MERENJE PRITISKA

1. MERENJE PRITISKA principi i oprema

2. Uvod • Jedna od najčešće merenih veličina u industriji i tehnici uopšte • Razlikuju se tri kategorije merenja pritiska: • merenje apsolutnog pritiska kao razlike pritiska u određenoj tački fluida i pritiska apsolutne nule, koji ima vakuum • merenje atmosferskog (barometarskog) pritiska • merenje diferencijalnog pritiska kao razlike pritisaka u različitim tačkama fluida

3. p (Pa) standardni atmosferski pritisak 4 3 lokalni atmosferski pritisak 2 pa stand pa lok 100 1 Merni opseg Pritisak se meri u opsegu od 0 do 1010 Pa. S obzirom na usvojene kategorije pritiska u tehničkoj praksi, pritisak se najčešće meri u četiri oblasti: 1 - oblast niskog apsolutnog pritiska odnosno tehničkog vakuuma (10-10 - 100 Pa) 2 - oblast barometarskog pritiska 3 - oblast malih diferencijalnih pritisaka u odnosu na atmosferski, potpritiska p-pa0 i natpritiska p-pa0 u opsegu 0-2500 Pa 4 - oblast visokog relativnog pritiska (natpritiska) (0-1010 Pa).

4. Princip rada merača pritiska Struktura merača pretvarač pomaka (sile) u struju (napon) pritisak normalizator električnog signala standardni pomeranje U ili I deformacioni element signal ili sila izvor napajanja

5. Deformacioni (elastični) element Najčešće su u upotrebi sledeći deformacioni elementi: • membrane • cevi • mehovi

6. Pretvarač deformacije u električni izlaz Prema načinu pretvaranja deformacije (sile) u električni izlaz razlikuju se: • elektromagnetni (indukcioni) • pijezoelektrični • kapacitivni i • pijezorezistivni merači pritiska

7. Elektromagnetni (indukcioni) merači pritiska Detekcija deformacije primarnog elementa kod ovih merača vrši se pomoću elektromagnetnih senzora pomeraja. Najčešće se primenjuju sledeće varijante: indukcioni diferencijalni indukcioni LVDT merač pritiska

8. Elektromagnetni (indukcioni) merači pritiska Dobre osobine ovih merača su: • kontinualnomerenje • mogućnost statičkih i dinamičkih merenja • visok odnos signal/šum • visoka vrednost izlaza • Merni opseg je od 1000 Pa do 108 Pa, tipična tačnost 5%, histerezis 0,2%, dozvoljeno preopterećenje i do šest puta veće od maksimalne vrednosti.

9. Elektromagnetni (indukcioni) merači pritiska Loše osobine ovih merača su: • isključivo naizmenično napajanje sa frekvencijom 0,05 - 30 kHz • velike dimenzije • mali frekventni opseg (50 - 1000 Hz) • pojava greške zbog trenja između jezgra i vođica.

10. Pijezoelektrični merači pritiska Princip rada zasnovan je na pijezoelektričnom efektu. Postoje dva tipa senzora. Kod prvog tipa sila preko deformacionog elementa deluje na pijezoelektrik, na kome se javlja električni napon. standardna izvedba pijezoelektričnog merača pritiska

11. Pijezoelektrični merači pritiska Kod drugog tipa pijezoelektrik se pravi u formi mehaničkog oscilatora, čija se rezonantna frekvencija menja u skladu sa merenom silom, odnosno pritiskom. pijezoelektrik kao rezonator odziv gredice na pobudu

12. Pijezoelektrični merači pritiska Dobre osobine ovih merača su: • male dimenzije • kompaktnost Loše osobine su: • visoka temperaturna osetljivost • uticaj dužine kablova na izlaz • osetljivost na poprečne oscilacije

13. Kapacitivni merači pritiska Kao deformacioni element koristi se metalna ili silikonska membrana koja ima ulogu jedne od elektroda kondenzatora. membrana metalni sloj (stacionarna elektroda) Drugu elektrodu, koja je stacionarna, najčešće čini metalni sloj koji se nanosi na keramičku ili staklenu podlogu. keramička ili staklena podloga otvor pritisak Pod dejstvom pritiska dolazi do ugibanja membrane, čime se menja zapremina dielektričkog prostora između elektroda a time i kapacitivnost kondenzatora

14. Kapacitivni merači pritiska pritisak 2 Za slučaj merača diferencijalnog pritiska, membrana se nalazi između dve stacionarne elektrode i predstavlja zajedničku elektrodu dva ovako formirana kondenzatora. Pod dejstvom pritisaka sa obe strane membrane ona se ugiba izazivajući smanjenje kapacitivnosti jednog, a povećanje kapacitivnosti drugog kondenzatora. pritisak 1 merač diferencijalnog pritiska

15. provodnici pločekondenzatora membrana izolacija silikonskoulje izolacionamembrana zavareni spojevi Kapacitivni merači pritiska Postoje najrazličitije varijante kapacitivnih merača pritiska. Na slici je prikazana varijanta kapacitivnog merača diferencijalnog pritiska za korozivne sredine.

16. Kapacitivni merači pritiska Dobre osobine ovih merača su: • jednostavnost izrade • pristupačna cena • male dimenzije • kontinualnomerenje • mogućnost merenja statičkih i dinamičkih promena

17. Kapacitivni merači pritiska Loše osobine su: • kapacitet i kretanje spojnih vodova utiču na izobličenje izlaznog signala • temperaturna osetljivost • spojni kablovi moraju biti oklopljeni

18. Pijezorezistivni merači pritiska Najčešće su upotrebi danas. Princip rada zasnovan je na pijezorezistivnom efektu. Pijezorezistivni materijali se pričvršćuju na membranu koja se pod delovanjem sile (pritiska) deformiše i na taj način se menja električna otpornost materijala pričvršćenog na membranu. Osetljivost ovakvog uređaja usko je povezana za veličinu nazvanu deformacioni faktor (strain gage factor) koja karakteriše primenjeni pijezorezistivni materijal. Deformacioni faktor=

19. Pijezorezistivni merači pritiska Za izradu ovih merača najčešće se koristi silikon, jer ima veoma velik deformacioni faktor - od 10 (polikristal) do 150(monokristal), u odnosu na druge pijezorezistivne materijale (platina – 6, konstantan – 2.5, nikl-hrom – 2, živa – 2). Pijezorezistivni materijal se pričvršćuje na membranu: vezivnim sredstvom difuzijom

20. otvor za ulaz fluida pod pritiskom elastična membrana silikonski element provodnik senzorski čip stakleni nosač čipa vezivni materijal kućište merača Pijezorezistivni merači pritiska

21. Pijezorezistivni merači pritiska Dobre osobine ovih merača su: • veoma malih dimenzija • mogu se prilagoditi najrazličitijim uslovima montaže • najčešći u praktičnoj primeni (prema podacima iz literature obuhvataju oko 80 % tržišta). • niska cena • veoma visoka tačnost (greška najčešće manja od 0.1 %). Loše osobine su: • osetljivost na temperaturne promene (neophodna termička kompenzacija)

22. Praktična izvedba merača pritiska Komercijalni merači pritiskamogu sesvrstati u tri kategorije • merači pritiska za opštu primenu u industriji • merači pritiska za otežane radne uslove • merači pritiska za opasne (eksplozivne) sredine

23. Praktična izvedba merača pritiska Najčešće konstrukcione varijante merača pritiska standardna kertridž izvedba blok izvedba kompaktna kertridž izvedba kutijasta (box) izvedba

24. Preporuke za izbor merača pritiska Pri izboru merača pritiska treba voditi računa o • području primene i konstrukcionoj varijanti merača • mernom opsegu i tipu izlaznog signala • karakteristikama merača i dodatnoj opremi

25. Preporuke za izbor merača pritiska Područje primene i konstrukciona varijanta merača Ova stavka podrazumeva: • definisanje tipa okruženja u kome će se vršiti merenje (normalno, agresivno, eksplozivno...) • definisanje kategorije merenja pritiska (apsolutni, vakuumski, natpritisak, diferencijalni) • selekciju konstrukcione varijante merača (kertridž, kompaktni kertridž, blok, kutijasti...)

26. Preporuke za izbor merača pritiska Merni opseg i tip izlaznog signala Ova stavka podrazumeva: • karakteristike merene veličine (radni merni opseg, minimalnu i maksimalnu moguću vrednost, mogućnost preopterećenja, uticaj promene temperature...) • željeni tip izlaznog signala (proporcionalni, strujni, naponski, digitalni...)

27. Preporuke za izbor merača pritiska Karakteristike merača i dodatna oprema Ova stavka podrazumeva: • tehnologiju uređaja • tip displeja • mogućnost kalibracije • relejne i alarmne izlaze • temperaturnu kompenzaciju • ostale korisničke zahteve

28. Pravci daljeg razvoja merača pritiska • daljnje poboljšavanje elektronskih sklopova i softvera • integracija više senzora u isto kućište – takozvani inteligentni senzori • poboljšavanje komunikacionih parametara, odnosno prilagođavanje savremenim komunikacijskim protokolima