Teorie měření a regulace

Transkript

1 Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb Teorie měření a regulace měření tlaku SPEC-t.2. ZS 2015/ Ing. Václav Rada, CSc.

2 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR Další pokračování o principech měření VR - ZS 2013/2014

3 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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 deformační magnetické termoemisivní dynamické optické a další. VR - ZS 2013/2014

4 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR VR - ZS 2014/2015

5 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR Podle základního konstrukčního provedení snímače pak lze uvést dělení: mechanické tepelné elektrické tenzometrické piezoelektrické VR - ZS 2010/2011

6 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR Jiné rozdělení podle konstrukce s kapalinou: nádobové trubicové plovákové zvonové prstencové pístové VR - ZS 2010/2011

7 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR Jiné rozdělení podle konstrukce s možností deformace: membránové vlnovcové trubicové VR - ZS 2010/2011

8 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR Pro měření a vyhodnocování informací o tlaku se uvádí druh tlaku: VR - ZS 2010/2011 absolutní tlak absolutní nulový tlak vakuum barometrický tlak přetlak podtlak statický tlak dynamický tlak rozdílový tlak celkový tlak

9 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR Obvyklý princip u snímačů (čidel) je většinou založen na převodu tlaku na sílu působící na element čidla přímý (intrinsitický) přes pružný člen s nábojem piezoelektrické optické magnetické odporové (el.) ohyb tah tlak smyk krut VR - ZS 2009/2010

10 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR Blokové schema snímače tlaku deformační prvek snímací prvek (čidlo) převod na elektrický signál VR - ZS 2009/2010

11 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR Základní jednotkou je 1 Pa [Pascal], což je tlak, který vyvolá síla 1 N působící kolmo na plochu 1 m 2. DEFINICE: kde: p = df / ds F síla způsobující tlak [N] S plocha na níž síla působí [m 2 ] Základní přístup k tlaku je dynamický, protože ze své podstaty je fyzikální veličinou v jejímž médiu probíhá neustálý pohyb. VR - ZS 2013/2014

12 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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/m 2 1 bar = 105 N/m 2 = 100 kn/m 2 = 100 kpa. 1 atm = 100 kpa VR - ZS 2013/2014

13 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR Pro převod na jiné používané rozměry platí vztahy: 1 Pa = 1 N/m 2 = 0,1019 kg / m 2 = 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 H 2 O VR - ZS 2013/2014

14 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR Pro převod na jiné používané rozměry platí vztahy: 1 psi (poud / inch) = 27,68 inch H 2 O = 2,036 inch Hg = 703,1 mm H 2 O = 51,71 mm Hg (torr) = 0, atm = 68,948 mbar = 0, bar = 0, kg/m 2 = A68948 Pa = 6,8948 kpa 1 bar = 100 kpa = 0,986923atm = 750,06 mm Hg (torr) = 1,0197 * 10 4 kg/m 2 1 atm = 1,01325 * 10 5 Pa = 760 mm Hg (torr) = 1,01325 bar = 14, psi 1 torr = 1 mm Hg = 1,333 * 10 2 Pa = 1,316 atm = 1,333 * 10 2 Pa =13,59 kg/m 2 VR - ZS

15 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.

16 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.

17 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.

18 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.).

19 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.

20 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.

21 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY 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

22 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.

23 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.

24 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.

25 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.

26 Hydrostatické tlakoměry p 1 p 2 Je založený na principu U trubice rozdíl hladin odpovídá rozdílu tlaků. h úroveň 0 Trubicový tlakoměr

27 Hydrostatické tlakoměry Jako tlakoměrné kapaliny se nejčastěji používají rtuť a voda. Δp = p 2 p 1 Δp = h*(ρ 2 ρ 1 )*g pro ρ 2 >> ρ 1 je Δp = h*ρ 2* g

28 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR Hydrostatické tlakoměry Jsou založeny na účinku hydrostatického tlaku vyvozeného působením dané kapaliny a platí pro něj vztah: A p 1 = p 2 + ρ * g * h VR - ZS 2009/2010

29 absolutní tlak rozdíl tlaků přetlak / podtlak vakuum atmosféra Principy měření absolutního a relativního tlaku

30 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR Hydrostatické tlakoměry měřený tlak p 2 měřený tlak p 1 průřez S 2 malé válcové nádoby h 2 h h 1 vznikne působením tlaku p 1 prakticky neměřitelný a h 2 = h průřez S 1 velké válcové nádoby má být 100 až 1000 krát větší než S 2 VR - ZS

31 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR Hydrostatické tlakoměry posun x vyvolaný tlakem na membránu měřený tlak p VR - ZS 2009/2010

32 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR Tenzometrická rozeta na povrchu membrány VR - ZS 2014/2015

33 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR Hydrostatické tlakoměry α l měřený tlak p VR - ZS 2010/2011

34 Hydrostatické tlakoměry Bourdonova trubice (s příklady průřezů) Deformační tlakoměry

35 Hydrostatické tlakoměry Mechanický tlakoměr skutečné provedení a vnitřek

36 Hydrostatické tlakoměry Uzavřená tlaková krabice s mechanickou membránou zakončenou vlnovcem Deformační tlakoměry tlak

37 Kapacitní čidlo rozdílu tlaků - princip reálného uspořádání a statická charakteristika C d d p Měřený tlak p Kapacita kondenzátoru C

38 C3 C4 Kapacitní čidlo rozdílu tlaků: a) princip s vysokofrekvenčním oscilátorem, b) příklad reálného uspořádání p 1 C2 výstup C1 p 2 Měřicí můstkové zapojení čtyř kondenzátorů Napájení z vf oscilátoru

39 Silikonový olej Odměřovací membrána Kapacitní čidlo rozdílu tlaků příklad reálného uspořádání pracovní rozsah Δp = 1 mbar p = až 400 barů Silikonový olej Měřicí kovová membrána Skleněná trubice Pevná elektroda VR - ZS 2015/2016

40 Kapacitní čidlo rozdílu tlaků - příklad reálného uspořádání s keramickými membránami VR - ZS 2015/2016

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

42 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR Hydrostatické tlakoměry spojovací vodič dva tenzometrické snímače p membránová dutina VR - ZS 2015/2016

43 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR Hydrostatické tlakoměry tlak p tuhost a tloušťka membrány s l 2 *R 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

44 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR VR - ZS 2009/2010

45 Hydrostatické tlakoměry Tlak Kontakt Tlak Piezorezistivní prvky Křemíková membrána Skleněný nosník Referenční tlak VR - ZS 2015/2016 Principy čidla tlaku s difundovanými polovodičovými tenzometry (piezorezistivní)

46 Hydrostatické tlakoměry Provedení čidla tlaku s difundovanými polovodičovými tenzometry (piezorezistivní) VR - ZS 2015/2016

47 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

48 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR Hydrostatické tlakoměry U nebo R x p VR - ZS 2009/2010

49 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.

50 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.

51 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.

52 Pístový tlakoměr Rovnováha sil je v okamžiku, kdy se píst nepohybuje ve směru osy. Pro hmotnost pístu M P, hmotnost závaží M Z a čelní plocha pístu S, bude měřený tlak p p = (M P + M Z )*g / S stupnice údajů tlaku tíha pístu a závaží závaží M Z píst M P plocha S válcové těleso tlakoměru kapalina jejíž tlak je měřen

53 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 MPa i větší.

54 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.

55 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.

56 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.).

57 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.

58 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.

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

60 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).

61 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.

62 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.

63 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.

64 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).

65 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.

66 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.

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

68 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.

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

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

71 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.

72 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.

73 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 mm 2 je průměr oddělovací membrány velmi malý přibližně 10 mm.

74 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.

75 Tlakoměr s křemíkovým čidlem Oddělovací membrána Měřený tlak Tenzometrická membrána Křemíkové čidlo relativního tlaku v kombinaci s oddělovací membránou Referenční tlak Silikonový olej

76 Vývody Lepený tenzometr Lepidlo Difuzní tenzometr Pružný nosník Křemík Vývody Napařovaný tenzometr Izolace Vývody Křemíkový tenzometr Pružný nosník Safírová membrána Různá provedení tenzometrických čidel

77 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.

78 Tlakoměr s piezoelektrickým čidlem Náboj Q vyvolaný na každé stěně kolmé k elektrické ose krystalu bude kde: Q = K p * F x K p je piezoelektrická konstanta (piezoel. modul) F x je působící síla

79 Tlakoměr s piezoelektrickým čidlem Zabudovaný obvod impedančního přizpůsobení Krystal kompenzace Schematické uspořádání piezoelektrického snímače tlaku Hmota pro kompenzaci zrychlení Piezoelektrické výbrusy krystalu Membrána Měřený tlak

80 Tlakoměr s piezoelektrickým čidlem z y Podélný jev y Síly F x Princip měření pomocí piezoelektrického jevu a b y kovové elektrody y Síly F x x Příčný jev

81 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).

82 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.

83 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.

84 Příklady provedení měřicích přístrojů a snímačů tlaku

85 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.

86 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.

87 MĚŘENÍ TEORIE A PRINCIPY T- MaR Hydrostatické tlakoměry Určitě je principů a hlavně reálných praktických provedení ještě víc.. VR - ZS 2013/2014

88 a to by bylo T- MaR k prvním informacím o tlaku ( 1. část ) vše VR - ZS 2015/2016

89 Témata T- MaR.... VR - ZS 2013/2014