Мембранный разделитель защищает прибор для измерения давления от измеряемой среды, но в то же время способен вносить дополнительную погрешность в его показания. Этот недостаток разработчики стараются свести к минимуму. В статье представлены мембранные разделители MANOTHERM. Объяснен термин «коэффициент температурной компенсации» (КТК), который в сущности является показателем точности прибора. Показано, что у мембранных разделителей MANOTHERM самый высокий КТК среди аналогичных устройств, то есть он обеспечивает наибольшую точность измерения давления.
Разработчик мембранных разделителей MANOTHERM
Компания ARMANO Messtechnik GmbH из немецкого города Грюнхайн-Байерфельд является разработчиком и производителем контрольно-измерительных приборов. Более чем за сто лет деятельности немецкая фирма заслужила огромное уважение на рынке благодаря высокому качеству своего оборудования под брендом MANOTHERM. Компания выпускает в основном средства измерения давления и температуры: стрелочные приборы – манометры и термометры, датчики давления, грузопоршневые манометры, мембранные разделители и многое другое. В России продукцию MANOTHERM представляет ООО «МАНОТЕРМ Прибор» – дочерняя компания немецкого производителя. Но это не просто дистрибьютор и интегратор: на производственной площадке российской компании ARMANO Messtechnik локализовала свое производство, так что сегодня в каталоге ООО «МАНОТЕРМ Прибор» можно видеть немало оборудования, сделанного в России.
В статье мы остановим внимание на таком решении, как мембранный разделитель, который, с одной стороны, совершенно необходим как защитное устройство для измерительного прибора, а с другой – способен внести дополнительную погрешность в показания. Однако мембранные разделители MANOTHERM благодаря своим конструктивным особенностям имеют особые преимущества. Рассмотрим их технические возможности и характеристики.
Области применения мембранных разделителей
Мембранный разделитель применяется с приборами для измерения давления. На рис. 1 представлен манометр с трубчатой пружиной и капиллярной проводкой, который совместно с мембранным разделителем используется в различных отраслях промышленности. Разделитель позволяет изолировать чувствительный элемент прибора от неблагоприятного воздействия измеряемой среды. Это может быть коррозийная среда, вязкая, содержащая абразив, способная к полимеризации или кристаллизации, высокотемпературная, токсичная или вызывающая загрязнение и, наоборот, стерильная, которую в свою очередь необходимо защитить от контакта с измерительным прибором. Применяется мембранный разделитель и в случае, если требуется дистанционный монтаж прибора (через капилляр).
Рис. 1. Манометр с мембранным разделителем
Монтаж с прибором и в технологическом процессе
Сборка и установка измерительного прибора с разделителем осуществляется с помощью технологии вакуумного монтажа с заполнением передающей жидкостью. Вся конструкция поставляется заказчику как единая калиброванная система, не подлежащая разборке. Каждая система проверяется с помощью предварительного расчета на работоспособность в заданных условиях. Проверяется поведение системы в двух возможных неблагоприятных ситуациях:
- в условиях дефицита объема жидкости при низкой температуре окружающей среды при полном отклонении шкалы (мембрана движется в сторону основания);
- в условиях увеличения объема жидкости при нагреве мембраны в процессе. Как следствие, возникает смещение показаний прибора (мембрана движется в сторону процесса).
Температурная погрешность мембранных разделителей. Коэффициент температурной компенсации (КТК)
Разделитель вносит температурную погрешность. При изменении температуры относительно нормальной рабочая жидкость изменяет свой объем: при нагревании – расширяется, и давление в системе «прибор + разделитель» повышается. Происходит смещение показаний прибора (температурный эффект). При понижении температуры мы наблюдаем обратный эффект.
Поведение системы в координатах «объем – давление» описывается характеристической кривой мембранного разделителя (рис. 2). По горизонтальной оси – давление рабочей жидкости в замкнутой системе «разделитель – прибор», по вертикальной – изменение объема рабочей жидкости, обусловленное температурой окружающей среды и измеряемого процесса.
Рис. 2. Характеристическая кривая мембранного разделителя в координатах «объем – давление»
Коэффициент температурной компенсации (КТК) мембранного разделителя является ключевым параметром. По важности его можно сравнить с классом точности измерительного прибора. Зависимость температурной погрешности от коэффициента температурной компенсации мембраны следующая: чем выше фактор (то есть круче наклон кривой), тем ниже погрешность.
Каждая система «прибор давления + разделитель сред» проверяется расчетным путем на работоспособность. Прогнозируется температурный эффект (%/10 К) и время отклика (t90, с).Мембраны с низким КТК могут применяться лишь в ограниченном температурном диапазоне (Tокр.= 10…30 °C, Tпроц.< 80 °C).
Монтируемые на открытом воздухе манометры и датчики давления для высокой технологической температуры должны оснащаться разделителями с максимально высоким КТК. Разделители MANOTHERM имеют самый высокий КТК [см3/бар] на рынке: KТК > 400 для DN 50, KТК > 1000 для DN 80. Разделители-«конкуренты» имеют существенно меньший КТК (KТК < 20 для DN 50, KТК < 150 для DN 80). Конкретный пример с числовыми характеристиками приведен на рис. 3.
Рис. 3. Характеристики разделителя MANOTHERM и конкурирующего изделия: пример
Кроме того, на рис. 4 и 5 можно видеть сравнение мембран с синусоидальным профилем (традиционной) и трапециевидным профилем (типа High-Soft). Приведены конкретные примеры из практики.
Рис. 4. Мембранный разделитель MANOTHERM в деталях
Рис. 5. Возможности мембран с синусоидальным профилем (традиционная) и трапецевидным профилем (типа High-Soft)
ВЫВОД: разделители MANOTHERM фактически имеют «термокомпенсированную» характеристическую кривую с высоким КТК (трапециевидная форма мембраны).
Технология MANOTHERM позволяет снизить температурный эффект с помощью мембран специальной конструкции. Мембрана «берет на себя» обусловленное температурой изменение объема. При сильной вариации температуры смещение нулевой точки прибора оказывается незначительным.
Экономические преимущества мембранных разделителей MANOTHERM:
- при равных параметрах процесса можно выбрать меньший номинальный размер (DN) мембранного разделителя. Там, где конкурент предлагает DN 80, компания MANOTHERM предлагает разделитель DN 50;
- удобство считывания показаний манометра с разделителем MANOTHERM. При равных параметрах процесса можно выбрать больший размер корпуса манометра. Там, где конкурент может предложить размер 100 мм, компания MANOTHERM предлагает манометр 160 мм;
- не требуется обогрев капиллярных линий, поскольку конструкция мембран и технология сборки обеспечивают термокомпенсацию и минимизируют влияние температурного эффекта на показания прибора.
Статья опубликована в журнале «ИСУП»