Aktuální vydání

celé číslo

03

2020

Veletrh Amper

Fórum automatizace a digitalizace

celé číslo

Pneumatická kalibrace přístrojů pro měření tlaku

číslo 1/2004

Pneumatická kalibrace přístrojů pro měření tlaku

Úvod

Pneumatickou kalibrací se myslí postup, kdy se referenční tlak vnáší do kalibrovaného přístroje vzduchem nebo jiným vhodným plynem. Díky tomu nezůstávají ve zkoušeném přístroji zbytky kapaliny z kalibračního zařízení. Se zaváděním přísnějších pravidel dodržování čistoty při technologických procesech je tento požadavek je čím dál častější. Množí se totiž případy, kdy je vyloučeno, aby se na technologické zařízení namontoval přístroj, který po kalibraci obsahuje zbytky oleje z kalibračního zařízení. Opatrnost je namístě i v opačném smyslu: kalibrátor je třeba chránit před nečistotami, jež by se do něj mohly vypláchnout ze zkoušeného přístroje. Kromě toho se ovšem vyskytuje mnoho měřicích a regulačních přístrojů, které pro práci s kapalným médiem vůbec nejsou konstruovány.

Obr. 1.

Zdroje tlaku

Zdrojem tlaku při pneumatické kalibraci obvykle bývá kompresor vybavený zásobníkem vzduchu, odlučovačem oleje, pokud možno též vysoušečem vzduchu a zejména kvalitním redukčním ventilem, případně dvojicí sériově řazených redukčních ventilů (pro hrubé a jemné nastavení). Alternativou je láhev se stlačeným plynem. Nejvhodnějším plynem je dusík, který má lepší termodynamické vlastnosti než vzduch. Běžný vzduch totiž obsahuje vodní páry, které při změnách tlaku zpětně ovlivňují teplotu. Následkem toho v praxi je sice pomalé, ale výrazné zakolísání tlaku po každé změně stavu, a tudíž dlouhá doba nutná pro ustálení tlaku.

Pokud není k dispozici vnější zdroj tlaku (kompresor nebo láhev se stlačeným plynem), přicházejí ke slovu ruční pumpičky, které se používají vesměs pro tlaky do 2 MPa a zpravidla jsou doplněny objemovým regulátorem tlaku. K zástavbě do přístrojů se používají především pístové hustilky. Jinou variantou je klešťová pumpa (obr. 1), která slouží nejen jako zdroj tlaku, ale také obsahuje objemový regulátor a vypouštěcí ventil. Klešťové pumpy na vzduch jsou obvykle určeny pro tlaky do 2,5 MPa, kapalinové (na olej, vodu, líh) mívají rozsah tlaku do 25 MPa, výjimečně až do 100 MPa.

Je-li požadována pneumatická kalibrace v oblasti vyšších tlaků, lze jako zdroje tlaku využít láhve se stlačeným dusíkem. Tato pracovní oblast je shora omezena na přibližně 20 MPa podle obvyklého plnicího tlaku dusíkových lahví.

Zatímco v oblasti tlaku do 20 MPa lze ještě vystačit s tlakem plynu z láhve, při požadavku na ještě vyšší tlaky je třeba přikročit k náročnějšímu řešení, kterým jsou buď zesilovače tlaku, nebo plynové boostery.

Zesilovače tlaku představují z hlediska konstrukce jednodušší z obou variant. Jejich princip je založen na činnosti dvojice spřažených pístů, přičemž každý píst je jiného průměru. Větší píst slouží jako hnací, menší slouží k požadovanému stlačení plynu. Tyto přístroje jsou poháněny stlačeným plynem z kompresoru nebo tlakové láhve: zatímco část stlačeného plynu o tlaku 600 až 800 kPa je určená k pohonu jednotky a pak odchází do atmosféry, druhá část vstupuje do stlačovací komory, kde se zesiluje na žádaný tlak. Na výstupu zařízení je pak k dispozici plyn o příslušném tlaku a přiměřeném průtoku.

Obr. 2. Obr. 3. Obr. 4.

U zesilovačů tlaku firmy Haskel se poměr zesílení tlaku pohybuje od 2:1 do 30:1 (teoretická hodnota) a maximální tlak dosahovaný na výstupním hrdle je zhruba 35 MPa.

Složitějším zařízením jsou plynové boostery. Opět se jedná o přístroje založené na principu spřažené dvojice pístů o různém průměru. V případě plynových boosterů používaných při kalibraci je poháněcím médiem jeden plyn (např. vzduch z běžného kompresoru), od něhož je stlačovaný plyn (např. dusík z tlakové láhve) úplně oddělen. Plynové boostery firmy Haskel umožňují stlačit plyn až na 240 MPa.

Ruční regulátory tlaku

Objemový regulátor tlaku (obr. 2) je jednoduché ruční zařízení, které se obvykle skládá z vlnovce, jehož zdvih je ovládán šroubem. Vlnovec umožňuje měnit objem plynu v uzavřeném systému, čímž se dosahuje změny tlaku. Místo vlnovce se někdy používá válec s pístem. Objemový regulátor ovšem lze použít jen tehdy, když je v systému uzavřeno stabilní množství plynu, tj. když je celý systém skutečně těsný.

Obr. 5.

K jemnému nastavení tlaku do 20 MPa lze použít objemový regulátor speciální robustní konstrukce, ve kterém stlačený plyn působí na obě strany pístu (obr. 5, obr. 6). Při dolaďování tlaku se uzavře vyrovnávací ventil, jenž spojuje prostory na obou stranách pístu. Pohybem pístu se vytvoří malý rozdíl mezi oběma tlaky, takže píst není namáhán plným tlakem a lze jím snadno pohybovat. Uvedené zařízení lze také použít k vytvoření rozdílu tlaků potřebného při kalibraci diferenčních snímačů za většího statického tlaku.

Odlišně se pracuje, je-li možné zkušební tlak jemně regulovat pomocí přesného redukčního ventilu (obr. 3). V takovém případě dokáže stálý přítok vzduchu eliminovat případnou netěsnost ve zkušebním systému. Je však třeba prověřit, zda vlivem proudění vzduchu nenastává v propojovacích hadičkách takový spád tlaku, který by způsoboval nepřípustné chyby při kalibraci.

V této souvislosti je vhodné podotknout, že některé etalony splňují současně i funkci regulátorů tlaku; jedná se především o závažové pneumatické etalony s pístem nebo s plovoucí kuličkou, které na náš trh dodává mnoho výrobců. Tyto jsou vesměs určeny pro oblast nižších a středních tlaků. Extrémní pozici mezi nimi zaujímá závažový pístový etalon Ruska 2475 pro tlaky do 103 MPa.

Obr. 6.

Automatické regulátory tlaku

Komfortní a technicky vyspělou alternativou k uvedenému redukčnímu ventilu jsou samočinně řízené regulátory tlaku, které nastavují výstupní tlak na požadovanou úroveň podle předem zadaného programu. Příkladem je přístroj DPR 20 C (obr. 4) ze sortimentu firmy Wallace & Tiernan. Základní funkční jednotkou tohoto přístroje je vestavěný etalon tlaku, který je přes řídicí jednotku funkčně svázán s dvojicí regulačních ventilů. Řídicí jednotka zajišťuje dynamiku regulačního pochodu podle zvolených požadavků. Kvůli urychlení kalibrace je nejčastěji požadována rychlá změna regulovaného tlaku, avšak bez překmitu požadované hodnoty. Protože k regulátoru se při kalibraci připojují měřidla s různými vnitřními objemy a tím se mění i kapacita soustavy, je třeba, aby řídicí jednotka zajišťovala samočinné přizpůsobení regulačních parametrů. Regulátor tlaku DPR 20C slouží zároveň jako etalon tlaku s přesností 0,03 % z měřicího rozsahu a vyrábí se v řadě rozsahů do 2 MPa. K jeho provozu je nutné napájení stlačeným plynem z vnějšího zdroje (kompresor, tlaková láhev). Samozřejmostí je možnost propojení s počítačem pomocí rozhraní IEEE-488, které umožní řídit kalibrační proces z počítače a současně i přenášet naměřená data.

Mezi nejpozoruhodnější inteligentní přístroje určené k regulaci tlaku až do výše 70 MPa patří regulátor tlaku RUSKA 7310, který zároveň slouží jako etalon o přesnosti 0,01%.

Dostupnost

Přístroje a pomůcky zmíněné v tomto článku jsou vesměs v sortimentu firmy BHV senzory. Bližší informace o nich lze získat na www.bhvsenzory.cz, dále www.ruska.com a www.haskel.com

Jan Vaculík,
BHV senzory

BHV senzory
Suchdolská 4
160 00 Praha 6
tel.: 220 920 253
fax: 220 922 036
e-mail: bhvsenzory@bhvsenzory.cz
http://www.bhvsenzory.cz

Inzerce zpět