Przetwornik ciśnienia to urządzenie do pomiaru ciśnienia w płynach, gazach i parach w celu przekształcenia wartości pomiaru na sygnał elektryczny, który można odczytać oraz monitorować. Działa on na zasadzie zmiany ciśnienia, które wpływa na element mechaniczny (np. membranę) w przetworniku, powodując zmiany w elektrycznym sygnale wyjściowym.

Urządzenia te są stosowane w wielu różnych dziedzinach m.in. w automatyce przemysłowej, motoryzacji, medycynie czy w meteorologii. W zależności od zastosowania mogą mierzyć różne zakresy ciśnienia (bardzo niskie oraz bardzo wysokie wartości). Ich wybór zależy od specyficznych wymagań danego zastosowania, takich jak dokładność, zakres pomiarowy, odporność na warunki środowiskowe czy kompatybilność z mierzoną substancją.

Przetworniki ciśnienia często są kluczowymi komponentami systemów sterowania i monitorowania, umożliwiając automatyczną regulację procesów w odpowiedzi na zmiany ciśnienia. Przetworniki posiadają szereg zalet i są niezastąpione w wielu zastosowaniach przemysłowych, komercyjnych, a także naukowych. Oto niektóre z głównych zalet używania przetworników ciśnienia oraz ich typowe zastosowania.

Zalety przetworników ciśnienia

• Dokładność pomiarów - przetworniki ciśnienia zapewniają bardzo dokładne pomiary ciśnienia, co jest kluczowe w procesach, gdzie precyzyjne sterowanie ciśnieniem wpływa na bezpieczeństwo, efektywność i jakość produktu.
• Wszechstronność - przetworniki ciśnienia są dostępne w wielu różnych konfiguracjach, co pozwala na ich zastosowanie w różnorodnych środowiskach i aplikacjach (od niskiego ciśnienia w medycynie po wysokie ciśnienia w przemyśle naftowym i gazowym).
• Odporność na trudne warunki - wiele przetworników ciśnienia jest zaprojektowanych do pracy w ekstremalnych warunkach, takich jak wysoka temperatura, korozja czy wibracje, co sprawia, że są one idealne do zastosowań przemysłowych.
• Integracja z systemami automatyzacji - przetworniki ciśnienia łatwo integrują się z systemami automatyki, oferując zdalne monitorowanie i kontrolę procesów, co zwiększa efektywność operacyjną i zmniejsza potrzebę interwencji człowieka.
• Poprawa bezpieczeństwa - monitorowanie ciśnienia w czasie rzeczywistym pomaga w zapobieganiu awariom i wypadkom, szczególnie w procesach przemysłowych, gdzie przekroczenie określonych wartości ciśnienia może prowadzić do poważnych incydentów.

Zastosowanie przetworników ciśnienia

• Przemysł chemiczny, petrochemiczny - monitorowanie i kontrolowanie ciśnienia w rurociągach i reaktorach w celu zapewnienia bezpiecznych i optymalnych warunków pracy.
• Automatyka przemysłowa - użycie w systemach HVAC (ogrzewanie, wentylacja, klimatyzacja), gdzie kontrola ciśnienia jest kluczowa dla efektywności energetycznej i komfortu.
• Medycyna - monitoring ciśnienia w urządzeniach medycznych, takich jak respiratory i pompy infuzyjne, co jest ważne dla bezpieczeństwa pacjentów.
• Motoryzacja - przetworniki ciśnienia stosowane są do monitorowania ciśnienia w oponach, co wpływa na bezpieczeństwo jazdy, zużycie paliwa i trwałość opon.
• Badania naukowe - używane w laboratoriach do precyzyjnych pomiarów ciśnienia w eksperymentach naukowych.

Korzystanie z przetworników ciśnienia pozwala na bardziej efektywne zarządzanie procesami przemysłowymi i komercyjnymi, zapewniając jednocześnie poprawę bezpieczeństwa, kontrolę jakości i redukcję kosztów operacyjnych.

Charakterystyka sygnałów wyjściowych

Sygnały wyjściowe dostępne w przetwornikach ciśnienia można podzielić na kilka głównych typów. Każdy z nich ma swoje unikalne cechy i jest odpowiedni do różnych zastosowań.

1. Sygnały analogowe

To najczęściej stosowane sygnały wyjściowe w przetwornikach ciśnienia ze względu na ich prostotę i szerokie zastosowanie w przemyśle.

• 4-20 mA (prądowy sygnał analogowy)

Jest to standard przemysłowy, gdzie 4 mA reprezentuje minimalną wartość zakresu pomiarowego, a 20 mA maksymalną wartość. Zaletą tego typu sygnału jest jego odporność na zakłócenia elektryczne, co sprawia, że jest idealny do długodystansowej transmisji w środowisku przemysłowym.

• 0-10 V (napięciowy sygnał analogowy)

W tym przypadku 0 V odpowiada minimalnemu ciśnieniu, a 10 V maksymalnemu ciśnieniu w zakresie pomiarowym. Ten sygnał jest prostszy do implementacji niż sygnał prądowy, ale jest bardziej podatny na zakłócenia szczególnie przy dłuższych dystansach transmisji.

2. Sygnały cyfrowe

Cyfrowe sygnały wyjściowe umożliwiają bardziej złożoną komunikację i integrację    z zaawansowanymi systemami sterowania.

• HART: Hybrid Analog/Digital

Ten protokół wykorzystuje analogowy sygnał 4-20 mA do przekazywania wartości ciśnienia, a dodatkowo umożliwia nałożenie na ten sygnał informacji cyfrowej. Pozwala to na zdalną diagnostykę oraz konfigurację przetwornika.

• Modbus, CAN, Profibus 

To popularne protokoły komunikacji cyfrowej stosowane w przemyśle. Zapewniają możliwość przesyłania danych pomiędzy wieloma urządzeniami na jednej magistrali komunikacyjnej, oferując szybkość transmisji i możliwość łatwej integracji systemów.

3. Sygnał PWM (Pulse Width Modulation)

• PWM

W tym przypadku ciśnienie jest reprezentowane przez szerokość impulsów w sygnale. To częsty sposób używany w aplikacjach, gdzie potrzebna jest prosta i efektywna metoda transmisji informacji cyfrowych.

Wybór odpowiedniego sygnału wyjściowego jest kluczowy dla optymalnej pracy systemów monitorujących i kontrolujących ciśnienie w różnych aplikacjach. Należy pamiętać, że wybór sygnału wyjściowego zależy od szeregu czynników, w tym:

1. dokładności i zakresu pomiarowego - dokładniejsze pomiary mogą wymagać bardziej złożonych sygnałów;
2. środowiska pracy - w warunkach przemysłowych z dużymi zakłóceniami elektromagnetycznymi lepiej sprawdzają się sygnały prądowe;
3. dystansu transmisji - sygnały prądowe są lepsze na długie dystanse;
4. kosztów i złożoności systemu - prostsze sygnały mogą obniżyć koszty i złożoność systemu.

Inne przyrządy do pomiaru ciśnienia w przemyśle

W przemyśle stosuje się różne rodzaje przyrządów do pomiaru ciśnienia, które różnią się konstrukcją, zasadą działania oraz zakresem zastosowań. Poniżej przedstawiamy kilka popularnych przyrządów pomiarowych używanych do monitorowania ciśnienia.

1. Mechaniczne manometry WIKA

Są to tradycyjne urządzenia służące do pomiaru ciśnienia, które działają na zasadzie odkształcenia elementu elastycznego (np. sprężyny lub membrany) pod wpływem ciśnienia.

• Manometry rurowe Bourdona - wykorzystują zakrzywioną, elastyczną rurkę, która prostuje się pod wpływem wzrostu ciśnienia. Ruch rurki jest przekazywany na wskazówkę, która pokazuje wartość ciśnienia na skali.
• Manometry membranowe - używają cienkiej membrany, która odkształca się w odpowiedzi na zmiany ciśnienia. Są szczególnie przydatne przy pomiarze niskich ciśnień oraz w środowiskach, gdzie obecne są agresywne substancje chemiczne. 

2. Manometry elektroniczne

To nowoczesne urządzenia wykorzystujące czujniki elektroniczne do mierzenia ciśnienia i przekazywania danych w formie elektronicznej.

• Czujniki ciśnienia piezorezystancyjne - wykorzystują zmianę rezystancji materiału pod wpływem odkształcenia, które jest wywołane przez ciśnienie.
• Czujniki ciśnienia pojemnościowe - mierzą zmianę pojemności kondensatora, która jest wywołana przemieszczeniem jednej z elektrod pod wpływem ciśnienia.

3. Przetworniki ciśnienia

Oprócz standardowych przetworników ciśnienia istnieją specjalistyczne wersje, które są dostosowane do konkretnych zastosowań np. do pomiarów w bardzo wysokich temperaturach lub w ekstremalnych warunkach środowiskowych.

4. Wakuometry

Służą do pomiaru ciśnienia poniżej atmosferycznego (ciśnienie próżni). Wakuometry mogą być zarówno mechaniczne, jak i elektroniczne w zależności od wymaganej dokładności i zakresu pomiarowego.

5. Barometry

Używane głównie do pomiaru ciśnienia atmosferycznego. W przemyśle stosowane do monitorowania warunków środowiskowych, które mogą wpływać na procesy produkcyjne.

Każde z powyższych urządzeń ma swoje specyficzne zastosowanie w zależności od wymagań przemysłu, takich jak dokładność pomiaru, odporność na agresywne media, zdolność do pracy w wysokich temperaturach czy koszt. Wybór odpowiedniego przyrządu do pomiaru ciśnienia jest kluczowy dla zapewnienia niezawodności i efektywności procesów produkcyjnych, monitorowania bezpieczeństwa oraz przestrzegania norm regulacyjnych.

Galeria przykładowych przetworników ciśnienia

Uniwersalny przetwornik ciśnienia z portem ciśnieniowym lub membraną czołową

Przetwornik ciśnienia do procesu ze wspawaną metalową komorą pomiarową

Różnicowy przetwornik ciśnienia

Przetwornik ciśnienia do ogólnych zastosowań przemysłowych

Przetwornik ciśnienia do zastosowań w strefach niebezpiecznych