Manometry – základy, typy a funkce tlakoměrů

Struktura

Tlakoměry se používají v různých aplikacích, včetně měření tlaku v pneumatikách automobilů, monitorování atmosférického tlaku v meteorologických stanicích a měření tlaku v plynových a vodních potrubích. V závislosti na oblasti aplikace a designu mohou manometry měřit relativní tlak vůči příslušnému statickému tlaku (např. atmosférický tlak vzduchu) nebo absolutní tlak vůči podtlaku (např. barometr).

Jak manometry fungují

Pokud jde o prvky, které přenášejí tlak do zobrazovacího mechanismu v systému, průmyslová aplikace v podstatě rozlišuje mezi manometry s trubkovou pružinou, membránovými manometry a kapslovými manometry. Jako zobrazovací zařízení slouží analogové měřítko s jehlou nebo digitálním displejem, ve kterém je fyzicky naměřený tlak pomocí tlakových snímačů převeden na elektrický signál a zobrazen na displeji.

Manometry jsou navrženy pro konkrétní rozsah tlaku, který je třeba vzít v úvahu při výběru.

Manometr s Bourdonovou trubicí

Manometr s trubkovou pružinou je tlakoměr, který funguje na principu elastické deformace. V krytu je trubková pružina (také nazývaná Bourdonova pružina), která tvoří spojení mezi měřenou látkou a stupnicí zobrazení. Trubková pružina uvnitř manometru je naplněna měřícím materiálem (např. vodou).

Pokud se tlak v trubkové svinuté pružině zvýší, elasticky se deformuje a pokusí se uvolnit. Důvodem jsou fyzické jevy v souvislosti se spirálovým nebo kruhovým designem. Tento pohyb se mechanicky přenáší z hrotu trubkové pružiny do jehly pomocí přestavovací tyče, čímž se indikuje aplikovaný tlak na stupnici. Manometry s tubulární pružinou jsou všestranné a vhodné pro širokou škálu aplikací.

Protože však kapaliny nebo plyny, které mají být měřeny, pronikají přímo do tlakoměru, obecně nejsou vhodné k měření tlaku agresivních médií. V těchto případech je nutné použít tlakové detektory vyrobené ze speciálních materiálů, aby se dosáhlo oddělení mezi manometrem a měřicím materiálem nebo aby se přepnuly na potažené membránové manometry.

Membránové manometry

Membránové manometry přenášejí tlak v systému do zobrazovacího zařízení pomocí membrány. Vedle zobrazovacího zařízení je membrána, která je obvykle upnuta mezi dvěma přírubami a připojena k jehle pomocí tlačné tyče a fyzicky odděluje vnitřek tlakoměru od měřené látky.

Pokud síla působí na membránu zvenčí, deformuje se podél působící síly a převádí pohyb tlačnou tyčí na hodnotu, kterou lze přečíst na stupnici. Protože je membrána při maximálním zatížení podepřena přírubou na straně manometru, je tato forma manometru relativně odolná proti přetížení.

Membránové manometry dokáží zobrazovat přesné výsledky i při velmi nízkých tlacích o několika milibarech a mohou být také použity pro měření tlaku v systémech s agresivními médii s vhodným povlakem membrány (např. s PTFE nebo zlatem).

Kapslové manometry

Kapslové manometry jsou navrženy tak, aby připomínaly strukturu membránových manometrů, ale na vnitřních okrajích jsou k sobě připojeny dvě membrány.

Otvor je poskytnut v membráně na straně měřeného materiálu, pomocí kterého může měřený materiál (obvykle suché plyny) proudit přímo do prvku kapsle. V tomto případě vynaložený přetlak nebo podtlak za podtlakových podmínek způsobí deformaci kapsle, což vede k jejímu rozšíření nebo smrštění. Deformace se přenáší do zobrazovacího systému mechanickým připojením. Kapslové manometry jsou díky své vysoké přesnosti měření vhodné pro přesná měření tlaku v rozsahu mbar.

Vlastnosti manometrů

Následující seznam poskytuje přehled nejdůležitějších vlastností manometrů.

Princip fungování a konstrukce

Manometry zaznamenávají tlak v systému pomocí různých funkčních principů. Kromě výše popsaných zásad, které jsou nejrozšířenější, existuje mnoho dalších speciálních forem tlakoměrů určených pro speciální aplikace. Například barometry s uzavřenou kapslí jako speciální forma kapslových pružinových barometrů, tlakové stupnice nebo kapalné manometry.

Rozsah zobrazení

Rozsah zobrazení značí, ve kterém rozsahu tlaku je manometr vhodný pro měření. Tlak je pokud možno specifikován v barech.

Třída přesnosti

Třída přesnosti manometru značí, jak velká může být odchylka hodnoty zobrazené na manometru od skutečné hodnoty.

Podle normy EN 837-1 jsou třídy přesnosti mezi 0,1 a 4,0 při referenční teplotě 20 °C. Třídy přesnosti jsou uvedeny jako procento rozsahu zobrazení. S třídou přesnosti 1,0 a rozsahem zobrazení 100 barů by tedy byl limit chyby manometru ± 1 bar.

Ochrana proti přetížení

Ochrana proti přetížení označuje schopnost manometru odolávat tlakům mimo rozsah zobrazení. Pokud se tlak dále zvýší a také překročí tento bezpečnostní rozsah, elastická deformace prvků absorbujících tlak se přemění na plastovou deformaci. Měřicí systém je trvale deformován.

Jmenovitá velikost

Velikost displeje manometru je uvedena jako nominální velikost v milimetrech.

Dílkování stupnice

Dílkování stupnice poskytuje informace o přesnosti čtení zobrazovacího zařízení a označuje intervaly dílkování stupnice.

Instalační vlastnosti

Kromě základních vlastností manometrů uvedených výše je třeba při výběru správného manometru pro plánovanou aplikaci vzít v úvahu další vlastnosti specifické pro instalaci, jako je velikost závitu a poloha upevňovacího šroubu. Manometry lze také naplnit kapalinou (např. glycerinem) pro tlumení silných vibrací nebo rychle kolísavých tlaků.

Jak fungují měřidla rozdílového tlaku

Měření rozdílového tlaku má velký význam pro průmyslové použití a používá se například k měření hladiny plnění nádrží naplněných kapalinou nebo k měření rychlostí průtoku a souvisejících rychlostí průtoku.

Měření rozdílového tlaku má velký význam pro průmyslové použití a používá se například k měření hladiny plnění nádrží naplněných kapalinou nebo k měření rychlostí průtoku a souvisejících rychlostí průtoku.

Tlakový rozdíl je hodnocen na základě rozsahu a směru deformace této membrány a přenesen do zobrazovacího systému. K měření rychlosti průtoku, jako jsou dynamické tlakové sondy nebo venturiho měřiče/trysky, lze použít různé měřicí senzory v závislosti na průřezu potrubí a provozních podmínkách.

Snímače tlaku a průtoku

Snímače tlaku a průtoku jsou speciálními typy tlakoměrů.

Snímače tlaku se používají například k měření hladiny v nádržích nebo nádobách. Používají se také v hydraulických systémech k regulaci tlaku oleje v systému. Existují různé typy tlakových snímačů, jako jsou piezorezistentní snímače nebo kapacitní snímače.

Snímače průtoku se naopak používají k měření množství kapaliny nebo plynu v potrubním systému. To je důležité pro přesné dávkování médií v chemickém nebo farmaceutickém průmyslu a také v topných systémech pro kontrolu spotřeby energie.

Výběr vhodného tlakoměru

Při výběru tlakoměrů je důležité vzít v úvahu specifikace součástí a materiálů.

To může vycházet ze specifikací DIN, které jsou rozšířené v Evropě, nebo specifikací JIS pocházejících z Japonska. Je však důležité poznamenat, že ne všechny součásti a materiály jsou mezi JIS a DIN kompatibilní.

Proto se při výběru kombinovaných přesných komponent doporučuje shodnout na specifikacích regionu.