Control Engineering na świecie
Print

Czujniki różnicy ciśnień

-- sobota, 13 listopad 2010

Wśród najbardziej rozpowszechnionych urządzeń obiektowych przyrządy DP (wykorzystujące różnice ciśnień) mają ogromny zakres możliwości i zastosowań. Przedstawiono tu niektóre podstawowe pojęcia i wskazówki dotyczące ich praktycznych zastosowań.

Urządzenia pomiarowe różnicy ciśnień (DP) to najbardziej uniwersalne urządzenia ze wszystkich czujników ciśnienia, mające najszerszy zakres pomiarowy oraz zakres zastosowań. Zasilane bateryjnie bezprzewodowe przetworniki ciśnienia różnicowego wpływają istotnie na zwiększenie elastyczności wykonywania instalacji, tam gdzie koszt okablowania lub brak dostępności zasilania elektrycznego ogranicza zastosowanie tradycyjnych przetworników przewodowych.

Podstawowe wiadomości dotyczące pomiaru ciśnienia
Urządzenia do pomiaru ciśnienia dzieli się na trzy rodzaje: urządzenia pomiaru ciśnienia względnego, ciśnienia absolutnego oraz ciśnienia różnicowego. W zasadzie są to pomiary różnicy ciśnień.

Urządzenie do pomiaru ciśnienia względnego jest urządzeniem, które mierzy ciśnienie procesu w odniesieniu do otaczającego ciśnienia atmosferycznego. Strona robocza (procesowa) czujnika jest poddawana działaniu ciśnienia procesu, podczas gdy strona nierobocza pozostaje pod wpływem ciśnienia atmosferycznego. Mierzone ciśnienie względne stanowi różnicę pomiędzy tymi dwoma ciśnieniami. W przypadku, gdyby nierobocza strona czujnika została szczelnie zamknięta i odgrodzona od otaczającej atmosfery, każda ilość zamkniętego wraz z czujnikiem gazu mogłaby rozszerzać się i kurczyć wraz ze zmianami temperatury i powodować zmianę ciśnienia wywieranego na nieroboczą stronę czujnika. Powodowałoby to usa cialis znaczny błąd sygnału ciśnienia względnego. Jest zasadą, że wszystkie czujniki pomiaru ciśnienia względnego muszą mieć wewnętrzne połączenie nieroboczej strony czujnika z ciśnieniem atmosferycznym.

Urządzenie do pomiaru ciśnienia absolutnego jest podobne do czujnika pomiaru ciśnienia względnego, jednak tylko jedna strona membrany czujnika jest poddana ciśnieniu roboczemu. Strona nierobocza czujnika jest tak zaprojektowana, aby mieć prawie całkowitą próżnię. Mając całkowitą próżnię po stronie nieroboczej membrany czujnika, odczyt ciśnienia absolutnego jest uzyskiwany poprzez pomiar siły wynikającej z różnicy ciśnień po tej stronie i stronie roboczej czujnika. Każde ciśnienie wywarte po stronie procesu (roboczej) będzie dodatnią różnicą i będzie stanowić odczyt ciśnienia absolutnego.

Pokazuje to, że wszystkie odczyty ciśnienia są wykonywane w stosunku do jakiegoś ciśnienia, tak więc zarówno pomiar ciśnienia względnego, jak i ciśnienia absolutnego są z natury pomiarami różnicowymi. Umożliwia to buy cialis in canada szersze zastosowanie przetworników ciśnienia różnicowego, niż jakichkolwiek przetworników innego rodzaju.



Pomiar ciśnienia różnicowego jest przeprowadzany zwykle poprzez poddawanie czujnika typu membranowego działaniu dwóch niezależnych ciśnień wejściowych. Ciśnienia są wywierane po przeciwnych stronach czujnika, przy przeciwdziałających sobie siłach powodujących reakcję czujnika, która odpowiada różnicy dwóch ciśnień wejściowych (patrz rysunek). Oba ciśnienia – od strony ciśnienia wysokiego (kolor niebieski) i od strony ciśnienia niskiego (kolor żółty) są niezależnie przekazywane do czujnika w celu określenia ciśnienia różnicowego.

Pozostawiając port strony niskiego ciśnienia otwarty na oddziaływanie ciśnienia atmosferycznego, umożliwia się użycie przetwornika do pomiaru ciśnienia względnego, jako że działające ciśnienie robocze (procesu) będzie pozwalało na wskazanie dodatniej różnicy ciśnienia w stosunku do ciśnienia atmosferycznego. Przez zastosowanie do portu niskiego ciśnienia całkowitej próżni utworzy się efekt podobny do działania przetwornika ciśnienia absolutnego.

W celu pomiaru podciśnienia, w przypadku kiedy ciśnienie atmosferyczne ma stanowić zerowy punkt wyjściowy, podciśnienie to viagra on line jest podłączone do portu niskiego ciśnienia, podczas kiedy port wysokiego ciśnienia pozostaje otwarty na działanie ciśnienia atmosferycznego. Wzrastająca wartość różnicy ciśnień (wzrost podciśnienia) odpowiada dodatniej zmianie sygnału wyjściowego.

Zastosowania
Przetworniki różnicy ciśnień mogą mierzyć lub być wykorzystane przy pomiarze innych zmiennych procesu, włączając w to pomiar przepływu, poziomu cieczy i gęstości cieczy.

Przepływ
Przetworniki różnicy ciśnień najczęściej stosowane są do odczytu spadku ciśnienia na kryzach do pomiaru przepływu. (Przedstawiamy tu jedynie wiadomości podstawowe, lecz szczegółowe opracowania są dostępne).

Kryzy pomiarowe, rurki Pitota, zwężki Venturiego, stożki pomiarowe itp. stanowią przykłady elementów pomiarowych, które powodują spadek ciśnienia podczas przepływu płynu przez ten element ograniczający. Wielkość ograniczenia jest dopasowana do warunków procesu, uwzględniając orurowanie, ciśnienie i przepływ. Spadek ciśnienia jest proporcjonalny do wielkości ograniczenia oraz właściwości płynu, włączając w to gęstość i prędkość przepływu. Poprzez pomiar spadku ciśnienia powstającego na takim elemencie, możliwe jest obliczenie wielkości przepływu płynu. Otwory pomiarowe umieszczone w przewodzie przed i za elementem pomiarowym są podłączone do portów wejściowych niskiego i wysokiego ciśnienia przetwornika różnicy ciśnień. Ciśnienie w sieci może przekraczać 70 barów, lecz spadek ciśnienia jest zwykle bardzo mały. Stosowanie dwóch oddzielnych urządzeń do pomiaru ciśnienia względnego i odejmowanie ich wskazań powodowałoby sumowanie się błędów obu przyrządów, mających szerokie zakresy pomiarowe. Wynik pomiaru byłby prawdopodobnie obarczony dużym błędem i rzadko nadawałby się do wykorzystania. Przetwornik różnicy ciśnień pozwala na wykonanie pomiaru przy użyciu tylko jednego urządzenia o dużo mniejszym zakresie pomiarowym, co w bardzo dużym stopniu wpływa na poprawę dokładności pomiaru. Wpływa to order cheap viagra także na zmniejszenie potrzebnego okablowania poprzez wyeliminowanie potrzeby użycia drugiego przetwornika.

Wskazówka praktyczna – Należy upewnić się, że przewody przesyłania impulsu zostały odpowietrzone w celu usunięcia wszelkich pozostałości powietrza lub innych gazów. Elementy odpowietrzające są często umieszczane na kolektorach.

Wartości ciśnienia różnicowego mogą być wyrażane w różnych jednostkach, lecz bardzo często jako jednostkę miary używa się barów. Wartość ta staje się zmienną w równaniu służącym do zamiany odczytów ciśnienia różnicowego na wartość przepływu. Uproszczone podejście do obliczenia wartość przepływu na podstawie wartości ciśnienia polega na obliczeniu pierwiastka kwadratowego z wielkości odczytu ciśnienia, wyrażenie tego jako procent przepływu i obliczenie wartości przepływu z tej wartości procentowej.

Na przykład dany element pomiarowy przepływu został skonstruowany dla pełnego przepływu 3000 litrów/min przy spadku ciśnienia 0,25 barów. Pierwiastek kwadratowy z 0,25 wynosi 0,50, co wskazuje na 100% przepływu. W warunkach roboczych, jeśli odczyt ciśnienia wynosił 0,12 barów, pierwiastek kwadratowy wynosi 0,35, co odpowiada odczytowi wielkości przepływu 70% lub 2100 litrów/min.

Dzięki zaawansowanym możliwościom obecnie używanych przetworników, stosowane urządzenia z łatwością wykonują funkcje matematyczne i pokazują wartość przepływu zamiast odczytywania ciśnienia.
Wskazówka praktyczna – Celem poprawy dokładności pomiaru przepływu podczas uruchamiania, dobrze jest na chwilę wyrównać ciśnienie pomiędzy stroną wysokiego ciśnienia i niskiego ciśnienia elementu  przetwornika różnicowego i wykonać korektę ustawienia zera. Niektóre kolektory pozwalają na bardzo szybkie i proste wykonanie tej czynności. Czynność tę wykonuje się w celu wyeliminowania wszelkich efektów błędnego ustawienia zera, jakie mogą się pojawić w wyniku mechanicznych obciążeń wynikających z ciśnienia sieci. Jest to buying cialis next day delivery szczególnie ważne w przypadku zastosowań wysokociśnieniowych, typowych w wysokotemperaturowych systemach parowych.

Stan siatki filtra
Wiele procesów wymaga filtrowania płynu, aby zapewnić, że cząsteczki o wielkości przekraczającej określony rozmiar zostaną oddzielone i nie będą mogły przedostać się do dalszej części procesu. Filtry wykonywane są w wielu różnych kształtach i rozmiarach, w zależności od wymagań procesu, w zakresie od siatek o dużych oczkach zakładanych na wlocie wody w elektrowni, do filtrów mikronowych używanych w zakładach farb pigmentowych. Niezależnie od zastosowania, podejście do sprawy czystości filtra jest bardzo podobne. Ponieważ filtr zatrzymuje cząsteczki, zmniejsza to buy cheap cialis swobodną przestrzeń, przez którą może przepływać płyn. Ograniczenie to wywołuje wzrost ciśnienia po wlotowej stronie filtra.

Mierząc różnicę ciśnień po wlotowej i wylotowej stronie filtra, można określić czystość filtra: wzrastanie ciśnienia różnicowego wskazuje na zapychanie się filtra. Podobnie jak przy opisanym wcześniej zastosowaniu do pomiaru przepływu, ciśnienia wlotowe będą często znacznie większe niż wartość spadku ciśnienia. Tak więc tu również pomiar ciśnienia różnicowego daje dużo większą dokładność oraz zmniejsza liczbę urządzeń potrzebnych do wykonania pomiaru.
Wskazówka praktyczna – Nawet czysty filtr powinien generować mierzalną różnicę ciśnień przed i za filtrem. Wskazywanie zerowej wartości ciśnienia różnicowego podczas przepływu płynu prawdopodobnie wskazuje na uszkodzenie elementu filtra, kiedy to płyn przepływa bez oporów, a filtr umożliwia przedostawanie się niefiltrowanego płynu do dalszej części układu.

Poziom
Bardzo popularnym zastosowaniem przetworników różnicy ciśnień jest pomiar poziomu cieczy w naczyniach, gdzie jest to często najbardziej opłacalne rozwiązanie. Płyn wewnątrz zbiornika wywiera ciśnienie statyczne, które może być mierzone przy dnie zbiornika. Ciśnienie statyczne jest funkcją wysokości płynu w zbiorniku i gęstości.

Kiedy zbiornik jest naczyniem otwartym lub wentylowanym, pomiar poziomu cieczy mógłby być wykonywany urządzeniem do pomiaru ciśnienia względnego, lecz, jak to jest typowe w większości zbiorników, wytwarzana wartość ciśnienia jest często bardzo mała. Ciśnienia statyczne poniżej 1 bara występują bardzo często. Zakresy pomiarowe przetworników ciśnienia względnego są zwykle dużo większe. Celem zwiększenia dokładności pomiaru często lepiej jest zastosować bardziej czuły przetwornik różnicy ciśnień i połączyć jego port niskiego ciśnienia z atmosferą.

Kiedy zbiornik jest naczyniem zamkniętym, przetwornik różnicy ciśnień jest nawet bardziej opłacalnym rozwiązaniem. Ciecze trzymane w uszczelnionym zbiorniku parują do chwili, kiedy zostanie uzyskana równowaga ciśnień. Ciśnienie pary oddziałuje na górną część cieczy i dodaje się do odczytu ciśnienia statycznego, które jest mierzone przy dnie zbiornika. Celem obliczenia prawdziwego poziomu cieczy ciśnienie pary winno być odjęte od całkowitego ciśnienia roboczego. W tym przypadku również, zamiast używania dwóch niezależnych przetworników ciśnienia względnego, może być zastosowany jeden przetwornik różnicy ciśnień do uzyskania zarówno całkowitego ciśnienia roboczego, jak i ciśnienia pary. Ciśnienie różnicowe odpowiada ciśnieniu statycznemu, które wskazuje poziom cieczy.

Przy rozważaniu rzeczywistego zastosowania bierze się pod uwagę bardziej złożone okoliczności niż tu podano, w prostym opisie. Konieczne jest wzięcie pod uwagę zastosowania przesłon izolacyjnych, kapilar z wypełnieniem, wymagań dotyczących fizycznego montażu itd., co wymaga dokładnego poznania potrzeb.

Wskazówka praktyczna – Podczas instalowania na zbiorniku zamkniętym przetwornika różnicy ciśnień z membranami separującymi, do zasad dobrej praktyki należy prowadzenie kapilar w taki sposób, aby były one w tych samych warunkach temperaturowych. Światło słoneczne, ogrzewając jedną kapilarę, a drugą nie, będzie powodować powstanie błędu z uwagi na nierówne termiczne rozszerzanie się płynu.

Gęstość
W zastosowaniach do pomiaru poziomu cieczy w zbiornikach zawierających drogie materiały, dla celów inwentaryzacyjnych, pożądane jest zwykle mierzenie poziomu tak dokładnie, jak to jest możliwe. Zmiany temperatur powodują często zmiany gęstości cieczy, co z kolei wpływa na zależność pomiędzy ciśnieniem statycznym u dołu zbiornika a poziomem cieczy. Jedna z metod, która pozwala mierzyć zmiany gęstości, wykorzystuje urządzenie umieszczone na boku zbiornika z otworami pomiarowymi znajdującymi się w stałej odległości od siebie. Przez podłączenie przetwornika różnicy ciśnień do tych dwu otworów można dokonać pomiaru, który pozwoli na obliczenie gęstości cieczy. Jeśli zawartość zbiornika ma gęstość 1,0 i otwory pomiarowe są oddalone od siebie o 254 mm, przetwornik zawsze wskaże 0,025 barów, niezależnie od poziomu cieczy, tak długo, jak oba otwory są zanurzone w cieczy. Lecz w przypadku spadku temperatury cieczy nastąpi odpowiedni wzrost gęstości. Na przykład, jeśli gęstość wzrośnie o 3%, wówczas odczyty przetwornika wzrosną o 3% do wartości 0,0258 barów. Różnica 10 mm poziomu cieczy może z łatwością równać się tysiącom litrów błędnie obliczonej ilości produktu w zbiornikach o dużej średnicy.  Mając do dyspozycji odczyty gęstości, możliwe jest zastosowanie korekt wartości poziomu cieczy.

Wykrywanie przecieku
Wielokrotnie podczas czynności uruchamiania lub czynności obsługowych konieczne jest przeprowadzenie prób szczelności rurociągów i zbiorników. Jest kilka sposobów przeprowadzania prób szczelności, niektóre z nich polegają na wykrywaniu ulatniających się określonych gazów takich jak hel lub obserwacji migracji barwników bądź płynów widzialnych w świetle ultrafioletowym. Takie metody mogą być kosztowne. Prostą i tanią alternatywą jest przeprowadzenie testu z pomiarem spadku ciśnienia.

Test z pomiarem spadku ciśnienia polega na poddaniu zbiornika działaniu ciśnień próbnych i monitorowaniu spadku ciśnienia w czasie. Większe zbiorniki są zwykle testowane przy niższych ciśnieniach ze względu na to, że większa siła wywierana przez to ciśnienie działa na większą powierzchnię.  Małe zmiany, przy niskich poziomach ciśnienia, są zwykle bardziej możliwe do zaobserwowania przy zastosowaniu przetwornika różnicy ciśnień, gdyż zakres pomiarowy przetwornika różnicowego jest zwykle niższy od zakresu, jaki mają przyrządy do pomiaru ciśnienia względnego.

Jednym z szeroko stosowanych sposobów do szybszego wykrywania zmian ciśnienia, wynikającego z istnienia przecieków, jest wykorzystanie komory odniesienia o objętości podobnej do objętości komory badanej. Komora odniesienia musi być uprzednio zakwalifikowana jako komora pozbawiona przecieków. Ciśnienie lub podciśnienie jest wywierane jednocześnie w obu komorach, a przetwornik różnicy ciśnień jest podłączony między nimi. Kiedy w obu naczyniach osiągnięta zostanie ta sama wartość ciśnienia próbnego, zostają one odizolowane od siebie. Wąski zakres pomiarowy przetwornika szybko wykryje każdą pojawiającą się zmianę ciśnienia pomiędzy tymi dwoma zbiornikami, która mogłaby wskazywać na przeciek, gdyby taki się pojawił. Ponieważ ten test jest często chwilowy i przeprowadzany w przypadku braku łatwego dostępu do zasilania elektrycznego, zastosowanie zasilanego bateryjnie bezprzewodowego przetwornika różnicy ciśnień pozwala na korzystanie podczas przeprowadzania testu z lokalnego wyświetlacza oraz daje możliwości zebrania wyników i dokumentowania testu, bez konieczności ciągnięcia przewodów dla sprzętu do zapisu danych.

Lepkość
Mierniki wykorzystujące efekt Coriolisa stają się bardziej popularne i są powszechnie akceptowane z uwagi na ich możliwości pomiaru wielu innych cech płynu, poza pomiarem przepływu masowego. Jednostki pomiarowe wykorzystujące efekt Coriolisa mogą dostarczać danych dotyczących gęstości, procentowej zawartości ciał stałych, ciężaru właściwego (skale Brixa, Baume) oraz pomiarów temperatury. Rzadziej wykonywanym pomiarem jest pomiar lepkości płynu. Uzyskanie tej możliwości wymaga zwykle instalowania przetwornika różnicy ciśnień z otworami pomiarowymi umieszczonymi po obu stronach czujnika Coriolisa. Wykorzystując dane z przepływomierza, dotyczące przepływu, gęstości oraz temperatury, w połączeniu z odczytami ciśnienia różnicowego, sterownik może wykonać obliczenia celem określenia lepkości płynu.

Przetworniki różnicy ciśnień stanowią około dwie trzecie wszystkich sprzedanych przetworników ciśnienia. Nie powinno to być zaskoczeniem z uwagi na ich wielofunkcyjność oraz możliwość spełniania wymagań tak szerokiego zakresu zastosowań. Jednostki pomiarowe oferowane są przez wielu producentów, wykonane z różnorodnych materiałów konstrukcyjnych z szeroką możliwością wyboru różnych konfiguracji  dostosowanych do wymagań procesu i warunków instalacji. Przykładem tej kategorii produktów jest rodzina inteligentnych przetworników ciśnienia ST 3000 firmy Honeywell.
CE

Autor: Renee Robins Control Engineering


 
Aktualne wydanie

Zobacz także

  •   Wydarzenia  
  •   Katalog  

Wydarzenia

Bezpieczeństwo procesów produkcyjnych
2014-09-25 - 2014-09-25
Miejsce: Łódź, Holiday-Inn Hotel
POLEKO - Międzynarodowe Targi Ochrony Środowiska
2014-10-14 - 2014-10-17
Miejsce: Poznań

Katalog

TOSIBOX
TOSIBOX
ul. Borówkowa 2
58-500 Jelenia Góra
tel. +48 513 188 627

WAGO ELWAG sp. z o.o.
WAGO ELWAG sp. z o.o.
Piękna 58A
50-506 Wrocław
tel. 71 360 29 70

ELMARK Automatyka Sp. z o.o.
ELMARK Automatyka Sp. z o.o.
Niemcewicza 76
05-075 Warszawa
tel. (22) 773-79-37

Mitsubishi Electric Europe B.V. Oddział w Polsce
Mitsubishi Electric Europe B.V. Oddział w Polsce
Krakowska 50
32-083 Balice
tel. (12) 6304700

ASTOR Sp. z o.o.
ASTOR Sp. z o.o.
Smoleńsk 29
31-112 Kraków
tel. 12 428 63 00

zobacz wszystkie




SONDA


Jednopłytkowe bez obudowy (SBC)
SOM (System-on-Module)
COM (Computer-on-Module)
PC104
EBX (Embedded Board eXpandable)
EPIC (Embedded Platform for Industrial Computing)
Pico-ITX
Płyty 3,5” i 5,25”
Platformy RISC
Inne


Wydania specjalne





Dodatki



O wydawnictwie   |   Reklama   |   Mapa strony   |   Kontakt   |   Darmowa prenumerata   |   RSS   |   Partnerzy   |   
Copyright Media 4 Engineers Sp. z o.o. ul. Koszykowa 6, 00-564 Warszawa
NIP: 521-36-45-002, KRS: 0000452772, REGON: 146567392
Wszystkie materiały pochodzące ze strony Control Engineering USA są własnością CFE Media. Wszystkie prawa zastrzeżone.
Zobacz nasze pozostałe strony
Inżynieria & Utrzymanie Ruchu MSI Polska Inteligentny Budynek Seminaria dla sektora produkcji Almanach Produkcji w Polsce Control Engineering Россия Control Engineering Czech Plant Engineering Czech Media 4 Engineers Sp. z o.o.