Nyomásmérők – A nyomásmérők alapjai, típusai és működése

Szerkezet

A nyomásmérőket számos alkalmazásban használják, többek között az autóabroncsok nyomásának mérése, az időjárási állomások légköri nyomásának figyelemmel kísérése, valamint a gáz- és vízvezetékek nyomásának mérése. Az alkalmazási területtől és a kialakítástól függően a nyomásmérők mérhetik a relatív nyomást a megfelelő statikus nyomáshoz (pl. légköri légnyomás) vagy az abszolút nyomást a vákuumhoz (pl. barométer) viszonyítva.

A manométerek működése

Az ipari alkalmazás lényegében megkülönbözteti a csőrugós manométereket, a membrános manométereket és a kapszulamanométereket a rendszer megjelenítő mechanizmusának nyomását továbbító elemek tekintetében. Megjelenítő eszközként szolgál egy tűs vagy digitális kijelzős analóg mérleg, amelyben a fizikailag mért nyomást nyomásérzékelők segítségével elektromos jellé alakítják, és megjelenítik a kijelzőn.

A manométerek egy adott nyomástartományhoz vannak tervezve, amelyet figyelembe kell venni a kiválasztás során.

Bourdon-csöves nyomásmérő

A csöves manométer egy nyomásmérő, amely a rugalmas alakváltozás elve szerint működik. A burokházban van egy csőrugó (más néven Bourdon-rugó), amely összeköttetést képez a mérendő anyag és a kijelző skála között. A manométer belsejében lévő csőrugót a mérőanyag (pl. víz) tölti fel.

Ha a tekercselt csőrugóban a nyomás növekszik, rugalmasan deformálódik, és megpróbál kitekeredni. Ennek okai a spirális vagy körkörös kialakítással kapcsolatos fizikai hatások. Ez a mozgás mechanikusan kerül át a csőrugó hegyéről a tűre egy húzórúdon keresztül, így jelezve az alkalmazott nyomást a skálán. A csőrugós manométerek sokoldalúak és számos alkalmazáshoz alkalmasak.

Mivel azonban a mérendő folyadékok vagy gázok közvetlenül a nyomásmérőbe hatolnak, általában nem alkalmasak agresszív közeg nyomásának mérésére. Ezekben az esetekben speciális anyagokból készült nyomásérzékelőket kell használni a nyomásmérő és a mérőanyag közötti elkülönítés eléréséhez, vagy a bevonatos membrán nyomásmérőkre való átváltáshoz.

Membrános manométerek

A membrános nyomásmérők egy membrán segítségével továbbítják a rendszerben lévő nyomást a kijelzőeszközre. A kijelzőeszköz mellett található egy membrán, amely általában két perem közé van szorítva, és nyomórúdon keresztül csatlakozik a tűhöz, és fizikailag elválasztja a nyomásmérő belsejét a mérendő anyagtól.

Ha kívülről erő hat a membránra, akkor az az ütőerő mentén deformálódik, és a tolórúdon keresztül a mozgást a mérlegen olvasható értékké alakítja. Mivel a membránt a manométer oldalán lévő perem tartja maximális terhelésnél, a manométernek ez a formája viszonylag ellenálló a túlterheléssel szemben.

A membrán nyomásmérők még nagyon alacsony, néhány millibar nyomású nyomás esetén is képesek pontos eredményeket megjeleníteni, és a membrán megfelelő bevonattal (pl. PTFE vagy arany) ellátva agresszív közegű rendszerek nyomásmérésére is használhatók.

Kapszulamanométerek

A kapszulamanométerek úgy vannak kialakítva, hogy hasonlítsanak a membrán manométerek szerkezetére, de a belül található széleken két membrán van egymáshoz csatlakoztatva.

A kimérő anyag oldalán lévő membránban nyílás található, melynek segítségével a kimérő anyag (általában száraz gázok) közvetlenül a kapszulaelembe áramolhat. Ott a kifejtett túlnyomás vagy vákuumnyomás negatív nyomás mellett a kapszula deformálódását okozza, ami ennek következtében kitágul vagy összehúzódik. A deformáció mechanikus csatlakozáson keresztül kerül a kijelzőrendszerbe. A kapszulamanométerek nagy mérési pontosságuknak köszönhetően alkalmasak az mbar-tartományban történő pontos nyomásmérésre.

A nyomásmérők tulajdonságai

Az alábbi lista áttekintést nyújt a nyomásmérők legfontosabb tulajdonságairól.

Működési elv és felépítés

A manométerek különböző működési elvek alkalmazásával rögzítik a rendszer nyomását. A fent leírt alapelvek mellett, amelyek a legszélesebb körben elterjedtek, számos más speciális típusú nyomásmérő létezik, amelyeket speciális alkalmazásokhoz terveztek. Például a zárt kapszulával rendelkező barométerek speciális kapszularugós barométerek, nyomásskálák vagy likvid manométerek formájában.

Megjelenítési tartomány

A kijelző tartománya jelzi, hogy a nyomásmérő melyik nyomástartományban alkalmas a mérésre. A nyomás lehetőleg barban van megadva.

Pontossági osztály

A manométer pontossági osztálya azt jelzi, hogy a manométeren megjelenített érték milyen nagy mértékben térhet el a ténylegesen alkalmazott értéktől.

Az EN 837-1 szabvány szerint a pontossági osztály 0,1 és 4,0 között van 20 °C-os referencia-hőmérséklet mellett. A pontossági osztályok a megjelenítési tartomány százalékában vannak megadva. Az 1,0-ás pontossági osztály és a 100 bar-os megjelenítési tartomány miatt a manométer hibakorlátja ezért ± 1 bar lenne.

Túlterhelés elleni védelem

A túlterhelés elleni védelem azt jelenti, hogy a nyomásmérő képes ellenállni a kijelzési tartományon kívüli nyomásnak. Ha a nyomás tovább nő, és ezt a biztonsági tartományt is meghaladja, a nyomáselnyelő elemek rugalmas deformációja plasztikus alakváltozássá alakul. A mérőrendszer tartósan deformálódik.

Névleges méret

A manométer kijelzőjének mérete milliméterben megadott névleges méret.

Skála beosztása

A skála beosztása információt nyújt a kijelzőeszköz leolvasási pontosságáról, és jelzi a kijelzőskála léptékét.

Telepítési tulajdonságok

A manométerek fent említett alaptulajdonságain kívül a tervezett alkalmazásnak megfelelő manométer kiválasztásakor figyelembe kell venni az egyéb telepítésspecifikus tulajdonságokat, például a menetméretet és a rögzítőcsavar helyzetét. A manométerek folyadékkal (pl. glicerinnel) is feltölthetők az erős rezgések vagy a gyorsan ingadozó nyomás csillapítására.

Hogyan működnek a nyomáskülönbség-mérők?

A nyomáskülönbség mérése nagy jelentőséggel bír az ipari felhasználás szempontjából, és például a folyadékkal töltött tartályok töltési szintjének mérésére, vagy az áramlási sebességek és a kapcsolódó áramlási sebességek mérésére szolgál.

A nyomáskülönbség mérése nagy jelentőséggel bír az ipari felhasználás szempontjából, és például a folyadékkal töltött tartályok töltési szintjének mérésére, vagy az áramlási sebességek és a kapcsolódó áramlási sebességek mérésére szolgál.

A nyomáskülönbséget a membrán deformálódásának mértéke és iránya alapján értékelik, és továbbítják a kijelzőrendszerbe. Különböző mérőérzékelők használhatók az áramlási sebességek mérésére, például dinamikus nyomásszondák vagy venturi mérők/fúvókák, a csővezeték keresztmetszetétől és az üzemi körülményektől függően.

Nyomás- és áramlásérzékelők

A nyomásérzékelők és az áramlásérzékelők a nyomásmérők speciális formái.

A nyomásérzékelők például a tartályok vagy konténerek töltési szintjének mérésére szolgálnak. Hidraulikus rendszerekben is használják a rendszerben lévő olaj nyomásának szabályozására. Különböző típusú nyomásérzékelők léteznek, például piezorezisztív érzékelők vagy kapacitív érzékelők.

Az áramlásérzékelők viszont a csővezeték-rendszeren keresztül átáramló folyadék vagy gáz mennyiségének mérésére szolgálnak. Ez fontos a vegyi vagy gyógyszeriparban alkalmazott közegek pontos adagolásához, valamint az energiafogyasztás ellenőrzésére fűtőrendszerekben.

A megfelelő nyomásmérő kiválasztása

A nyomásmérők kiválasztásakor fontos figyelembe venni az alkatrészek és anyagok specifikációit.

Ez alapulhat az Európában széles körben elterjedt DIN-specifikációkon vagy a Japánból származó JIS-specifikációkon. Fontos azonban megjegyezni, hogy nem minden komponens és anyag kompatibilis egyszerre a JIS és a DIN szabványokkal.

Ezért a kombinált precíziós komponensek kiválasztásakor ajánlatos egyeztetni egy adott régió specifikációival.