Post on 03-Aug-2015
MĂSURAREA PRESIUNII
1. OBIECTIVUL LUCRĂRII
- cunoaşterea principiului de funcţionare şi a caracteristicilor
constructiv-funcţionale ale diferitelor tipuri de traductoare de presiune;
- cunoaşterea structurii şi funcţionării sistemelor de măsurare
industrială a presiunii;
- ridicarea şi verificarea experimentală a performanţelor statice şi / sau
dinamice ale manometrelor.
2. NOŢIUNI RECAPITULATIVE DE BAZĂ
Traductoarele de presiune reprezintă una din categoriile de traductoare
care cunosc o largă răspândire în automatizările industriale, presiunea
constituind un parametru de bază pentru numeroase procese tehnologice.
În practica măsurării presiunii se pot întâlni, de obicei, trei situaţii:
a) măsurarea presiunii în raport cu vidul absolut (considerat ca presiune
zero): presiune absolută;
b) măsurarea diferenţei de presiune faţă de cea atmosferică. Această
diferenţă poartă numele de presiune relativă sau efectivă. Relaţia dintre
presiunea efectivă şi cea absolută este:
[bar]
unde pa este presiunea absolută, pe este presiunea efectivă, este un factor de
corecţie reprezentând diferenţa dintre presiunea atmosferică normală şi
presiunea atmosferică reală în momentul măsurării.
c) măsurarea diferenţei de presiune prelevată din două puncte diferite
ale unei vâne de fluid în mişcare sau prelevate din medii cu presiuni diferite. În
acest caz, rezultatul măsurării poartă numele de presiune diferenţială.
3. TRADUCTOARE DE PRESIUNE UZUALE
3.1. Traductoare de presiune cu elemente sensibile
elastice
Aceste tipuri de traductoare contin elemente elastice care convertesc
presiunea in deformatie elastica a unor corpuri de forma speciala. Elementele
elastice utilizate frecvent sunt: tubul simplu curbat (tubul Bourdon), tubul
spiral, membrana simplă sau dublă (capsula) şi tubul burduf.
3.1.1. Traductoare de presiune cu tub Bourdon
Tuburile Bourdon sunt tuburi cu pereţi subţiri sau groşi, de forma unui
arc de cerc având la centru în jur de 250 grade (fig.1).
a) b)
Fig.1. Tub Bourdon simplu:
a) schema de principiu; b) secţiuni transversale ale tubului.
Ceea ce interesează în funcţionarea ca element sensibil a tubului
Bourdon este deplasarea "d" a capătului liber sub acţiunea presiunii interioare
din tub (presiunea de măsurat), deplasare care se face în sensul îndreptării
tubului:
d k p ,
unde p este presiunea din tub iar k este o constantă ce depinde de forma,
dimensiunile şi caracteristicile mecanice ale tubului manometric.
3.1.2. Traductoare de presiune cu burduf
Burduful este un tub cilindric cu gofraje transversale pe suprafaţa
laterală. Forma generală a unui burduf este prezentată în figura 2.
Fig.2. Burduf.
Sageata Δx care rezultă în urma aplicării unei diferenţe de presiune p
poate fi calculată cu relaţia:
,
în care C este o constantă ce depinde de diametrul, grosimea şi materialul
burdufului, de numărul de onduleuri, de raza de curbură a acestora iar p = p1 –
p2 este diferenţa dintre presiunea din interiorul burdufului şi cea din interiorul
acestuia.
3.1.3. Traductoare de presiune diferenţială cu burdufuri AT 30
ELT 370
Traductorul permite măsurarea presiunilor diferenţiale cuprinse în
intervalul 0…400 mm H2O, domeniile de măsurare standard fiind următoarele:
0…80; 100; 150; 200; 300; 400 mm H2O.
În figura 3 este prezentat un senzor de presiune diferenţială cu două
burdufuri. Cele două burdufuri 1 şi 1' sunt montate în carcasa 2, compusă din
două camere de presiune separate de peretele despărţitor 3. Capetele libere ale
burdufurilor sunt unite prin tija comună 4, care sub efectul diferenţei
presiunilor p1 şi respectiv p2 aplicate în cele două camere de presiune,
efectuează o deplasare l. Această deplasare este dependentă şi de reacţiunea
resortului elicoidal 5, care, împreună cu caracteristicile elastice ale celor două
burdufuri, determină dependenta l = f(p).
Prin intermediul unei transmisii cu articulaţie elastică etanşă, deplasarea
axială l este transpusă în deplasare unghiulară . Această deplasare
unghiulară, care constituie o măsură a diferenţei de presiune, poate fi folosită
ca mărime de ieşire a manometrului diferenţial sau poate fi convertită în altă
mărime (de exemplu - în curent electric) şi aceasta să fie folosită ca mărime de
intrare în aparatul de măsurat sau în alt aparat de automatizare.
Fig.3. Schema traductorului de presiune diferenţială cu burdufuri AT 30.
3.1.4. Traductoare de presiune cu membrană flexibilă
Un astfel de traductor (fig.4) este alcătuit din carcasa 1, membrana
flexibilă 2, prinsă între două discuri centrale rigide 3, din resortul helicoidal 4
şi din tija 5.
Membranele flexibile se confecţionează din ţesături de mătase sau fibre
sintetice cauciucate ori impregnate cu alte materiale impermeabile.
Efortul de presiune dezvoltat de membrană şi transmis prin tijă este
determinat de diferenţa de presiune de pe feţele ei precum şi de suprafaţa
echivalentă a acesteia. Suprafaţa echivalentă a membranei reprezintă suprafaţa
unui piston ideal fictiv care ar dezvolta acelaşi efort ca şi membrana respectivă,
sub acţiunea aceleiaşi diferenţe de presiune.
Pentru evaluarea suprafeţei echivalente se foloseste relatia:
,
iar diametrul echivalent al membranei este:
.
Dependenţa dintre deplasarea x ca mărime de ieşire şi diferenţa de
presiune ca mărime de intrare este dată de relaţia:
,
unde C este constanta de rigiditate a resortului iar Δp – diferenţa de presiune.
Membranele flexibile sunt folosite nu numai ca senzori de presiune, ci
şi ca elemente de execuţie, ca elemente de conversie ş.a.
Fig. 4. Traductor de presiune cu membrană flexibilă.
3.1.5. Convertoare-adaptoare pentru elemente sensibile elastice
Folosirea traductoarelor de presiune, cu semnal de ieşire deplasare în
sisteme de măsurare, reglare, etc. de tip electric sau electronic, necesită
interconectarea unor adaptoare corespunzătoare, care să transpună deplasarea
pe semnal electric tensiune sau curent.
În figura 5 este prezentată schema simplificată a convertorului-
adaptorului deplasare unghiulară-curent tip ELT 370.
Aparatul se compune dintr-un ansamblu de pârghii şi articulaţii menite
să adapteze deplasarea liniară sau unghiulară de intrare într-o deplasare
standard de maxim 18 grade şi dintr-o parte electronică alcătuită din:
- modulatorul magnetic MM;
- transformatorul de cuplaj TC, având circuitul primar acordat pe
frecvenţa de 1000 Hz;
- amplificatorul de tensiune, cuplat cu un redresor sincron, care
alcătuiesc amplificatorul de tensiune sensibil la fază ATSF;
- oscilatorul electronic OE, care generează un semnal cu frecvenţa de
1000 Hz.
Fig.5. Adaptorul deplasare unghiulară - curent tip ELT 370.
3.2. Etalonarea şi verificarea manometrelor
Presiunile etalon pentru etalonare sau verificare sunt obţinute de regulă
de la surse de presiune calibrate, cu greutaţi sau cu manometre de înaltă
precizie. Ele pot funcţiona cu ulei sau cu aer şi sunt în principiu compuse dintr-
un cilindru, în interiorul căruia poate culisa un piston / plonger acţionat de
greutăţi (fig. 5, a) sau de unşurub cu roată (fig. 5, b).
Fig.5. Dispozitiv de etalonare - verificare a manometrelor.
a) acţionat cu greutăţi; b) acţionat cu şurub.
În sistemele de etalonare, aceste surse de presiune etalon fac parte dintr-
un sistem închis de circulaţie a fluidului, cuprinzând traductorul care trebuie
calibrat şi o serie de elemente de modificare a presiunii fluidului, care au rolul
de a creşte presiunea până când aceasta echilibrează greutatea pistonului, aşa
încât să stea în echilibru.
Manometru de verificat sau de etalonat
Manometru de etalon
Loc pentru montarea manometrului de verificat sau de etalonat
Sursele de presiune cu aer sunt utilizate pentru etalonarea traductoarelor
de presiune foarte joasă şi joasă, iar cele cu ulei pentru traductoarele de
presiune înaltă şi foarte înaltă.
Odată etalonat, un traductor de presiune este supus unor teste care au
scopul de a verifica modul în care se păstrează sau nu parametrii funcţionali ai
acestuia, în condiţii de funcţionare reală:
- testul de suprapresiune - are ca scop verificarea păstrării
performanţelor traductorului şi în special ale elementului sensibil;
- testarea răspunsului în timp - are rolul de a verifica performanţele
dinamice ale traductorului, în cazul unor variaţii de presiune;
- testarea la variaţii ale parametrilor mediului înconjurător: temperatură,
vibraţii, acceleraţii şi şocuri; rezistenţa la explozii datorită suprapresiunilor.
4. CONŢINUTUL ŞI DESFĂŞURAREA
LUCRĂRII
Partea experimentală constă în efectuarea următoarelor operaţii:
a) Identificarea tuturor traductoarelor de presiune relativă şi diferenţială
din laborator;
b) Citirea şi consemnarea în referat a caracteristicilor tehnice de pe
tăbliţele indicatoare ale traductoarelor de presiune identificate la punctul
precedent;
c) Examinarea elementelor componente ale unui traductor de presiune
relativă şi a unui traductor de presiune diferenţială;
d) Determinarea caracteristicii statice a unui traductor de presiune cu
tub Bourdon tip AT 40 prevăzut cu adaptor ELT 370.
Pentru determinarea acestei caracteristici se va utiliza montajul din
fig.6.
Fig.6. Montaj pentru determinarea caracteristicii statice
a unui traductor de presiune cu tub Bourdon.
Presiunea va fi citită la manometrul M, iar curentul va fi citit la
miliampermetrul mA. Pentru reprezentarea caracteristicii statice sunt necesare
6…8 perechi de puncte (pk, Ik). Se va întocmi tabelul:
Pentru determinarea clasei de precizie CP a traductorului se completează
tabelul cu valori pentru curentul Icalculat după caracteristica ideală a
traductorului:
Clasa de precizie se determină cu relaţia:
CP max
p [bar] 0 0,2 0,4 …
Imăsurat [mA]
Icalculat [mA]
=Icalculat - Imăsurat
p [bar]
I [mA]
60
10
2
unde max este eroarea normată maximă calculată cu relaţia max = 100 . max / D,
D fiind domeniul de măsurare.
ÎNTREBĂRI DE CONTROL
Ce tipuri de traductoare de presiune cunoaşteţi?
Enumeraţi principalele unităţi de măsură pentru presiune?
Nominalizaţi principalele surse de erori la măsurarea presiunii.
Descrieţi un element de conversie folosit la măsurarea presiunii?
Cunoscând că domeniul de măsurare al unui senzor de presiune este
0…6 bar, ce presiune reprezintă curentul unificat de 5 mA în cazul în care
aparatul de măsurat operează cu semnal unificat curent în limitele 2…10 mA?