Forskellige slags trykmålere og hvordan man vælger en

Trykmålere er blandt de mest fundamentale instrumenter i ethvert industrielt, mekanisk eller procesmiljø. De giver måling af væske- eller gastryk i realtid, hvilket gør det muligt for operatører at overvåge systemets ydeevne, forhindre beskadigelse af udstyr og sikre personalesikkerhed. Udtrykket "trykmåler" dækker dog over en overraskende bred kategori af instrumenter, der hver især er designet til et specifikt måleprincip, driftsmiljø og krav til nøjagtighed. At forstå de forskellige typer målere, der er tilgængelige - og at vide, hvilken type der passer til hvilken applikation - er vigtig viden for både ingeniører, indkøbsspecialister og vedligeholdelsesteknikere.

Hvad en trykmåler faktisk måler

Inden man udforsker de forskellige typer målere, er det vigtigt at afklare, hvad der faktisk måles, fordi forskellige målertyper er defineret delvist af deres referencepunkt. Tryk er en kraft, der påføres pr. arealenhed, og det kan udtrykkes i forhold til forskellige basislinjer afhængigt af applikationen og instrumentdesignet.

Manometertryk er den mest almindeligt målte værdi og repræsenterer tryk i forhold til lokalt atmosfærisk tryk. En manometertrykaflæsning på nul betyder, at systemtrykket er lig med atmosfærisk tryk - ikke at der overhovedet ikke er noget tryk til stede. Absolut tryk måles i forhold til et perfekt vakuum og bruges i applikationer, hvor atmosfærisk variation ville introducere uacceptabel fejl, såsom i højdefølsomme eller vakuumprocesser. Differenstryk måler forskellen mellem to trykpunkter i et system og er kritisk til overvågning af strømningshastigheder, filterforhold og niveau i tryksatte beholdere. Hver af disse måletyper svarer til specifikke målerdesigns, så at identificere det korrekte referencepunkt er det første trin i at vælge det rigtige instrument.

Bourdon rørtryksmålere

Bourdon-rørmåleren er den mest udbredte mekaniske trykmåler i verden. Dens funktionsprincip er afhængig af et buet, hult metalrør - typisk C-formet, spiralformet eller spiralformet - der rettes lidt ud, når det indre tryk stiger. Denne bevægelse forstærkes mekanisk gennem et gear- og tandhjulsled, som omsætter rørafbøjningen til en roterende bevægelse af viseren hen over en kalibreret skive. Bourdon-rørmålere er robuste, pålidelige, selvstændige og kræver ingen ekstern strømkilde, hvilket gør dem til en industristandard for generel trykovervågning på tværs af stort set alle sektorer.

Bourdon-rørmålere fås i måleområder fra så lave som 0-0,6 bar op til flere tusinde bar, afhængigt af rørmateriale og vægtykkelse. Standardrørmaterialer omfatter messing og fosforbronze til generel service, mens rør i rustfrit stål er specificeret til korrosive medier, højtemperaturvæsker eller hygiejniske applikationer. Den største begrænsning af Bourdon-rørmålere er følsomhed over for vibrationer og trykpulsering, som begge kan forårsage for tidligt slid af bevægelsen og uregelmæssig pointeradfærd. Væskefyldte målere - hvor kabinettet er fyldt med glycerin eller silikoneolie - adresserer denne begrænsning effektivt ved at dæmpe den indre bevægelse og smøre gearmekanismen.

Membrantrykmålere

Membranmålere bruger en fleksibel membran som føleelement i stedet for et buet rør. Når der påføres tryk på den ene side af membranen, afbøjes den, og denne afbøjning omdannes til pegerbevægelse gennem en mekanisk forbindelse. Membrandesignet gør disse målere særligt velegnede til at måle lave tryk, der falder under det praktiske udvalg af Bourdon-rørinstrumenter, typisk fra et par millibar op til omkring 40 bar. Da følerelementet er en stor, relativt flad overflade, er membranmålere også mere følsomme over for små trykændringer ved lave områder end Bourdon-rørtyper.

En af de vigtigste fordele ved membranmålere er deres egnethed til meget viskøse, forurenede eller aggressive medier. Membranen kan fremstilles af rustfrit stål, Hastelloy, tantal, PTFE-belagt metal eller andre specialmaterialer, der modstår kemiske angreb. I mange designs kommer procesmediet aldrig ind i selve målelegemet - det kommer kun i kontakt med membranen - hvilket forhindrer tilstopning af bevægelsen og forenkler rengøringen. Dette gør membranmålere til det foretrukne valg inden for kemisk behandling, mad og drikkevarer, farmaceutisk fremstilling og spildevandsbehandling.

Kapseltrykmålere

Kapselmålere er specielt designet til måling af meget lave gastryk, især i området 0-600 mbar. Føleelementet består af to korrugerede metalliske membraner, der er svejset sammen i deres periferi for at danne en forseglet kapsel. Når der påføres tryk på ydersiden af ​​kapslen, presses de to membraner sammen, hvilket genererer en præcis mekanisk forskydning. Dette design er ekstremt følsomt og lineært i sin reaktion ved lavtryksområder, hvilket gør det ideelt til gasforsyningssystemer, HVAC-trykovervågning, forbrændingsluftstyringer og indikation af filterdifferenstryk i lavtrykskanaler.

Kapselmålere må kun bruges med rene, tørre, ikke-ætsende gasser. De er ikke egnede til flydende medier og er følsomme over for tilstedeværelsen af ​​kondensat eller partikelforurening i gasstrømmen. Ved installation af kapselmålere i gasovervågningsapplikationer anbefales en fugtfælde eller et inline-filter opstrøms for måleren kraftigt for at beskytte følerelementet og bevare nøjagtigheden over tid.

Differenstryksmålere

Differenstrykmålere har to trykporte - en højtryksside og en lavtryksside - og viser forskellen mellem de to. Dette gør dem fundamentalt forskellige fra instrumenter med gauge eller absolut tryk, som måler tryk på et enkelt punkt. Differentialtrykmålere bruges overalt, hvor forholdet mellem to trykværdier har større operationel betydning end hver enkelt værdi alene.

Almindelige anvendelser omfatter overvågning af trykfaldet over filtre og si for at indikere, hvornår rengøring eller udskiftning er nødvendig, måling af strømningshastigheder gennem åbningsplader og venturimetre (hvor differenstryk korrelerer direkte med strømningshastigheden) og overvågning af væskeniveauet i lukkede tryksatte tanke. Differentialtrykmålere kan konstrueres ved hjælp af membran-, stempel- eller Bourdon-rørsensorelementer, afhængigt af trykområdet og de involverede medier. De skal vælges omhyggeligt for kompatibilitet med begge procesmedier samtidigt, da begge porte kan blive udsat for forskellige væsker eller den samme væske under forskellige forhold.

Digitale og elektroniske trykmålere

Digitale trykmålere bruger en elektronisk tryktransducer - typisk et piezoelektrisk, kapacitivt eller strain gauge-følende element - til at konvertere tryk til et elektrisk signal, som derefter behandles og vises som en numerisk aflæsning på en LCD- eller LED-skærm. I modsætning til mekaniske målere tilbyder digitale instrumenter adskillige distinkte fordele, herunder højere nøjagtighed, datalogningskapacitet, konfigurerbare alarmudgange, valgbare måleenheder og evnen til at overføre aflæsninger til fjernovervågningssystemer via analoge eller digitale kommunikationsprotokoller såsom 4-20 mA, HART eller Modbus.

Digitale målere specificeres i stigende grad i moderne industrianlæg, hvor procesdata skal integreres i SCADA eller distribuerede kontrolsystemer. De er også værdifulde i kalibrerings- og testapplikationer, hvor opløsningen og nøjagtigheden af ​​en mekanisk måler er utilstrækkelig. De primære ulemper er deres afhængighed af batteristrøm eller en ekstern forsyning, deres potentielle sårbarhed over for elektromagnetisk interferens og deres højere startomkostninger sammenlignet med mekaniske alternativer. I sikkerhedskritiske applikationer er en mekanisk backupmåler ofte installeret ved siden af ​​et digitalt instrument for at give en fejlsikker visuel indikation i tilfælde af strømsvigt.

Sammenligning af hovedtyperne af trykmålere

Valg af den rigtige måletype begynder med at matche instrumentets designegenskaber til de specifikke krav til applikationen. Tabellen nedenfor giver en praktisk sammenligning af de vigtigste målertyper på tværs af nøgleudvælgelseskriterier:

Specialmålertyper til specifikke applikationer

Ud over hovedkategorierne er adskillige specialmålertyper designet til krævende eller usædvanlige driftsforhold, hvor standardinstrumenter fejler eller fungerer utilstrækkeligt.

Højrenheds- og sanitærmålere

I farmaceutiske, bioteknologiske og fødevareforarbejdningsmiljøer er standardmåledesign uacceptable, fordi de indeholder sprækker, døde ben og ikke-hygiejniske materialer, der huser bakterier og forhindrer effektiv rengøring. Sanitære trykmålere er designet med glatte membranflader, polerede indvendige overflader og forbindelser, der overholder 3-A eller EHEDG hygiejniske standarder. Alle fugtede dele er fremstillet af 316L rustfrit stål med definerede overfladeruhedsværdier, typisk Ra ≤ 0,8 µm, for at sikre fuld rengøring under CIP (clean-in-place) og SIP (sterilize-in-place) procedurer.

Højtryks- og ultrahøjtryksmålere

Anvendelser såsom hydraulisk test, vandstråleskæring, kemiske højtryksreaktorer og gaskompressionssystemer kræver målere, der er klassificeret til ekstreme tryk, der overstiger 1.000 bar eller mere. Disse instrumenter bruger spiralformede Bourdon-rør - en tæt oprullet fjederrør-konfiguration, der giver flere drejninger af afbøjning for større nøjagtighed ved høje områder - kombineret med kraftige rustfri stålkasser og specialiserede højtryksprocesforbindelser såsom kegle-og-fatning eller mellemtryksfittings. Sikkerhedsmønstre med udblæsningsbagpaneler er obligatoriske i højtryksmålerinstallationer for at beskytte operatører i tilfælde af rørbrud.

Test og kalibreringsmålere

Testmålere er præcisionsinstrumenter med nøjagtighedsklasser på 0,25 % eller bedre, der bruges til at verificere aflæsningerne af installerede procesmålere, kalibrere instrumentering og udføre accepttest på tryksystemer. De har store skivediametre - typisk 150 mm eller 250 mm - for at tillade fin pointerinterpolation, spejlbåndede urskiver til at eliminere parallakse-aflæsningsfejl og justerbare pointermekanismer. Testmålere bør opbevares omhyggeligt i beskyttende etuier, når de ikke er i brug, og kalibreres med jævne mellemrum i forhold til sporbare standarder for at bevare deres angivne nøjagtighed.

Nøglefaktorer ved valg af den rigtige trykmåler

At vælge den korrekte trykmåler blandt de mange forskellige tilgængelige typer kræver evaluering af flere indbyrdes afhængige faktorer. At haste denne beslutning resulterer ofte i for tidlig instrumentfejl, unøjagtige aflæsninger eller sikkerhedsrisici. Følgende tjekliste dækker de mest kritiske udvælgelseskriterier:

• Trykområde: Systemets normale driftstryk bør falde mellem 25 % og 75 % af målerens fuldskalaområde. Konsekvent drift i toppen af ​​skalaen accelererer trætheden af ​​føleelementet, mens et område, der er for bredt, reducerer læsbarheden og nøjagtigheden under normale driftsforhold.
• Mediekompatibilitet: Alle fugtede materialer - røret, muffen og eventuelle interne komponenter - skal være kemisk kompatible med procesvæsken eller gassen. Se et skema over kemikalieresistens, og angiv den korrekte materialekvalitet for hver anvendelse for at forhindre korrosionsrelateret fejl.
• Proces temperatur: Forhøjede procestemperaturer påvirker målerens nøjagtighed og kan beskadige følerelementet. Til medier over 60°C skal der bruges et sifonrør (til damp), køleelement eller fjerntliggende membrantætningsenhed for at beskytte målerens krop mod varmepåvirkning.
• Vibration og pulsering: Systemer med pumper, kompressorer eller højfrekvente tryksvingninger kræver enten væskefyldte målere eller installation af en snubber (pulsationsdæmper) i målerens indløbsforbindelse for at beskytte bevægelsen mod hurtig cyklisk belastning.
• Miljøbeskyttelsesvurdering: Målere installeret udendørs eller i våde, støvede eller kemisk aggressive miljøer skal have en passende IP-klassificering (indtrængningsbeskyttelse). IP65 eller højere er typisk påkrævet til udendørs installationer for at forhindre fugt og forurening at trænge ind i kabinettet.
• Nøjagtighedsklasse: Den nødvendige nøjagtighedsklasse afhænger af målingens kritikalitet. Generel industriel overvågning kræver typisk en nøjagtighedsklasse på 1,6 % eller 2,5 %, mens processtyringsapplikationer kan kræve klasse 1,0 % eller bedre. Sikkerhedskritiske og kalibreringsapplikationer kræver klasse 0,25 % til 0,6 % præcisionsinstrumenter.

Installations- og vedligeholdelsespraksis, der beskytter målerens ydeevne

Selv den bedst specificerede trykmåler vil underpræstere eller svigte for tidligt, hvis den installeres forkert eller forsømmes under drift. Måleren skal altid monteres i en opretstående lodret position, hvor det er muligt, da vippet eller omvendt montering påvirker pointerbalancen og i væskefyldte målere kan forårsage væskelækage fra kabinettet. Procesforbindelser skal udføres med det korrekte gevindtætningsmiddel til mediet — PTFE-tape er meget udbredt, men bør ikke påføres på det første gevind for at forhindre, at fragmenter trænger ind i måleindløbet. En manuel afspærringsventil installeret mellem proceslinjen og måleren gør det muligt at isolere måleren til udskiftning eller kalibrering uden at afbryde systemdriften.

Regelmæssig inspektion af installerede målere bør kontrollere for pointerdrift, revnede skiver, urkasselækage og korrosion af procesforbindelsen. Målere, der viser en konsekvent offset-fejl, skal kalibreres igen eller udskiftes. I sikkerhedskritiske applikationer bør en formel kalibrerings- og udskiftningsplan for måleren - typisk på årsbasis eller som defineret ved en risikovurdering - dokumenteres og overholdes nøje. Forståelse af de forskellige typer målere, der er tilgængelige, og anvendelse af lydvalg, installation og vedligeholdelsespraksis sikrer, at trykmåling forbliver nøjagtig, pålidelig og sikker i hele levetiden af ​​ethvert tryksystem.