Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb

Prezentace na téma: "Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb"— Transkript prezentace:

1 Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb
CW01 - Teorie měření a regulace 8.1 ZS – 2011/2012 © Ing. Václav Rada, CSc.

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

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

4 Měření fyzikálních veličin – tlaku
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY 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. 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/m2 1 bar = 105 N/m2 = 100 kN/m2 = 100 kPa. A © VR - ZS 2013/2014

5 Měření fyzikálních veličin – tlaku
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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

6 Měření fyzikálních veličin – tlaku
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY 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 = ,71 mm Hg (torr) = 0, atm = 68,948 mbar = 0, bar = 0, kg/m2 = Pa = 6,8948 kPa 1 bar = 100 kPa = 0,986923atm = 750,06 mm Hg (torr) = 1,0197 * 104 kg/m2 1 atm = 1,01325 * 105 Pa = 760 mm Hg (torr) = 1,01325 bar = 14, psi 1 torr = 1 mm Hg = 1,333 * 102 Pa = 1,316 atm = 1,333 * 102 Pa =13,59 kg/m2 A © VR - ZS 2011/2012

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

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

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

10 Měření fyzikálních veličin – tlaku
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY 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 A © VR - ZS 2010/2011

11 převodu tlaku na sílu působící na element čidla
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Obvyklý princip u snímačů (čidel) je většinou založen na 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) © VR - ZS 2009/2010

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

13 Hydrostatické tlakoměry
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

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

15 Deformační tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

16 Deformační tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

17 Deformační tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

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

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

20 Trubicový tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

21 Trubicový tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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 1,6. 2011/2012

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

23 Trubicový tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

24 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření tlaku - přehled 1 Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry h úroveň 0 p1 p2 Je založený na prin-cipu „U“ trubice – rozdíl hladin odpo-vídá rozdílu tlaků. Trubicový tlakoměr 2011/2012

25 pro ρ2 >> ρ1 je Δp = h*ρ2*g
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry Jako tlakoměrné kapaliny se nejčastěji používají rtuť a voda. Δp = p2 – p1 Δp = h*(ρ2 – ρ1)*g pro ρ2 >> ρ1 je Δp = h*ρ2*g 2011/2012

26 Měření fyzikálních veličin – tlaku
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry Jsou založeny na účinku hydrostatického tlaku vyvozeného působením dané kapaliny a platí pro něj vztah: p1 = p2 + ρ * g * ∆h A © VR - ZS 2009/2010

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

28 h1 – vznikne působením tlaku p1 – prakticky neměřitelný a h2 = ∆h
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry měřený tlak p2 měřený tlak p1 průřez S1 velké válcové nádoby – má být 100 až 1000 krát větší než S2 průřez S2  malé válcové nádoby h1 – vznikne působením tlaku p1 – prakticky neměřitelný a h2 = ∆h ∆h h2 © VR - ZS 2011/2012

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

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

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

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

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

34 Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku Měřicí můstkové zapojení čtyř kondenzátorů výstup C1 C2 C3 C4 Napájení z vf oscilátoru p2 p1 Kapacitní čidlo rozdílu tlaků: a) princip s vysokofrek-venčním oscilátorem, b) příklad reálného uspořádání 2011/2012

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

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

37 Měření fyzikálních veličin – tlaku
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – tlaku Hydrostatické tlakoměry ∆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 © VR - ZS 2009/2010

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

39 Uzavřená krabice s vlnovcovým okrajem, který se tlakem narovnává
TMaR Měření tlaku - přehled 1 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

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

41 Tlakoměr s křemíkovým čidlem
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

42 Tlakoměry se silovým účinkem
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

43 Tlakoměry se silovým účinkem
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

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

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

46 Zvonový tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku Zvonový tlakoměr 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

47 Deformační tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

48 Deformační tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

49 Deformační tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

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

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

52 Membránový tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

53 Trubicový tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

54 Trubicový tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

55 Trubicový tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

56 Membránový tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

57 Membránový tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

58 Membránový tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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 MPa. 2011/2012

59 Krabicový tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

60 Krabicový tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

61 Krabicový tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

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

63 Vlnovcový tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

64 Vlnovcový tlakoměr Měření fyzikálních veličin – tlaku
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

65 Tlakoměr s křemíkovým čidlem
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

66 Tlakoměr s křemíkovým čidlem
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

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

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

69 Další podrobnosti jsou v příslušné přednášce o tomto druhu čidla.
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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. Další podrobnosti jsou v příslušné přednášce o tomto druhu čidla. 2011/2012

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

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

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

73 Snímače tlaku s elektrickým výstupem
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku Snímače tlaku s elektrickým výstupem (elektromechanické tlakoměry) Současná automatizace vyžaduje snímače, které poskytu-jí výstupní signál vhodný k dálkovému přenosu a následnému 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

74 Snímače tlaku s elektrickým výstupem
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

75 Snímače tlaku s elektrickým výstupem
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

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

77 Snímače tlaku s elektrickým výstupem
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

78 Snímače tlaku s elektrickým výstupem
TMaR Měření tlaku - přehled 1 Měření fyzikálních veličin – tlaku 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

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

80 8.1..... … a to by bylo k informacím o tlaku (jako 1. část) vše T- MaR
© VR - ZS 2013/2014

81 Témata T- MaR © VR - ZS 2013/2014