Senzori seminarski

UNIVERZITET U ISTOČNOM SARAJEVU ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET

SENZORI PRITISKA SEMINARSKI RAD

Odsjek: Automatika i elektronika Predmet: Specijalni senzori i industrijska mjerenja Student: Aleksandra Radovanović, 903

Mentor: Doc. dr Slobodan Lubura

Senzori nivoa

Istočno Sarajevo se!te"#ar $%&$' SADR(AJ) SADRŽAJ:............................... SADRŽAJ:...................................................... .............................................. .............................................. ................................................... ....................................... ...........11 1

UOD...... UOD........... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .............. ................... ...............! .....!

!

MJ"R"#J" MJ"R"#J" PR$%$S&A. PR$%$S&A...... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ............. ................. ..................! .........!

+

,

!.1

'idrostati( 'idrostati(ki ki pritisak... pritisak....... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... .......... ................ ................... .................! ........!

!.!

Speci)i(n Speci)i(naa te*ina... te*ina........ .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... ............ ..............+ .......+

!.+

Mjerne jedinice. jedinice...... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........... ................ ................., .......,

!.,

Sila potiska.. potiska....... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ...........-

MJ"R#$ MJ"R#$ $#S%RUM"# $#S%RUM"#%$... %$........ ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ............. ................. .................. ......... +.1

Manometri. Manometri...... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........... ......

+.!

Dija)ra/me Dija)ra/me00 kapsule i mjeo2i....... mjeo2i............ .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... ........... .........3 ...3

+.+

4urdono2e 4urdono2e cije2i.... cije2i........ ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... ............ ............11 .....11

+.,

Ostali Ostali senzori senzori pritiska..... pritiska.......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .............. ................... ............1! ..1!

+.5

akuumski kuumski instrument instrumenti.... i......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ............. .................. .............1+ ...1+

A#A6$7A A#A6$7A PR$MJ"#". PR$MJ"#"...... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .............. ................... ............1+ ..1+ ,.1

$z8or senzora senzora pritiska.. pritiska....... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........... ..........1+ ....1+

,.!

U/radnja U/radnja senzora. senzora...... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ............. .................. ...............15 .....15

,.+

4a*daren 4a*darenje je 9kali8raci 9kali8racija.. ja....... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........... ............15 ......15

5

7aklju(ak 7aklju(ak..... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ........... ..............1.......1-

-

6iteratura 6iteratura..... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ............. ...................13 ..........13

Aleksandra Radovanović Radovanović

;

Senzori nivoa

& UVOD Pritisak je sila na jedini(nu po2raj za zatje2ani opse/ i preciznost mjerenja pritiska0 ne/o ure>aj mora da 8ude otporan na za/a>enost i interakciju sa te(no<=u koja se mjeri. &ako tenolo/ija napreduje0 no2e i po8olj
$ MJERENJE PRITISKA Jedini(ni pritisak je mjera sile koja djeluje na jedini(nu po2r
k2adratnom metru 9#? m . Pritisak =

sila (1) površina

Primjer 1. %e(nost u posudi ima ukupnu te*inu od 15! k#0 a posuda ima dno po2r
m

2

.

&oliki je pritisak na dno posude Pritisak =

152 8.9

kPa=17.1 kPa

$'& H*+rostat*č,* !r*t*sa, Pritisak na odre>enoj du8ini u te(nosti nazi2a se idrostati(ki pritisak. Pritisak se po2e=a2a sa po2e=a2anjem du8ine te(nosti. O2o po2e=anje nastaje z8o/ te*ine te(nosti iznad mjerne ta(ke. Pritisak p je dat kao: p= γh ( 2 ) 3

3

/dje je γ speci)i(na te*ina 9l8? ft u en/leskim jedinicama ili #? m u S$ jedinicama0 a  je rastojanje od podlo/e u od/o2araju=im jedinicama 9npr. )t0 in0 cm ili m. Primjer !. &olika je du8ina u jezeru0 ako je pritisak ;.1 MPa Aleksandra Radovanović

1

Senzori nivoa

Dubina=0.1 MPa ÷ 9.8

N m

3

=10.2 m

Pritisak na datoj du8ini u te(nosti ne za2isi od o8lika posude i zapremine te(nosti u posudi. O2o je poznato kao 'idrostati(ki paradoks. rijednost pritiska je posljedica du8ine i /ustine. Ukupni pritisak ili sila na zido2e posude za2isi od njeno/ o8lika0 ali na odre>enoj du8ini pritisak je dat sa 9!. Primjer +. &oliki je pritisak na 8azu 2odeno/ tornja (ija je po2r
kN m

3

× 35 m =343 kPa

$'$ S!e-*.*čna te/*na Speci)i(na /ra2itacija 9SB te(nosti ili (2rsto/ tijela je de)inisana kao /ustina materijala podijeljena sa /ustinom 2ode. SB se mo*e tako>e de)inisati kao speci)i(na te*ina materijala podijeljena sa speci)i(nom te*inom 2ode na odre>enoj temperaturi. Speci)i(na te*ina i speci)i(na /ra2itacija za neke uo8i(ajene materijale date su u %a8eli 1. Speci)i(na /ra2itacija /asa je nje/o2a /ustina 9ili speci)i(na te*ina podijeljena sa /ustinom 9 ili speci)i(nom te*inom 2azdua na -; ℉

i jedini(nom atmos)erskom pritisku 91,. psia. U S$ sistemu0 /ustina u /ramima po ku8nom

centimetru ili me/a/ramima po ku8nom metru i SB imaju istu 2rijednost. O8je0 i speci)i(na te*ina i /ustina su temperaturno za2isni parametri0 tako da temperatura mo*e 8iti odre>ena kada se o2i parametri izmjere. SB je 8ezdimenzionalna 2eli(ina0 jer je odnos. Specii!na te"ina Temperatura

3

Specii!na $ravitaci%a

3

lb# ft kN / m

Aceton

-;

℉

,@.,

., ;.@

Alko&ol '(til)

-3

℉

,@.,

., ;.@

*licerin

+!

℉

3.-

1!., 1.!-

+iva

-;

℉

3,-.+

1++

,@; -.@+

elik -oda

+@.! 3

-!.,+

℉ 3

3

.35 @.3 3

aktori konverzi%e/ # ft =0.028 m ; 1 lb =4.448 N , 1 lb / ft =0.157 kN / m ;

Aleksandra Radovanović

!

1+.5-

1.;

Senzori nivoa

Ta#e0a &' Specifične težine i specifične gravitacije nekih uobičajenih materijala

Primjer ,. 3

&olika je speci)i(na /ra2itacija /licerina0 ako je speci)i(na te*ina /licerina 1!., k#? m  SG =12.4 ÷ 9.8=1.26

$'1 Mjerne je+*n*-e Mno/i industrijski procesi od2ijaju se na pritiscima koji su odre>eni u odnosu na atmos)erski pritisak i poznati su kao mjerni pritisci. Ostali procesi rade na pritiscima odre>eni prema 2akuumu0 i mo/u se naz2ati ne/ati2nim mjernim pritiscima. Atmos)erski pritisak nije )iksna 2rijednost0 i za2isi od )aktora kao
%a8ela !. &on2erziju izme>u razli(iti jedinica za mjerenje pritiska. -oda

¿¿ cm¿

¿∗¿ ¿ Živa k1a

mm in

1 psi

!.

1 ps)

;.1@ ;.,33

;.+5@ ;.;1,

1 kPa

,.;15

1;.! .5 ;.!@5


;.+ 51. !.;,

+

psi

-.3@5

1

;.;,3

;.;;

1

;.1,5

Senzori nivoa

1 atm

,;.! 1;+,

1 torr

;.5+5

1.+- 1

1 mili8ar

;.,;1

1.;! ;.5 ;.;!@

2

-1 !@.@-

1;1.+ ;.;, ;.1++ ;.1

1,. ;.;1@ ;.;1,

na 39 ℉ ,  na 4 ℃ ,  na 0 ℃

Ta#e0a $' Konverzije pritiska

Primjer 5. &oliki pritisak izra*en u psi od/o2ara @3.5 kPa p=98.5 kPa

(

6.895

)

kPa = 98.5 =14.3 psi 6.895 psi psi

Slede=i u atmos)ersko/0 mjerno/ i apsolutno/ pritiska. 5. akuum je pritisak mjeren izme>u totalno/ 2akuuma i normalno/ atmos)ersko/ pritiska. Pritisak manji od atmos)ersko/ (esto se nazi2a ne/ati2ni pritisak i ukazuje na 2rijednost ispod atmos)ersko/ pritiska. &ao primjer0 E5 psi/ od/o2ara @. psia. -. Di)erencijalni pritisak je pritisak mjeren u odnosu na dru/i pritisak0 i izra*a2a se kao razlika izme>u d2ije 2rijednosti pritiska. O2o predsta2lja d2ije ta(ke u sistemu pritiska ili protoka0 nazi2a delta p0 ili ∆ p 


,

Senzori nivoa

S0*,a &' Ilustracija mjernog pritiska u odnosu na apsolutni pritisak

Primjer -. Atmos)erski pritisak je 1,.5 psi. Ako je apsolutni pritisak !3-5.- ps)a0 koliki je mjerni pritisak M!"rni pritisak =

2865.6 psfa 144

−14.5 psi =19.9 psia−14.5 psi =5.4 psi#

Primjer . &oliki je mjerni pritisak u 9a kPa0 i 98 #? cm 0 na rastojanju 5.5 )t ispod po2r
2odeno/ tornja 9a 98

p=9.8 ( 5.5 × 3.28 ) kPa =9.8 × 1.68 kPa =16.4 kPa ( # )

p=16.4

N m

2

=

16.4

N

10000

cm

2

=1.64 × 10−

3

N cm

2

( #)

Pritisak u o2om slu(aju je mjerni pritisak 9tj. kPa 9/. Da 8i se do8io ukupan pritisak0 atmos)erski pritisak semora uzeti u o8zir. Ukupni 9apsolutni pritisak u o2om slu(aju je @.3F1;1.+C111.1 kPa 9a. Oznake / i a se tre8aju koristiti kada je to mo/u=e0 da 8i se iz8je/la za8una. U slu(aju psi i ps)0 oni postaju psi/ ili ps)/0 ili psia i ps)a. U slu(aju kPa0 koristimo kPa 9a ili kPa 9/0 respekti2no. %ako>e0 tre8a napomenuti da ako se koristi /licerin umjesto 2ode0 pritisak =e 8iti 1.!- puta 2e=i0 jer je nje/o2a speci)i(na te*ina 1.!-.

$'2 S*0a !ot*s,a Sila potiska je sila usmjerena na /ore0 koja djeluje na o8jekat koji je uronjen ili le8di na po2r

5

Senzori nivoa

$ = γ% ( 3 )

/dje je 4 sila potiska u )untama0 γ speci)i(na te*ina u )untama po ku8nom metru0 a  je zapremina istisnute te(nosti po ku8nom metru. Ako radimo u S$ sistemu jedinica0 onda je 4 u #jutnima0 γ je u #jutnima po ku8nom metru0 a  je u ku8nim metrima. #a slici !. predmeti a080c i d su iste 2eli(ine0 i sile potiska na a i c su iste0 iako se nalaze na razli(itim du8inama. #e postoji sila potiska na predmet d0 jer te(nost ne mo*e dospjeti ispod nje/a. Plo2na sila na 8 je polo2ina plo2ne sile na a i c0 jer je samo polo2ina predmeta uronjena u te(nost.

S0*,a $' Uronjeni objekti koji demonstriraju silu potiska

Primjer 3. &olika je sila potiska koja djeluje na plasti(nu kocku stranica !.5 m0 ako su tri (et2rtine kocke uronjene u 2odu $ = 9.8

3 kN × 2.5 m× 2.5 m× 2.5 m× =114.8 N 3 4 m

Primjer @. 3

&olika je pri2idna te*ina komada dr2eta zapremine +. m potpuno uronjeno/ u aceton kN

Us2ojimo da je speci)i(na te*ina dr2eta 3.5

m

3

.

%e*ina dr2eta u 2azduu ¿ 3.7 × 8.5 kN =31.45 kN Sila potiska na dr2o ¿ 3.7 × 7.74 kN =28.64 kN Pri2idna te*ina ¿ 31.45−28.640 =2.81 kN ( 287 k# ) Paskalo2 zakon ka*e da pritisak primjenjen na zat2orenu te(nost ili /as0 prenosi se na s2e dijelo2e te(nosti?/asa i zido2e posude. O2o je pokazano pomo=u idrauli(ne prese na slici +. Sila & s

koja djeluje na mali klip 9zanemarimo trenje =e 2r

-

Senzori nivoa

p=

& s ' s

( 4)

/dje je ' s popre(ni presjek manje/ klipa. Po
Mo*e se 2idjeti da je sila & l u2e=ana za odnos po2r
!.+ ft , kolika je sila & l na 2eliki klip0 ako je sila & s na mali klip !5#  3

S0*,a 1' Dijagram hidraulične prese Sila & l naklip =

25 N × 2.3 × 144 8.2

=1009.7 N =1.009 kN

1 MJERNI INSTRUMENTI #ekoliko tipo2a instrumenata je dostupno za mjerenje pritiska0 o2i instrumenti mo/u 8iti podijeljeni u d2ije /rupe: ure>aji za mjerenje pritiska i ure>aji za mjerenje 2akuuma. UEcije2i manometri su zamijenjeni sa manjim i ro8usnijim ure>ajima0 kao aji za mjerenje 2akuuma zatije2aju specijalne tenike za mjerenje 2eoma nisko/ pritiska.

1'& Mano"etr* Manometri su do8ri primjeri instrumenata za mjerenje pritiska0 iako nisu tako (esto u upotre8i kao prije0 z8o/ raz2oja senzora pritiska koji su manji0 ro8usniji i lak


Senzori nivoa

je primjenjen 2e=i pritisak u jednom dijelu UEcije2i0 te(nost se podi*e na2i
/dje je γ speci)i(na te*ina te(nosti u manometru.

S0*,a 2 . ednostavni manometar U!cijev" #a$ bez razlike u pritiscima i #b$ vi%i pritisak u lijevom dijelu cijevi

Primjer 11. kN

%e(nost u manometru ima speci)i(nu te*inu 3.5

m

3

. Ako se ni2o te(nosti podi/ne za

3+cm na2i
83 100

kPa=7.05 kPa

Primjer 1!. &olika je /ustina te(nosti u manometru0 ako je ni2o te(nosti u cije2i manometra 1.+5 m0 a razlika pritisaka u cije2i je .35 kPa N p 7.85 kPa γ = = × h 1.35 m

m 9.8

2

N 3 m

3

k# / m =0.59 M# / m

3

1'$ D*ja.ra3"e ,a!s40e * "je5ov* Manometri su 2elika /rupa senzora koji mjere pritisak u odnosu na atmos)erski pritisak. Mjerni senzori su naj(e<=e ure>aji koji mijenjaju s2oj o8lik kada se primjeni pritisak. O2i ure>aji uklju(uju dija)ra/me0 kapsule0 mjeo2e u 4urdono2e cije2i. Aleksandra Radovanović

3

Senzori nivoa

Dija)ra/ma se sastoji od tanko/ sloja materijala na krutom ok2iru0 kao aju=i (elik za 2isoke pritiske. &ada se pritisak primjeni na dija)ra/mu0 sloj materijala se kri2i ili postaje 8la/o s)eri(an0 aja. #a prikazanom ure>aju0 polo*aj dija)ra/me se mjeri kori
S0*,a 6' &oprečni presjek #a$ kapacitivnog senzora" #b$ mikrominijaturnog silicijumskog senzora pritiska

O2i ure>aji imaju u/ra>enu temperaturnu kompenzaciju za mjerna optere=enja i poja(a2a(e0 2isoku osjetlji2ost0 daju 2isok izlazni napon 95 ISD. Mali su dimenzija0 precizni 9!K ISD0 pouzdani0 imaju do8ar opse/ radni temperatura 9E5; - do 1!;

℃

0 niske cijene0 mo/u da

izdr*e 2isoka preoptere=enja0 du/o2je(ni su i otporni na mno/e emikalije. &omercijalno napra2ljeni ure>aji su na raspola/anju za mjerni0 di)erencijalni i apsolutni pritisak i mjere do !;; psi 91.5 MPa. O2aj opse/ se mo*e proaju=e/ (elika do 1;;;; psi 9; MPa. Popre(ni presjek prikazan na slici .5 98 je presjek di)erencijalno/ silicijumsko/ (ipa 9mikrominijaturno/ senzora. Dimenzije senzora su 2eoma male0 i pako2an je u plasti(nu kutiju 9;.! u

@

Senzori nivoa

mijenja(i0 nedostatak te(nosti0 ser2o sistemi0 pritisak /uma0 i mno/e dru/e primjene kao u dija)ra/mi0 primora2aju=i i da od2ojeno mjere mjerni pritisak. Razd2ajanje dija)ra/mi mo*e meani(ki da se spoji sa mjernim ure>ajem. U/i8anje kapsule za2isi od njeno/ pre(nika0 de8ljine materijala i elasti(nosti. Materijali koji se koriste su )os)or 8ronza0 ner>aju=i (elik0 /2o*>e i le/ure nikla. Mjerni opse/ pritiska instrumenta koriste=i o2e materijale mo*e dosti=i i 5; psi 9+5;kPa. &apsule se mo/u spojiti kako 8i se po2e=ala osjetlji2ost i meani(ka pokretlji2ost0 ili kao aja0 tako da mo/u mjeriti di)erencijalni pritisak. Mjerni sistem koristi teniku zat2orene petlje za kon2erto2anje kretanja ruke 9pritiska u elektri(ni si/nal0 i da /a odr*i u nje/o2om neutralnom polo*aju u sistemu ra2note*e sila. &ada se pritisak promjeni 0 kretanje ruke se detektuje linearnim promjenjlji2im di)erencijalnim tran)ormatorom 9en/. 6inear aria8le Di))erential %rans)ormer L 6D%0 ili nekom dru/om 2rstom senzora pozicije. Si/nal se poja(a2a i upra2lja elektroma/netom da 2rati ruku u neutralni polo*aj. Struja koja je potre8na da upra2lja elektroma/netom je tada proporcionalna primjenjenom pritisku0 i amplituda izlazno/ si/nala je proporcionalna struji elektroma/neta. Prednost sistema kontrole zat2orene petlje je u tome
S0*,a 7' Kapsula!diferencijalni senzor pritiska sa elektronskom kontrolom zatvorene petlje

O2ak2o pode

1;

Senzori nivoa

− S0*,a 8' 'jeh za mjerenje razlike pritisaka # P1 P2 $ za direktno očitanje sa skale &ada se pritisak primjeni na mjeo2e0 oni se izdu*uju istezanjem spirale0 a ne kraje2a dija)ra/me. Materijali koji se koriste za senzore pritiska tipa mjea su identi(ni onima koji se koriste za kapsule0 daju=i opse/ pritiska za mjeo2e do 3;; psi 95 MPa. O2i ure>aji se mo/u koristiti za mjerenje apsolutno/0 mjerno/ i di)erencijalno/ pritiska. Di)erencijalna mjerenja se mo/u iz2r
2

atmos)erski pritisak ako se mjeri mjerni pritisak. Mjeo2i su najosjetlji2iji0 meani(ki ure>aji za mjerenje nisko/ pritiska 9tj. od ;.5 do !1; kPa.

1'1 94r+onove -*jev* 4urdono2e cije2i su
S0*,a :' #a$ &oprečni presjek (urdonove cijevi" #b$ mjerenje pritiska (urdonovom cijevi


11

Senzori nivoa

Princip rada je da spoljau ;.;1 i ;.;5. Hije2i su pri(2r<=ene na jednom kraju. &ada se primjeni pritisak na cije20 ona pokue mo*e koristiti i za mjerenje ne/ati2ni mjerni pritisaka. Ako se pritisak 4urdono2u cije2 opada0 pre(nik cije2i se smanjuje. O2o kretanje cije2i se mo*e po2ezati sa pokazi2a(em kako 8i se napra2io manometar za 2akuum. 4urdono2e cije2i mo/u imati mjerni opse/ pritiska i do 1; ;;; psi 9; MPa. 4urdono2e cije2i se tako>e mo/u o8liko2ati u spiralne ili u2ijene 9elikoidne o8like kako 8i se po2e=ao njio2 mjerni opse/. Slika @. 9a prikazuje 4urdono2u cije2 o8liko2anu kao spiralu0 a slika @. 98 prikazuje cije2 kao u2ijeni manometar. 4urdono2e cije2i spiralno/ o8lika su osjetlji2ije od 4urdono2i cije2i kru*no/ o8lika0 i pro
S0*,a ;' (urdonove cijevi kao mjerači pritiska) #a$ spiralna i #b$ uvijena cijev

1'2 Osta0* senu s2oji kraje2a kada se sila ili pritisak primjeni na kristal. O2aj napon mo*e 8iti poja(an0 i ure>aj se koristi kao senzor pritiska. Da 8i kompenzo2ali silu koja nastaje z8o/ te*ine dija)ra/me Aleksandra Radovanović

1!

Senzori nivoa

ka/a se senzor kre=e ili se mijenja nje/o2a 8rzina kretanja 9npr. ako je prisutna 2i8racija0 seizmi(ka te*ina ili masa se koristi ponekad na dru/oj strani piezoelektri(no/ kristala dija)ra/me.

S0*,a &%' &oprečni presjek piezoelektričnog senzora

Piezoelektri(ni ure>aji imaju do8ru osjetlji2ost0
0 i do8ar )rek2entni odzi2 9do 1;; k'z0 ali nisu po/odni za nisko )rek2encije 9manje od 5

'zili za dc procese0 z8o/ o)seta i dri)ta uzroko2ani promjenama temperature 9piezoelektri(ni e)ekat. Piezoelektri(ni ure>aji su po/odniji za dinami(ka ne/o za stati(ka mjerenja.

1'6 Va,44"s,* *nstr4"ent* akuumski instrumenti se koriste za mjerenje pritisaka manji od atmos)ersko/ pritiska. 4urdono2e cije2i0 dija)ra/me i mjeo2i mo/u se koristiti kao manometri za 2akuum0 ali oni mjere ne/ati2ni pritisak u odnosu na atmos)erski pritisak. Silicijumski mjera( apsolutno/ pritiska ima u/ra>enu re)erencu za nizak pritisak0 tako da su kali8risani za mjerenje apsolutni pritisaka. &on2encionalni ure>ai mo/u da se koriste za mjerenje do !; torr 95 kPa0 i o2aj opse/ mo*e 8iti proajima za o(itanje. Jonski manometri mo/u da se koriste za mjerenje pritiska od 1; do pri8li*no !; atm. Bas se jonizuje snopom elektrona izme>u d2ije elektrode u /asu. Struja je proporcionalna 8roju jona po jedinici zapremine. Jonski manometar je prikazan na slici 11.9a.

S0*,a &&' *akuumski mjerači pritiska) #a$ jonski manometri i #b$ &iranijev manometar

Piranije2 manometar prikazan je na slici 11. 98. Sa pose8nim pode

1+

Senzori nivoa

atm. O2e tenike se zasni2aju na za2isnosti toplotne pro2odlji2osti od zra(enja /rija(a0 i 8roja molekula /asa po jedinici zapremine u dijelu nisko/ pritiska0 uje pritisak. Mc6eodEo2 manometar je ure>aj podeaj sa8ija /as nisko/ pritiska na ni2o na kojem mo*e da se izmjeri. Promjena zapremine i pritiska /asa mo*e da se iskoristi za izra(una2anje ori/inalno/ pritiska /asa0 o8ez8je>uju=i da se /as ne kondenzuje.

2 ANALIZA PRIMJENE %okom u/radnje senzora pritiska0 tre8a 2oditi ra(una da se za datu primjenu iza8ere od/o2araju=u senzor. O2aj odjeljak daje pore>enje karakteristika razli(iti tipo2a senzora pritiska0 analizu u/radnje i kali8raciju.

2'& I<#or senaji za o(itanje pritiska 8iraju se prema mjernom opse/u pritiska0 zatje2ima preoptere=enja0 ta(nosti0 opse/u radne temperature0 elektri(noj si/nalizaciji i 2remenu odzi2a. 7a neke primjene postoje i dru/i potre8ni uslo2i. Parametri kao a(a. 7a 2e=inu industrijski primjena koje uklju(uju mjerenje poziti2ni pritisaka0 4urdono2a cije2 je do8ar iz8or za direktna 2izuelna o(itanja0 i silicijumski senzori pritiska za proiz2odnju elektri(ni si/nala. O8a tipa ure>aja imaju komercijalno dostupne senzore za mjerenje od 5 psi ISD do 1; ;;; psi 9; MPa ISD. %a8ela +. Daje pore>enje o2a d2a tipa ure>aja. 5re6a% 8urdonova ci%ev 'ne&r6a%ući !elik) Silici%umski senzor sa di%ara$mom od ne&r6a%uće$ !elika

7aksimum opse$a pritiska, psi '71a)

Ta!nost, SD

-ri%eme odziva, sekunda

1reopterećen%e

1; ;;; 9;

1K

1

,;K

1; ;;; 9;

−3

1 × 10

1K

,;;K

Ta#e0a 1' &ore+enje (urdonove cijevi i silicijumskog senzora

5re6a% 5:ci%ev manometar Di%ara$ma Aleksandra Radovanović

pse$ pritiska,

Temperaturni opse$

psi '71a)

;.1E1!;9;. kPaE1 MPa ;.5E,;; MPa

9+.5kPaE 1,

so8na temperatura

;.!3 @;

℃

Ta!nost

;.;! in ;.1K ISD

∓

Senzori nivoa

maksimum vrsta di%ara$ma

Di%ara$ma od ne&r6a%uće$ !elika ;apsula 7%e&

;.!E!;; 91., kPaE ;.1, E5; - do F1!; 1.; K ISD MPa ℃

!;E1;;;; 91,; kPaE ; E5; - do F1!; 1.; K ISD Mpa ℃

;.5E5; MPa

9+.5

kPaE;.;+1 @;

℃

maksimum

;.1E3;; 9;. kPaE;.5 MPa

@;

℃

;.1K ISD

maksimum

8urdonova ci%ev

;.5E1;;;; MPa

9+.5

Sprialna 8urdonova ci%ev

;.;1E,;;; MPa

9;

5vi%ena 8urdonova ci%ev

;.;!E3;;; 91,; kPaE5; @; ℃ MPa maksimum

1iezoelektik od ne&r6a%uće$ !elika

;.1K ISD

kPaE; @;

℃

;.1K ISD

maksimum kPaE!5 @;

℃

;.1K ISD

maksimum ;.1K ISD

!;E 1;;;; 91,; kPaE; E!; - do F!;; 1.; K ISD MPa ℃

Ta#e0a 2' &ribližni opsezi pritiska za senzore pritiska

%a8ela ,. prikazuje radni opse/ za nekoliko tipo2a senzora pritiska. Prikaza8i opse/ je pun opse/0 i mo*e uklju(i2ati nekoliko ure>aja napra2ljeni od razli(iti 2rsta materijala. #a2edena ta(nost mo*e 8iti neta(na0 jer to za2isi od opse/a ure>aja. Date 2rijenosti su uo8i(ajene0 i mo/u 8iti pre2azi>ene sa no2im materijalima i dosti/nu=ima u tenolo/iji.


15

Senzori nivoa

2'$ U3ra+nja senaja za mjerenej pritiska: 1. !. +. ,. 5. -. . 3.

Udaljenost izme>u senzora i iz2ora tre8a s2esti na minimum. Senzori tre8aju 8iti po2ezani preko 2entila radi lakaji za zau senzora i iz2ora0 ili senzor mora 8iti otporan na koroziju. %e*ina te(nosti u po2ezanom nizu ure>aja za mjerenje pritiska te(nosti0 koja se nalazi iznad ili ispod iz2ora0 izaz2a=e /re
2'1 9a/+arenje =,a0*#ra-*ja> Ure>aji za mjerenje pritiska se 8a*dare u )a8rici. U slu(aju kada je senzor sumnji2 i zatje2a pono2no 8a*darenje0 senzor mo*e 8iti 2ra=en u )a8riku za 8a*darenje0 ili se mo*e uporediti sa poznatom re)erencom. Ure>aji za mjerenje nisko/ pritiska mo/u 8iti 8a*dareni u odnosu na manometar te(nosti. Ure>aj za mjerenje 2isoko/ pritiska mo*e se 8a*dariti sa 8alastim ispiti2a(em0 koriste=i te/o2e na klipu da precizno prika*e 2isoke pritiske. Standardi za precizno 8a*darenje mo/u se do8iti od #acionalno/ instituta za standarde i tenolo/iju0 koji tako>e mo*e da iz2r

1-

Senzori nivoa

6 Za,0j4ča, Pritisak se mo*e mjeriti u en/leskim ili S$ jedinicama. Pritisci mo/u 8iti standardizo2ani prema atmos)erskom pritisku0 kada se nazi2aju mjernim pritiscima0 ili standardizo2ani prema 2akuumu0 kada se nazi2aju apsolutnim pritiscima. 'idrostati(ki pritisak je pritisak na odre>enoj du8ini u te(nosti koji nastaje z8o/ te*ine te(nosti koja se nalazi iznad mjerne ta(ke0 eno /ustinom ili speci)i(nom te*inom. Sli(no tome0 kada se o8jekat nalazi u te(nosti0 na o8jekat djeluje sila koja je proporconalna te*ini istisnute te(nosti. 4rojni instrumeni za mjerenje pritiska su dostupni0 kao aja0 kao ajima0 kao utim0 za mjerenje 2eoma niski pritisaka koji su 8liski 2akuumu0 potre8ni su specijalni ure>aji kao

1

Senzori nivoa

7 De.*n*-*je • •

Apsolutni pritisak je pritisak mjeren u odnosu na 2akuum0 i izra*a2a se u psia ili kPa9a. Atmos)erski pritisak je pritisak na po2r
•

• •

•

• •

3

Di)erencijalni pritisak je pritisak mjeren u odnosu na neki dru/i pritisak. Dinami(ki pritisak je pritisak te(nosti ili /asa0 kada djeluju na podlo/u ili neki dru/i o8jekat z8o/ s2o/ kretanja ili protoka. Mjerni pritisak je pritisak mjeren i odnosu na atmos)erski pritisak0 i o8i(no se izra*a2a u psi/ ili kPa9/. Ukupni pritisak je suma stati(ko/ i dinami(ko/ pritiska na podlo/u ili o8jekat. Speci)i(na /ra2itacija 9SB te(nosti ili (2rsti tijela je odnos /ustine 9ili speci)i(ne te*ine materijala i /ustine 9ili speci)i(ne te*ine 2ode na odre>enoj temperaturi. Speci)i(na /ra2itacija /asa je nje/o2a /ustina 9ili speci)i(na te*ina podijeljena sa /ustinom 9ili speci)i(nom te*inom 2azdua na -;

℉

i jedini(nom atmos)erskom pritisku 91,. psia.

U S$ sistemu0 /ustina u /ramima po ku8nom centimetru ili me/a/ramima po ku8nom metru i speci)i(na /ra2itacija imaju istu 2rijednost. Speci)i(na te*ina 9 γ  je te*ina po jedinici zapremine materijala 9npr. l8? ft 0 ili #? 3

•

m • • •

3

.

Stati(ki pritisak je pritisak te(nosti ili /asa u stacionarnom stanju ili kada se ne kre=e. %otalni 2akuum je nulti pritisak ili nedostatak pritiska0 kao u totalno/ 2akuuma i normalno/ atmos)ersko/ pritiska.


13

Senzori nivoa

8 L*terat4ra 1N $ntroduction to $nstrumentation0 Sensors0 and Process Hontrol L illiam H. Dunn


1@

Senzori seminarski

Recommend Documents