Przetwornik różnicy ciśnień –  zasada działania

Przetwornik różnicy ciśnień to urządzenie służące do mierzenia różnicy w ciśnieniu między dwoma punktami w systemie, na przykład między wnętrzem rury a otoczeniem. W jego sercu znajduje się czujnik, który reaguje na różnicę ciśnień, przekształcając ją w sygnał elektryczny. Ten sygnał jest proporcjonalny do zmierzonej różnicy ciśnień. W zależności od typu przetwornika ciśnienia czujnik może wykorzystywać różne metody pomiaru ciśnienia, takie jak zmiana pojemności w przypadku przetworników pojemnościowych, deformacja materiału w przetwornikach tensometrycznych, czy wytwarzanie napięcia w przetwornikach piezoelektrycznych. Sygnał wyjściowy jest następnie przesyłany do systemu sterowania lub wyświetlacza, gdzie jest interpretowany, umożliwiając monitorowanie i kontrolowanie pomiaru ciśnienia w danym systemie.

Rodzaje przetworników różnicy ciśnień

Przetworniki różnicy ciśnień występują w dwóch podstawowych typach, różniących się zasadą działania i zastosowaniami:

• Przetworniki pojemnościowe: Ten rodzaj przetworników składa się z dwóch kondensatorów, z których każdy ma płytkę ruchomą, reagującą na ciśnienie. Zmiana ciśnienia powoduje zmianę pojemności jednego lub obu kondensatorów, która jest następnie przekształcana na sygnał elektryczny. Ten rodzaj przetworników jest ceniony ze względu na swoją wysoką dokładność, czułość i stabilność. Ze względu na te właściwości, znajdują zastosowanie w precyzyjnych środowiskach, takich jak laboratoria, przemysł półprzewodników czy kontrola procesów technologicznych. Jednakże ich dokładność pomiaru mogą obniżać zmiany temperatury i wilgotności, dlatego powinno to zostać uwzględnione w procesie kalibracji i użytkowania.
• Przetworniki piezorezystancyjne: Większość różnicowych przetworników ciśnienia opiera się na efekcie piezorezystancyjnym. Polega on na zmianie  oporu elektrycznego materiału spowodowanego napięciem lub ciśnieniem. W tym rodzaju przetworników wykorzystywane są materiały (przeważnie sensory krzemowe), które generują napięcie elektryczne pod wpływem nacisku. Idealne do szybkich i dynamicznych pomiarów, na przykład w monitorowaniu drgań. Wszystkie piezorezystancyjne czujniki do pomiaru różnicy ciśnień są praktycznie wolne od dryftu. Przykładem takich urządzeń z naszej oferty są: wielozakresowy przetwornik różnicy ciśnień dla gazów obojętnych, SIRAS P21 DP z dopuszczeniem SIL/PL, MIDAS DP10 dla gazów i cieczy o niskiej agresywności.

Dobór odpowiedniego typu przetwornika zależy od wymagań aplikacji, w tym dokładności, zakresu pomiarowego i odporności na środowisko.

Przetwornik ciśnienia różnicowego – zastosowania

Przetworniki różnicy ciśnień mają kluczowe znaczenie w różnych branżach przemysłowych, odgrywając istotną rolę w precyzyjnym monitorowaniu i kontroli procesów:

Przemysł naftowy i gazowy

• Monitorowanie rurociągów: Jednym ze powszechnych zastosowań pomiaru różnicy ciśnień jest określenie natężenia przepływu w rurociągach za pomocą kryzy. Zwężka ta zmniejsza przekrój rury, zwiększając prędkość przepływu i powodując zmianę ciśnienia statycznego. Ciśnienie mierzone jest przed i za kryzą, a zmierzona różnica ciśnień służy do wyznaczenia natężenia przepływu. Taki monitoring ciśnienia w rurociągach, umożliwia wykrywanie wycieków i optymalizację przepływu surowców.
• Procesy wydobycia: Pomagają utrzymać stabilne warunki wydobycia, minimalizując ryzyko niebezpiecznych sytuacji, jak wybuchy gazów.

Przemysł chemiczny

• Monitorowanie reaktorów: Kluczowe dla monitorowania ciśnienia w reaktorach chemicznych, zwiększając bezpieczeństwo i efektywność procesów.
• Systemy przepływu: Ułatwiają regulację przepływu chemikaliów, zapewniając ciągłość i bezpieczeństwo procesów produkcyjnych.

Przemysł farmaceutyczny

• Kontrola procesów: Niezbędne do monitorowania warunków w procesach produkcyjnych, szczególnie w produkcji leków i szczepionek.
• Systemy czyste: Służą do utrzymania odpowiednich warunków środowiskowych w sterylnych środowiskach, jak sale operacyjne czy laboratoria.
• Pomiar przepływu i monitorowanie Filtrów: Wykorzystywane do dokładnego pomiaru przepływu substancji oraz monitorowania stanu filtrów.

Inżynieria i automatyka

• Systemy HVAC: Używane w zarządzaniu klimatyzacją i wentylacją, kontrolują przepływ powietrza w budynkach, utrzymując optymalne warunki. Np. w układach wentylacyjnych pomiar różnicy ciśnień służy do oceny czystości filtrów. Poprzez mierzenie ciśnienia po obu stronach filtra, można określić jego stan. Gdy filtr jest zanieczyszczony, opór wobec przepływającego powietrza lub innego medium wzrasta, co skutkuje większą różnicą ciśnień. To zwiększenie oporu jest bezpośrednim wskaźnikiem stopnia zanieczyszczenia filtra, co pozwala na ocenę konieczności jego wymiany lub czyszczenia
• Automatyzacja Procesów Produkcyjnych: Służą do monitorowania i regulacji ciśnienia w urządzeniach, co zwiększa wydajność i bezpieczeństwo produkcji.
• Inżynieria Wodno-Ściekowa: Odpowiadają za monitorowanie i kontrolę systemów wodnych, od zarządzania poziomem wody po wykrywanie wycieków.

Przemysł kolejowy

• W transporcie kolejowym przetworniki te są wykorzystywane do monitorowania ciśnienia w systemach hamulcowych, zapewniając bezpieczeństwo i niezawodność. Precyzyjne pomiary ciśnienia są kluczowe dla prawidłowego działania hamulców i innych krytycznych systemów kolejowych

W każdym z tych zastosowań, przetworniki różnicy ciśnień zapewniają dokładne informacje niezbędne do efektywnego zarządzania procesami, zwiększając bezpieczeństwo, efektywność energetyczną i ogólną wydajność operacyjną.

Pomiar poziomu w zbiornikach zamkniętych za pomocą różnicowych przetworników ciśnienia

Przetworniki różnicy ciśnień wykorzystywane są również jako sondy hydrostatyczne do pomiaru poziomu w zamkniętych zbiornikach. Ta technika pomiaru jest kluczowa w wielu branżach, od przemysłu chemicznego po przetwórstwo spożywcze. Działają one poprzez pomiar różnicy ciśnienia między dwoma punktami zbiornika - na jego dole i górze. Ta różnica ciśnienia jest bezpośrednio związana z wysokością kolumny cieczy, co pozwala precyzyjnie określić jej poziom. Metoda ta jest szczególnie przydatna w warunkach, gdzie bezpośredni kontakt z medium jest niepożądany lub niemożliwy, na przykład w przypadku substancji toksycznych, żrących czy o wysokim ciśnieniu. Ta technika jest wysoce efektywna nawet w trudnych warunkach, takich jak wzburzenie płynu, obecność piany, ekstremalne temperatury czy zmienne ciśnienie w zbiorniku. Wykorzystanie przetworników ciśnienia różnicowego do tego celu zapewnia nie tylko dokładność, ale także zwiększa bezpieczeństwo i efektywność operacyjną w zarządzaniu zbiornikami. Ponadto, cechuje je łatwość instalacji i szybkie uruchomienie, co sprawia, że są one niezwykle wygodne w codziennym użytkowaniu.

Przetworniki ciśnienia i różnicy ciśnień do stref zagrożonych wybuchem

Przetworniki ciśnienia różnicowego przeznaczone do użytku w strefach zagrożonych wybuchem, znanych jako strefy Ex, muszą spełniać ścisłe normy bezpieczeństwa i wytrzymałości. Są one zaprojektowane tak, aby mogły bezpiecznie funkcjonować w potencjalnie niebezpiecznych środowiskach, gdzie występują łatwopalne gazy, ciecze lub pyły. Kluczowe aspekty tych urządzeń obejmują:

1. Certyfikacja: Przetworniki ciśnienia różnicowego do stref Ex muszą być zgodne z międzynarodowymi i lokalnymi standardami dotyczącymi sprzętu Ex, takimi jak ATEX w Europie, IECEx na poziomie międzynarodowym oraz inne krajowe normy.
2. Obudowa przeciwwybuchowa: Wyposażone są w specjalnie zaprojektowane obudowy przeciwwybuchowe, które zapobiegają przenikaniu iskier lub nadmiernego ciepła do otoczenia, co mogłoby wywołać eksplozję.
3. Odporność na warunki otoczenia: Przetworniki te są zazwyczaj wytrzymałe na ekstremalne warunki otoczenia, w tym na wysokie i niskie temperatury, wilgoć, wibracje i inne trudne warunki przemysłowe.
4. Zakres temperatury: Muszą być zdolne do pracy w szerokim zakresie temperatur, zarówno otoczenia, jak i medium, z którym mają kontakt. Ich projektowanie uwzględnia maksymalne i minimalne temperatury pracy.
5. Materiały i konstrukcja: Wykonane z materiałów odpornych na korozję, takich jak wysokiej jakości stal nierdzewna, aby zapewnić długotrwałą i niezawodną pracę w trudnych warunkach przemysłowych.
6. Funkcjonalność i programowalność: Często są wyposażone w zaawansowane funkcje, takie jak zintegrowane wyświetlacze LCD do prezentacji danych pomiarowych, możliwości programowania i adaptacji do specyficznych wymagań aplikacji.

Warto pamiętać, że dokładne wymagania mogą się różnić w zależności od specyfikacji danego modelu i warunków pracy, w których będzie on używany.

Przykładem przetwornika do pomiaru różnicy ciśnień spełniającego powyższe wymagania jest dTRANS p20 DELTA Ex d.

Dopuszczalna temperatura otoczenia dla przetworników różnicy ciśnień JUMO dTRANS p20 waha się w zależności od wersji:

• II 1/2G Ex d: od -40 do +60°C
• II 1/2D Ex d: od -40 do +70°C
• II 1/2G Ex d: od -40 do +85°C.

Dodatkowo, maksymalna dopuszczalna temperatura medium, z którą przetwornik może pracować, również różni się w zależności od klasy temperaturowej:

• Dla klasy T6: +70°C
• Dla klasy T5: +85°C
• Dla klasy T4: +110°C
• Dla klasy T105°C: +100°C.

O autorze

Nazywam się Ewelina Szmit i od kilku lat działam w dziedzinie content marketingu, łącząc moje umiejętności zawodowe z pasją do pisania. Wierzę, że nawet najbardziej techniczne tematy mogą być przedstawione w sposób ciekawy i dostępny dla każdego. Poza pracą, moją kreatywność rozwijam tworząc kolaże z gazet. Czas wolny najchętniej spędzam aktywnie, spacerując z psem lub biegając.