Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb Teorie měření · Ústav technologie,...

Ústav technologie, mechanizace a řízení

staveb

Teorie měření

a regulace

© 2015 - Ing. Václav Rada, CSc.ZS – 2015/2016

17.SPEC-t.2.

měření tlaku - 1

Další pokračování

o

principech

měření …………

T- MaRMĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY

© VR - ZS 2013/2014


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



© VR - ZS 2014/2015


© VR - ZS 2010/2011


Podle základního konstrukčního provedení snímače pak lze

uvést dělení:

• mechanické

• tepelné

• elektrické

• tenzometrické

• piezoelektrické


© VR - ZS 2010/2011


Jiné rozdělení podle konstrukce s kapalinou:

• nádobové

• trubicové

• plovákové

• zvonové

• prstencové

• pístové


© VR - ZS 2010/2011


Jiné rozdělení podle konstrukce s možností deformace:

• membránové

• vlnovcové

• trubicové


© VR - ZS 2010/2011


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


© VR - ZS 2009/2010


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


© VR - ZS 2009/2010


snímací prvek

(čidlo)

převod na elektrický

signál

deformační

prvek

Blokové schema snímače tlaku

Základní jednotkou je 1 Pa [Pascal], což je tlak, který vyvolá

síla 1 N působící kolmo na plochu 1 m2.

DEFINICE:

p = dF / dS

kde: F … síla způsobující tlak [N]

S … plocha na níž síla působí [m2]

Základní přístup k tlaku je dynamický, protože ze své podstaty je

fyzikální veličinou v jejímž médiu probíhá neustálý pohyb.



© VR - ZS 2013/2014


A


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.

1 atm = 100 kPa

© VR - ZS 2013/2014



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


© VR - ZS 2011/2012

A


Pro převod na jiné používané rozměry platí vztahy:

1 psi (poud / inch) = 27,68 inch H2O = 2,036 inch Hg = 703,1 mm H2O =

51,71 mm Hg (torr) = 0,068046 atm = 68,948 mbar = 0,068948 bar =

0,070306 kg/m2 = 68948 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 = 14,695595 psi

1 torr = 1 mm Hg = 1,333 * 102 Pa = 1,316 atm = 1,333 * 102 Pa =13,59 kg/m2

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 tlaku - přehled 1


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 tlaku - přehled 1 TMaRMěření tlaku - přehled 1

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




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




Deformační tlakoměrné prvky se rovněž používají při kon-strukci manostatů, což jsou přístroje vybavené jedním nebo několika elektrickými kontakty, které se používajík 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




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




© VR - ZS 2009/2010

A


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.


Trubicový tlakoměrPatří 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



Trubicový tlakoměrMá (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

TMaR




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




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




Je založený na prin-

cipu „U“ trubice –

rozdíl hladin odpo-

vídá rozdílu tlaků.

h

úroveň 0

p1 p2

2011/2012

TMaR




Měření tlaku - přehled 1 TMaRMěření tlaku - přehled 1



Jako tlakoměrné kapaliny se nejčastěji používají rtuť a

voda.

2011/2012

TMaR



Δp = p2 – p1

Δp = h*(ρ2 – ρ1)*g

pro ρ2 >> ρ1 je Δp = h*ρ2*g


© VR - ZS 2009/2010

A



Jsou založeny na účinku hydrostatického tlaku vyvozeného

působením dané kapaliny a platí pro něj vztah:

p1 = p2 + ρ * g * ∆h

2011/2012

TMaR



Principy měření absolutního a relativního tlaku

vakuum

rozdíl

tlaků

absolutní

tlak

přetlak /

podtlak

atmosféra


© VR - ZS 2011/2012



měřený tlak p1

měřený tlak p2

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

∆hh2


© VR - ZS 2009/2010



měřený tlak p

posun ∆x vyvolaný tlakem

na membránu


© VR - ZS 2014/2015


Tenzometrická

rozeta na

povrchu

membrány


© VR - ZS 2010/2011



měřený tlak p

∆l

∆ α

2011/2012

TMaR



Deformační tlakoměry

Bourdonova

trubice

(s příklady

průřezů)


201142015

TMaR



Mechanický tlakoměr

– skutečné provedení

a „vnitřek“


2011/2012

TMaR




Uzavřená

tlaková krabice

s mechanickou

membránou

zakončenou

vlnovcem

tlak


2011/2012

TMaR



Kapacitní čidlo rozdílu

tlaků - princip reálného

uspořádání a statická

charakteristika

Měřený tlak pKapacita kon-

denzátoru C

C

pd

d

2011/2012

TMaR



Kapacitní čidlo

rozdílu tlaků:

a) princip s

vysokofrek-

venčním

oscilátorem, b)

příklad reálného

uspořádání

Měřicí

můstkové

zapojení čtyř

kondenzátorůvýstup

C1C2

C3 C4

Napájení z vf oscilátoru

p2p1

TMaR



Skleněná trubice

Pevná elektroda

Měřicí kovová

membrána

Silikonový olej

Odměřovací

membrána

Silikonový olej

Kapacitní čidlo

rozdílu tlaků

příklad reálného

uspořádání –

pracovní rozsah

Δp = 1 mbar

p = až 400 barů

© VR - ZS 2015/2016

TMaR



Kapacitní

čidlo

rozdílu

tlaků -

příklad

reálného

uspořádání

s keramic-

kými

membrá-

nami

© VR - ZS 2015/2016

TMaR



Čip kapacitního čidla tlaku -

příklad reálného uspořádání© VR - ZS 2015/2016




dva tenzometrické

snímače

spojovací

vodič

p

membránová dutina

© VR - ZS 2015/2016


© VR - ZS 2009/2010



∆l

tlak p

tuhost a tloušťka

membrány s

tenká – malé tlaky do 100 Pa

tuhá (silná) vyšší tlaky2 *R

4 ks tenzometrů nalepených na

povrchu membrány – 2 pro

radiální deformaci a 2 pro

tangenciální deformaci

membrány


© VR - ZS 2009/2010


TMaR



Principy

čidla tlaku s difundovanými polovodičovými

tenzometry (piezorezistivní)

Skleněný

nosník

Kontakt Piezorezistivní

prvky

Tlak

Referenční tlak

Křemí-

ková

membrána

Tlak


© VR - ZS 2015/2016

TMaR



Provedení

čidla tlaku s

difundovanými

polovodičovými

tenzometry

(piezorezistivní)


© VR - ZS 2015/2016

2011/2012

TMaR



Uzavřená krabice s

vlnovcovým okrajem, který

se tlakem narovnává


Klasické provedení uzavřené

krabice s vlnovcem, který se tlakem

scvrkává při působení protitlaku

pružinou



© VR - ZS 2009/2010



∆x

∆U nebo

∆R

∆p

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



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



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



Pístový tlakoměr

2011/2012

TMaR



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

píst MP

závaží MZ

válcové

těleso

tlakoměru

kapalina jejíž

tlak je měřen

stupnice údajů

tlaku

plocha S

tíha pístu a závaží

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 2 000 MPa i větší.

2011/2012

TMaR



Pístový 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

TMaR



Zvonový 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




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




Deformační tlakoměrné prvky se rovněž používají při kon-strukci manostatů, což jsou přístroje vybavené jedním nebo několika elektrickými kontakty, které se používajík 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




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




Patří k nejpoužívanějším typům deformačních

tlakoměrů.


2011/2012

TMaR



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



Trubicový tlakoměrPatří 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 přístrojemívají nejčastěji třídu přesnosti 1,6.

Rozsah tlaku - běžně hodnoty do 2 GPa.


2011/2012

TMaR




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




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




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




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




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



Krabicový tlakoměr

Je variantou membránového tlakoměru.

Používá se pro měření malých přetlaků, podtlaků či

rozdílu tlaků.

Horní mez měřicího rozsahu bývá 10 až 1 000 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




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




Aneroid vynalezl v roce Lucien Vidie – 1843.

Původní název barometre anéroide znamená "tlakoměr

bez kapaliny".

Někdy se používal název pérový tlakoměr (barometr).

2011/2012

TMaR



2011/2012

TMaR



Detail střední

části domácího

aneroidu – v

pozadí je vlno-

vec měřicí

krabice.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/12/Barometre_aneroide_01.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/12/Barometre_aneroide_01.jpg

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



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




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

TMaR




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



2011/2012

TMaR



Tenzometrická

membrána

Oddělovací

membrána

Silikonový

olej

Referenční

tlak

Měřený tlak

Křemíkové čidlo

relativního tlaku

v kombinaci

s oddělovací

membránou

Tlakoměr s

křemíkovým

čidlem

2011/2012

TMaR



Různá provedení tenzometrických čidel

Pružný nosník

Pružný nosník

Křemík

Safírová

membrána

Difuzní

tenzometr

Křemíkový

tenzometr

Lepený

tenzometr

Napařovaný

tenzometr

Vývody

VývodyVývody

Lepidlo

Izolace

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



Další podrobnosti jsou v příslušné

přednášce o tomto druhu čidla.

Tlakoměr s piezoelektrickým čidlem

Náboj Q vyvolaný na každé stěně kolmé k elektrické ose

krystalu bude

2011/2012

TMaR



Q = Kp * Fx

kde:

Kp je piezoelektrická konstanta (piezoel. modul)

Fx je působící síla

2011/2012

TMaR



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

2011/2012

TMaR



Princip měření

pomocí

piezoelektrického

jevu

b

ay

x

y

x

zSíly FPodélný jev

Příčný jev

kovové

elektrody

Síly F

y

y

x

Tlakoměr s

piezoelektrickým

čidlem

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




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




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



2011/2012

TMaR



Příklady provedení měřicích přístrojů a snímačů tlaku


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




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




Určitě je principů a

hlavně reálných

praktických provedení

ještě víc……..



© VR - ZS 2013/2014

T- MaR

… a to by bylo

k prvním informacím

o tlaku

( 1. část )

vše8.1.....

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR

© VR - ZS 2013/2014

Témata

……………………

…….……………...

Date post:	14-Mar-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	6 times
Download:	0 times

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb Teorie měření · Ústav technologie,...

Documents