Rozdíl mezi relativním a absolutním tlakem

Při výběru převodníku tlaku je v první řadě důležité rozlišovat mezi absolutním a relativním tlakem. Absolutní tlak je tlak vztažený k dokonalému vakuu. Relativní tlak vztažený k atmosférickému tlaku okolního vzduchu. Absolutní tlak může nabývat pouze kladných hodnot. Relativní tlak může nabývat kladných hodnot, pak hovoříme o přetlaku, nebo záporných hodnot, pak hovoříme o podtlaku. Převodník relativního tlaku tedy musí být z principu vybaveny malým otvorem, který vyrovná tlak uvnitř převodníku s okolním prostředím. Z jedné strany aktivní měřicí vrstvy působí měřený tlak a druhá strana tlakového převodníku zůstává otevřená. U absolutních převodníku tlaku je druhá strana tlakového převodníku hermeticky uzavřená. Volba typu převodníku tlaku musí být provedena s ohledem na požadavky konkrétní aplikace. 

Jednotky tlaku a jejich převod

V oblasti měření tlaků se používá celá řada jednotek. Hlavní jednotkou tlaku v soustavě SI je pascal (Pa), setkáváme se pak spíše s jejími násobky kilopascal (kPa, tj 10 3  Pa) a megapascal (MPa, tj. 10 6  Pa). V technické praxi se stéle více prosazují jednotky (bar) a (mbar, tj 10 -3  bar), které jsou víceméně standardem na západ od našich hranic. U aplikací pro měření výšky hladiny pomocí hydrostatického tlaku je možné používat metry vodního sloupce H2O.  V meteorologii bylo v minulosti obvyklé používání jednotky torr (Torr), původně nazývané milimetr sloupce rtuti (mmHg). V anglosaské oblasti se běžně můžeme setkat s jednotkou libra síly na čtverečný palec (psi). Jednotky lze mezi sebou snadno přepočítat pomocí níže uvedené tabulky.

Druhy tlakových senzorů

Piezorezistivní křemíkový převodník tlaku s průmyslovým procesním připojením (například Baumer PBMN pro nízké tlaky)

U polovodičových materiálů je změna měrného odporu a tím i signálu výsledkem proměnlivé pohyblivosti elektronů v krystalické struktuře. Tato pohyblivost je ovlivněna mechanickým zatížením. Křemíkový čip a procesní médium jsou odděleny membránou z nerezové oceli. Membrána může být umístěná vně nebo uvnitř převodníku. V závislosti na aplikaci se jako převodová kapalina pro přenos vnitřního tlaku používá parafín nebo silikonový olej. Převodníky s piezorezistivním křemíkovým tlakovým čidlem vynikají vysokou přesností měření a dlouhodobou stabilitou. Ve styku s měřeným médiem je pouze nerezová ocel.

Piezorezistivní křemíkový převodník tlaku s vnější oddělovací membránou (například Baumer PBMN flush a převodník Baumer pro hygienické aplikace)

U polovodičových materiálů je změna měrného odporu a tím i signálu výsledkem proměnlivé pohyblivosti elektronů v krystalické struktuře. Tato pohyblivost je ovlivněna mechanickým zatížením. Křemíkový čip a procesní médium jsou odděleny membránou z nerezové oceli. Membrána může být umístěná vně nebo uvnitř převodníku. V závislosti na aplikaci se jako převodová kapalina pro přenos vnitřního tlaku používá parafín nebo silikonový olej. Převodníky s piezorezistivním křemíkovým tlakovým čidlem vynikají vysokou přesností měření a dlouhodobou stabilitou. Ve styku s měřeným médiem je pouze nerezová ocel.

Převodník tlaku s keramickým tlustovrstvým monolitickým senzorem (například Baumer CTX a Baumer CTL)

Základní tělo je vyrobeno z keramického monolitu, na jehož membráně jsou na zadní straně vytištěny rezistory. Rezistory na membráně jsou propojeny tak, aby vytvořily Wheatstoneův můstek. Proti tlaku média působí na této opačné straně jen tlak okolního vzduchu. Proto je u této technologie možné měřit pouze relativní tlak. Během zvyšování tlaku jsou rezistory vystaveny největšímu namáhání ve středu membrány a největšímu stlačení v okrajových oblastech. Keramika je v tlustovrsvých keramických převodnících tlaku v přímém kontaktu s měřeným médiem. Vzhledem k tomu, že na procesní připojení nelze přivařit keramiku, je k zabránění vniknutí média do převodníku tlaku použité těsnění. Keramické převodníky tlaku vynikají dobrou dlouhodobou stabilitou a odolností proti korozi, ve styku s měřeným médiem je však kromě zpravidla nerezového těla převodníku tlaku rovněž keramika a materiál těsnění, což je nutné zohlednit při posuzování vhodnosti převodníku tlaku pro konkrétní aplikaci.

Převodník tlaku s keramickým tlustovrstvým hybridním senzorem (například Baumer Y91 a Baumer PBSN)

Měřicí film je umístěn mezi tenkým keramickým membránovým diskem a keramickým základním tělesem. Požadovaný prostor pro ohyb membrány je vytvořen speciálně vytvořenou mezerou. Takto vytvořený prostor lze ponechat otevřený nebo je jej možné uzavřít a evakuovat, což umožňuje měření relativního nebo absolutního tlaku. Keramické tlustovrstvé převodníky tlaku vynikají dobrou dlouhodobou stabilitou a odolností proti korozi. Rezistory na membráně jsou propojeny tak, aby vytvořily Wheatstoneův můstek. Během zvyšování tlaku jsou rezistory vystaveny největšímu namáhání ve středu membrány a největšímu stlačení v okrajových oblastech. Keramika je v tlustovrsvých převodnících tlaku v přímém kontaktu s měřeným médiem. Keramické převodníky tlaku vynikají dobrou dlouhodobou stabilitou a odolností proti korozi, ve styku s měřeným médiem je však kromě zpravidla nerezového těla převodníku tlaku rovněž keramika a materiál těsnění, což je nutné zohlednit při posuzování vhodnosti převodníku tlaku pro konkrétní aplikaci.

Převodník tlaku s kovovým tenkovrstvým senzorem (například Baumer PDRx a Baumer PBMN pro vysoké tlaky)

Základní tělo je vyrobeno z nerezové oceli. Struktura rezistorů je vytvářena fotolitografií. Kovové tenkovrstvé převodníky tlaku vynikají svou vysokou odolností proti tlakovým špičkám. Lze měřit i extrémně vysoké tlaky - i když jsou vystaveny vysokému rázovému a vibračnímu zatížení. V kovové tenkovrstvé technologii jsou čtyři rezistory vzájemně propojeny tak, aby vytvořily Wheatstoneův můstek. Během zvyšování tlaku jsou rezistory vystaveny největšímu namáhání ve středu membrány, zatímco nejsilnější komprese je přítomna v okrajové oblasti. U převodníků tlaku s kovovým tenkovrstvým senzorem je měřicí membrána současně oddělovací membránou. Převodníky se zpravidla vyrábějí pouze pro měření relativního tlaku, protože vytvoření vakua na zadní straně membrány by bylo konstrukčně velmi složité. Není vyžadována žádná vnitřní převodová kapalina. Ve styku s měřeným médiem je pouze nerezová ocel.

Produkty

Baumer PBMN pro nízké tlaky

  • Převodník tlaku s plně svařovanou konstrukcí
  • Odolnost proti chemikáliím a abrazivním médiím
  • Velmi vysoká odolnost proti přetížení
  • Třída přesnosti 0.25 % nebo 0.1 % z rozsahu
  • Rozsahy tlaku -1…0 bar až 0…40 bar

Baumer PBMN pro vysoké tlaky

  • Převodník tlaku s plně svařovanou konstrukcí
  • Odolnost proti chemikáliím a abrazivním médiím
  • Velmi vysoká odolnost proti přetížení
  • Třída přesnosti 0.25 % nebo 0.1 % z rozsahu
  • Rozsahy tlaku 0…60 bar až 0…1600 bar

Baumer PBMN flush

  • Převodník tlaku s vnější oddělovací membránou
  • Vhodné pro visózní nebo znečištěná média
  • Membrána zabrání vniknutí média do měřicího ústrojí
  • Velmi vysoká odolnost proti přetížení
  • Rozsahy tlaku  -1…0 bar až 0…400 bar

Baumer PDRx

  • Velmi rychlý převodník tlaku pro hydraulické systémy
  • Vysoká odolnost proti přetížení
  • Velmi rychlá odezva (10…90%): ≤ 1 ms
  • Třída přesnosti 0.5 % nebo 0.3 % z rozsahu
  • Rozsahy tlaku 0…60 bar až 0…1600 bar

Baumer PBSN

  • Univerzální průmyslový převodník tlaku
  • Vhodný pro běžná kapalná a plynná média
  • Třída přesnosti 0.7 % nebo 0.5 % z rozsahu
  • Možnost úpravy rozsahu pomocí programátoru
  • Rosahy tlaku -1…0 bar až 0…600 bar

Baumer Y91

  • Univerzální průmyslový převodník tlaku
  • Vhodný pro běžná kapalná a plynná média
  • Třída přesnosti 0,3% z rozsahu
  • Rozsahy tlaku  -0,1…0 bar až 0…600 bar
  • Volitelně ATEX po prostředí s nebezpečím výbuchu

Baumer CTX

  • Průmyslový převodník tlaku pro OEM aplikace
  • Vhodný pro běžná kapalná a plynná média
  • Rozsahy tlaku  -1…0 bar až 0…200 bar
  • Vynikající poměr cena/výkon
  • Minimální odběr 5 ks