Teorie měření a regulace

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb

Teorie měření a regulace měření tlaku - 1

17.SPEC-t.2. ZS – 2015/2016

© 2015 - Ing. Václav Rada, CSc.

T- MaR

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY

Další pokračování o principech měření …………

© VR - ZS 2013/2014

T- MaR


Měření fyzikálních veličin – tlaku Hodnota informace o tlaku v daném místě a v daném časovém okamžiku je dána existujícími snímači, jejich rozdělení může být například podle principu:

kapalinové odporové piezoelektrické ionizační světlovodné termonukleární © VR - ZS 2013/2014

deformační magnetické termoemisivní dynamické optické … a další.


Měření fyzikálních veličin – tlaku

© VR - ZS 2014/2015

T- MaR


T- MaR

Měření fyzikálních veličin – tlaku Podle základního konstrukčního provedení snímače pak lze uvést dělení:

• mechanické

• tepelné • elektrické • tenzometrické • piezoelektrické © VR - ZS 2010/2011


Měření fyzikálních veličin – tlaku Jiné rozdělení podle konstrukce s kapalinou: • nádobové

• trubicové • plovákové • zvonové

• prstencové • pístové © VR - ZS 2010/2011

T- MaR


Měření fyzikálních veličin – tlaku Jiné rozdělení podle konstrukce s možností deformace: • membránové

• vlnovcové

• trubicové

© VR - ZS 2010/2011

T- MaR


Měření fyzikálních veličin – tlaku Pro měření a vyhodnocování informací o tlaku se uvádí druh tlaku: • absolutní tlak • absolutní nulový tlak • vakuum • barometrický tlak • přetlak • podtlak • statický tlak • dynamický tlak • rozdílový tlak • celkový tlak © VR - ZS 2010/2011

T- MaR

T- MaR


Měření fyzikálních veličin – tlaku Obvyklý princip u snímačů (čidel) je většinou založen na

převodu tlaku na sílu působící na element čidla přímý (intrinsitický)

s nábojem piezoelektrické optické magnetické odporové (el.)

© VR - ZS 2009/2010

přes pružný člen

ohyb tah tlak smyk krut

T- MaR


Měření fyzikálních veličin – tlaku Blokové schema snímače tlaku

deformační prvek

© VR - ZS 2009/2010

snímací prvek (čidlo)

převod na elektrický signál


T- MaR

Měření fyzikálních veličin – tlaku Základní jednotkou je 1 Pa [Pascal], což je tlak, který vyvolá síla 1 N působící kolmo na plochu 1 m2.

DEFINICE: p = dF / dS kde:

F … síla způsobující tlak [N] S … plocha na níž síla působí [m2]

Základní přístup k tlaku je dynamický, protože ze své podstaty je fyzikální veličinou v jejímž médiu probíhá neustálý pohyb. © VR - ZS 2013/2014


T- MaR

Měření fyzikálních veličin – tlaku V praxi se používají (a jsou běžnější) násobky kPa (kilo Pascal), MPa (Mega Pascal) a další.

Pro převod na jiné používané rozměry platí například vztahy: A 1 Pa = 1 N/m2 1 bar = 105 N/m2 = 100 kN/m2 = 100 kPa. 1 atm = 100 kPa

© VR - ZS 2013/2014


Měření fyzikálních veličin – tlaku Pro převod na jiné používané rozměry platí vztahy:

1 Pa = 1 N/m2 = 0,1019 kg / m2 = 9,869 * 10-6 atm = 10-5 bar = 7,502 * 10-3 mm Hg (torr) = 1,45 * 10-4 psi = 2,953 * 10-4 inch Hg = 4,014 * 10-3 inch H2O © VR - ZS 2013/2014

T- MaR


T- MaR

Měření fyzikálních veličin – tlaku Pro převod na jiné používané rozměry platí vztahy: 1 psi (poud / inch) = 27,68 inch H2O = 2,036 inch Hg = 703,1 mm H2O = 51,71 mm Hg (torr) = 0,068046 atm = 68,948 mbar = 0,068948 bar = 0,070306 kg/m2 =A 68948 Pa = 6,8948 kPa 1 bar = 100 kPa = 0,986923atm = 750,06 mm Hg (torr) = 1,0197 * 10 4 kg/m2 1 atm = 1,01325 * 105 Pa = 760 mm Hg (torr) = 1,01325 bar = 14,695595 psi 1 torr = 1 mm Hg = 1,333 * 102 Pa = 1,316 atm = 1,333 * 102 Pa =13,59 kg/m2

© VR - ZS 2011/2012

Měření tlaku - přehled 1

TMaR


Hydrostatické tlakoměry Jejich činnost je založena na účinku hydrostatického tlaku, který vyvozuje sloupec kapaliny o výšce h a hustotě ρ

( p = h * ρ * g ). Mírou tlaku je výška sloupce kapaliny h, a měření tlaku je tak převedeno na měření délek.

Protože hustota kapaliny ρ je funkce teploty, je i údaj hydrostatického tlakoměru závislý na teplotě. 2011/2012


TMaR


Hydrostatické tlakoměry Jako tlakoměrné kapaliny se nejčastěji používají rtuť nebo voda, popř. vhodná organická kapalina (ethanol, tetrachlor apod.). Délka trubic bývá maximálně 1,5 m; tím je dán i rozsah měření, tj. např. 0,2 MPa při použití rtuti nebo 15 kPa pro vodu. Přesnost čtení polohy hladiny kapaliny lze zajistit až na 0,05 mm – tj. 0,5 Pa neboli 0,3 %. Měřicí rozsahy jednotlivých typů se vzájemně překrývají. 2011/2012

TMaR



Deformační tlakoměr Princip funkce deformačních tlakoměrů je založen na pružné deformaci, a tím i na změně geometrického tvaru vhodného tlakoměrného prvku vlivem působení měřeného tlaku. Nejčastěji používanými deformačními prvky jsou membrána, krabice a vlnovec. Deformační prvky se zhotovují z uhlíkových a niklových ocelí, z mosazi, z fosforového a beryliového bronzu a dalších vhodných slitin. 2011/2012


TMaR


Deformační tlakoměr Tento typ (provedení) tlakoměrů byl v mnoha oblastech použití nahrazen modernějšími typy snímačů. Pro některé své přednosti – jednoduchost, spolehlivost, robusnost nezávislost na napájení, v mechanickém provedení prakticky absolutní odolnost proti elektromagnetickému rušení a hlavně nízká cena – si i dnes uchovávají důležité místo v oblasti měření tlaku – zejména v náročných podmínkách (nízké či vysoké teploty, špatná udržovatelnost – pravidelná údržba a servis – otřesy, atp.). 2011/2012


TMaR


Deformační tlakoměr Deformační tlakoměrné prvky se rovněž používají při konstrukci manostatů, což jsou přístroje vybavené jedním nebo několika elektrickými kontakty, které se používají k dvoupolohové regulaci tlaku, k hlídání a signalizaci dosažení nastavené hodnoty (minima nebo/i maxima). Vyžadují pravidelné kontrolní kalibrace, zvláště při měření pulsujících tlaků – měřicí rozsah deformačního tlakoměru se volí tak, aby pomalu kolísající měřený tlak dosáhl maximálně dvou třetin a rychle se měnící tlak maximálně poloviny měřicího rozsahu přístroje. 2011/2012


TMaR


Deformační tlakoměr Nedostatkem je elastické dopružování a případné trvalé deformace měřicího prvku během provozu – zejména při dlouhodobém přetížení. Nedostatkem je i ovlivňování údaje okolní teplotou, která ovlivňuje modul pružnosti materiálu deformačního prvku + teplotní roztažnost převodového ústrojí pozměňuje mechanický převod.

2011/2012


T- MaR


Hydrostatické tlakoměry Trubicový tlakoměr A Patří k nejstarším známým provedením tlakoměrů. Konstrukčně je velice jednoduchý. Nevýhodou je, že se na U-trubici obvykle používá sklo, které není mechanicky moc pevné. Pro vyšší tlaky se užívá jednoho zataveného konce, který v daném objemu vytváří příslušný protitlak. Pro běžná měření je protitlakem barometrický tlak ovzduší.

© VR - ZS 2009/2010


TMaR


Trubicový tlakoměr Patří k nejpoužívanějším typům deformačních tlakoměrů. Rozsah tlaku bývá poměrně velký – závisí to na konstrukci a použitých materiálech – běžně hodnoty do GPa. Rozsah tlaku - běžně hodnoty do 2 GPa. Trubicovými tlakoměry lze měřit i podtlak.

2011/2012


TMaR


Trubicový tlakoměr Má (obvykle – zejména u levných provedení) menší přesnost a tak je určen k „informačním“ měřením. Přesto může mít (podle konstrukce a materiálů) i poměrně vysokou třídou přesnosti (0,1 až 1) a může fungovat i jako sekundární etalon tlaku. Provedení s horší přesností slouží k „informačním“ měřením – provozní přístroje s nejčastější třídou přesnosti 1,6.

2011/2012


TMaR


Trubicový tlakoměr Tlakoměrným prvkem je Bourdonova trubice (E. Bourdona - francouz - patent 1849), oválného nebo eliptického průřezu a stočená do kruhového oblouku ve tvaru písmene C nebo U, případně do spirály nebo šroubovice apod.

2011/2012


TMaR


Trubicový tlakoměr Trubice je jedním koncem pevně spojena s tělesem opatřeným závitem pro připojení přívodu tlaku. Volný konec trubice je uzavřen a spojen přes převodové ústrojí s ukazovatelem na stupnici. Vedle nejvíce používaného mechanického ozubeného převodu se k přenosu na ukazovatel používají i jiné způsoby, např. magnetický převod.

2011/2012

TMaR


Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry p1

Je založený na principu „U“ trubice – rozdíl hladin odpovídá rozdílu tlaků.

Trubicový tlakoměr

2011/2012

p2

h úroveň 0

TMaR



Hydrostatické tlakoměry Jako tlakoměrné kapaliny se nejčastěji používají rtuť a voda.

Δp = p2 – p1 Δp = h*(ρ2 – ρ1)*g pro ρ2 >> ρ1 je 2011/2012

Δp = h*ρ2*g


Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry Jsou založeny na účinku hydrostatického tlaku vyvozeného působením danéA kapaliny a platí pro něj vztah:

p1 = p2 + ρ * g * ∆h

© VR - ZS 2009/2010

T- MaR

TMaR


Měření fyzikálních veličin – tlaku absolutní tlak

vakuum

rozdíl tlaků

přetlak / podtlak

atmosféra

Principy měření absolutního a relativního tlaku 2011/2012

T- MaR



Hydrostatické tlakoměry měřený tlak p2

měřený tlak p1

průřez S2 malé válcové nádoby

h2

∆h

h1 – vznikne působením tlaku p1 – prakticky neměřitelný a h2 = ∆h průřez S1 velké válcové nádoby – má být 100 až 1000 krát větší než S2 © VR - ZS 2011/2012

T- MaR


Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry posun ∆x vyvolaný tlakem na membránu

měřený tlak p

© VR - ZS 2009/2010



Tenzometrická rozeta na povrchu membrány

© VR - ZS 2014/2015

T- MaR

T- MaR



Hydrostatické tlakoměry

∆α ∆l

měřený tlak p © VR - ZS 2010/2011

TMaR


Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry

Bourdonova trubice (s příklady průřezů)

Deformační tlakoměry 2011/2012


Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry Mechanický tlakoměr – skutečné provedení a „vnitřek“

201142015

TMaR

TMaR


Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry Uzavřená tlaková krabice s mechanickou membránou zakončenou vlnovcem

Deformační tlakoměry tlak 2011/2012

TMaR


Měření fyzikálních veličin – tlaku Kapacitní čidlo rozdílu tlaků - princip reálného uspořádání a statická charakteristika

C

d d

Měřený tlak p

2011/2012

Kapacita kondenzátoru C

p

TMaR


Měření fyzikálních veličin – tlaku C3

Kapacitní čidlo rozdílu tlaků: a) princip s vysokofrekvenčním oscilátorem, b) příklad reálného uspořádání

C4

p1

p2

výstup

C2

C1

Napájení z vf oscilátoru 2011/2012

Měřicí můstkové zapojení čtyř kondenzátorů

TMaR


Měření fyzikálních veličin – tlaku Odměřovací membrána Silikonový olej

Kapacitní čidlo rozdílu tlaků příklad reálného uspořádání – pracovní rozsah Δp = 1 mbar

p = až 400 barů

Silikonový olej Měřicí kovová membrána

© VR - ZS 2015/2016

Pevná elektroda Skleněná trubice


Měření fyzikálních veličin – tlaku Kapacitní čidlo rozdílu tlaků příklad reálného uspořádání s keramickými membránami

© VR - ZS 2015/2016

TMaR



Čip kapacitního čidla tlaku příklad reálného uspořádání © VR - ZS 2015/2016

TMaR

T- MaR



Hydrostatické tlakoměry spojovací vodič

dva tenzometrické snímače

membránová dutina p

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR


Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry tlak p ∆l 2 *R

tuhost a tloušťka membrány s

tenká – malé tlaky do 100 Pa tuhá (silná) vyšší tlaky

4 ks tenzometrů nalepených na povrchu membrány – 2 pro radiální deformaci a 2 pro tangenciální deformaci membrány

© VR - ZS 2009/2010



© VR - ZS 2009/2010

T- MaR

TMaR


Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry Tlak

Kontakt

Piezorezistivní prvky

Tlak Křemíková membrána

Skleněný nosník

© VR - ZS 2015/2016

Referenční tlak

Principy čidla tlaku s difundovanými polovodičovými tenzometry (piezorezistivní)


Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry Provedení čidla tlaku s difundovanými polovodičovými tenzometry (piezorezistivní)

© VR - ZS 2015/2016

TMaR


Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry

Deformační tlakoměry Uzavřená krabice s vlnovcovým okrajem, který se tlakem narovnává

Klasické provedení uzavřené krabice s vlnovcem, který se tlakem scvrkává při působení protitlaku pružinou 2011/2012

TMaR

T- MaR


Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry ∆U nebo ∆R ∆x

∆p

© VR - ZS 2009/2010


TMaR


Tlakoměr s křemíkovým čidlem Samotným křemíkovým čidlem lze měřit pouze čistý, suchý vzduch nebo jiné neagresivní plyny. Voda, vodní páry a další složky různých měřených plynů a kapalin působí na složitou sestavu čidla (hliníkové a jiné pokovení, zlaté vodiče apod.), které v těchto případech není odolné proti působení měřeného média. V průmyslových podmínkách je tedy zpravidla třeba křemíkové čidlo chránit před stykem s měřeným médiem. 2011/2012


TMaR


Tlakoměry se silovým účinkem U tlakoměrů se silovým účinkem se měření tlaku převádí na měření síly, jejíž účinky jsou vyvažovány např. závažím nebo pružinou. Do této skupiny tlakoměrů patří pístový a zvonový tlakoměr.

2011/2012


TMaR


Tlakoměry se silovým účinkem Podstatnou součástí pístového tlakoměru je píst přesného průřezu umístěný ve válci.

Tlak se na píst přenáší kapalinou nebo plynem nebo přímo měřeným médiem. Síla vzniklá působením měřeného tlaku na píst je kompenzována tíhou pístu a závaží.

2011/2012

TMaR


Měření fyzikálních veličin – tlaku tíha pístu a závaží

Pístový tlakoměr Rovnováha sil je v okamžiku, kdy se píst nepohybuje ve směru osy. Pro hmotnost pístu MP, hmotnost závaží MZ a čelní plocha pístu S, bude měřený tlak p

stupnice údajů tlaku

p = (MP+ MZ )*g / S

závaží

píst

MZ MP

plocha S válcové těleso tlakoměru kapalina jejíž tlak je měřen

2011/2012


TMaR


Pístový tlakoměr Pro dosažení kapalinového tření mezi pístem a válcem se musí píst nebo válec otáčet. Protože kompenzační sílu vyvozenou závažím lze určit velmi přesně, využívají se pístové tlakoměry pro ověřování a kalibraci jiných tlakoměrů. Při přesném měření musí být velmi přesně známa také hodnota gravitačního zrychlení v místě měření a je rovněž třeba brát ohled na působení vztlaku ve vzduchu. Lze měřit tlaky od 0,05 do 2 000 MPa i větší. 2011/2012


TMaR


Zvonový tlakoměr Zvonový tlakoměr je nízkotlaká modifikace pístového tlakoměru s rozsahem asi do 1 kPa – rovněž se používají pro ověřování a kalibraci jiných tlakoměrů. Měřený tlak působí na dno zvonu ponořeného do nádobky částečně naplněné kapalinou. Je-li uvnitř zvonu přetlak, zvon se vynořuje. Rovnováha se zajišťuje buď působením tíhy závaží, deformací pružiny anebo změnou vztlaku. 2011/2012

TMaR



Deformační tlakoměr Princip funkce deformačních tlakoměrů je založen na pružné deformaci, a tím i na změně geometrického tvaru vhodného tlakoměrného prvku vlivem působení měřeného tlaku. Nejčastěji používanými deformačními prvky jsou membrána, krabice a vlnovec. Deformační prvky se zhotovují z uhlíkových a niklových ocelí, z mosazi, z fosforového a beryliového bronzu a dalších vhodných slitin. 2011/2012


TMaR


Deformační tlakoměr Tento typ (provedení) tlakoměrů byl v mnoha oblastech použití nahrazen modernějšími typy snímačů. Pro některé své přednosti – jednoduchost, spolehlivost, robusnost nezávislost na napájení, v mechanickém provedení prakticky absolutní odolnost proti elektromagnetickému rušení a hlavně nízká cena – si i dnes uchovávají důležité místo v oblasti měření tlaku – zejména v náročných podmínkách (nízké či vysoké teploty, špatná udržovatelnost – pravidelná údržba a servis – otřesy, atp.). 2011/2012


TMaR


Deformační tlakoměr Deformační tlakoměrné prvky se rovněž používají při konstrukci manostatů, což jsou přístroje vybavené jedním nebo několika elektrickými kontakty, které se používají k dvoupolohové regulaci tlaku, k hlídání a signalizaci dosažení nastavené hodnoty (minima nebo/i maxima). Vyžadují pravidelné kontrolní kalibrace, zvláště při měření pulsujících tlaků – měřicí rozsah deformačního tlakoměru se volí tak, aby pomalu kolísající měřený tlak dosáhl maximálně dvou třetin a rychle se měnící tlak maximálně poloviny měřicího rozsahu přístroje. 2011/2012


TMaR


Deformační tlakoměr Nedostatkem je elastické dopružování a případné trvalé deformace měřicího prvku během provozu – zejména při dlouhodobém přetížení. Nedostatkem je i ovlivňování údaje okolní teplotou, která ovlivňuje modul pružnosti materiálu deformačního prvku + teplotní roztažnost převodového ústrojí pozměňuje mechanický převod.

2011/2012



Trubicový tlakoměr Patří k nejpoužívanějším typům deformačních tlakoměrů. Trubicovými tlakoměry lze měřit i podtlak.

2011/2012

TMaR


TMaR


Membránový tlakoměr Obvyklým tlakoměrným prvkem bývá zvlněná kovová membrána kruhového tvaru – nebo je z jiného materiálu, např. z plastu, pak je velmi tenká, má malý průměr a je velice lehká. Membrána je sevřena mezi dvěma přírubami – z jedné strany je přiváděn měřený tlak vyvolávající průhyb membrány obvykle přenášený mechanicky na ukazovatel – u tenkých membrán jsou deformace snímány elektricky (např. kapacitně, indukčně či piezoelektricky). 2011/2012


TMaR


Trubicový tlakoměr Patří k nejpoužívanějším typům deformačních tlakoměrů. Má vysokou i malou přesnost (podle konstrukce a materiálů) – s vysokou třídou přesnosti (0,1 až 1) mohou fungovat i jako sekundární etalon tlaku – s horší přesností slouží k „informačním“ měřením – provozní přístroje mívají nejčastěji třídu přesnosti 1,6. Rozsah tlaku - běžně hodnoty do 2 GPa. Trubicovými tlakoměry lze měřit i podtlak.

2011/2012


TMaR


Trubicový tlakoměr Patří k nejpoužívanějším typům deformačních tlakoměrů – má menší přesnost a tak je určen k „informačním“ měřením – rozsah tlaku bývá velký, běžně hodnoty do GPa.

Tlakoměrným prvkem je Bourdonova trubice (E. Bourdona francouz - patent 1849), oválného nebo eliptického průřezu a stočená do kruhového oblouku ve tvaru písmene C nebo U, případně do spirály nebo šroubovice apod.

2011/2012


TMaR


Trubicový tlakoměr Trubice je jedním koncem pevně spojena s tělesem opatřeným závitem pro připojení přívodu tlaku. Volný konec trubice je uzavřen a spojen přes převodové ústrojí s ukazovatelem na stupnici. Vedle nejvíce používaného mechanického ozubeného převodu se k přenosu na ukazovatel používají i jiné způsoby, např. magnetický převod.

2011/2012


TMaR


Membránový tlakoměr Obvyklým tlakoměrným prvkem bývá zvlněná kovová membrána kruhového tvaru – nebo je z jiného materiálu, např. z plastu, pak je velmi tenká, má malý průměr a je velice lehká. Membrána je sevřena mezi dvěma přírubami – z jedné strany je přiváděn měřený tlak vyvolávající průhyb membrány obvykle přenášený mechanicky na ukazovatel – u tenkých membrán jsou deformace snímány elektricky (např. kapacitně, indukčně či piezoelektricky). 2011/2012


TMaR


Membránový tlakoměr Lze je použít i k měření tlaku kašovitých látek, protože měřicí prostor lze poměrně snadno vyčistit. Výhodou tenké membrány jsou malé setrvačné hmoty systému – hodí se i k měření rychle se měnících či pulsujících tlaků. Proti korozi lze membránu snadno chránit povlakem či fólií z vhodného materiálu.

2011/2012


TMaR


Membránový tlakoměr Závislost zdvihu na tlaku je přibližně lineární. Výhodou použitého tvaru vlnovce je větší citlivost. Je-li tlak přiveden na obě strany membrány, lze využít membránové tlakoměry i k měření rozdílu tlaků. Jsou vhodné především pro malé a střední tlaky - do cca 4 MPa.

2011/2012


TMaR


Krabicový tlakoměr Je variantou membránového tlakoměru. Používá se pro měření malých přetlaků, podtlaků či rozdílu tlaků. Horní mez měřicího rozsahu bývá 10 až 1 000 Pa. Měřicím prvkem je krabice tvořená dvěma zvlněnými membránami o průměru 50 až 100 mm. Deformace se obvykle přenáší pákovým převodem na ukazovatel. 2011/2012


TMaR


Krabicový tlakoměr K dosažení větší citlivosti se spojuje několik krabic v jeden konstrukční celek. Tlakoměrná krabice se používá i v přístroji pro měření barometrického tlaku, v tzv. aneroidu. Na rozdíl od barografu ukazuje okamžitý stav tlaku V tomto případě je prostor krabice neprodyšně uzavřen, vakuován a měřený barometrický tlak působí na krabici pouze z vnějšku. 2011/2012


TMaR


Krabicový tlakoměr Aneroid vynalezl v roce Lucien Vidie – 1843. Původní název barometre anéroide znamená "tlakoměr bez kapaliny". Někdy se používal název pérový tlakoměr (barometr).

2011/2012



Detail střední části domácího aneroidu – v pozadí je vlnovec měřicí krabice.

2011/2012

TMaR


TMaR


Vlnovcový tlakoměr Používají se pro měření malých tlaků a rozdílů tlaků - do zhruba 400 kPa. Vyznačuje se velmi dobrou linearitou. Mechanické řešení umožňuje zabezpečit značnou otřesuvzdornost. Tlakoměrným prvkem je tenkostěnný kovový měch = vlnovec.

2011/2012


TMaR


Vlnovcový tlakoměr Měřený tlak není přiváděn do tenkostěnného kovového měchu = vlnovce, je přiváděn do pouzdra, ve kterém je vlnovec umístěn – deformace vlnovce se táhlem přenáší na ukazovatel. Někdy se používá měch z plastu, např. teflonu – funkci deformačního prvku pak zcela přebírá pružina. V případě měření rozdílu tlaků se větší tlak přivádí do pouzdra snímače, menší do vlnovce. 2011/2012


TMaR


Tlakoměr s křemíkovým čidlem K tomu se v tlakoměrných systémech používá kovová oddělovací membrána a olejová náplň. Oddělovací membrána musí být zkonstruována tak, aby neovlivňovala vlastnosti křemíkového čidla. Například u snímače s křemíkovou membránou o činné ploše asi 2 mm2 je průměr oddělovací membrány velmi malý – přibližně 10 mm.

2011/2012


TMaR


Tlakoměr s křemíkovým čidlem Robustní konstrukce snímačů s křemíkovými čidly velmi dobře odolává vibracím a rázům. Snímače s křemíkovými čidly mohou být uzpůsobeny pro měření jak absolutního tlaku, tak i přetlaku, podtlaku nebo rozdílu tlaků. Snímače tlaku s křemíkovou membránou se používají k měření přetlaku až do 60 MPa a podtlaku do -100 kPa.

2011/2012

TMaR



Tlakoměr s křemíkovým čidlem

Křemíkové čidlo relativního tlaku v kombinaci s oddělovací membránou 2011/2012

Měřený tlak Oddělovací membrána

Tenzometrická membrána

Silikonový olej

Referenční tlak

TMaR


Měření fyzikálních veličin – tlaku Vývody

Lepený tenzometr

Difuzní tenzometr

Lepidlo

Křemík

Pružný nosník

Vývody

Napařovaný tenzometr

Vývody

Křemíkový tenzometr

Izolace Pružný nosník

Různá provedení tenzometrických čidel 2011/2012

Safírová membrána

TMaR



Tlakoměr s piezoelektrickým čidlem Působí-li na křemennou destičku rovnoměrně rozložená síla Fx podél elektrické osy x, hovoří se o tzv. podélném piezoelektrickém jevu, při němž se záporné body krystalické mřížky posunou vzhledem ke kladným bodům, což vyvolá náboj na plochách s kovovými elektrodami.

Další podrobnosti jsou v příslušné přednášce o tomto druhu čidla. 2011/2012

TMaR



Tlakoměr s piezoelektrickým čidlem Náboj Q vyvolaný na každé stěně kolmé k elektrické ose krystalu bude

Q = Kp * F x kde: Kp je piezoelektrická konstanta (piezoel. modul)

Fx je působící síla 2011/2012

TMaR



Tlakoměr s piezoelektrickým čidlem

Zabudovaný obvod impedančního přizpůsobení Krystal kompenzace

Hmota pro kompenzaci zrychlení

Schematické uspořádání piezoelektrického snímače tlaku 2011/2012

Piezoelektrické výbrusy krystalu

Membrána

Měřený tlak

TMaR



Tlakoměr s piezoelektrickým čidlem

Podélný jev

z

y

Síly F

y

x

kovové elektrody

Princip měření pomocí piezoelektrického jevu

b y Síly F

a y x 2011/2012

Příčný jev

x


TMaR


Snímače tlaku s elektrickým výstupem (elektromechanické tlakoměry) Současná automatizace vyžaduje snímače, které poskytují výstupní signál vhodný k dálkovému přenosu a následné mu zpracování informací v elektronických analogových a číslicových obvodech. Principy mají založeny na využití některého z deformačních tlakoměrných prvků (membrána, trubice, vlnovec, krabice, nosník). 2011/2012


TMaR


Snímače tlaku s elektrickým výstupem Mnohdy jde o snímače tlaku s několikanásobným převodem mezi měřeným tlakem a výstupním elektrickým signálem – změna mechanické části a pak změna elektrického nebo elektronického čidla využívajícího zejména odporového (potenciometry a tenzometry) nebo kondenzátorového principu – hodně se uplatňují i indukčnostní, piezoelektrické a polovodičové prvky, optická vlákna a zřejmě brzo i prvky nanotechnologie.

2011/2012


TMaR


Snímače tlaku s elektrickým výstupem Při měření na dálku se propojuje tlakoměr s místem odběru signálním potrubím (nevhodný název impulzní potrubí). Doporučuje se potrubí o světlosti 6 až 10 mm – maximální délky do 50 metrů. Signální potrubí bez ostrých ohybů – položeno bez možnosti usazování kondenzátu nebo vytváření bublin – musí mít spád s instalovanými odkalovacími či odvzdušňovacími ventily – celkově nesmí zkreslovat měřený tlak. 2011/2012


TMaR


2011/2012

Příklady provedení měřicích přístrojů a snímačů tlaku


TMaR


Snímače tlaku s elektrickým výstupem Při měření tlaku vodní páry při vysokých teplotách je třeba zajistit, aby se pára nedostala do tlakoměru a nepoškodila ho – před tlakoměr se zařazuje kondenzační nádobka nebo kondenzační smyčka.

2011/2012


TMaR


Snímače tlaku s elektrickým výstupem Při měření tlaku agresivních látek se požívají oddělovací nádobky naplněné oddělovací kapalinou – silikonový, minerální olej, jedlý olej (v potravinářství), glycerin nebo směs glycerinu a vody – nebo vhodnou nepropustnou oddělovací membránou – vždy se oba prostory oddělují vhodnou oddělovací membránou – je z ušlechtilých a agresi vzdorujících materiálů – tantal, zirkon, titan – tuhost, velikost i další vlastnosti membrány nesmí v určeném pracovním rozsahu zkreslovat měřený tlak. 2011/2012



Hydrostatické tlakoměry

Určitě je principů a hlavně reálných praktických provedení ještě víc……..

© VR - ZS 2013/2014

T- MaR

T- MaR

… a to by bylo k prvním informacím

o tlaku ( 1. část ) vše © VR - ZS 2015/2016

8.1.....

T- MaR

Témata

…………………… …….……………...

© VR - ZS 2013/2014

Teorie měření a regulace

Recommend Documents