy: pasywny sygnał czujnika, sygnały analogowe (standardowe) i sygnały cyfrowe. Wyjście pasywnego sygnału czujnika jest bardzo rzadko stosowane w przypadku manometrów; jest to przeciwieństwo czujników temperatury, które bardzo często podają sygnał z rezystora PT100/PT1000 bezpośrednio, bez dodatkowej elektroniki. Jeżeli mamy do czynienia z urządzeniem z sygnałem pasywnym to określamy je jako czujnik ciśnienia, a nie jak w przypadku sygnałów analogowych lub cyfrowych jako przetwornik ciśnienia. W przetwornikach ciśnienia układ elektroniki dodatkowo obrabia sygnał pasywny z czujnika, dzięki czemu taki sygnał wyjściowy możemy bezpośrednio wykorzystać w układach automatyki.
Sygnały analogowe, a przede wszystkim sygnał prądowy 4 … 20mA, są nadal najpowszechniej stosowane w technologii pomiaru ciśnienia w przemyśle. Zaletą sygnałów analogowych są znacznie niższe koszty przetworników ciśnienia, a często także elektroniki.
Jednak w ostatnich latach znacznie spadły koszty przetworników cyfrowych. Ponadto w pomiarach ciśnienia coraz częściej stosuje się systemy magistrali czujników, takie jak IO-Link lub CANopen. Główne zalety sygnałów cyfrowych to większe bezpieczeństwo przed błędami, możliwości diagnostyki i parametryzacji, a także łączenie kilku parametrów pomiarowych w jednym urządzeniu, na przykład ciśnienia i temperatury. Elektroniczne presostaty są również zaliczane do przetworników ciśnienia z sygnałem cyfrowym.
Zasadniczym elementem manometru jest czujnik ciśnienia. W przetwornikach ciśnienia ten czujnik ciśnienia jest zwykle elementem, w którym zmiana ciśnienia prowadzi do odkształcenia membrany. To z kolei prowadzi do zmiany oporu elektrycznego na specjalnie zastosowanych elementach rezystancyjnych. Najczęściej stosowane technologie czujników to czujniki cienkowarstwowe (thin-film-on-steel), grubowarstwowe (thick-film-on-ceramic) i piezorezystancyjne.
W czujnikach typu cienka warstwa na stali rezystory są napylane na membranę ze stali nierdzewnej. Główną zaletą tych czujników jest ich doskonała stabilność długookresowa oraz wysoka odporność na skoki ciśnienia i wpływ temperatury, a także możliwość pomiaru ciśnienia w szerokim zakresie od około 200mbar do ponad 3000barów.
Czujniki grubowarstwowe (thick-film-on-ceramic) bazują na ceramicznym korpusie, na który nakładane są mostki rezystancyjne, a następnie wypalane. Membrana ceramiczna jest uważana za wyjątkowo odporną na działanie prawie wszystkich cieczy korozyjnych i gazów i jest preferowana w przypadku konieczności pomiaru agresywnych substancji chemicznych. Zakresy pomiarowe zaczynają się od około 100mbar i sięgają do około400 bar.
W piezorezystancyjnych przetwornikach ciśnienia rezystancja krzemowych elementów półprzewodnikowych zmienia się wraz z ciśnieniem. Te elementy są odizolowane od mierzonego medium za pomocą wypełnienia olejowego i cienkiej membrany separującej. Ze względu na wysoką czułość i niską histerezę elementu krzemowego czujniki piezorezystancyjne są szczególnie przydatne w przypadku niskich ciśnień w zakresie mbar oraz gdy wymagana jest większa dokładność.
Przyłącze ciśnieniowe łączy manometr z procesem, w którym ma być mierzone ciśnienie. Przetwornik ciśnienia znajdujący się wewnątrz musi być szczelnie połączony z króćcem ciśnieniowym (spawany lub z uszczelkami elastomerowymi). Na rynku istnieje niezliczona liczba różnych przyłączy ciśnieniowych, których geometria i wymiary są określone w normach (np. przyłącze manometryczne w normie DIN EN 837-1). Oprócz preferencji specyficznych dla danej branży, czynnikiem decydującym o wyborze przyłączy jest przede wszystkim rodzaj uszczelnienia: uszczelnienie metalowe lub z elastomerów.
Kolejnym ważnym aspektem portu ciśnieniowego jest wybór materiału, ponieważ ta część przetwornika jest w bezpośrednim kontakcie z mierzonym medium. Korozyjne media korozyjne wymagają specjalnych stopów stali lub tytanu.
Większość przyłączy ciśnieniowych jest zaprojektowana w taki sposób, że przetwornik ciśnienia jest połączony z mierzonym medium za pomocą otworu kanału ciśnieniowego. Jeśli jednak ciśnienie lub poziom mają być mierzone w cieczach o dużej lepkości, pastowatości lub krystalizujących się, stosuje się przyłącza procesowe typu flush.
Uszczelki elastomerowe – znane także jako o-ringi lub uszczelki profilowe – wykorzystują cylindryczne gwinty montażowe. W rowku uszczelka elastomerowa jest ściskana podczas montażu, dzięki czemu powstaje efekt uszczelnienia. Materiał elastomerowy musi być tak dobrany, aby był kompatybilny z mierzonymi mediami i zapewniał uszczelnienie w całym zakresie temperatur.
Uszczelnienia metalowe to gwinty stożkowe lub stożki uszczelniające. Każde z nich jest mechanicznie odkształcane przez swój odpowiednik w taki sposób, że powstaje efekt uszczelnienia. W przypadku ciśnień powyżej 1000 barów zwykle wybiera się uszczelnienia metalowe. Ponadto dostępne są również pierścienie miedziane i stalowe, które uszczelniają podobnie jak uszczelnienia elastomerowe.
Przyłącze elektryczne jest mniej zróżnicowane, ponieważ w każdym segmencie przemysłu stosuje się tylko kilka typów złączy. Ogólnie można powiedzieć, że wersje z kablem bezpośrednio na przetworniku ciśnienia są rzadziej stosowane, ponieważ okablowanie jest bardziej złożone niż w przypadku wersji z przyłączami.
Głównymi kryteriami wyboru odpowiedniego przyłącza są szczelność na ciecze i kurz, odporność na drgania, a także koszty urządzenia pomiarowego i okablowania wraz z uruchomieniem.
Szczególnym wymaganiem w przypadku przetworników ciśnienia może być prawidłowe wyrównanie ciśnienia między wnętrzem przetwornika a otoczeniem: w praktyce wiele połączeń elektrycznych może powodować nieoczekiwane problemy podczas pomiaru ciśnienia.
Przyłącze elektryczne w wersji z kablem
Przyłącze elektryczne w wersji z kablem
Przyłącze elektryczne z męska Deutsch DT04
Przyłącze elektryczne z męska Deutsch DT04
Szwajcarska firma Trafag jest wiodącym międzynarodowym dostawcą wysokiej jakości czujników oraz mierników do pomiaru ciśnienia oraz temperatury. Oprócz szerokiej gamy znormalizowanych, konfigurowalnych produktów, Trafag opracowuje również indywidualne rozwiązania dla klientów OEM. Firma Trafag, założona w 1942 roku z główną siedzibą w Szwajcarii, dysponuje rozbudowaną siecią dystrybucyjną i serwisową w ponad 40 krajach na całym świecie. Pozwala to na indywidualne i kompetentne doradztwo dla klientów i gwarantuje dostępność najlepszego możliwego serwisu. Wydajne działy rozwoju i produkcji zapewniają szybkie i niezawodne dostarczanie produktów Trafag, charakteryzujących się najwyższą jakością i precyzją, oraz błyskawiczne realizowanie żądań klientów.
