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?