Tlakové snímače patria medzi najpoužívanejšie meracie zariadenia v priemysle. Nájdeme ich v energetike, chemickom priemysle, vodnom hospodárstve, potravinárstve aj vo výrobných technológiách. Napriek tomu sa pri ich výbere často opakujú rovnaké chyby, ktoré vedú k nepresnému meraniu, častejším poruchám alebo zbytočne vysokým nákladom na údržbu.
Výber správneho tlakového snímača nie je len otázkou meracieho rozsahu. Dôležitú úlohu zohráva aj typ meraného tlaku, vlastnosti média, prevádzkové podmienky, požadovaná presnosť či spôsob komunikácie s riadiacim systémom.
V tomto článku sa pozrieme na najdôležitejšie parametre, ktoré by ste mali zvážiť ešte pred výberom tlakového snímača.
Aký typ tlaku potrebujete merať?
Úplne prvým krokom je určiť, aký typ tlaku bude snímač merať.
Najčastejšie sa používajú tri základné typy:
Absolútny tlak
Meria tlak vzhľadom na absolútne vákuum.
Používa sa napríklad pri:
- vákuových technológiách,
- meteorológii,
- laboratórnych aplikáciách,
- meraní atmosférického tlaku.
Relatívny tlak
Najčastejšie používaný spôsob merania.
Snímač porovnáva tlak média s okolitým atmosférickým tlakom.
Používa sa prakticky vo väčšine priemyselných aplikácií.
Diferenčný tlak
Meria rozdiel tlakov medzi dvoma bodmi.
Typické využitie:
- filtre,
- ventilácia,
- HVAC,
- meranie prietoku pomocou clony alebo Venturiho trubice.
? Viac sa tejto problematike venujeme v článku Absolútny vs. relatívny tlak: aký je rozdiel a kedy ktorý použiť.
Správny merací rozsah je základ
Jednou z najčastejších chýb je výber príliš veľkého alebo naopak príliš malého rozsahu.
Ak je rozsah zbytočne vysoký:
- znižuje sa presnosť merania,
- horšie sa zachytávajú malé zmeny tlaku.
Ak je rozsah príliš nízky:
- hrozí preťaženie membrány,
- skracuje sa životnosť snímača,
- zvyšuje sa riziko poškodenia.
Odporúča sa, aby bežná prevádzka prebiehala približne medzi 30 až 70 % meracieho rozsahu.
Ako zvoliť správny merací rozsah podľa aplikácie?
Správny merací rozsah tlakového snímača by mal vychádzať nielen z bežného pracovného tlaku, ale aj z maximálneho tlaku, možných tlakových špičiek a dynamiky celého procesu.
Nie je preto správne automaticky zvoliť snímač s rozsahom presne zodpovedajúcim maximálnemu očakávanému pracovnému tlaku. V reálnej prevádzke môžu krátkodobo vzniknúť výrazne vyššie tlaky, napríklad pri zatváraní ventilov, spínaní čerpadiel alebo pri vodnom ráze.
Na druhej strane ani zbytočne veľký merací rozsah nie je ideálny. Ak napríklad potrebujeme presne sledovať tlak okolo 2 bar, použitie snímača s rozsahom 0–100 bar môže výrazne zhoršiť využiteľné rozlíšenie a presnosť merania v oblasti, ktorá nás skutočne zaujíma.
Orientačné príklady podľa aplikácie
| Aplikácia | Typické požiadavky | Na čo si dať pozor |
|---|---|---|
| Vodárenské systémy | nízke až stredné tlaky | vodný ráz, tlakové špičky |
| Stlačený vzduch | stabilný prevádzkový tlak | tlakové špičky, vibrácie |
| Hydraulické systémy | vysoké tlaky | dynamické zmeny a krátkodobé preťaženie |
| Vákuové systémy | tlak pod atmosférickým tlakom | správny typ referenčného tlaku |
| Parné systémy | tlak a vysoká teplota | ochrana snímača pred vysokou teplotou |
| Chemické procesy | veľmi individuálne | materiálová kompatibilita a tlakové špičky |
Konkrétny rozsah preto nemožno určiť iba podľa typu aplikácie. Vždy je potrebné poznať normálny pracovný tlak, minimálny a maximálny tlak a možné krátkodobé tlakové špičky.
Pozor na maximálny tlak a tlakové špičky
V technickom liste snímača je dôležité rozlišovať medzi meracím rozsahom a údajmi, ako sú prípustné preťaženie alebo deštrukčný tlak.
To, že snímač krátkodobo vydrží tlak výrazne vyšší ako jeho merací rozsah, neznamená, že je určený na dlhodobú prevádzku pri tomto tlaku.
Opakované tlakové rázy môžu navyše postupne poškodzovať meraciu membránu a ovplyvniť presnosť alebo životnosť snímača.
Zapamätajte si: Pri výbere rozsahu sa nepozerajte iba na bežný pracovný tlak. Overte aj maximálny tlak, možné tlakové špičky a prípustné preťaženie konkrétneho snímača.
Aké médium budete merať?
Nie každý tlakový snímač je vhodný pre každé médium.
Rozhodujú najmä:
- voda,
- olej,
- para,
- stlačený vzduch,
- agresívne chemikálie,
- potravinárske kvapaliny,
- plyny.
Pri agresívnych médiách je potrebné správne zvoliť materiál membrány.
Najčastejšie sa používa:
- nerez 316L,
- Hastelloy,
- keramická membrána,
- špeciálne ochranné povlaky.
Aký materiál membrány zvoliť?
Materiál membrány patrí medzi najdôležitejšie parametre tlakového snímača, pretože ide o časť zariadenia, ktorá prichádza do priameho kontaktu s meraným médiom.
Nevhodne zvolený materiál môže viesť ku korózii, poškodeniu membrány, postupnému driftu merania alebo až k úplnému zlyhaniu snímača. Pri výbere preto nestačí poznať iba tlak a teplotu. Potrebné je posúdiť aj chemické vlastnosti média, jeho koncentráciu, teplotu a prípadnú abrazivitu.
Nerezová oceľ 316L
Nerezová oceľ 316L patrí medzi najčastejšie používané materiály zmáčaných častí priemyselných tlakových snímačov.
Je vhodná pre množstvo bežných aplikácií, napríklad:
- vodu,
- oleje,
- hydraulické kvapaliny,
- stlačený vzduch,
- mnohé priemyselné plyny a kvapaliny.
Jej výhodou je dobrá mechanická odolnosť, široké možnosti použitia a veľmi dobrý pomer medzi cenou a odolnosťou.
Pri agresívnych chemikáliách však samotné označenie „nerez“ automaticky neznamená, že je snímač pre dané médium vhodný.
Keramická membrána
Keramické meracie bunky sa používajú najmä tam, kde je požadovaná vysoká odolnosť proti mechanickému namáhaniu alebo kde vlastnosti média predstavujú problém pre kovové membrány.
Medzi ich výhody môže patriť:
- vysoká odolnosť proti preťaženiu,
- dobrá dlhodobá stabilita,
- odolnosť voči mnohým chemickým médiám,
- vhodnosť pre vybrané abrazívne aplikácie.
Konkrétnu chemickú kompatibilitu však treba vždy overiť podľa materiálu použitej keramiky, tesnení a konštrukcie konkrétneho snímača.
Hastelloy a špeciálne materiály
V chemickom, petrochemickom a ďalšom náročnom priemysle sa používajú aj špeciálne zliatiny, napríklad Hastelloy.
Ich výhodou je vysoká odolnosť voči vybraným agresívnym chemikáliám, pri ktorých by bežná nerezová oceľ nemusela zabezpečiť dostatočnú životnosť.
Takéto riešenia sú drahšie, ale pri správnej aplikácii môže vyššia obstarávacia cena predstavovať výrazne menší náklad než pravidelná výmena poškodených snímačov alebo odstávka technológie.
Porovnanie materiálov
| Materiál | Hlavné výhody | Typické použitie |
|---|---|---|
| Nerez 316L | univerzálnosť, mechanická odolnosť, dostupnosť | voda, oleje, hydraulika, vzduch |
| Keramika | odolnosť proti preťaženiu, dobrá stabilita | voda, odpadové vody, vybrané agresívne a abrazívne médiá |
| Hastelloy | vysoká chemická odolnosť | chemický a petrochemický priemysel |
| Špeciálne povlaky a materiály | riešenie pre špecifické médiá | náročné procesné aplikácie |
Nezabúdajte na tesnenia a ostatné zmáčané časti
Častou chybou je kontrolovať iba materiál membrány.
S médiom však môžu prichádzať do kontaktu aj:
- procesné pripojenie,
- tesnenia,
- O-krúžky,
- oddeľovacie membrány,
- ďalšie vnútorné časti snímača.
Snímač teda môže mať napríklad chemicky odolnú membránu, ale nevhodné tesnenie. Výsledkom môže byť netesnosť alebo predčasné poškodenie zariadenia.
Zapamätajte si: Materiál tlakového snímača nevyberajte iba podľa názvu média. Chemická odolnosť závisí aj od jeho koncentrácie, teploty a ďalších prevádzkových podmienok. Pri agresívnych médiách vždy overte kompatibilitu všetkých zmáčaných častí, nielen samotnej membrány.
Prevádzková teplota
Veľmi často sa podceňuje práve teplota média.
Niektoré snímače sú určené len pre teploty okolo 80 °C, iné zvládajú viac než 200 °C pri použití chladiacich prvkov alebo impulzných vedení.
Pri vysokých teplotách môže dochádzať k:
- driftu merania,
- skráteniu životnosti elektroniky,
- poškodeniu tesnení.
Presnosť nie je všetko
Mnohí zákazníci automaticky požadujú čo najvyššiu presnosť.
V praxi však často postačuje:
- ±0,5 %,
- ±0,25 %,
- prípadne ±0,1 %.
Vyššia presnosť znamená spravidla aj vyššiu cenu.
Dôležitejšia než samotná presnosť býva dlhodobá stabilita merania.
? Viac sa tejto téme venujeme v článku Čo ovplyvňuje presnosť merania v praxi.
Presnosť tlakového snímača nie je len jedno číslo
Pri porovnávaní tlakových snímačov sa často pozeráme na jediný údaj – napríklad presnosť ±0,5 %, ±0,25 % alebo ±0,1 % meracieho rozsahu. Takéto porovnanie však môže byť zavádzajúce.
Výslednú kvalitu merania ovplyvňuje viacero parametrov. Dva snímače s podobne deklarovanou presnosťou sa preto môžu v reálnej prevádzke správať rozdielne.
Pri technických parametroch sa oplatí sledovať najmä linearitu, hysteréziu, opakovateľnosť, teplotný vplyv a dlhodobú stabilitu.
Linearita
Ideálna závislosť medzi tlakom a výstupným signálom snímača by mala byť lineárna. V skutočnosti sa však meracia charakteristika môže od ideálnej priamky mierne odchyľovať.
Linearita vyjadruje veľkosť tejto odchýlky.
Čím je chyba linearity menšia, tým presnejšie snímač reprodukuje zmenu tlaku v rámci svojho meracieho rozsahu.
Hysterézia
Hysterézia znamená, že snímač môže pri rovnakom tlaku ukázať mierne odlišnú hodnotu podľa toho, či sme sa k danému tlaku dostali pri jeho zvyšovaní alebo znižovaní.
Napríklad pri tlaku 5 bar nemusí byť výsledok úplne rovnaký, ak tlak predtým stúpal z 0 na 5 bar alebo klesal z 10 na 5 bar.
Pri procesoch s častými zmenami tlaku môže byť preto hysterézia dôležitým parametrom.
Opakovateľnosť
Opakovateľnosť vyjadruje schopnosť snímača poskytovať rovnaký výsledok pri opakovanom meraní rovnakého tlaku za rovnakých podmienok.
Ak snímač opakovane vystavíme rovnakému tlaku, kvalitný snímač by mal poskytovať veľmi podobné hodnoty.
Dobrá opakovateľnosť je dôležitá najmä v procesoch, kde sa opakovane vykonávajú rovnaké výrobné alebo technologické cykly.
Teplotný vplyv
Presnosť tlakového snímača sa môže meniť aj s teplotou.
Výrobca preto môže okrem základnej presnosti uvádzať napríklad:
- teplotný koeficient,
- kompenzovaný teplotný rozsah,
- dodatočnú chybu spôsobenú zmenou teploty.
Snímač, ktorý dosahuje výbornú presnosť pri laboratórnej teplote, preto nemusí poskytovať rovnaký výsledok pri výrazne vyššej alebo nižšej prevádzkovej teplote.
Pri aplikáciách s veľkými teplotnými výkyvmi je tento parameter mimoriadne dôležitý.
Dlhodobá stabilita
Tlakový snímač môže pri uvedení do prevádzky merať veľmi presne, jeho charakteristika sa však môže počas rokov postupne meniť.
Tento jav označujeme ako drift.
Dlhodobá stabilita preto vyjadruje schopnosť snímača zachovať svoje metrologické vlastnosti počas dlhšieho obdobia.
Pri zariadeniach, ktoré majú zostať v prevádzke mnoho rokov, môže byť dobrá dlhodobá stabilita dokonca dôležitejšia než veľmi malý rozdiel v počiatočnej presnosti dvoch snímačov.
Čo teda porovnávať v datasheete?
Pri výbere tlakového snímača neporovnávajte iba číslo uvedené pri položke „Accuracy“.
Pozornosť venujte aj:
- linearite,
- hysterézii,
- opakovateľnosti,
- teplotnej chybe,
- dlhodobej stabilite,
- podmienkam, pri ktorých výrobca deklarovanú presnosť garantuje.
Dôležité je tiež zistiť, čo presne výrobca do údaja o presnosti započítava. Spôsob uvádzania presnosti sa totiž môže medzi výrobcami a jednotlivými produktovými radmi líšiť.
Zapamätajte si: Snímač s deklarovanou presnosťou ±0,1 % nemusí byť automaticky lepšou voľbou než snímač s hodnotou ±0,25 %. Rozhoduje, ako je presnosť definovaná, pri akých podmienkach platí a ako sa zariadenie správa pri zmene teploty a počas dlhodobej prevádzky.
Aký výstup potrebujete?
Moderné tlakové snímače ponúkajú viacero spôsobov komunikácie.
Najčastejšie:
- 4–20 mA,
- HART,
- Modbus RTU,
- IO-Link,
- PROFIBUS,
- PROFINET.
V priemysle zostáva najrozšírenejším štandardom stále prúdová slučka 4–20 mA, ktorá je odolná voči rušeniu a umožňuje spoľahlivý prenos signálu aj na väčšie vzdialenosti.
? Súvisiaci článok: Ako funguje prúdová slučka 4–20 mA a prečo sa stále používa.
IP krytie a prostredie
Pri výbere je potrebné zohľadniť aj podmienky prostredia.
V exteriéri alebo vo vlhkých prevádzkach býva štandardom minimálne:
- IP65,
- IP67,
- IP68.
Ak sa zariadenie používa vo výbušnom prostredí, nestačí iba vysoké IP krytie.
V takom prípade je potrebná aj certifikácia ATEX alebo IECEx.
? Viac sa dozviete v článkoch:
- Čo znamená krytie IP65, IP67 a IP68 pri priemyselných zariadeniach
- ATEX prostredie: čo musíte vedieť pri výbere meracej techniky
Myslite aj na montáž
Aj kvalitný snímač môže merať nepresne, ak je nesprávne namontovaný.
Pozornosť venujte najmä:
- orientácii snímača,
- vibráciám,
- tlakovým rázom,
- dĺžke impulzných vedení,
- servisnému prístupu.
Správna montáž výrazne predlžuje životnosť zariadenia.
Najčastejšie chyby pri výbere
V praxi sa pravidelne stretávame s týmito chybami:
- výber iba podľa ceny,
- nesprávny merací rozsah,
- nevhodný materiál membrány,
- ignorovanie prevádzkovej teploty,
- podcenenie tlakových rázov,
- nesprávne IP krytie,
- zabudnutie na požiadavky ATEX,
- nevhodný výstupný signál.
Nezabudnite ani na kalibráciu
Ani správne vybraný tlakový snímač nebude dlhodobo poskytovať spoľahlivé údaje bez pravidelnej kontroly.
Interval kalibrácie závisí od:
- typu aplikácie,
- prevádzkových podmienok,
- požiadaviek systému kvality,
- odporúčaní výrobcu.
? Viac sa tejto téme venujeme v článku Ako často treba kalibrovať snímače?
Záver
Správny výber tlakového snímača ovplyvňuje presnosť merania, spoľahlivosť technológie aj celkové prevádzkové náklady. Pri rozhodovaní nestačí zohľadniť iba merací rozsah. Rovnako dôležité sú vlastnosti média, prevádzková teplota, požadovaná presnosť, spôsob komunikácie, krytie aj podmienky montáže.
Spoločnosť REFLOW SK dodáva tlakové snímače pre široké spektrum priemyselných aplikácií a pomáha zákazníkom s výberom optimálneho riešenia podľa konkrétnych prevádzkových podmienok.