Pomiar ciśnienia

Aparatura do pomiaru ciśnienia w zastosowaniach przemysłowych

Pomiar ciśnienia pozwala kontrolować pracę instalacji, wykrywać nieprawidłowości i chronić maszyny przed przeciążeniem, zanikiem ciśnienia lub niekontrolowanym wzrostem wartości procesowej. Odpowiednio dobrana aparatura umożliwia lokalny odczyt, przesyłanie danych do sterownika PLC, sterowanie pompą lub sprężarką oraz wykonywanie testów i prac serwisowych.

Do podstawowych urządzeń wykorzystywanych w przemysłowym pomiarze ciśnienia należą:

• manometry do lokalnego odczytu,
• przetworniki i czujniki ciśnienia do automatyki,
• presostaty i przełączniki ciśnienia do kontroli progowej,
• zawory i kurki manometryczne do odcinania oraz serwisowania przyrządów.

Wybór urządzenia zależy od tego, czy wartość ma być jedynie widoczna na miejscu, przesyłana do systemu sterowania czy wykorzystywana do automatycznego załączania i wyłączania urządzeń.

Manometry przemysłowe do lokalnego odczytu ciśnienia

Manometr przemysłowy umożliwia bezpośredni odczyt ciśnienia na tarczy analogowej albo wyświetlaczu cyfrowym. Nie wymaga integracji ze sterownikiem, dlatego jest często stosowany do bieżącej kontroli instalacji, diagnostyki i prac serwisowych.

W zależności od aplikacji można zastosować:

• manometry standardowe WIKA 111.10 – do typowych instalacji pneumatycznych, wodnych, grzewczych i maszynowych;
• manometry glicerynowe WIKA 213.53 – do układów narażonych na wibracje i pulsacje ciśnienia;
• manometry kontrolne WIKA 312.20– do prób szczelności, kalibracji i dokładniejszych pomiarów;
• manometry cyfrowe WIKA CPG1200 – do diagnostyki, serwisu i testów wymagających czytelnego odczytu cyfrowego;
• manometry nierdzewne WIKA 232.50 – do mediów i środowisk wymagających zastosowania części zwilżanych wykonanych ze stali nierdzewnej.

Przy wyborze manometru należy sprawdzić zakres skali, średnicę tarczy, klasę dokładności, materiał części mających kontakt z medium, pozycję przyłącza oraz gwint. Najczęściej spotykane konfiguracje obejmują tarcze 63, 100 lub 160 mm oraz przyłącza G1/4 i G1/2 w wersji dolnej lub tylnej.

Kiedy stosować manometr glicerynowy?

Wypełnienie obudowy gliceryną tłumi drgania mechanizmu i ogranicza szybkie ruchy wskazówki. Ułatwia to odczyt oraz zmniejsza zużycie elementów wewnętrznych przyrządu.

Manometry glicerynowe stosuje się szczególnie przy:

• pompach i sprężarkach,
• agregatach hydraulicznych,
• maszynach mobilnych,
• pulsującym ciśnieniu,
• drganiach mechanicznych,
• szybko zmieniających się warunkach pracy.

Wypełnienie nie zastępuje jednak prawidłowego doboru zakresu ani zabezpieczenia przed silnymi skokami ciśnienia.

Przetworniki i czujniki ciśnienia do PLC

Przetworniki ciśnienia zamienia wartość ciśnienia na standardowy sygnał elektryczny, który może być przesłany do PLC, regulatora, rejestratora albo systemu monitorowania.

W ofercie znajdują się między innymi:

• WIKA A-10 – do ogólnych zastosowań przemysłowych, budowy maszyn, hydrauliki, pneumatyki, pomp i sprężarek;
• WIKA MH-3 – do hydrauliki mobilnej i aplikacji narażonych na wibracje, wstrząsy i wysokie ciśnienia;
• WIKA O-10 – do zastosowań OEM, produkcji seryjnej oraz integracji z maszynami;
• WIKA S-20 – do wymagających procesów przemysłowych, trudnych warunków i aplikacji wymagających szerszej konfiguracji.

Najczęściej stosowane sygnały wyjściowe to 4–20 mA i 0–10 V. Przy zamawianiu przetwornika należy podać również zakres ciśnienia, rodzaj pomiaru, przyłącze procesowe i przyłącze elektryczne.

Przykładowa kompletna konfiguracja może wyglądać następująco:

Przetwornik ciśnienia 0–10 bar, 4–20 mA, G1/4 A, wtyk kątowy DIN.

Podanie wszystkich parametrów ogranicza ryzyko zakupu urządzenia, którego nie da się podłączyć mechanicznie lub elektrycznie do istniejącego układu.

Sygnał 4–20 mA czy 0–10 V?

Sygnał 4–20 mA jest często wybierany w automatyce przemysłowej, szczególnie przy dłuższych przewodach i instalacjach narażonych na zakłócenia. W typowym układzie dwuprzewodowym te same przewody służą do zasilania przetwornika i przesyłania sygnału.

Sygnał 0–10 V wykorzystuje zazwyczaj układ trzyprzewodowy. Może być odpowiedni do krótszych połączeń, szaf sterowniczych i urządzeń wyposażonych w napięciowe wejścia analogowe.

Przed zakupem należy sprawdzić:

1. rodzaj wejścia analogowego PLC,
2. wymagane napięcie zasilania,
3. liczbę przewodów,
4. przypisanie pinów,
5. długość przewodu,
6. sposób ekranowania,
7. wymagane skalowanie w programie PLC.
   
   

Presostaty i przełączniki ciśnienia

Presostat reaguje na osiągnięcie ustawionej wartości ciśnienia i zmienia stan styku albo wyjścia elektronicznego. Nie musi przekazywać ciągłej wartości pomiarowej – jego podstawowym zadaniem jest sygnalizacja lub sterowanie po przekroczeniu określonego progu.

Mechaniczne presostaty, takie jak presostat WIKA PSM01, sprawdzają się w prostych układach sterowania pompami, sprężarkami, hydrauliką i pneumatyką.

Elektroniczne przełączniki ciśnienia, takie jak przełącznik ciśnienia WIKA PSD-4, mogą łączyć kilka funkcji:

• lokalne wyświetlanie wartości,
• konfigurowalne wyjścia PNP lub NPN,
• analogowe wyjście 4–20 mA,
• ustawianie progów i histerezy,
• funkcje diagnostyczne,
• komunikację IO-Link w odpowiednich wersjach.

Przełącznik elektroniczny jest właściwym wyborem, gdy instalacja wymaga lokalnego odczytu, sygnału dla PLC oraz sterowania progowego w jednym urządzeniu.

Zawory i kurki manometryczne

Zawór manometryczny montuje się pomiędzy instalacją a przyrządem pomiarowym. Umożliwia odcięcie manometru od medium podczas wymiany, kontroli lub prac serwisowych.

W zależności od konstrukcji zawór albo kurek może umożliwiać:

• odcięcie manometru,
• odpowietrzenie przyrządu,
• bezpieczne rozprężenie odcinka pomiarowego,
• podłączenie manometru kontrolnego,
• wykonanie kalibracji lub porównania wskazań.

Przy wyborze należy sprawdzić ciśnienie nominalne, materiał obudowy, temperaturę medium oraz zgodność gwintu po stronie instalacji i manometru. W ofercie znajdują się między innymi zawory WIKA 910.11 oraz kurki trójdrogowe przeznaczone do odpowietrzania, testowania i kalibracji.

Manometr, przetwornik czy presostat – co wybrać?

Manometr należy wybrać, jeśli operator potrzebuje odczytać ciśnienie bezpośrednio przy instalacji.

Przetwornik ciśnienia będzie odpowiedni, jeżeli wartość ma być przesyłana do sterownika PLC, rejestrowana, archiwizowana lub wykorzystana w regulacji procesu.

Presostat stosuje się, gdy urządzenie ma reagować po osiągnięciu określonego ciśnienia, na przykład uruchomić alarm, zatrzymać pompę albo przełączyć obwód.

Elektroniczny przełącznik ciśnienia może łączyć wyświetlacz, wyjścia przełączające i sygnał analogowy. Sprawdza się tam, gdzie potrzebny jest jednocześnie lokalny odczyt oraz integracja z automatyką.

W instalacjach o podwyższonych wymaganiach można zastosować dwa niezależne urządzenia, na przykład manometr do lokalnego odczytu i przetwornik do PLC.

Jak dobrać zakres pomiarowy?

Zakres należy dobrać z uwzględnieniem ciśnienia roboczego oraz możliwych pulsacji i skoków ciśnienia.

Dla wielu manometrów z rurką Bourdona przyjmuje się, że:

• przy ciśnieniu stałym wartość robocza nie powinna przekraczać około 75% końca skali;
• przy ciśnieniu zmiennym lub pulsującym nie powinna przekraczać około 2/3 końca skali;
• krótkotrwałe obciążenie pełną wartością skali jest dopuszczalne tylko wtedy, gdy przewiduje to dokumentacja konkretnego modelu.

Przykładowo, jeżeli typowe ciśnienie robocze wynosi 10 bar, a w instalacji pojawiają się pulsacje, właściwszy może być zakres 0–16 bar niż 0–10 bar.

W przypadku przetworników trzeba dodatkowo sprawdzić dopuszczalne przeciążenie i ciśnienie niszczące. Zbyt szeroki zakres może ograniczyć użyteczną rozdzielczość pomiaru, a zbyt wąski zwiększa ryzyko uszkodzenia czujnika przez skoki ciśnienia.

Na co zwrócić uwagę przy wyborze aparatury?

Podczas doboru urządzenia należy uwzględnić:

1. zakres i rodzaj ciśnienia,
2. ciśnienie stałe, zmienne lub pulsujące,
3. możliwość występowania skoków ciśnienia,
4. rodzaj i temperaturę medium,
5. materiał części zwilżanych,
6. przyłącze procesowe i sposób uszczelnienia,
7. miejsce oraz pozycję montażu,
8. klasę dokładności,
9. stopień ochrony IP,
10. odporność na wibracje i wstrząsy,
11. sygnał wyjściowy,
12. napięcie zasilania,
13. rodzaj złącza elektrycznego,
14. wymagania dotyczące wzorcowania.

Manometry z częściami zwilżanymi ze stopów miedzi nadają się do mediów, które nie powodują korozji tych materiałów. Przy mediach agresywnych, wymagających warunkach procesowych lub korozyjnym otoczeniu należy rozważyć urządzenie ze stali nierdzewnej.

Zastosowania przemysłowego pomiaru ciśnienia

Aparatura ciśnieniowa znajduje zastosowanie między innymi w:

• hydraulice siłowej,
• pneumatyce,
• pompach i sprężarkach,
• agregatach hydraulicznych,
• instalacjach sprężonego powietrza,
• budowie maszyn,
• maszynach mobilnych,
• układach chłodzenia i smarowania,
• instalacjach grzewczych i HVAC,
• systemach wodnych,
• przemyśle przetwórczym,
• stanowiskach kontrolnych,
• laboratoriach i testach szczelności,
• utrzymaniu ruchu.

Każda z tych aplikacji może wymagać innego zakresu, materiału, dokładności i sposobu przekazywania wyniku.

FAQ – pomiar ciśnienia

Czym różni się manometr od przetwornika ciśnienia?

Manometr pokazuje wartość lokalnie na tarczy lub wyświetlaczu. Przetwornik zamienia ciśnienie na sygnał elektryczny, na przykład 4–20 mA albo 0–10 V, który może zostać przesłany do PLC.

Czym różni się przetwornik ciśnienia od presostatu?

Przetwornik przekazuje ciągłą wartość ciśnienia. Presostat zmienia stan styku lub wyjścia po osiągnięciu ustawionego progu. Elektroniczne przełączniki mogą łączyć obie funkcje.

Czy przetwornik 4–20 mA można podłączyć bezpośrednio do PLC?

Tak, jeżeli sterownik ma odpowiednie wejście prądowe, a zasilanie, schemat połączeń i zakres sygnału są zgodne z dokumentacją przetwornika. W programie PLC należy następnie przeskalować sygnał na właściwy zakres ciśnienia.

Jak dobrać zakres manometru?

Ciśnienie robocze powinno pozostawać poniżej końca skali z odpowiednią rezerwą. Przy ciśnieniu stałym często przyjmuje się maksymalnie około 75% zakresu, a przy pulsującym około 2/3. Zawsze należy sprawdzić kartę katalogową konkretnego modelu.

Kiedy wybrać manometr glicerynowy?

Przy drganiach, pulsacjach oraz szybko zmieniającym się ciśnieniu. Wypełnienie ogranicza ruch wskazówki i zmniejsza zużycie mechanizmu.

Jaki manometr stosować do agresywnego medium?

Należy dobrać urządzenie, którego części zwilżane są odporne na dane medium. Często stosuje się manometry ze stali nierdzewnej, ale zgodność materiałową trzeba sprawdzić dla konkretnej substancji i temperatury.

Co oznaczają przyłącza G1/4 A i G1/4 B?

Oba oznaczenia dotyczą gwintu rurowego walcowego, ale litery odnoszą się do sposobu wykonania i uszczelnienia przyłącza. Nie należy dobierać urządzenia wyłącznie na podstawie średnicy gwintu — trzeba sprawdzić powierzchnię uszczelniającą i wymagany rodzaj uszczelki.

Do czego służy zawór manometryczny?

Umożliwia on odcięcie manometru od medium, jego odpowietrzenie lub bezpieczne przygotowanie do wymiany, kontroli i kalibracji.

Czym różni się ciśnienie względne od absolutnego?

Ciśnienie względne jest odnoszone do aktualnego ciśnienia atmosferycznego. Ciśnienie absolutne jest mierzone względem próżni. Typ pomiaru musi odpowiadać wymaganiom procesu i systemu sterowania.

Ile bar ma 1 MPa?

1 MPa odpowiada 10 bar. Przykładowo zakres 2,5 MPa jest równy 25 bar.