Industriële Drukmeting: Technieken, Sensoren en Installatie

Toepassingen van Drukmetingen

Drukmetingen worden in de industrie zeer veelvuldig toegepast. Enkele typische toepassingen zijn:

• Meting van gasdruk in leidingen.
• Meting van perslucht in pneumatische systemen.
• Meting van oliedruk in hydraulische systemen.
• Meting van luchtdruk voor de weerkunde (noodzakelijk voor weersvoorspellingen).
• Meting van vacuüm in processen (vacuümcontrole).
• Meting van stoomdruk in boilers en stoomsystemen.
• Meting van niveau: door de druk op de bodem van een tank te meten, kan de hoogte worden berekend.

Basisprincipes van Druk

Druk wordt gedefinieerd als de kracht per oppervlakte.

De formule luidt: P = F / A

• P is de druk in Pascal (Pa).
• F is de kracht in Newton (N).
• A is het oppervlak in m².

Hydrostatische Druk

Wanneer een vloeistof boven een oppervlak staat, oefent deze een druk uit door haar eigen gewicht. Dit noemen we hydrostatische druk.

De formule hiervoor is: P = ρ · g · h

• ρ (rho) is de soortelijke massa (dichtheid).
• g is de zwaartekrachtsversnelling (9,81 m/s²).
• h is de hoogte van de vloeistofkolom.

Dit principe wordt in tanks gebruikt om het niveau te bepalen: bij een hogere vloeistofhoogte verhoogt de druk evenredig.

Soorten Druk en Definities

• Vacuüm: Een druk die gelijk is aan 0 Pa.
• Absolute druk: De druk gemeten ten opzichte van het absolute vacuüm.
• Atmosferische druk: De gemiddelde luchtdruk, ongeveer 1013 mbar.
• Verschildruk: Het verschil tussen twee absolute drukken.
• Effectieve druk: De druk gemeten ten opzichte van de atmosferische druk.
• Overdruk: Een druk die hoger is dan de atmosferische druk.
• Onderdruk: Een druk die lager is dan de atmosferische druk.

Manometers met Vloeistof

Buismeter van Torricelli

Deze bestaat uit een glazen buis die aan één kant is afgesloten en volledig is gevuld met kwik. Wanneer de buis omgekeerd in een bak met kwik wordt geplaatst, zakt het kwikniveau tot 760 mm.

• 760 mm kwik komt overeen met 1013 mbar atmosferische druk.
• Boven het kwik ontstaat een vacuüm (absolute druk nul).
• Soortelijke massa's: Water (1000 kg/m³), Kwik (13600 kg/m³), Ethanol (800 kg/m³), Petroleum (850 kg/m³).
• Voordeel: Zeer nauwkeurig, wordt veel in laboratoria gebruikt.
• Nadeel: Het aflezen is moeilijk omdat verschillende niveaus bepaald moeten worden.

J-buis Manometer

Bij dit type is één been breed en het andere smal. Hierdoor heeft het drukverschil weinig effect op de brede kant, waardoor het hoogteverschil in de smalle buis makkelijker af te lezen is. Hoewel er een kleine fout ontstaat door het verwaarlozen van h1, blijft de meting nauwkeurig.

J-buis met hellend been

Door een hellende schaal te gebruiken, ontstaat een grotere uitslag voor kleine drukverschillen. Dit is ideaal voor kalibratie en het meten van zeer kleine verschildrukken.

Mechanische Drukmeters

Balgmanometer

De druk komt binnen in een balg. Bij overdruk zet de balg uit, terwijl deze bij onderdruk krimpt. Deze beweging brengt een wijzer in beweging die de druk aangeeft. Een balgmanometer kan zowel normale druk als verschildruk meten door twee verschillende drukken aan te sluiten.

Elektronische Drukmeters

Capacitieve Drukmeter

Een condensator is opgebouwd uit twee platen. De formule voor capaciteit is: C = ε · A / d.

• Een drukverandering zorgt voor een verandering in de afstand d tussen de platen.
• Hogere druk betekent een kleinere afstand d, waardoor de capaciteit stijgt.
• Kenmerken: Zeer nauwkeurig (ca. 0,1%), groot meetbereik (0 tot 300 bar), geschikt voor statische en verschildruk.
• Uitgangssignaal: Meestal een spanning of stroom (4–20 mA).

Rekstrookjes

Wanneer een geleider wordt uitgerekt, wordt deze langer en dunner, waardoor de elektrische weerstand stijgt. De formule hiervoor is: R = ρ · l / A.

• Rek geeft een hogere weerstand, krimp geeft een lagere weerstand.
• De meting gebeurt via een Wheatstonebrug (gevoeligheid uitgedrukt in mV/V).
• De strookjes worden op een membraan gekleefd en meten de druk door vervorming.
• Geschikt voor zeer grote drukken tot 6000 bar met een nauwkeurigheid van ongeveer 0,25%.

Soorten rekstrookjes

• Draadrekstrookjes: Hebben een lage gevoeligheid en worden weinig gebruikt.
• Metaalfolie rekstrookjes: Bieden een betere warmteafvoer en zijn nauwkeuriger.
• Halfgeleiderrekstrookjes: Tot wel 50 keer gevoeliger, vaak met een geïntegreerde Wheatstonebrug.

Montage en Installatie van Drukmeters

Vloeistofdruk in een horizontale leiding

• Meter onder de leiding: Er ontstaat een fout door de extra hoogte h van de vloeistofkolom.
• Meter boven de leiding: Luchtbellen kunnen terugstijgen naar de procesleiding.
• Aftapkraantje: Onderaan plaatsen om bezinksel te verwijderen.
• Zero-afstelling: Noodzakelijk wanneer de meter lager dan het meetpunt geplaatst is.

Gasdrukmeting

Bij nat gas moet de meter altijd boven de leiding geplaatst worden, zodat eventuele vloeistof in de meetleiding terugloopt in de procesleiding.

Stoomdrukmeting

Omdat stoom zeer heet is (>100°C), kan de meter beschadigd raken. Daarom wordt een sifon of krul gebruikt.

• Hierin condenseert water, wat een koude barrière vormt.
• De druk wordt correct doorgegeven, maar de hoge temperatuur bereikt de meter niet.
• Bij snel wisselende druk wordt de meter vaak gedempt met glycerine om schokken op te vangen.