Paineenmittaus on perusteknologia prosessiolosuhteiden monitorointiin säiliöissä ja putkistoissa. Koska väliaineet eroavat ominaisuuksiltaan, käytetään erilaisia paineenmittausperiaatteita: absoluuttinen paine ja ylipaine, hydrostaattinen paine ja eropaine.
Absoluuttisessa paineen mittauksessa ja ylipaineen mittauksessa prosessipaine taivuttaa kalvon. Tämä voima välittyy kokoonpuristumattoman öljyn kautta piisirulle, jossa se muunnetaan sähköiseksi signaaliksi. Ero on vertailupisteessä: absoluuttista painetta mitataan alipaineessa, kun taas ylipaine mitataan suhteessa ympäröivään ilmaan. Hydrostaattinen pintamittaus perustuu nestepatsaan painoon. Täyttötason noustessa painovoima saa anturin kalvoon kohdistuvan paineen nousemaan suhteessa väliaineen korkeuteen ja tiheyteen. Eropaineen mittauksessa kaksi painearvoa tallennetaan, tyypillisesti suljetussa säiliössä. Lähetin laskee eron määrittääkseen säiliön sisällä olevan pinnan tai paineen.
Katso video oppiaksesi, miten paineenmittaus toimii.
Cerabarin, Ceraphantin, Deltabarin, Deltapilotin ja Waterpilotin edut yhdellä silmäyksellä
- Jatkuva nesteiden ja kaasujen paineen ja pinnan mittaus
- Korkea mittaustarkkuus ja pitkäaikainen vakaus
- Vankka rakenne vaativiin prosessiolosuhteisiin
- Monipuolinen anturivalikoima joustavaan järjestelmäintegraatioon
- Todistettu luotettavuus monissa teollisissa sovelluksissa
Säiliöihin täytetään mitä erilaisimpia väliaineita ja ne tyhjennetään putkien kautta joka päivä. Esimerkkeinä juomavesi, hedelmämehut, öljyt ja polttoaineet, hapot tai suolavedet. Koska näillä väliaineilla voi olla täysin erilaisia ominaisuuksia, niiden havaitsemiseen on erilaisia mittausperiaatteita. Esimerkiksi absoluuttisen tai ylipaineen mittaus, hydrostaattinen paine sekä eropaine.
Ensimmäiset tieteellistä alkuperää olevat paineenmittaukset dokumentoitiin 1600-luvun puolivälissä. Galileo Galilei teki testejä pumpuilla selättääkseen korkeuserot kastelussa. Evangelista Torricelli teki tutkimuksia elohopeapatsailla ja löysi tyhjiön. Blaise Pascal kuuli näistä kokeista, jatkoi tutkimusta ja pystyi määrittämään ilman painon. Pascal kutsui tätä voimaa paineeksi, ja kunnianosoituksena hänelle, paineen SI-yksikkö nimettiin hänen mukaansa. Paine on tulosta alueeseen vaikuttavasta voimasta.
Painemittalaitteita voidaan käyttää absoluuttisen paineen ja ylipaineen havaitsemiseen sekä säiliöiden painemuuttujien ja pintojen määrittämiseen. Tarkastellaan ensin tarkemmin tämän mittausmenetelmän toimintatapaa esimerkkinä absoluuttinen paine ja ylipaine.
Paineita voidaan mitata jatkuvasti nestettä tulvivassa putkessa. Tarkastellaan tarkemmin absoluuttisen painekennon ja ylipaineen kennon eroa keraamisen kennon esimerkin avulla. Keraamisessa kennossa sähköä johtavaa materiaalia levitetään keraamisen alustan päälle, jolloin muodostuu kondensaattori. Kun kohdistetaan paine, kalvo vääntyy ja aiheuttaa muutoksen kapasitanssissa.
Absoluuttisen paineen kenno on suljettu järjestelmä ja mittaa tyhjiötä ilmakehässä. Ilmanpaine ilmoitetaan. Ylipaineen mittauskennossa substraatissa oleva aukko mahdollistaa paineen kompensoinnin ilmakehän ja kennon sisäpuolen välillä.
Kenno mittaa arvoja, jotka ovat suhteessa ympäristön paineeseen. Ilmakehässä ilmanpainetta ei ilmoiteta. Hydrostaattisen paineen mittauksessa säiliössä oleva neste vaikuttaa anturin prosessikalvoon. Painovoima saa paineen nousemaan nestepatsaan eli säiliön täyttötason noustessa. Nestepatsas on verrannollinen täyttötasoon ja väliaineen tiheyteen.
Avoimessa säiliössä paine kompensoituu jatkuvasti suhteessa ympäröivään ilmaan. Siksi säiliön yläosassa oleva kaasu ei vaikuta pintamittaukseen. Nestepatsaan paineen lisäksi anturiin vaikuttaa kuitenkin myös ilmakehän paine. Ilmakehän paineen kompensoinnissa anturia kutsutaan ylipaineanturiksi. Tutustutaan tarkemmin tällaiseen anturiin. Kosketusmittauskenno perustuu piiteknologiaan ja on kehitetty erityisesti hydrostaattiseen pinnan mittaukseen. Resistanssit levitetään piisirulle Wheatstonen sillan muotoon.
Painetta kohdistettaessa prosessikalvo vääntyy ja vastus muuttuu. Anturissa kokoonpuristumaton öljy siirtää paineen prosessikalvolta piisirulle, jossa se analysoidaan. Eropaineen mittauksessa suljetussa säiliössä ilmanpaineella ei ole merkitystä pintamittauksen kannalta. Nestepatsaan paineen lisäksi mitataan myös pinnan yläpuolella oleva ylipaine. Molemmat arvot siirretään lähettimeen öljytäytteisten kapillaarilinjojen kautta. Lähetin laskee molempien paineiden välisen eron ja määrittää säiliön pinnan tästä arvosta.
Endress+Hauserin painemittalaitteet helpottavat paineiden ja pintojen mittaamista vakiosovelluksissa sekä sovelluksissa, joissa on korkeita lämpötiloja ja paineita, sekä sovelluksissa, joissa käytetään syövyttäviä ja hankaavia aineita. Meillä on sopiva ratkaisu kaikkiin sovelluksiin. Endress+Hauser.
