cap 3 - masurarea presiunii

8/4/2019 Cap 3 - Masurarea Presiunii

http://slidepdf.com/reader/full/cap-3-masurarea-presiunii 1/34

M`surarea m`rimilor neelectrice60

3. M~SURAREA PRESIUNII

3.1. Generalit`\i

3.1.1. Defini\ii

Presiunea reprezint` for\a ce ac\ioneaz` normal ]i uniform distribuitasupra unei suprafe\e:

S

F p n= (3.1)

Presiunea este o m`rime relativ`, care depinde de altitudine. De aceea,aceasta se exprim` [ntotdeauna fa\` de o valoare de referin\`. In func\ie de referin\aaleas`, se definesc urm`toarele presiuni (figura 3.1):

Fig. 3.1. Definirea presiunilor [n func\ie de punctul de referin\`

Presiunea absolut` - notat` pa: presiunea care se exprim` [n func\ie de vidulabsolut (cosiderat ca valoare de referin\`). Aceasta este un parametru de stare alfluidelor.

Presiunea atmosferic` (sau barometric`) - notat` patm: presiunea hidrostatic`exercitat` de straturile de aer ale atmosferei. Aceasta corespunde presiuniiexercitate de o coloan` de mercur de 760 mm [n`l\ime, la temperatura de 0 ºC ]i accelera\ia gravita\ional` de 9.80665 m/s2

Presiunea relativ`: presiunea care se exprim` [n func\ie de presiunea

atmosferic` (considerat` ca valoare de referin\`). In general, aceast` presiuneeste suficient` pentru calculele de dimensionare sau pentru calculul regimurilor de func\ionare ale instala\iilor.

Presiunea diferen\ial`: presiunea exprimat` [n func\ie de o presiune dereferin\` oarecare.

suprapresiune

atm

pa

pd prel referin\` oarecare

presiunea atmosferic`

punctul [n care se

m`soar` presiunea

viduldepresiune (vacuum)

F n

S



M`surarea presiunii 61

Presiunea geodezic`: presiunea datorat` [n`l\imii la care se afl` fluidul:

gh pg

ρ = [Pa] (3.3)

unde: ρ - densitatea fluidului [kg/m3]

g – accelera\ia gravita\ional` [m/s2]h –[n`l\imea pe vertical` fa\` de presiunea de referin\` [m]

Presiune static`: presiunea care se exercit` [n planul de separa\ie:s

p

Presiunea dinamic`: presiunea generat` de curgerea fluidului:

ρ 2

2w

pd = [Pa] (3.4)

unde: w – viteza fluidului [m/s]

Presiunea total`: presiunea [ntr-un punct de oprire a curgerii fluidului:

ρ ρ

2

2w

pgh p p p psd sgt ++=++= [Pa] (3.5)

3.1.2. Unit`\i de m`sur`

Unitatea de m`sur` a presiunii [n Sistemul Interna\ional de Unit`\i de

M`sur` (S.I.) este Pascalul, notat Pa. Pascalul reprezint` presiunea exercitat` de ofor\` de 1 N care ac\ioneaz` normal pe o suprafa\` de 1 m2 (1 Pa = 1 N/m2).

Alte unit`\i de m`sur` a presiunii sunt:

Barul: 1 bar = 105 Pa

Atmosfera tehnic`: 1 at = 0.980665⋅ 105

Pa Atmosfera fizic`: 1 ata = 1.980665⋅ 105 Pa Milimetrul coloan` de mercur (torr): 1 mmHg = 133.332 Pa

Milimetrul coloan` de ap`: 1 mmH 2O = 133.332 Pa

Pound square inch: 1 psi = 6.89⋅ 103 Pa

plan desepara\ie

w

h

Pentru caracterizarea fluidelor aflate[n mi]care, se consider` o suprafa\` plan` cesepar` fluidul [n dou` mase de fluid [nmi]care. Pentru aceast` suprafa\` se definescurm`toarele presiuni:




3.1.3. Tipuri de aparate de m`sur`

Clasificarea aparatelor de m`sur` [n func\ie de domeniul de utilizare:

- Manometre - aparate care m`soar` suprapresiuni- Vacuumetre - aparate care m`soar` depresiuni- Manovacuumetre - aparate care m`soar` suprapresiuni ]i depresiuni- Barometre - aparate care m`soar` presiunea atmosferic` [n valoare absolut`- Manometre diferen\iale - aparate care m`soar` diferen\e de presiune

Clasificarea aparatelor de m`sur` dup` principiul de func\ionare:

- Aparate hidrostatice - prin diferen\a de presiune dintre dou` puncte ale unui fluid

- Aparate cu echilibru de for\e - prin echilibrarea presiunii cu o for\` cunoscut`- Aparate cu elemente elastice - prin deformarea materialelor [n func\ie de presiune- Traductoare de presiune - transform` deplasarea datorat` presiunii [ntr-un semnalelectric

3.2. Aparate hidrostatice

3.2.1. Aparate cu tub U

Principiul de func\ionare:

Aparatele cu tub U sunt dintre primele aparate utilizate, fiind [n acela]itimp ]i cele mai simple. Metoda de m`sur` se bazeaz` pe principiul vaselor

comunicante.Presiunea se m`soar` cu ajutorul unui tub [n form` de U [n interiorul

c`ruia se afl` un fluid (denumit lichid manometric). Unul dintre capetele tubuluieste men\inut la o presiune de referin\`, iar ceal`lat este pus [n leg`tur` cu presiunea care se m`soar`.

Denivelarea lichidului manometric este (figura 3.2):

Rela\ia de mai sus este valabil` numai dac` densitatea fluidului dedeasupra tubului este neglijabil` [n raport cu densitatea lichidului manometric.

H

p1 p2 gH p p p ρ =−=∆ 21 (3.6)

unde: ∆ p - diferen\a de presiune [Pa]

p1 - presiune de referin\` (cunoscut`) [Pa] p2 - presiune necunoscut` (m`surat`) [Pa]

ρ - densitatea fluidului [kg/m3]

g – accelera\ia gravita\ional` [m/s2

] H – denivelarea [m]

Fig. 3.2 Tub U




Variante constructive:

Tub U cu bra\e egale

Tubul este fixat pe un suport, al`turi de o scal` gradat` vertical`. Punctulzero al scalei se afl` [n punctul de echilibru al lichidului manometric. La apari\iadiferen\ei de presiune, lichidul urc` [ntr-un bra\ ]i coboar` [n cel`lalt. Presiunea seob\ine din denivelarea coloanei de lichid manometric, H , conform rela\iei 3.6.

Tub U cu bra\e inegale

(3.7)

unde: d 1 , d 2 – diametrul tubului/ rezervorului

rezult` denivelarea:

+=+=

2

2

2

121 1

d

d Lhh H (3.8)

In practic`, se aleg bra\e av@nd diametre de valori foarte diferite ( d 2 >>d 1 ). Ca

urmare, raportul d 1 / d 2 este foarte mic ]i se poate neglija. Se ob\ine: L H ≅ .

H h1 h2

21 hh H +=

Fig. 3.3 Tub U cu bra\e egale

Aparatul este format dintr-un tubtransparent [n form` de U, [ninteriorul c`ruia se afl` un lichidmanometric (ap` sau mercur).

La cele dou` capete ale tubuluisunt aplicate dou` presiuni (fig. 3.3):

- presiunea de m`surat: p1

- presiunea de referin\`: p2

Tubul U cu bra\e inegale este formatdintr-un rezervor legat la un tub vertical(fig.3.4). Principiul de func\ionare esteacela]i cu cel al tubului U cu bra\e egale.

Dac` se egaleaz` volumele de fluiddeplasate [n cele dou` bra\e (scris` mai jos

entru cazul sec iunilor circulare):

2

2

2

1

2

1

44h

d h

d π π =

Fig. 3.4 Tub U cu bra\e inegale

P1 P1

P2 P2 h1

h2

H

d 1 d 2




Tub U cu bra\ [nclinat

Tubul U cu bra\ [nclinat este o variant` constructiv` a manometrului cu tub Udrept cu bra\e inegale. Acesta este compus dintr-un rezervor legat la un tub [nclinat

(fig. 3.6). Denivelarea este mai mare dec@t [n cazul tubului U cu bra\ drept (deci se pot m`sura diferen\e de presiune mici cu o precizie ridicat`):

(3.9)

unde: L – lungimea coloanei de lichid [n tub

α - unghiul de [nclinare al tubului fa\` de orizontal`d 1 , d 2 – diametrul tubului, rezervorului

Fig. 3.6 Tub U cu bra\ [nclinat

Tub U cu plutitor

Caz particular: BAROMETRUL

Pentru m`surarea presiunii atmosferice(barometrice), unul dintre bra\ele tubului U este[nchis la cap`tul superior, iar deasupra lichidului seafl` vid (figura 3.5).

Aparatele cu plutitor reprezint` o [mbun`t`\ireadus` tuburilor U cu bra\e inegale (fig.3.7).Diferen\a const` [n modalitatea de citire adenivel`rii: prin determinarea pozi\iei unui plutitor.

Cele mai r`sp@ndite aparate de acest tip suntmanometrele diferen\iale utilizate pentru m`surareadiferen\elor de presiune [n dispozitivele destrangulare (diafragme, ajutaje etc.)

Fig. 3.7Tub U cu plutitor

+=

2

2

2

1sind

d L H α

Fig. 3.5 Barometrul

vid patm




Tub U cu dou` lichide manometrice

Aparatul este format dintr-un tub U transparent, av@nd c@te un rezervor lafiecare cap`t (fig. 3.8). In interior se afl` dou` lichide manometrice nemiscibile, cudensit`\i diferite. Utilizarea a dou` lichide manometrice diferite are ca efectcre]terea denivel`rii datorat` diferen\ei de presiune de 2 ... 7 ori (cre]te precizia dem`sur`).

Tub U cu nivel invariabil (tip Askania)

Aparatul este compus dintr-un tub U care are la fiecare cap`t c@te unrezervor, dintre care unul este fix (RF) iar cel`lat mobil (RM) - fig. 3.9. Rezervorulmobil se poate deplasa pe vertical`, pentru a compensa prin [n`l\ime diferen\a de presiune. Presiunea se ob\ine [n acest caz din diferen\a de [n`l\ime a rezervorului

mobil (nu din denivelarea coloanei de lichid).

Fig. 3.9 Aparatul Askania

In rezervorul fix se afl` un con orientat cu v@rful [n jos. V@rful acestuiaeste amplasat la o [n`l\ime de referin\` ( H REF ), corespunz`toare nivelului egal [n

cele dou` rezervoare (deci presiunilor egale). Imaginea conului se reflect` desuprafa\a lichidului manometric, ceea ce face s` se vad` (printr-un dispozitiv devizare) dou` conuri: unul real ]i unul virtual (reflectat).

p1 = p2 p1 > p2 p1 > p2 p1 < p2 H RF = H RM = H REF (nivel inegal) (rezervor mobil cobor@t (nivel inegal)

pentru egalarea nivelului)

H

A A’

ρ

ρ

Fig. 3.8 Tub U cu dou` lichide manometrice

Pentru suprafa\a A – A’:

gH pgH p 2211 ρ ρ +=+

(3.10)

Rezult`:

( )gH p p p 1221 ρ ρ −=−=∆

(3.11)

unde: ρ 1, ρ 2 - densit`\ile lichidelor manometrice




Aceste conuri pot fi [ntr-una din situa\iile urm`toare (fig. 3.10):o v@rf [n v@rf : dac` nivelul [n rezervorul fix este la valoarea de referin\` (acum se

cite]te [n`l\imea rezervorului mobil) – cazul H RF = H RM = H REF

o la distan\` unul de cel`lalt : dac` nivelul [n rezervorul fix este sub cel dereferin\` (v@rful conului se afl` deasupra lichidului manometric) – cazul p1 > p2

o cu v@rfurile intrate unul [n cel`lalt : dac` nivelul [n rezervorul fix este peste celde referin\` (v@rful conului este [n lichidul manometric) – cazul p1 < p2

Presiunea necunoscut` rezult` din rela\ia 3.6, [n care H reprezint`[n`l\imea la care se afl` rezervorul mobil (fa\` de [n`l\imea de referin\`).

Avantaje ]i limit`ri ale aparatelor cu tub U:

presiuni m`surate: absolute, suprapresiuni, depresiuni, presiuni diferen\iale

construc\ie simpl`, ieftine fragile (tubul U se fabric` de obicei din sticl`) se utilizeaz` pentru m`surarea presiunilor mici ]i foarte mici

indica\ia: local` (transmiterea la distan\` este posibil`, dar exist` dificult`\i practice de realizare)

precizie ridicat` (indicate pentru verific`ri, etalon`ri ]i pentru transmitereaunit`\ii de m`sur` [n domeniul presiunii)

pentru cre]terea sensibilit`\ii se utilizeaz` aparatul cu bra\ [nclinat timp de r`spuns mare (datorit` volumului mic de lichid din tubul U)

lichidul manometric se evapor` [n timp, modific@nd [n`l\imea punctului de zeroal aparatului (trebuie verificat ]i completat cu lichid )

valoarea m`surat` este influen\at` de: temperatur`, for\a de tensiunesuperficial` (care exercit` o presiune suplimentar` = presiune capilar`),accelara\ia gravita\ional`, [nclinarea aparatului.

Citirea nivelului de lichid:

p1 = p2 p1 > p2 p1 < p2

Fig. 3.10 Aparatul Askania – dispozitivul de vizare

menisc meniscconcav convex

Fig. 3.11 Citirea corect` a nivelului

Datorit` for\elor de tensiunesuperficial`, [n apropierea peretelui tubuluisuprafa\a lichidului manometric se curbeaz` (seformeaz` un menisc). Meniscul este concav lalichidele care ud` pere\ii ]i convex la lichidelecare nu ud` pere\ii. Citirea corect` a niveluluise face ca [n fig. 3.11.




3.2.2. Aparate cu tor oscilant (balan\` inelar`)

Principiul de func\ionare:

Func\ionarea se bazeaz` pe principiul balan\ei cu bra\e egale. Aparatulconst` dintr-un rezervor inelar (tor) ce are la partea superioar` un peretedesp`r\itor, iar la partea inferioar` o contragreutate de echilibrare (figura 3.12).Rezervorul este sprijinit [n centru pe o balan\` cu bra\e egale ]i este umplut pe jum`tate cu un lichid manometric (ap` sau ulei de transformator).

(a) (b)

Fig. 3.12 Aparat de m`sur` a presiunii cu balan\` inelar`

Atunci c@nd asupra prizelor de presiune ac\ioneaz` aceea]i presiune, torulr`m@ne [n pozi\ie vertical`, iar lichidul are acela]i nivel [n ambele zone (figura3.12-a). C@nd presiunile sunt diferite, diferen\a de presiune este compensat` printr-

o denivelare H a lichidului manometric. Ca urmare, torul se rote]te (figura 3.12-b).

p1 p2

p1 p2 prize de presiune

balan\`

lichidmanometric

contragreutate

peretedesp`r\itor

unde:S – suprafa\a peretelui desp`r\itor [m

2]

R – raza medie a torului [m] M – masa contragreut`\ii [kg]

L – distan\a dintre centrul torului ]icentrul de greutate al contragreut`\ii [m]

α – unghiul cu care s-a rotit torul [ºC]

( ) ( )1121222 F S pS p p pSgH pF ==−+=+= ρ

⇒ 021 == rF rF M M

( )S p pF p 21 −= ⇒ ( )SR p p RF M prP 21 −==

Fig. 3.13. Aparat de m`sur` a

presiunii cu balan\` inelar` - principiul de func\ionare

sin MgL M rG =




La echilibru: rGrP M M = (3.12)

Rezult`: α α sinsin21 k SR

MgL p p ==− (3.13)

Cu c@t diferen\a de presiune este mai mare, cu at@t cre]te unghiul de rota\ie

al torului, α ..

Avantaje ]i limit`ri:

utilizat ca: manometru, vacuumetru, manometru diferen\ial

m`soar` varia\ii mici de presiune cu precizie ridicat` asigur` cupluri mecanice mari (semnalul s` poat` fi transmis la distan\`

f`r` a se diminua precizia de m`sur`)

indica\ia aparatului nu depinde de volumul de lichid din interior, deci nueste influen\at` de evaporarea acestuia (avantaj fa\` de tubul U)

influen\e exterioare: temperatura (prin dilatarea diferit` a materialuluiaparatului ]i a lichidului manometric), accelera\ia gravita\ional`.

3.3. Aparate cu echilibru de for\e

Aparatele cu echilibru de for\e se bazeaz` pe echilibrarea for\ei de presiune cuo alt` for\` cunoscut` sau cu rezultanta mai multor for\e cunoscute.

3.3.1. Aparate cu clopot

Aparatul este compus dintr-un recipient [nchis, umplut par\ial cu lichidmanometric (fig. 3.14). Partea inferioar` a recipientului este racordat` printr-un tubla presiunea necunoscut`. Deasupra lichidului manometric plute]te un pistonexecutat sub form` de clopot (de unde vine ]i denumirea aparatului).

In`l\imea la care se afl` clopotul reprezint` o m`sur` a diferen\ei de

presiune ∆ p. Aceasta se ob\ine din rela\ia de echilibru a for\elor ce ac\ioneaz`asupra clopotului:

GF F F p A R =++∆

; ( ) g M S p pgSL Lk cr =−++ 21' ρ (3.14)

Odat` cu modificarea presiunii [n punctul de racord cu procesul (fig. 3.14- b), se modific` nivelul din interiorul ]i exteriorul clopotului, iar acesta sedeplaseaz` direct propor\ional cu diferen\a de presiune.





utilizat pentru m`surarea presiunilor sau diferen\elor de presiune mici utilizat ca aparat indicator, [nregistrator, element sensibil al traductoarelor domeniul de m`sur` este limitat de [n`l\imea lichidului manometric influen\e exterioare: temperatura (prin dilatarea diferit` a materialului

aparatului ]i a lichidului manometric), accelera\ia gravita\ional`.

3.3.2. Aparate cu piston

Aparatul este compus dintr-un cilindru [n interiorul c`ruia se afl` un piston(fig. 3.15). Cilindrul este racordat [n partea de jos la presiunea necunoscut`.Deasupra pistonului este a]ezat` o greutate conoscut`. Intre piston ]i cilindru seintroduce un lichid manometric.

Pentru a sesiza cu precizie momentul [n care se echilibreaz` for\ele, pistonul trebuie s` coboare cu o vitez` c@t mai mic`. Pentu aceasta, intersti\iul

[ntre piston ]i cilindru trebuie s` fie foarte mic (de ordinul micronilor). Jocul foartemic are [ns` ca efect secundar sc`derea preciziei de m`sur`, datorit` frec`rilor neliniare dintre piston ]i cilindru. Pentru eliminarea acestora, pistonului i seimprim` o u]oar` mi]care de rota\ie (care centreaz` pistonul ]i totodat` creeaz` o pelicul` de lichid [ntre piston ]i cilindru).

S pG G ⋅=

S pF p ⋅=

S - aria sec\iuniiactive a pistonului

Nota\ii:

F R – for\a elastic` a resortului F A – for\a arhimedic`

F ∆ p – for\a datorat` diferen\ei de presiuneG – greutatea clopotuluik r – constanta de elasticitate a resortului [N/m]

L – elonga\ia resortului [m]

ρ - densitatea lichidului manometric [kg/m3]

g – accelera\ia gravita\ional` [m2 /s]

S – suprafa\a sec\iunii transversale a pere\ilor clopotului [m

3]

L’ – [n`l\imea imersat` a clopotului [m]

M c – masa clopotului [kg]

p1

p1

P2

p1

p1

P2

0=∆ pF

' L L =

0≠∆ pF

' L L ≠

(a) p1 = p2 (b) p1 > p2

Fig. 3.14. Aparat de m`sur` a presiunii cu clopot

Principiul de m`sur` se bazeaz` peechilibrarea a dou` for\e:

- o for\` de presiune (generat` de

presiunea necunoscut`): F p - o for\` de greutate (cunoscut`): G

Dac`:G p p pGF =⇒=




Fig.3.15 Aparat cu piston ]i greut`\i


utilizat ca: manometru, vacuumetru sau manovacuumetru

m`soar` presiuni absolute ]i relative (nu ]i presiuni diferen\iale) datorit` preciziei mari, se utilizeaz` pentru calibrarea altor aparate

indica\ia poate fi local` sau la distan\` influen\e exterioare: temperatura, accelera\ia gravita\ional`.

3.4. Aparate cu element elastic

Se bazeaz` pe deformarea unor materiale atunci c@nd asupra lor se aplic` ofor\` exterioar` (datorat` presiunii). Ca efect al deform`rii, apare o for\` elastic`

care se opune ]i care duce la deplasarea unui ac indicator.

3.4.1. Tubul Bourdon

Tubul Bourdon reprezint` unul dintre primele aparate utilizate pentrum`surarea presiunii. Elementul sensibil (tubul Bourdon) este format dintr-un tubmetalic [n form` de arc de cerc de 270º - 300º (figura 3.16 ). Un cap al tubului esteracordat la presiunea ce se m`soar`. Cel`lalt cap`t este [nchis ]i conectat la aculindicator sau la un traductor de presiune.

Fig. 3.16 Tub Bourdon

G

p

presiune din proces

greutate

cilindru

piston

deplasare

presiune

Asupra pistonului ac\ioneaz`:- for\a de presiune Fp , de jos [n sus- greutatea cunoscut` G, de sus [n jos

Atunci c@nd cele dou` for\e se echilibreaz`:

S pG ⋅= ;S

G p = (3.15)

unde: G – greutatea cunoscut` [kg]S - aria sec\iunii active a pistonului [m

2]

sec\iunetransversal`




Dac` se aplic` o for\` de presiune [n interiorul tubului, sec\iuneatransversal` a acestuia se modific` ]i tinde s` devin` circular`. Aceast` schimbarede sec\iune are tendin\a de a [ndrepta tubul, provoc@nd deplasarea acestuia.Deplasarea maxim` a cap`tului liber ce se poate ob\ine cu un astfel de tub este deaprox. 5 mm. Aceasta depinde de: raza de curbur` a tubului (direct propor\ional),grosimea pere\ilor tubului (invers propor\ional), forma sec\iunii transversale atubului, caracteristicile materialului.

Tubul este fabricat din alam`, bronz sau dintr-un aliaj de cupru – beriliu.Sec\iunea transversal` este de obicei oval`, dar poate avea ]i alte forme (fig. 3.17).Pentru presiuni foarte [nalte, tubul se face dintr-o pies` masiv` g`urit` excentric.

Fig. 3.17. Tubul Bourdon - forma sec\iunii transversale


Pentru a cre]te deplasarea tubului (sensibilitatea aparatului), acesta se poateconstrui din mai multe spire, a]ezate [n plan sau [n spa\iu. Se ob\ine:

Tubul Bourdon melcat – dac` spirele sunt [n acela]i plan (figura 3.18 - a)

Tubul Bourdon elicoial – dac` spirele sunt a]ezate [n spa\iu (figura 3.18-b)

(a) melcat (b) elicoidal

Fig. 3.18. Tub Bourdon melcat


aparat simplu pre\ relativ sc`zut pentru o precizie destul de bun`

m`soar` presiuni relative ]i absolute; nu ]i presiuni diferen\iale m`rimea m`surat` poate fi transmis` la distan\` timp de r`spuns mai mare dec@t al altor elemente elastice sensibil la ]ocuri ]i vibra\ii are erori de histerezis

cap`t mobil

indica\ie

presiune

presiuneindica\ie

oval oval ascu\it oval ondulat profil pentru profil pentru presiuni [nalte presiuni f. [nalte




presiunea maxim` depinde de limita de elasticitate a materialului modulul de elasticitate depinde de temperatura materialului tubului

[n timp apar deform`ri permanente ale tubului influen\e exterioare: temperatura (prin modificarea dimensiunilor tubului

]i ale sistemului de transmisie), starea tubului (deform`ri permanente etc.)

3.4.2. Aparate cu membran`

Elementul sensibil: o membran` sub forma unui disc circular foartesub\ire, fixat la circumferin\` (figura 3.19).

Fig. 3.19 Aparat de m`sur` a presiunii cu membran`

Prin ac\iunea presiunii asupra membranei, aceasta se curbeaz`: [n sus [ncazul unei suprapresiuni ]i [n jos [n cazul unei depresiuni. Deplasarea membraneieste transmis` c`tre un aparat indicator sau c`tre un traductor (prin intermediulunei tije legat` de centrul ei).

Membrana poate avea:

- rigiditate mare (dac` este confec\ionat` din materiale metalice: o\el inoxidabil,alpaca, alam`, bronz) – se m`soar` deformarea

- rigiditate mic` (dac` este confec\ionat` din materiale nemetalice: cauciuc,\es`turi cauciucate, piele etc.) – se m`soar` s`geata maxim`, eventualamplificat` prin procedee mecanice

Materialele cel mai des utilizate sunt: o\elul inoxidabil, alama, bronzul.

Fig 3.20. Profiluri de membran`

membran` flexibil`

deplasare

presiunedin proces

indica\ie

Pentru a ob\ine o deplasare liniar` [n func\iede presiune, suprafa\a membranei se faceondulat` (cu excep\ia zonei centrale care esterigidizat`) - fig. 3.20





se pot m`sura presiuni relative, abolute, diferen\iale for\ele dezvoltate sunt mai mari dec@t la tubul Bourdon timp de r`spuns este foarte scurt (se pot m`sura varia\ii rapide de presiune)

semnalul poate fi transmis la distan\` dac` membrana se acoper` cu un strat protector, poate fi utilizat` pentru

m`surarea presiunii [n medii corozive nu este sensibil la suprasolicit`ri sau la vibra\ii

deformarea membranei este mic` (aprox. 1.5 ... 2 mm), ceea ce duce la osensibilitate mic` a aparatului ]i la necesitatea utiliz`rii unor sisteme detransmisie care s` asigure o amplificare mare a mi]c`rii

presiunea maxim` este determinat` de limita de elasticitate a materialului

membranei [n timp apar deform`ri permanente ale membranei influen\e exterioare: temperatura (prin modificarea dimensiunilor

membranei ]i ale sistemului de transmisie).

3.4.3. Aparate cu capsul`

Elementul sensibil: dou` membrane identice lipite pe circumferin\` (fig.3.21). Una dintre membrane este rigidizat` de un suport, iar cealalt` transmitedeplasarea datorat` presiunii c`tre un sistem de indicare sau c`tre un traductor.

Fig. 3.21 Aparat de m`sur` a presiunii cu capsul`

Presiunea necunoscut` ac\ioneaz` [n interiorul capsulei. Deformarearezultat` prin aplicarea presiunii este dubl` fa\` de membran` (deoarece se ob\ine prin deformarea a dou` membrane).

Ca ]i [n cazul membranei, pentru a se ob\ine o varia\ie liniar` a deplas`rii[n func\ie de presiune, suprafa\a capsulei se face sub form` ondulat` (figura 3.22).

Materialele utilizate pentru capsul` sunt acelea]i ca ]i cele pentrumembran`. Cele mai des utilizate sunt: o\elul inoxidabil, alama, bronzul.

membran`flexibil`

deplasare

presiune din proces

indica\ie




Fig. 3.22 Profiluri de capsul`


Aparatul cu capsule multiple: format din mai multe capsule [nseriate

(pentru amplificarea mi]c`rii) – figura 3.23

Fig. 3.23 Aparat de m`sur` a presiunii cu capsule multiple


toate avantajele aparatelor cu membran` membranele se deformeaz` [n mod egal, iar deplasarea este

amplificat`

o deplasare suplimentar` se ob\ine prin capsule multiple recomandat pentru domenii de m`surare foarte mici deformarea capsulei este destul de mic` (sensibilitate mic` a

aparatului) ; dar se poate cre]te prin utilizarea de capsule multiple presiunea maxim` este determinat` de limita de elasticitate

[n timp apar deform`ri permanente ale capsulei m`soar` suprapresiuni, depresiuni, presiuni diferen\iale valoarea m`surat` este influen\at` de temperatur`, prin modificarea

dimensiunilor capsulei ]i ale sistemului de transmisie.

cap`t fix

element

elastic cucapsulemultiple

[nchidereetan]`

presiune

proces

element detransmisiea mi]c`rii

indica\ie




3.4.4. Aparate cu burduf

Aparatul cu burduf este confec\ionat dintr-un tub metalic sub form` de burduf, av@nd pere\ii sub\iri, ondula\i uniform (figura 3.24)

Fig. 3.24 Aparat de m`sur` a presiunii cu burduf

Func\ionarea burdufului este asem`n`toare cu cea a capsulei. Presiuneanecunoscut` se aplic` [n interiorul burdufului, pe la unul dintre capete. La varia\ia presiunii, burduful se dilat` sau se contract`, duc@nd la deplasarea cap`tului liber (care este conectat la un ac indicator sau la un traductor).

Sensibilitatea aparatului depinde de dimensiunea burdufului (diametru,grosimea pere\ilor, num`rul ondula\iilor – max. 24, forma ondula\iilor) ]i de propriet`\ile elastice ale materialului.


Burduf cu balan\` (figura 3.25 – a). Modificarea domeniului de m`sur` ]ia sensibilit`\ii burdufului se face prin modificarea presiunii de referin\` dincel de-al doilea burduf.

Burduf cu arc (figura 3.25 – b). Modificarea domeniului de m`sur` ]i asensibilit`\ii burdufului se face prin montarea unui arc [n interior. Acestamodific` elasticitatea burdufului.

(a) Burduf cu balan\` (b) Burduf cu arc

Fig. 3.25 Aparat de m`sur` a presiunii cu burduf – variante constructive

presiune proces

arccalibrat

burduf

indica\ie

burduf flexibil

deplasare

presiune proces

pres.

ref.

presiune proces

indica\ie




Avantaje ]i limit`ri ale aparatelor cu burduf:

m`soar`: presiuni relative, diferen\iale; nu ]i presiuni absolute

sensibilitate mai mare comparativ cu celelalte aparate cu element elastic semnalul poate fi transmis la distan\` presiunea maxim` este determinat` de limita de elasticitate a materialului

[n timp apar deform`ri permanente ale burdufului influen\e exterioare: temperatura (prin modificarea dimensiunilor burdufului ]i

ale sistemului de transmisie).

3.5. Traductoare de presiune

Traductoarele de presiune con\in

• un senzor de presiune (de obicei cu element elastic): care transform` presiunea[ntr-o deformare sau deplasare

• un traductor: care converte]te valoarea de deformare/deplasare [ntr-un semnalce poate fi transmis la distan\`. Cea mai larg` r`sp@ndire o au traductoareleelectrice, motiv din care numai acestea sunt tratate.

Traductoarele electrice au un semnal de ie]ire: 4–20 mA cc, 0–10 V cc saudigital. In func\ie de modalitatea de ob\inere a semnalului electric, exist` maimulte tipuri de traductoare :

- rezistive : bazate pe varia\ia rezisten\ei electrice

- poten\iometrice: modificarea rezisten\ei unui poten\iometru

- inductive: modificarea inductan\ei

- capacitive: modificarea capacit`\ii

- piezoelectrice: modificarea sarcinii electrice [ntr-un element piezoelectric

- cu fir rezonant: modificarea frecven\ei de rezonan\`- optice: modificarea radia\iei infraro]ii.

3.5.1. Traductor de presiune rezistiv

Traductorul de presiune rezistiv este compus dintr-un element rezistiv fixat pe un suport flexibil. Principiul de func\ionare se bazeaz` pe varia\ia rezisten\eielectrice a materialelor conductoare o dat` cu deformarea acestora.

Elementul rezistiv const` dintr-un fir conductor foarte sub\ire (0.025 mm).Dac` asupra lui ac\ioneaz` o for\` (datorat` presiunii), acesta este supus uneideform`ri elastice. Ca urmare, cre]te lungimea ]i scade aria sec\iunii transversale(fig.3.26). Modificarea acestor dimensiuni are ca efect cre]terea rezisten\ei:

A

L R ρ = (3.16)

unde: R – rezisten\a [Ω]; ρ – rezistivitatea [Ωm] L – lungimea [m] ; A – aria sec\iunii [m

2]




Fig. 3.26 Deformarea firului rezistiv

Rezisten\a este m`surat` cu un circuit punte (ca ]i [n cazul temperaturilor).Materialele utilizate pentru fabricarea firului conductor pot fi: metale pure,

aliaje (CuNi, NiCr) sau semiconductori (siliciu, germaniu).


Traductor rezistiv cu rezisten\a fixat` direct pe senzor

Fig. 3.27 Traductot cu rezisten\a fixat` direct pe senzor

Traductor rezistiv cu rezisten\a fixat` pe suport flexibil

Fig. 3.28 Traductor de presiune

rezistiv cu burduf


aparat ieftin dimensiuni foarte mici se pot m`sura presiuni absolute, relative, diferen\iale influne\e exterioare: temperatura (componentele mecanice ale

sistemului au coeficien\i de dilatare diferi\i).

fir metalic

senzor de presiune

for\`for\`

fire de leg`tur`

for\`

deplasaredeplasare

fir metalicsuportflexibil

fir metalic

presiune burduf

Elementul rezistiv este fixatdirect pe senzorul de presiune(membran` sau capsul`). Deformareaacestuia duce la modificarearezisten\ei firului (figura 3.27).

Elementul rezistiv este fixat pe unsuport flexibil sub form` de tij` sau delamel` (figura 3.28). Prin deformareasenzorului de presiune (burduf), sedeformeaz` ]i suportul flexibil [mpreun` cufirul metalic. Prinderea firului metalic desuport se face prin lipire cu un strat sub\irede epoxy sau prin tehnica straturilor sub\iri.




3.5.2. Traductor de presiune poten\iometric

Principiul de func\ionare se bazeaz` pe varia\ia rezisten\ei unui poten\iometru (figura 3.29).

Fig. 3.29 Traductor poten\iometric

Cursorul poten\iometrului este legat la cap`tul mobil al unui senzor de presiune (cu burduf) – figura 3.30.

Prin deformarea burdufului, se deplaseaz` cursorul ]i variaz` rezisten\aelectric`. Valoarea ei se m`soar` cu un circuit punte.

Arcul este utilizat pentru reglarea domeniului de m`sur` ]i a sensibilit`\iiaparatului.

Fig. 3.30 Traductor de presiune poten\iometric


aparat ieftin

dimensiuni reduse

se pot m`sura presiuni absolute, relative, diferen\iale semnal de ie]ire destul de puternic (nu necesit` amplificare) influen\e exterioare: temperatura (componentele mecanice au coeficien\i de

dilatare diferi\i), umiditate, praf, vibra\ii, ]ocuri, uzura mecanic` acomponentelor ]i contactelor.

R0

R x

E

V

Rela\ia dintre tensiunea V ]i rezisten\a R x este liniar`, cucondi\ia ca voltmetrul s` aib` rezisten\a suficient de mare(ca s` nu influen\eze m`sur`toarea)

x

x

R R

R E V

+=

0

(3.17)

presiune proces

senzor

poten\iometru

cursor arc

leg`tura la puntea Wheatstone




3.5.3. Traductor de presiune capacitiv

Capacitatea electric` ce apare [ntre doi conductori desp`r\i\i de un mediuizolator ( numit dielectric) este:

d

kA E C = (3.18)

Traductorul capacitiv se bazeaz` pe modificarea distan\ei dintre cele dou`conductoare. Pentru aceasta unul sau ambii conductori ([n func\ie de variantaconstructiv`) sunt lega\i la un senzor de deplasare. Capacitatea format` se m`soar`cu un circuit punte. Valoarea ei depinde de distan\a dintre conductori.


Traductor capacitiv cu un senzor de presiune

Traductorul este compus dintr-un senzor de presiune cu element elastic (cu burduf [n figura 3.31), legat de un conductor (mobil). De o parte ]i de alta a

conductorului mobil, la aceea]i distan\`, se afl` doi conductori fixi.Cei trei conductori formeaz` dou` capacit`\i. Atunci c@nd asupra

senzorului nu ac\ioneaz` nici o presiune, cele dou` capacit`\i sunt egale, circuitul punte [n care sunt incluse este echilibrat ]i tensiunea de ie]ire este nul`.

Fig. 3.31 Traductor de presiune capacitiv (cu un senzor de presiune)

Odat` cu modificarea presiunii, duce la deplasarea senzorului ]i implicit aconductorului mobil. Prin deplasarea conductorului mobil se modific` distan\adintre conductoare, valoarea celor dou` capacit`\i ]i puntea se dezechilibreaz`.Presiunea se ob\ine din tensiunea de ie]ire a pun\ii.

presiune proces

discurilecapacit.

diafragm`

suporturiizolatoare

Conductor

1

d

C

Conductor

2

[n care:C – capacitatea E – permitivitatea absolut` a spa\iului liber k – capacitatea dielectric` a izolatorului A – aria conductoarelor d – distan\a dintre conductoare

surs` de c.a.(tens. intr.)

tensiunede ie]ire

presiune

presiune




Traductor capacitiv cu doi senzori de presiune

Capacitatea este format` din dou` discuri flexibile fabricate din materialeconductive care sunt [n acela]i timp ]i senzori de presiune (cu membran`). Fluidulmanometric dintre discurile-senzor reprezint` dielectricul capacit`\ii(fig. 3.32).

Fig. 3.32 Traductor de presiune capacitiv (cu doi senzori de presiune)


aparat robust, dimensiuni reduse se pot m`sura presiuni absolute, relative, diferen\iale domeniu mare de m`sur` (vid – 70 MPa)

sensibilitate ridicat` (se pot citi diferen\e de presiune de 0.01 mca) precizie mare de m`sur` (0.01% din scal` sau 0.1% din valoarea citit`) influen\e exterioare: temperatura mediului, vibra\ii, coroziune.

3.5.4. Traductor de presiune inductiv

Teoria aplicat`:

Fenomenul de induc\ie electromagnetic`: apari\ia unei tensiuni electromotoarede induc\ie (a unui curent indus) [ntr-un circuit electric str`b`tut de un fluxmagnetic variabil [n timp.

Legea lui Faraday: tensiunea electromotoare indus` (t.e.m.) este propor\ional`cu viteza de varia\ie a fluxului c@mpului magnetic:

dt

d ei

Φ−= (3.19)

unde: ei – t.e.m.; φ – fluxul magnetic ; t – timpul

Semnul minus exprim` legea lui Lenz : t.e.m. indus` este orientat` astfel[nc@t c@mpul magnetic indus s` se opun` varia\iei fluxului c@mpului inductor.

discflexibil

discflexibil

presiune

La cre]terea presiunii, discurile sedep`rteaz` unul fa\` de cel`lalt, modific@ndcapacitatea. Aceasta este m`surat` cu uncircuit punte. Presiunea rezult` [n func\ie devaloarea capacit`\ii




Autoinduc\ia: varia\ia intensit`\ii curentului electric [ntr-un circuit are ca efectvaria\ia fluxului magnetic prin suprafa\a limitat` de circuit ]i apari\ia uneitensiuni electromotoare de induc\ie.

Inductan\a: proprietate a circuitului electric care exprim` m`rimea for\eielectromotoare induse de o varia\ie a fluxului magnetic. Aceasta se calculeaz`ca raport dintre fluxul magnetic pe conturul circuitului bobinei ]i curentul care[l produce:

R

N

I L

2

=Φ

= [ H (henry) ] (3.20)

unde: I – curentul electric; N – num`rul de spire; R – reluctan\a

Reluctan\a este o proprietate a circuitului magnetic care exprim` rezisten\amaterialelor la c@mpul magnetic (reprezint` echivalentul rezisten\ei din c@mpulelectric). Rela\ia de calcul este:

∫ =

2

1

1l

l

dlS

R µ

(3.21)

[n care: l 1 , l 2 – limitele conturului [ntre care se define]te R [m]

µ – permeabilitatea magnetic` a mediului [H/m]

S – sec\iunea circuitului magnetic [m2]

Tensiunea electromotoare de autoinduc\ie:

dt

dI Le

i −= (3.22)

Induc\ia mutual` (caz particular al induc\iei electromagnetice): excitarea prininduc\ie a curentului [ntr-un circuit electric prin varia\ia curentului [ntr-un altcircuit (vecin)

Fluxul c@mpului magnetic al curentului inductor I 1 prin suprafa\am`rginit` de circuitul secundar este propor\ional cu intensitatea curentului care-l genereaz`:

11212 I M =Φ (3.23)

unde: M – inductan\a mutual`

Traductoarele inductive se bazeaz` pe modificarea:- num`rului de spire (al inductan\ei) – traductoare cu miez mobil

- geometriei c@mpului magnetic (a reluctan\ei magnetice) – traductoare reluctive

- inductan\ei mutuale – traductoare tip transformator.




3.5.4.1. Traductor inductiv cu miez mobil

Fig. 3.33 Traductor de presiune cu miez mobil (cu o bobin`)

Variant` constructiv`:

Traductor inductiv cu miez mobil – cu dou` bobine

Fig. 3.34 Traductor de presiune

cu miez mobil(cu dou` bobine)

3.5.4.2. Traductor reluctiv

Traductorul reluctiv se bazeaz` pe modificarea reluctan\ei magnetice, prinmodificarea geometriei circuitului magnetic. Acesta cuprinde (fig. 3.35):

-

un senzor de presiune cu element elastic ([n figur`: tub Bourdon elicoidal)- o bar` magnetic` (mobil`), deplasat` de senzorul de presiune

- un miez izolator (fix)

- dou` bobine alimentate de la o surs` de c.a., [nf`]urate pe miezul izolator.

Fir metalic:

• bobinat pe un tubizolator

• alimentat de la o

surs` de c.a.

presiune

Tub izolator

Miez magnetic(mobil)

presiune

tubizolator

miez magneticmobil

2 bobine

[nf`]urate [n

sens opus

Traductorul este format dintr-untub izolator pe care este [nf`]urat` o bobin` (fig.3.33). In interiorul bobinei seafl` un miez magnetic legat la un senzor de presiune (cu element elastic).

Deplasarea miezului (prin varia\ia presiunii) duce la modificarea inductan\ei,respectiv a curentului indus [n circuitul bobinei. Acest curent este dependent de

resiune.

Pentru a cre]te sensibilitateatraductorului inductiv cu miez mobil, firulmetalic se [mparte [n dou` bobine identice(fig. 3.34). In acest caz, m`rimea ]i sensulsemnalului de ie]ire depind de deplasareamiezului fa\` de pozi\ia central`:

•

dac` miezul este centrat: tensiunea indus`[n bobine este nul`• dac` miezul se deplaseaz`: apare o

diferen\` de tensiune indus` propor\ional`cu deplasarea (inductan\a unei bobinecre]te, iar inductan\a celei de-a doua scade)




Deplasarea barei magnetice (datorat` varia\iei de presiune) duce lamodificarea [ntrefierului, respectiv a fluxului magnetic indus [n cele dou` bobine(prin modificarea reluctan\ei circuitului magnetic).

Fig. 3.35 Traductor de presiune reluctiv


semnalul de ie]ire are valoare mare precizie ridicat` pentru un domeniu de m`sur` mic se pot m`sura presiuni absolute, relative, diferen\iale necesit` surs` de curent alternativ

sensibil la vibra\ii ]i interferen\e magnetice componentele sunt supuse uzurii mecanice

3.5.4.3. Traductor tip transformator

Principiul de func\ionare se bazeaz` pe modificarea inductan\ei mutualedintre dou` circuite electrice.

Fig. 3.36 Traductor de presiune tip transformator

bar`magnetic`

tubBourdon

bobine L2

L1

miez

[ntrefier

y

Ca urmare, variaz`inductivit`\ile L1 , L2 ale celor dou` bobine ]i curentul indus.

y y

k L

∆+=1

; y y

k L

∆−=2

(3.24)

unde:k – constanta aparatului

y – [ntrefierul ini\ial∆ y – deplasarea barei magnetice

deplasare

senzor cu

element elastic(capsul`)

miez

bobine secundare

bobin` primar`

deplasare miez

bobinesecundare

bobin` primar`

Traductorul cuprinde (fig. 3.36):• senzor de presiune (cu element elastic:

capsul`)• miez metalic (mobil)• trei bobine [nf`]urate pe un tub

izolator: o bobin` primar` ([n centru)c`reia i se aplic` un c.a. ]i dou` bobine

secundare (la capete), a]ezate simetricfa\` de bobina primar` ]i [nf`]urate [nsens opus.




Deplasarea miezului modific` cuplajul dintre bobina primar` ]i fiecaredintre bobinele secundare, modific@nd tensiunea electromotoare generat` prininduc\ie mutual`. Cele dou` tensiuni induse sunt de semn opus (deoarece bobinelesecundare sunt inf`]urate [n sens opus)

M`rimea ]i sensul semnalului de ie]ire depind de pozi\ia miezului:

- dac` miezul este centrat: tensiunea indus` [n bobinele secundare este nul`

- dac` miezul se deplaseaz`: apare o diferen\` a tensiunii induse [n bobinelesecundare, care este direct propor\ional` cu deplasarea (presiunea m`surat`).

Avantaje ]i limit`ri :

domeniu mare de m`sur` cu precizie ridicat`

se pot m`sura presiuni absolute, relative, diferen\iale necesit` surs` de curent alternativ sensibil la vibra\ii ]i interferen\e magnetice

componentele sunt supuse uzurii mecanice.

3.5.5. Traductor de presiune piezoelectric

Elementele piezoelectrice sunt constituite din cristalele unor minerale(cuar\, turmalin` etc.) care au urm`toarea proprietatea: dac` asupra lor ac\ioneaz` ofor\`, atunci genereaz` o sarcin` electric` dependent` de for\a aplicat`.

Valoarea sarcinii electrice dezvoltate este foarte mic`, dar direct propor\ional` cu for\a aplicat` (respectiv cu presiunea).

Fig. 3.37 Traductor de presiune piezoelectric

Ca urmare a ac\iunii for\ei de presiune asupra cristalului piezoelectric

apare o sarcin` electric` propor\ional` cu aceasta. Curentul generat [n cristal este preluat de un electrod.

Dup` electrod se introduce un circuit integrat care are rolul de a condi\ionasemnalul de ie]ire. Acesta asigur` conversia semnalului [ntr-un semnal de tensiuneutilizabil, precum şi amplificarea ]i filtrarea lui.

electrod

semnal de ie]ire

senzor de presiune

elemente piezoelectrice

circuitintegrat

Traductorul de presiune piezoelectric cuprinde (fig.3.37):- senzor de presiune cu element

elastic- element piezoelectric- electrod- circuit integrat




Pentru cre]terea sensibilit`\ii traductorului, se utilizeaz` mai multe cristale[n serie, astfel [nc@t sarcinile lor s` se adune ]i sarcina total` s` fie mai mare.


ieftin

robust dimensiuni reduse vitez` mare de reac\ie sensibil la varia\ia temperaturii mediului

necesit` circuit special de condi\ionare a semnalului (amplificare, filtrare etc.) nu se pot m`sura depresiuni.

3.5.6. Traductor de presiune cu coard` vibrant`

Principiul de func\ionare se bazeaz` pe rela\ia dintre frecven\a derezonan` a unui fir fixat la ambele capete ]i starea de tensionare a acestuia:

S

F

l f

ρ 2

10 = (3.25)

unde: F – for\a de presiune aplicat` ; l – lungimea firului

S - sec\iunea firului ; ρ - densitatea firului

Traductorul con\ine o coard` confec\ionat` dintr-un fir metalic foarte

sub\ire. Unul dintre capete corzii este fix, iar cel`lalt cap`t este legat la un senzor de presiune (figura 3.38).

Fig.3.38 Traductor de presiune cu coard` vibrant`

Firului i se imprim` o mi]care de oscila\ie la frecven\a de rezonan\` (cuajutorul unui c@mp magnetic permanent sau a unui electromagnet).

La varia\ia presiunii, cap`tul care este legat la senzorul de presiune []imodific` pozi\ia. Ca urmare, se modific` starea de tensionare a firului ]i implicit

frecven\a de rezonan\`. Frecven\a de rezonan\` este m`surat` ]i transformat` [ntr-un semnal electric propor\ional cu presiunea.

cap`t fixfir ce oscileaz` la

frecven\a de rezonan\`senzor de presiune

l





se pot m`sura presiuni absolute, relative, diferen\iale aparat cu precizie ridicat` (se pot m`sura valori mici) genereaz` un semnal digital (ce poate fi transmis direct [ntr-un microprocesor) semnal de ie]ire neliniar cu presiunea (dezavantaj compensat prin software) sensibil la varia\ii de temperatur` (dezavantajul se compenseaz` prin software) sensibil la ]ocuri ]i vibra\ii.

3.5.7. Traductor de presiune optic

Traductorul optic con\ine (fig. 3.39):

• un senzorul de presiune (cu element elastic)• trei diode: o surs` de lumin` (LED), o diod` de m`sur` ]i o diod` de referin\`• un obturator : ac\ionat de senzorul de presiune

Fig. 3.39 Traductor de presiune optic

Varia\ia presiunii duce la deplasarea obturatorului aflat [ntre LED ]i diodade m`sur`. Ca urmare, se modific` cantitatea de radia\ie IR recep\ionat` deaceasta. Radia\ia IR este m`surat` ]i transformat` [n valoare de presiune.

Dioda de referin\` nu este niciodat` blocat` de obturator. Rolul acesteiaeste de a m`sura radia\ia IR recep\ionat` atunci c@nd fasciculul nu este atenuat. Inacest fel se elimin` erorile de m`sur` introduse prin [mb`tr@nirea LED-ului ]i prindepunerea de particule pe suprafe\ele optice.


stabilitate bun` utilizabil pentru m`sur`tori de durat` nu se pot m`sura depresiuni

LED diod` de referin\`

diod` de m`sur`

obturator

senzor de presiune

(membran`)

presiune




nu este influen\at de temperatur` (diodele sunt supuse la aceea]i temperatur`) nu are erori de histerezis nu necesit` [ntre\inere.

3.5.8. Traductor de presiune prin ionizarea gazelor

Traductoarele prin ionizarea gazelor sunt utilizate pentru m`surareavidului [naintat (domeniul de m`sur`: 10-2 ... 10-10 torr ).

Principiul de func\ionare se bazeaz` pe ionizarea gazelor prin bombardareamoleculelor de gaz cu electroni.

3.5.8.1. Traductor cu catod cald

Catodul cald const` din filamentul unui bec (fig. 3.40). Filamentul ([nc`lzitcu un circuit de curent continuu) emite electroni. Ace]tia sunt accelera\i cu

ajutorul gilei (+).In continuare, electronii se ciocnesc cu moleculele gazului ]i formeaz` ioni

pozitivi. Ionii pozitivi sunt atra]i de c`tre un colector. Se genereaz` astfel uncurent electric [n circuitul exterior.

Valoarea curentului generat este propor\ional` cu densitatea gazului,respectiv cu presiunea.

Fig. 3.40 Traductor de presiune cu catod cald

catod

anod

V

incint`

cu gaz

Ampermetru

catodcald

ionicolector ioni

pozitivi

presiune(vacuum)

curent deemisie

al catodului

Gril`( + )

In func\ie de modalitatea de generare a

electronilor, exist` dou` tipuri principale deaparate de m`sur`:• cu catod cald : dintr-un filament adus la

incandescen\`• cu catod rece: cu ajutorul unul c@mp

electric de poten\ial [nalt




3.5.8.2. Traductor cu catod rece (tip Penning)

Diferen\a dintre ionizarea gazelor cu catod cald ]i rece const` [n metoda degenerare a electronilor. La traductorul cu catod rece, electronii sunt ob\inu\i de pesuprafa\a catodului printr-un c@mp electric de poten\ial [nalt (fig. 3.41).

Fig. 3.41 Traductor de presiune cu catod rece

Aparatul este plasat [n interiorul unui c@mp magnetic care imprim`electronilor o mi]care elicoidal` (m`rindu-le astfel probabilitatea de a [nt@lnimolecule de gaz). Atunci c@nd electronii se ciocnesc cu moleculele gazului, seformeaz` ioni pozitivi. Ionii pozitivi sunt la r@ndul lor atra]i de c`tre un colector format dintr-un cilindru exterior. In acest fel se genereaz` un curent electric [ncircuitul exterior. Valoarea curentului generat este propor\ional` cu densitateagazului, respectiv cu presiunea sa.

3.6. Montarea aparatelor de m`sur` a presiunii

Montarea aparatelor se face [n func\ie de condi\iile [n care acestea lucreaz`]i de fluidul de lucru (parametrii, caracteristici).

Fig. 3.42 Traseul de m`sur` a presiunii

conduct`

conduct`de impuls

robinetcu trei

aparat dem`sur`

ventil deseparare

colector

ioni pozitivi

catod

catod

mA presiune(vacuum)

c@mp magnetic

Traseul care leag` locul [n carese m`soar` presiunea ]i aparatul de m`sur`con\ine urm`toarele elemente de baz` (fig.3.42): priza de presiune, conducta deimpuls, ventilul de separare, robinetul cutrei c`i.

In func\ie de natura fluidului ]i decondi\iile de lucru se pot introduce c@teva

acesorii suplimentare: protec\ii pentruelementele elastice, oale de condens,cicloane de separare a particulelor solide,amortizoare de pulsa\ii, dispozitive deseparare.




3.6.1. Priza de presiune

Condi\ii impuse prizelor de presiune:

- s` evite [nfundarea conductelor de impuls (prin depunere de particole sauformare de condensat)

- s` nu perturbe regimul de lucru din proces (s` aibe diametru c@t mai mic)

- s` asigure pierderi minime de presiune pe traseu (s` aibe muchiile rotunjite).

Priz` de presiune pentru conducte de aer sau gaze- cazul fluidelor f`r` suspensii de particole solide -

Condi\ii de montare pentru:- conducte orizontale sau [nclinate: [n partea superioar` a conductei (fig.3.43– a)

- conducte verticale: racord lateral (fig.3.43– b)

(a) conducte orizontale sau [nclinate (b) conducte vericale

Fig. 3.43 Traseul de m`sur` a presiunii (aer/gaze f`r` suspensii)

Priz` de presiune pentru conducte de aer sau gaze- cazul fluidelor cu suspensii de particole solide -

Condi\ii de montare pentru:

- conducte orizontale sau [nclinate: [n partea superioar` a conductei (fig.3.43– a)- conducte verticale: racord lateral ]i ciclon de separare a particolelor (fig.3.44)

Fig . 3.44 Racord lateral cu ciclon de separare

priz` de presiune

robinetde separare

conduct`de impuls

fluid

conduct`de impuls

priz` de presiune

robinetde separare

fluid

robinetde golire

fluid

priz` de presiune

conduct`de impuls

ciclonde separare




Priz` de presiune pentru conducte cu lichide sau abur:

Condi\ii de montare pentru:

- conducte orizontale sau [nclinate: [n partea superioar` a conductei sau lateral(nerecomandat)

- conducte verticale: racord lateral

3.6.2. Conducta de impuls

Conducta de impuls realizeaz` leg`tura dintre priza de presiune ]i aparatulde m`sur`. Amplasarea ei se face [n func\ie de pozi\ia conductelor ]i de naturafluidului. Condi\ii pentru montarea conductei de impuls:

- s` aibe diametru c@t mai mare (5 ... 15 mm)

- s` aibe lungime c@t mai mic` (maximum 50 m)- s` fie etan]e.

Conduct` de impuls pentru aer, gaze

Traseul trebuie ales astfel [nc@t s` [mpiedice depunerea de materiale solidesau acumularea de condensat. Pentru aceasta:

• traseele trebuie s` fie verticale sau pu\in [nclinate spre prizele de presiune• dac` nu este posibil: pe traseu se monteaz` colectoare de condensat/

depuneri (cu posibilitatea de purjare).

Conduct` de impuls pentru lichide:

Traseul trebuie ales astfel [nc@t s` se evite formarea pernelor de aer saugaze. Pentru aceasta:• traseele trebuie s` fie verticale sau pu\in [nclinate spre prizele de presiune• aparatul de m`sur` se monteaz` [n cel mai [nalt punct al traseului• dac` nu este posibil:

- [n cel mai [nalt punct se prev`d vase de aerisire

- conductele dintre priz` ]i vasul de aerisire se [nclin` spre priza de presiune

- conductele dintre vasul de aerisire ]i aparat se [nclin` spre aparatul de m`sur`.

Conduct` de impuls pentru abur:

Fig. 3.45 Conduct` de impuls pentru abur

Traseul trebuie ales astfel[nc@t nivelul de condensat [n

conductele de impuls s` fie constant.Pentru aceasta se monteaz` oala decondensat [n punctul cel mai [nalt altraseului (figura 3.45 ).




Conduct` de impuls pentru protec\ia aparatelor cu elemente elastice [n cazul lichidelor calde (t > 70º):

In cazul m`sur`rii presiunii lichidelor calde este necesar` protejareasenzorului cu element elastic [mpotriva temperaturilor ridicate. Protec\ia nu estenecesar` ]i pentru conductele lungi, la care lungimea conductei asigur` o r`ciresuficient` a fluidului.

Fig. 3.46 Protec\ia conductelor de

impuls scurte [mpotriva temperaturilor ridicate

3.6.3. Ventilul de separare

Pe conducta de impuls, [n apropierea prizei de presiune, se monteaz` unventil de separare (figura 3.42). Rolul acestuia este de a izola (separa) conducta deimpuls ]i aparatul de m`sur` de proces.

In cazul conductelor de impuls scurte ]i a presiunilor mai mici de 100 bar nu este obligatorie montarea ventilului de separare.

3.6.4. Robinetul cu trei cì

Robinetul cu trei cì (fig.3.47) se monteaz` tot pe conducta de impuls, dar la extremitatea dinspre aparatul de m`sur`. Acesta controleaz` curgerea a treidirec\ii:I - izolarea aparatului de proces (pentru efectuarea de repara\ii f`r` oprirea procesului)

P - eliminarea fluidului p`truns spre instrumentul de m`sur`C - calibrarea/verificarea instrumentului (aparatul se calibreaz`/recalibreaz` lalocul de func\ionare, f`r` a fi necesar` demontarea lui)

Fig.3.47 Robinet cu trei cì

aparat de m`sur`

proces

I

CP

Tabelul 3.1.

Utilizarea robinetului cu trei cìDirec\ie curegre

Opera\iaP C I

Func\ionare normal` [nchis [nchis deschisIzolare aparat [nchis [nchis [nchis

Purjare/aerisire deschis [nchis [nchis

Calibrare/recalibrare/verificare [nchis deschis [nchis

Pentru conductele de impulsfoarte scurte (aparate locale) protec\ia serealizeaz` prin [ndoirea conductei deimpuls [n form` de U sau de bucl` (fig.3.46). In acest fel, pe l@ng` r`cirealichidului se asigur` astfel ]i protec\ia

[mpotriva vibra\iilor.




3.6.5. Amortizorul de pulsa\ii

Amortizorul de pulsa\ii se utilizeaz` pentru evitarea pulsa\iilor elementuluisensibil (]i acului indicator) datorit` vibra\iilor conductei. Acesta poate fi un filtru,un robinet, un piston, un orificiu variabil etc. introduse pe traseul conductei pentrua [nt@rzia citirea valorii de presiune. Datorit` cre]terii timpului de reac\ie,amortizorul nu poate fi utilizat pentru m`surarea varia\iilor bru]te de presiune.

3.6.6. Dispozitive de separare

Dispozitivele de separare se utilizeaz` [n cazul fluidelor agresive pentrusepararea fluidului din proces de aparatul de m`sur` (dac` nu se pot utiliza aparatede m`sur` cu membran` - recomandate [n acest caz). Exist` dou` tipuri:

- cu membran`: separarea se face prin intermediul unei membrane ( fig.3.48- a)- cu lichid de separare - separarea se face prin intermediul unui lichid av@nd

densitatea mai mare dec@t cea a fluidului din proces ( fig. 3.48 - b)

(a) cu membran` (b) cu lichid de separare

Fig.3.48 Dispozitive de separare

3.6.7. Protec\ia la suprapresiune

Se utilizeaz` pentru protejarea aparatului [mpotriva suprapresiunilor (datorate loviturilor de berbec sau altor erori de exploatare sau proiectare). Nivelulde protec\ie uzual este de 50–200 % din domeniul de m`sur` al aparatului.

Fig. 3.49 Protec\ie la suprapresiune amplasat` pe aparatul de m`sur`

presiune

aparat dem`sur`

dispozitiv deseparare cumembran`

presiuneaparat dem`sur`

rezervor deseparare

TubBourdon

Protec\iesuprapresiune

Presiune

cap`tmobil

De obicei, fiecare aparat dem`sur` este prev`zut cu protec\ie lasuprapresiune (fig. 3.49)

In afar` de protec\iile propriiale aparatelor, exist` ]i alte variante de protejare:




Pentru suprapresiuni cu valori mici ]i de scurt` durat` rolul de protec\ie lasuprapresiune [l preia amortizorul de pulsa\ii. Acesta filtreaz` v@rfurile de presiune, dar m`re]te timpul de reac\ie

Pentru suprapresiuni cu valori mari ]i de lung` durat` se utilizeaz`

supape de siguran\`. Dezavantajul acestora este c` [mpiedic` m`surarea presiunii atunci c@nd supapa este deschis`.

3.6.8. Pozi\ia relativ` dintre priza de presiune ]i aparatul de m`sur`

Valoarea de presiune indicat` de aparat reprezint` suma dintre presiuneageodezic`, presiunea static` ]i dinamic` [n punctul [n care acesta esteamplasat (vezi rela\ia 3.5).

Aceast` presiune este indicat` pentru un anumit plan de referin\`. In modconven\ional s-a stabilit c` planul de referin\` se afl` la [n`l\imea la care se afl`extremitatea inferioar` a cepului de racord al aparatului(figura 3.50).

Fig. 3.50 Planul de referin\` pentru indica\ia de presiune

Deoarece planul de referin\` nu se afl` [ntotdeauna la aceea]i [n`l\ime cu priza de presiune, indica\ia aparatului este afectat` de diferen\a de presiunegeodezic` dintre acestea. Presiunea indicat` de aparat este:

- dac` priza de presiune este peste planul de referin\`: gh p p fluid indicatie ρ +=

- dac` priza de presiune este sub planul de referin\`: gh p p fluid indicatie

ρ −=

[n care: pindicatie – presiunea total` indicat` de aparatul de m`sur` [Pa]

p fluid – presiunea total` a fluidului [n punctul de m`sur` [Pa]

ρ - densitatea fluidului din conducta de impuls [kg/m3]

g – accelera\ia gravita\ional` [m2 /s]

h – diferen\a de nivel dintre priza de presiune ]i planul de referin\` [m]

In practic` apar situa\ii [n care produsul ρ gh se poate neglija:

- [n cazul aparatelor locale, la care diferen\a de nivel dintre priza de presiune ]i

planul de referin\` este neglijabil` (h ≅ 0)- dac` fluidul manometric este aer sau gaz (care au densitate foarte mic`)

- [n cazul presiunilor mari ( p ≥ 50 bar), la care influen\a diferen\ei de presiunegeodezic` datorat` diferen\ei de nivel este neglijabil` [n raport cu valoarea presiunii totale.

plan dereferin\`

cap 3 - masurarea presiunii

Documents