Měření tlaku je základní technologií pro monitorování procesních podmínek v nádržích a potrubích. Protože se média liší svými vlastnostmi, používají se různé principy měření tlaku: absolutní tlak a přetlak, hydrostatický tlak a tlaková diference.
Při měření absolutního tlaku a přetlaku procesní tlak vychyluje membránu. Tato síla se přenáší přes nestlačitelný olej na křemíkový čip, kde se přeměňuje na elektrický signál. Rozdíl spočívá v referenčním bodě: Absolutní tlak se měří vzhledem k vakuu, zatímco přetlak se měří vzhledem k okolnímu vzduchu. Hydrostatické měření hladiny se spoléhá na hmotnost sloupce kapaliny. S rostoucí hladinou naplnění způsobuje gravitace, že tlak na membránu senzoru stoupá úměrně k výšce a hustotě média. Při měření diferenčního tlaku se zaznamenávají dvě hodnoty tlaku, obvykle v uzavřené nádrži. Převodník vypočítá rozdíl pro určení hladiny nebo tlaku uvnitř nádrže.
Podívejte se na video a dozvíte se, jak funguje měření tlaku.
Výhody Cerabar, Ceraphant, Deltabar, Deltapilot a Waterpilot v kostce
- Průběžné měření tlaku a hladiny kapalin a plynů
- Vysoká přesnost měření a dlouhodobá stabilita
- Robustní konstrukce pro náročné procesní podmínky
- Všestranné portfolio senzorů pro flexibilní integraci systému
- Osvědčená spolehlivost v široké škále průmyslových aplikací
Nejrůznější média se denně plní a odvádějí potrubím z nádrží. Příklady jsou pitná voda, ovocné šťávy, oleje a paliva, kyseliny nebo solanky. Protože tato média mohou mít zcela odlišné vlastnosti, existují různé principy měření pro jejich detekci. Například měření tlaku absolutním tlakem nebo přetlakem, hydrostatickým tlakem a také tlakovou diferencí.
První vědecké počátky měření tlaku byly zdokumentovány v polovině 17. století. Galileo Galilei provedl testy s čerpadly, aby překonal výškové rozdíly pro účely zavlažování. Evangelista Torricelli provedl výzkum se rtuťovými sloupy a objevil stav vakua. Blaise Pascal se o těchto experimentech doslechl, pokračoval ve výzkumu a dokázal určit hmotnost vzduchu. Pascal tuto sílu nazval tlakem a na jeho počest byla pojmenována jednotka tlaku v soustavě SI. Tlak je výsledkem síly působící na plochu.
Tlakoměry lze použít k detekci absolutního tlaku a přetlaku a k stanovení tlakových proměnných a hladin v nádržích. Nejprve se blíže podívejme na princip fungování této měřicí metody na příkladu absolutního tlaku a přetlaku.
Tlak lze měřit kontinuálně v potrubí zaplaveném kapalinou. Na rozdíl mezi absolutní tlakovou celou a celou pro měření přetlaku se podíváme na příkladu keramické cely. V keramické cele se na keramický substrát nanese elektricky vodivý materiál, čímž se vytvoří kondenzátor. Při působení tlaku se membrána deformuje a způsobuje změnu kapacity.
Cela pro absolutní tlak je uzavřený systém a měří oproti vakuu v atmosférickém prostředí, přičemž je indikován tlak vzduchu. V cele pro měření přetlaku umožňuje otvor v substrátu kompenzaci tlaku mezi atmosférickým prostředím a vnitřkem cely.
Cela měří hodnoty, které jsou vztaženy k okolnímu tlaku. V atmosférickém prostředí se tlak vzduchu neukazuje. Při měření hydrostatického tlaku působí kapalina v nádrži na procesní membránu senzoru. Gravitace způsobuje zvýšení tlaku s rostoucím sloupcem kapaliny, tj. hladinou naplnění nádrže. Sloupec kapaliny je úměrný hladině naplnění a hustotě média.
V otevřené nádrži je tlak neustále kompenzován vzhledem k okolnímu vzduchu. Plyn v horní části nádrže proto neovlivňuje měření hladiny. Kromě tlaku sloupce kapaliny však na senzor působí i atmosférický tlak. Při kompenzaci atmosférického tlaku se senzor nazývá senzor přetlaku. Pojďme se na takový senzor podívat blíže. Kontaktní měřicí cela je založena na křemíkové technologii a byla speciálně vyvinuta pro hydrostatické měření hladiny. Rezistory jsou naneseny na křemíkový čip ve formě Wheatstoneova můstku.
Při působení tlaku se procesní membrána deformuje a dochází k změně odporu. V senzoru nestlačitelný olej přenáší tlak z procesní membrány na křemíkový čip, kde je analyzován. Při měření tlakové diference v uzavřené nádrži nemá atmosférický tlak pro měření hladiny žádný vliv. Kromě tlaku ve sloupci kapaliny se měří také tlaková výška nad hladinou. Obě hodnoty jsou do převodníku přenášeny olejem naplněnými kapilárními trubicemi. Převodník vypočítá rozdíl mezi oběma tlaky a z této hodnoty určí hladinu v nádrži.
Tlakoměry od společnosti Endress+Hauser usnadňují měření tlaků a hladin ve standardních aplikacích, stejně jako v aplikacích s vysokými teplotami a tlaky, a také v aplikacích s korozivními a abrazivními médii. Máme vhodné řešení pro každou aplikaci. Endress+Hauser.
