Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb CW01 - Teorie měření a regulace © 2014 - Ing. Václav Rada, CSc. ZS – 2011/2012 8.18.1.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb CW01 - Teorie měření a regulace © 2014 - Ing. Václav Rada, CSc. ZS – 2011/2012 8.18.1."— Transkript prezentace:

1 Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb CW01 - Teorie měření a regulace © Ing. Václav Rada, CSc. ZS – 2011/

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

3 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY 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 deformační odporové magnetické piezoelektrické termoemisivní ionizační dynamické světlovodné optické termonukleární … a další. © VR - ZS 2013/2014

4 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY A Měření fyzikálních veličin – tlaku Základní jednotkou je 1 Pa [Pascal], což je tlak, který vyvolá síla 1 N působící kolmo na plochu 1 m 2. 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: 1 Pa = 1 N/m 2 1 bar = 105 N/m 2 = 100 kN/m 2 = 100 kPa. © VR - ZS 2013/2014

5 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY Měření fyzikálních veličin – tlaku Pro převod na jiné používané rozměry platí vztahy: 1 Pa = 1 N/m 2 = 0,1019 kg / m 2 = 9,869 * atm = bar = 7,502 * mm Hg (torr) = 1,45 * psi = 2,953 * inch Hg = 4,014 * inch H 2 O © VR - ZS 2013/2014

6 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2011/2012 A Měření fyzikálních veličin – tlaku 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 = 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

7 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2010/2011 Měření fyzikálních veličin – tlaku konstrukčního provedení Podle základního konstrukčního provedení snímače pak lze uvést dělení: mechanické tepelné elektrické tenzometrické piezoelektrické

8 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2010/2011 A Měření fyzikálních veličin – tlaku konstrukce s kapalinou Jiné rozdělení podle konstrukce s kapalinou: nádobové trubicové plovákové zvonové prstencové pístové

9 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2010/2011 A Měření fyzikálních veličin – tlaku konstrukce s možností deformace Jiné rozdělení podle konstrukce s možností deformace: membránové vlnovcové trubicové

10 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2010/2011 A Měření fyzikálních veličin – tlaku Pro měření a vyhodnocování 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

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

12 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Měření fyzikálních veličin – tlaku snímací prvek (čidlo) převod na elektrický signál deformační prvek Blokové schema snímače tlaku

13 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 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

14 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 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 TMaR Měření tlaku - přehled 1

15 Deformační tlakoměr Princip funkce deformačních tlakoměrů je založen na pruž- né deformaci, a tím i na změně geometrického tvaru vhod- ného tlakoměrného prvku vlivem působení měřeného tlaku. Nejčastěji používanými deformačními prvky jsou mem- brána, 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 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

16 Deformační tlakoměr Tento typ (provedení) tlakoměrů byl v mnoha oblastech použití nahrazen modernějšími typy snímačů. Pro některé své přednosti – jednoduchost, spolehlivost, ro- busnost 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 pod- mínkách (nízké či vysoké teploty, špatná udržovatelnost – pravidelná údržba a servis – otřesy, atp.). 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

17 Deformační tlakoměr Deformační tlakoměrné prvky se rovněž používají při kon- strukci manostatů, což jsou přístroje vybavené jedním nebo několika elektrickými kontakty, které se používají k dvoupolohové regulaci tlaku, k hlídání a signalizaci do- sažení nastavené hodnoty (minima nebo/i maxima). Vyžadují pravidelné kontrolní kalibrace, zvláště při měře- ní pulsujících tlaků – měřicí rozsah deformačního tlako- měru 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 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

18 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 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

19 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 A Měření fyzikálních veličin – tlaku Trubicový tlakoměr 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. Hydrostatické tlakoměry

20 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 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

21 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“ měře- ním – provozní přístroje s nejčastější třídou přesnosti 1, /2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

22 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 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

23 Trubicový tlakoměr Trubice je jedním koncem pevně spojena s tělesem opatře- ným 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 způ- soby, např. magnetický převod. 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

24 Trubicový tlakoměr Je založený na prin- cipu „U“ trubice – rozdíl hladin odpo- vídá rozdílu tlaků. h úroveň 0 p1p1 p2p2 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 TMaR Měření tlaku - přehled 1 Hydrostatické tlakoměry

25 Jako tlakoměrné kapaliny se nejčastěji používají rtuť a voda. 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Δp = p 2 – p 1 Δp = h*(ρ 2 – ρ 1 )*g pro ρ 2 >> ρ 1 je Δp = h*ρ 2* g

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

27 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Principy měření absolutního a relativního tlaku vakuum rozdíl tlaků absolutní tlak přetlak / podtlak atmosféra

28 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2011/2012 Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry měřený tlak p 1 měřený tlak p 2 průřez S 1 velké válcové nádoby – má být 100 až 1000 krát větší než S 2 průřez S 2 malé válcové nádoby h 1 – vznikne působením tlaku p 1 – prakticky neměřitelný a h 2 = ∆h ∆h h2h2

29 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry měřený tlak p posun ∆x vyvolaný tlakem na membránu

30 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2010/2011 Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry měřený tlak p ∆l ∆ α

31 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Deformační tlakoměry Bourdonova trubice (s příklady průřezů) Hydrostatické tlakoměry

32 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Deformační tlakoměry Uzavřená tlaková krabice s mechanickou membránou zakončenou vlnovcem tlak Hydrostatické tlakoměry

33 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Kapacitní čidlo rozdílu tlaků - princip reálného uspořádání a statická charakteristika Měřený tlak p Kapacita kon- denzátoru C C p d d

34 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Kapacitní čidlo rozdílu tlaků: a) princip s vysokofrek- venčním oscilátorem, b) příklad reálného uspořádání Měřicí můstkové zapojení čtyř kondenzátorů výstup C1 C2 C3C4 Napájení z vf oscilátoru p2p2 p1p1

35 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Skleněná trubice Pevná elektroda Měřicí membrána Silikonový olej Odměřovací membrána Kapacitní čidlo rozdílu tlaků příklad reálného uspořádání

36 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry dva tenzometrické snímače spojovací vodič p membránová dutina

37 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry ∆l∆l tlak p tuhost a tloušťka membrány s tenká – malé tlaky do 100 Pa tuhá (silná) vyšší tlaky 2 *R 4 ks tenzometrů nalepených na povrchu membrány – 2 pro radiální deformaci a 2 pro tangenciální deformaci membrány

38 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Principy čidla tlaku s difundovanými polovodičovými tenzometry (piezorezistivní) Skleněný nosník Kontakt Piezorezistivní prvky Tlak Referenční tlak Křemí- ková membrána Tlak Hydrostatické tlakoměry

39 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Uzavřená krabice s vlnovcovým okrajem, který se tlakem narovnává Deformační tlakoměry Klasické provedení uzavřené krabice s vlnovcem, který se tlakem scvrkává při působení protitlaku pružinou Hydrostatické tlakoměry

40 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry ∆x ∆U nebo ∆R ∆p

41 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 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

42 Tlakoměry se silovým účinkem U tlakoměrů se silovým účinkem se měření tlaku převádí na měření síly, jejíž účinky jsou vyvažovány např. záva- žím nebo pružinou. Do této skupiny tlakoměrů patří pístový a zvonový tlakoměr. 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

43 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 kompen- zována tíhou pístu a závaží. 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

44 Pístový tlakoměr 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Rovnováha sil je v okamžiku, kdy se píst nepohybuje ve směru osy. Pro hmotnost pístu M P, hmot- nost závaží M Z a čelní plocha pístu S, bude měřený tlak p p = (M P + M Z )*g / S píst M P závaží M Z válcové těleso tlakoměru kapalina jejíž tlak je měřen stupnice údajů tlaku plocha S tíha pístu a závaží

45 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. 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Pístový tlakoměr

46 Zvonový tlakoměr je nízkotlaká modifikace pístového tlakoměru s rozsahem asi do 1 kPa – rovněž se pou- žívají pro ověřování a kalibraci jiných tlakoměrů. Měřený tlak působí na dno zvonu ponořeného do ná- dobky 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 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Zvonový tlakoměr

47 Deformační tlakoměr Princip funkce deformačních tlakoměrů je založen na pruž- né deformaci, a tím i na změně geometrického tvaru vhod- ného tlakoměrného prvku vlivem působení měřeného tlaku. Nejčastěji používanými deformačními prvky jsou mem- brána, 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 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

48 Deformační tlakoměr Tento typ (provedení) tlakoměrů byl v mnoha oblastech použití nahrazen modernějšími typy snímačů. Pro některé své přednosti – jednoduchost, spolehlivost, ro- busnost 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 pod- mínkách (nízké či vysoké teploty, špatná udržovatelnost – pravidelná údržba a servis – otřesy, atp.). 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

49 Deformační tlakoměr Deformační tlakoměrné prvky se rovněž používají při kon- strukci manostatů, což jsou přístroje vybavené jedním nebo několika elektrickými kontakty, které se používají k dvoupolohové regulaci tlaku, k hlídání a signalizaci do- sažení nastavené hodnoty (minima nebo/i maxima). Vyžadují pravidelné kontrolní kalibrace, zvláště při měře- ní pulsujících tlaků – měřicí rozsah deformačního tlako- měru 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 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

50 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 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

51 Trubicový tlakoměr Patří k nejpoužívanějším typům deformačních tlakoměrů. Trubicovými tlakoměry lze měřit i podtlak. 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

52 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 mem- brány obvykle přenášený mechanicky na ukazovatel – u tenkých membrán jsou deformace snímány elektricky (např. kapacitně, indukčně či piezoelektricky). 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

53 Trubicový tlakoměr Patří k nejpoužívanějším typům deformačních tlakoměrů. Má vysokou i malou přesnost (podle konstrukce a mate- riálů) – s vysokou třídou přesnosti (0,1 až 1) mohou fun- govat 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 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

54 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 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

55 Trubicový tlakoměr Trubice je jedním koncem pevně spojena s tělesem opatře- ným 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 způ- soby, např. magnetický převod. 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

56 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 mem- brány obvykle přenášený mechanicky na ukazovatel – u tenkých membrán jsou deformace snímány elektricky (např. kapacitně, indukčně či piezoelektricky). 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

57 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 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

58 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 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

59 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. 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

60 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 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

61 Krabicový tlakoměr Aneroid vynalezl v roce Lucien Vidie – Původní název barometre anéroide znamená "tlakoměr bez kapaliny". Někdy se používal název pérový tlakoměr (barometr). 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

62 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Detail střední části domácího aneroidu – v pozadí je vlno- vec měřicí krabice.

63 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 otře- suvzdornost. Tlakoměrným prvkem je tenkostěnný kovový měch = vlnovec. 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

64 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 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

65 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. 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

66 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 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

67 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Tenzometrická membrána Oddělovací membrána Silikonový olej Referenční tlak Měřený tlak Křemíkové čidlo relativního tlaku v kombinaci s oddělovací membránou Tlakoměr s křemíkovým čidlem

68 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Různá provedení tenzometrických čidel Pružný nosník Křemík Safírová membrána Difuzní tenzometr Křemíkový tenzometr Lepený tenzometr Napařovaný tenzometr Vývody Lepidlo Izolace

69 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 kry- stalické mřížky posunou vzhledem ke kladným bodům, což vyvolá náboj na plochách s kovovými elektrodami. 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Další podrobnosti jsou v příslušné přednášce o tomto druhu čidla.

70 Tlakoměr s piezoelektrickým čidlem Náboj Q vyvolaný na každé stěně kolmé k elektrické ose krystalu bude 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Q = K p * F x kde: K p je piezoelektrická konstanta (piezoel. modul) F x je působící síla

71 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Schematické uspořádání piezoelektrického snímače tlaku Měřený tlak Membrána Piezoelektrické výbrusy krystalu Hmota pro kompenzaci zrychlení Krystal kompenzace Zabudovaný obvod impedančního přizpůsobení Tlakoměr s piezoelektrickým čidlem

72 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Princip měření pomocí piezoelektrického jevu b a y x y x z Síly F Podélný jev Příčný jev kovové elektrody Síly F y y x Tlakoměr s piezoelektrickým čidlem

73 Snímače tlaku s elektrickým výstupem (elektromechanické tlakoměry) Současná automatizace vyžaduje snímače, které poskytu- jí výstupní signál vhodný k dálkovému přenosu a následné mu zpracování informací v elektronických analogových a číslicových obvodech. Principy mají založeny na využití některého z deformač- ních tlakoměrných prvků (membrána, trubice, vlnovec, krabice, nosník). 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

74 Snímače tlaku s elektrickým výstupem Mnohdy jde o snímače tlaku s několikanásobným převo- dem mezi měřeným tlakem a výstupním elektrickým sig- nálem – změna mechanické části a pak změna elektrického nebo elektronického čidla využívajícího zejména odporo- vého (potenciometry a tenzometry) nebo kondenzátorového principu – hodně se uplatňují i indukčnostní, piezoelek- trické a polovodičové prvky, optická vlákna a zřejmě brzo i prvky nanotechnologie. 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

75 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 – maximál- ní délky do 50 metrů. Signální potrubí bez ostrých ohybů – položeno bez mož- nosti usazování kondenzátu nebo vytváření bublin – musí mít spád s instalovanými odkalovacími či odvzdušňova- cími ventily – celkově nesmí zkreslovat měřený tlak. 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

76 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1 Příklady provedení měřicích přístrojů a snímačů tlaku

77 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 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

78 Snímače tlaku s elektrickým výstupem Při měření tlaku agresivních látek se požívají oddělovací nádobky naplněné oddělovací kapalinou – silikonový, mi- nerální 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 ur- čeném pracovním rozsahu zkreslovat měřený tlak. 2011/2012 TMaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření tlaku - přehled 1

79 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY Určitě je principů a hlavně reálných praktických provedení ještě víc…….. Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry © VR - ZS 2013/2014

80 T- MaR … a to by bylo k informacím o tlaku ( jako 1. část ) vše © VR - ZS 2013/2014

81 T- MaR © VR - ZS 2013/2014 Témata


Stáhnout ppt "Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb CW01 - Teorie měření a regulace © 2014 - Ing. Václav Rada, CSc. ZS – 2011/2012 8.18.1."

Podobné prezentace


Reklamy Google