Ulike typer trykkmålere og hvordan du velger en

Trykkmålere er blant de mest grunnleggende instrumentene i ethvert industrielt, mekanisk eller prosessmiljø. De gir sanntidsmåling av væske- eller gasstrykk, slik at operatører kan overvåke systemytelse, forhindre skade på utstyr og sikre personellsikkerhet. Imidlertid dekker begrepet "trykkmåler" en overraskende bred kategori av instrumenter, hver designet for et spesifikt måleprinsipp, driftsmiljø og nøyaktighetskrav. Å forstå de forskjellige typer målere som er tilgjengelige - og vite hvilken type som passer til hvilken applikasjon - er viktig kunnskap for både ingeniører, innkjøpsspesialister og vedlikeholdsteknikere.

Hva en trykkmåler faktisk måler

Før du utforsker de forskjellige målertypene, er det viktig å avklare hva som faktisk måles, fordi forskjellige målertyper er delvis definert av referansepunktet. Trykk er en kraft som påføres per arealenhet, og den kan uttrykkes i forhold til forskjellige grunnlinjer avhengig av applikasjon og instrumentdesign.

Manometertrykk er den mest målte verdien og representerer trykk i forhold til lokalt atmosfærisk trykk. En målertrykkavlesning på null betyr at systemtrykket er lik atmosfærisk trykk - ikke at det ikke er noe trykk tilstede i det hele tatt. Absolutt trykk måles i forhold til et perfekt vakuum og brukes i applikasjoner der atmosfærisk variasjon vil introdusere uakseptable feil, for eksempel i høydefølsomme eller vakuumprosesser. Differensialtrykk måler forskjellen mellom to trykkpunkter i et system, og er kritisk for å overvåke strømningshastigheter, filterforhold og nivå i trykkbeholdere. Hver av disse måletypene tilsvarer spesifikke målerdesign, så identifisering av riktig referansepunkt er det første trinnet i å velge riktig instrument.

Bourdon rørtrykkmålere

Bourdon-rørmåleren er den mest brukte mekaniske trykkmåler i verden. Driftsprinsippet er avhengig av et buet, hult metallrør - typisk C-formet, spiralformet eller spiralformet - som retter seg litt når det indre trykket øker. Denne bevegelsen forsterkes mekanisk gjennom et tannhjuls- og pinjongledd, som oversetter røravbøyningen til en rotasjonsbevegelse av pekeren over en kalibrert skive. Bourdon-rørmålere er robuste, pålitelige, selvforsynte og krever ingen ekstern strømkilde, noe som gjør dem til en industristandard for generell trykkovervåking på tvers av praktisk talt alle sektorer.

Bourdon-rørmålere er tilgjengelige i måleområder fra så lave som 0–0,6 bar opp til flere tusen bar, avhengig av rørmateriale og veggtykkelse. Standard rørmaterialer inkluderer messing og fosforbronse for generell service, mens rustfrie stålrør er spesifisert for korrosive medier, høytemperaturvæsker eller hygieniske applikasjoner. Hovedbegrensningen til Bourdon-rørmålere er følsomhet for vibrasjoner og trykkpulsering, som begge kan forårsake for tidlig slitasje av bevegelsen og uregelmessig pekeroppførsel. Væskefylte målere - der kassen er fylt med glyserin eller silikonolje - adresserer denne begrensningen effektivt ved å dempe indre bevegelser og smøre girmekanismen.

Diafragma trykkmålere

Diafragmamålere bruker en fleksibel membran som føleelement i stedet for et buet rør. Når det påføres trykk på den ene siden av membranen, bøyer den seg, og denne avbøyningen omdannes til pekerbevegelse gjennom en mekanisk kobling. Membrandesignet gjør disse målerne spesielt godt egnet til å måle lave trykk som faller under det praktiske området for Bourdon-rørinstrumenter, typisk fra noen få millibar opp til rundt 40 bar. Fordi følerelementet er en stor, relativt flat overflate, er membranmålere også mer følsomme for små trykkendringer ved lave områder enn Bourdon-rørtyper.

En av de viktigste fordelene med diafragmamålere er deres egnethet for svært viskøse, forurensede eller aggressive medier. Membranen kan produseres av rustfritt stål, Hastelloy, tantal, PTFE-belagt metall eller andre spesialmaterialer som motstår kjemisk angrep. I mange design kommer prosessmediet aldri inn i selve måleren – det kommer bare i kontakt med membranflaten – noe som forhindrer tilstopping av bevegelsen og forenkler rengjøringen. Dette gjør diafragmamålere til det foretrukne valget i kjemisk prosessering, mat og drikke, farmasøytisk produksjon og avløpsvannbehandling.

Kapseltrykkmålere

Kapselmålere er spesielt designet for å måle svært lave gasstrykk, spesielt i området 0–600 mbar. Føleelementet består av to korrugerte metalliske membraner sveiset sammen i periferien for å danne en forseglet kapsel. Når det påføres trykk på utsiden av kapselen, presses de to membranene sammen, og genererer en presis mekanisk forskyvning. Denne utformingen er ekstremt følsom og lineær i sin respons ved lavtrykksområder, noe som gjør den ideell for gassforsyningssystemer, HVAC-trykkovervåking, forbrenningsluftkontroller og filterdifferansetrykkindikering i lavtrykkskanaler.

Kapselmålere må kun brukes med rene, tørre, ikke-korrosive gasser. De er ikke egnet for flytende medier og er følsomme for tilstedeværelsen av kondensat eller partikkelformig forurensning i gasstrømmen. Når du installerer kapselmålere i gassovervåkingsapplikasjoner, anbefales en fuktfelle eller inline-filter oppstrøms for måleren på det sterkeste for å beskytte følerelementet og bevare nøyaktigheten over tid.

Differensialtrykkmålere

Differensialtrykkmålere har to trykkporter - en høytrykksside og en lavtrykksside - og viser forskjellen mellom de to. Dette gjør dem fundamentalt forskjellige fra instrumenter med måler eller absolutt trykk, som måler trykk på et enkelt punkt. Differensialtrykkmålere brukes der hvor forholdet mellom to trykkverdier har større operasjonell betydning enn hver enkelt verdi alene.

Vanlige bruksområder inkluderer overvåking av trykkfallet over filtre og siler for å indikere når rengjøring eller utskifting er nødvendig, måling av strømningshastigheter gjennom åpningsplater og venturimetre (der differensialtrykk korrelerer direkte med strømningshastighet), og overvåking av væskenivået i lukkede trykktanker. Differensialtrykkmålere kan konstrueres ved hjelp av membran-, stempel- eller Bourdon-rørsensorelementer, avhengig av trykkområdet og mediet som er involvert. De må velges nøye for kompatibilitet med begge prosessmediene samtidig, siden begge portene kan bli utsatt for forskjellige væsker eller samme væske under forskjellige forhold.

Digitale og elektroniske trykkmålere

Digitale trykkmålere bruker en elektronisk trykktransduser - vanligvis et piezoelektrisk, kapasitivt eller strekkmåler-følende element - for å konvertere trykk til et elektrisk signal, som deretter behandles og vises som en numerisk avlesning på en LCD- eller LED-skjerm. I motsetning til mekaniske målere tilbyr digitale instrumenter flere distinkte fordeler, inkludert høyere nøyaktighet, dataloggingsevne, konfigurerbare alarmutganger, valgbare måleenheter og muligheten til å overføre avlesninger til fjernovervåkingssystemer via analoge eller digitale kommunikasjonsprotokoller som 4–20 mA, HART eller Modbus.

Digitale målere spesifiseres i økende grad i moderne industrianlegg der prosessdata må integreres i SCADA eller distribuerte kontrollsystemer. De er også verdifulle i kalibrerings- og testapplikasjoner der oppløsningen og nøyaktigheten til en mekanisk måler er utilstrekkelig. De primære ulempene er deres avhengighet av batteristrøm eller en ekstern forsyning, deres potensielle sårbarhet for elektromagnetisk interferens, og deres høyere startkostnad sammenlignet med mekaniske alternativer. I sikkerhetskritiske applikasjoner er det ofte installert en mekanisk reservemåler ved siden av et digitalt instrument for å gi en feilsikker visuell indikasjon i tilfelle strømbrudd.

Sammenligning av hovedtypene trykkmålere

Å velge riktig måletype begynner med å matche instrumentets designegenskaper til de spesifikke kravene til applikasjonen. Tabellen nedenfor gir en praktisk sammenligning av hovedmåletypene på tvers av viktige utvalgskriterier:

Spesialmålertyper for spesifikke bruksområder

Utover hovedkategoriene er flere spesialmåletyper designet for krevende eller uvanlige driftsforhold der standardinstrumenter vil svikte eller yte utilstrekkelig.

Høyrenhets- og sanitærmålere

I farmasøytiske, bioteknologiske og matforedlingsmiljøer er standardmåledesign uakseptable fordi de inneholder sprekker, døde ben og ikke-hygieniske materialer som huser bakterier og forhindrer effektiv rengjøring. Sanitære trykkmålere er utformet med flate membranflater, polerte innvendige overflater og koblinger som er i samsvar med 3-A eller EHEDG hygieniske standarder. Alle fuktede deler er produsert av 316L rustfritt stål med definerte overflateruhetsverdier, typisk Ra ≤ 0,8 µm, for å sikre full rengjøring under CIP (clean-in-place) og SIP (sterilize-in-place) prosedyrer.

Høytrykks- og ultrahøytrykksmålere

Bruksområder som hydraulisk testing, vannstråleskjæring, kjemiske høytrykksreaktorer og gasskompresjonssystemer krever målere vurdert for ekstreme trykk over 1000 bar eller mer. Disse instrumentene bruker spiralformede Bourdon-rør - en tett kveil fjær-rør-konfigurasjon som gir flere svinger av avbøyning for større nøyaktighet ved høye områder - kombinert med kraftige rustfrie stålhus og spesialiserte høytrykks prosessforbindelser som kjegle-og-sokkel eller mellomtrykksfittings. Sikkerhetsmønstre med utblåsende bakpaneler er obligatoriske i høytrykksmålerinstallasjoner for å beskytte operatører i tilfelle rørbrudd.

Test og kalibreringsmålere

Testmålere er presisjonsinstrumenter med nøyaktighetsklasser på 0,25 % eller bedre, som brukes til å verifisere avlesningene til installerte prosessmålere, kalibrere instrumentering og utføre aksepttesting på trykksystemer. De har store skivediametre - vanligvis 150 mm eller 250 mm - for å tillate fin pekerinterpolering, speilbåndede urskiver for å eliminere parallakselesefeil og justerbare pekermekanismer. Testmålere bør oppbevares forsiktig i beskyttende tilfeller når de ikke er i bruk og kalibreres på nytt med jevne mellomrom mot sporbare standarder for å opprettholde den angitte nøyaktigheten.

Nøkkelfaktorer ved valg av riktig trykkmåler

Å velge riktig trykkmåler fra de mange forskjellige tilgjengelige typene krever evaluering av flere gjensidig avhengige faktorer. Å forhaste seg med denne avgjørelsen resulterer ofte i for tidlig instrumentfeil, unøyaktige avlesninger eller sikkerhetsfarer. Følgende sjekkliste dekker de mest kritiske utvalgskriteriene:

• Trykkområde: Det normale driftstrykket til systemet bør falle mellom 25 % og 75 % av målerens fullskalaområde. Konsekvent drift på toppen av skalaen akselererer utmattelsen av føleelementet, mens et område som er for bredt reduserer lesbarheten og nøyaktigheten under normale driftsforhold.
• Mediekompatibilitet: Alle fuktede materialer - røret, sokkelen og eventuelle interne komponenter - må være kjemisk kompatible med prosessvæsken eller gassen. Se et kjemisk motstandsskjema og spesifiser riktig materialkvalitet for hver applikasjon for å forhindre korrosjonsrelatert feil.
• Prosesstemperatur: Høye prosesstemperaturer påvirker målerens nøyaktighet og kan skade følerelementet. For medier over 60 °C, bør et hevertrør (for damp), kjøleelement eller ekstern membrantetningsenhet brukes for å beskytte målerhuset mot varmeeksponering.
• Vibrasjon og pulsering: Systemer med pumper, kompressorer eller høyfrekvente trykksvingninger krever enten væskefylte målere eller installasjon av en snubber (pulsasjonsdemper) i målerens innløpsforbindelse for å beskytte bevegelsen mot rask syklisk belastning.
• Miljøvernvurdering: Målere installert utendørs eller i våte, støvete eller kjemisk aggressive miljøer bør ha en passende IP-klassifisering (inntrengningsbeskyttelse). IP65 eller høyere er vanligvis nødvendig for utendørs installasjoner for å hindre fuktighet og forurensninger å trenge inn i kabinettet.
• Nøyaktighetsklasse: Den nødvendige nøyaktighetsklassen avhenger av hvor kritisk målingen er. Generell industriell overvåking krever typisk nøyaktighetsklasse 1,6 % eller 2,5 %, mens prosesskontrollapplikasjoner kan kreve klasse 1,0 % eller bedre. Sikkerhetskritiske og kalibreringsapplikasjoner krever klasse 0,25 % til 0,6 % presisjonsinstrumenter.

Installasjon og vedlikeholdspraksis som beskytter målerens ytelse

Selv den best spesifiserte trykkmåleren vil underprestere eller svikte for tidlig hvis den installeres feil eller forsømmes under drift. Måleren skal alltid monteres i oppreist vertikal posisjon der det er mulig, da skråstilt eller omvendt montering påvirker pekerbalansen og, i væskefylte målere, kan forårsake væskelekkasje fra kassen. Prosessforbindelser bør gjøres med riktig gjengeforsegling for mediet – PTFE-tape er mye brukt, men bør ikke påføres den første gjengen for å hindre at fragmenter kommer inn i måleinntaket. En manuell isolasjonsventil installert mellom prosessledningen og måleren gjør at måleren kan isoleres for utskifting eller kalibrering uten å avbryte systemdriften.

Regelmessig inspeksjon av installerte målere bør kontrollere for pekerdrift, sprukne skiver, kasselekkasje og korrosjon av prosessforbindelsen. Målere som viser en konsistent forskyvningsfeil bør kalibreres på nytt eller erstattes. I sikkerhetskritiske applikasjoner bør en formell målerkalibrering og utskiftingsplan – vanligvis på årsbasis eller som definert av en risikovurdering – dokumenteres og følges nøye. Å forstå de forskjellige typer målere som er tilgjengelige og bruke lydvalg, installasjon og vedlikeholdspraksis sikrer at trykkmåling forblir nøyaktig, pålitelig og sikker gjennom hele levetiden til ethvert trykksystem.