Sfiatare il trasmettitore di pressione? Le ragioni e le soluzioni tecniche

Nel caso dei trasmettitori di pressione, la pressione ambientale o atmosferica deve essere presente sul retro della membrana di misura quando si misura la pressione relativa. Poiché questo lato si trova all'interno della custodia nel caso dei trasmettitori di pressione industriali convenzionali, la ventilazione è necessaria per l'equalizzazione della pressione tra l'interno della custodia e l'ambiente.

15.12.2021

La soluzione più semplice per la necessaria compensazione della pressione nei trasmettitori di pressione menzionati all'inizio sarebbe un foro nella custodia. Ma questo permetterebbe l'ingresso di liquidi e solidi che potrebbero danneggiare il trasmettitore dall'interno. Soprattutto quando vengono utilizzati in condizioni ambientali difficili come i macchinari da costruzione esposti al vento e alle intemperie, un buon grado di protezione IP (Ingress Protection = protezione contro l'ingresso di gas e liquidi) è indispensabile per il funzionamento affidabile del trasmettitore di pressione.

I produttori di trasmettitori di pressione hanno quindi sviluppato diverse soluzioni che permettono questa compensazione di pressione e garantiscono comunque un alto grado di protezione IP. Tutte queste soluzioni sono sempre un compromesso tra una buona ventilazione, un alto grado di protezione IP da un lato e bassi costi dall'altro. Sono sempre peggio di un trasmettitore sigillato ermeticamente. Per questo motivo, i trasmettitori di pressione sono ventilati solo quando le condizioni operative lo richiedono.

Quando è necessaria l'equalizzazione della pressione nel trasmettitore?

La pressione sul retro del diaframma dovrebbe idealmente corrispondere esattamente alla pressione ambientale. Solo in questo modo è possibile una misura esatta della pressione relativa. La pressione all'interno del trasmettitore deve adattarsi ai cambiamenti di pressione ambientale che possono verificarsi a causa di cambiamenti meteorologici, cambiamenti diurni o cambiamenti di altitudine sul livello del mare (ad esempio per i veicoli). In caso contrario, si verificherà un errore di misurazione. Se questo errore di misurazione può essere tollerato dipende dal campo di misurazione: con piccoli campi di misurazione di pochi bar, una variazione di 100 mbar dovuta a un cambiamento del tempo ha un effetto proporzionalmente maggiore che con pressioni elevate di diverse centinaia di bar. Anche la precisione richiesta gioca un ruolo: più la misura deve essere accurata, meno deviazione può essere tollerata.

Inoltre, il riscaldamento del trasmettitore di pressione - e quindi anche l'espansione dell'aria all'interno del trasmettitore - deve essere preso in considerazione. L'aria racchiusa nel trasmettitore si espande all'aumentare della temperatura. Tuttavia, se la custodia è sigillata ermeticamente, la pressione all'interno della custodia aumenta e quindi preme anche sul diaframma di misura. Il grafico mostra, sulla base dell'equazione del gas ideale, come la pressione all'interno dell'involucro aumenta non appena l'aria racchiusa viene riscaldata. Per evitare questo aumento di pressione, l'aria intrappolata deve fluire verso l'esterno o altrimenti essere in grado di espandersi liberamente in una direzione.

Sezione trasversale di un trasmettitore di pressione. In determinate condizioni, lo spazio interno sopra il diaframma di misura deve essere collegato all'ambiente nel caso dei trasmettitori di pressione relativa.

Oltre alla questione se l'equalizzazione della pressione sia necessaria, bisogna anche considerare la velocità richiesta di questa equalizzazione. Questo perché non tutte le soluzioni presentate di seguito permettono l'equalizzazione della pressione alla stessa velocità; con alcune, l'equalizzazione richiede più tempo, ad esempio a causa di sezioni trasversali di flusso basse. Il tempo necessario per eguagliare il 90% della differenza di pressione (valore di riferimento tipico) varia da qualche decimo di secondo a qualche minuto a diverse ore per soluzioni molto dense. Quando può essere ancora accettata la durata? Questo a sua volta dipende dall'area di operazione: i cambiamenti climatici di solito avvengono relativamente lentamente, e anche i trasmettitori abbastanza densi possono mappare correttamente questi cambiamenti. Lo stesso vale per le variazioni di pressione nel ciclo diurno. I cambiamenti del livello del mare, invece, possono avvenire molto più velocemente, per esempio con i veicoli ferroviari che attraversano le catene montuose. I casi estremi di queste circostanze sono gli aerei e gli elicotteri. Questo è il motivo per cui la pressione assoluta è solitamente misurata in tali applicazioni. Particolarmente delicata e spesso sottovalutata è la variazione di pressione dovuta alla variazione di temperatura del trasmettitore stesso o dell'ambiente: se un motore di una macchina da costruzione parte a temperature intorno al punto di congelamento, raggiungerà la temperatura di esercizio in pochi minuti e riscalderà anche gli aggregati che non sono direttamente attaccati ad esso a temperature superiori ai 30°C. Qui, una buona ventilazione è essenziale per ottenere risultati di misurazione corretti.

Il grafico mostra come la pressione del gas in un volume sigillato aumenta quando il gas viene riscaldato da 20°C di temperatura ambiente a 100°C - condizioni che si trovano in una sala macchine.

Quali principi di soluzione esistono?

Ventilazione attraverso l'alloggiamento

Partendo dal semplice buco nell'involucro di cui sopra, ci sono molte varianti su come può essere protetto dalle influenze ambientali: I dispositivi di protezione più comuni sono coperture meccaniche o membrane di ventilazione, per esempio le membrane gore. Il vantaggio di queste soluzioni è che di solito permettono un'ottima equalizzazione della pressione. Tuttavia, questo richiede che le membrane siano pulite. Tuttavia, i trasmettitori di pressione sono spesso installati in luoghi esposti e quindi esposti a oli, acqua e polvere. Nel corso del funzionamento, questi possono svilupparsi in strati di sporcizia che ostruiscono il canale di ventilazione all'interno del trasmettitore e quindi impediscono l'equalizzazione della pressione. Un altro svantaggio è la protezione piuttosto debole contro i detergenti aggressivi o la pulizia ad alta pressione. Per questo motivo, le membrane gore non devono assolutamente entrare in contatto con i liquidi, altrimenti perdono la loro funzione.Nelle soluzioni con tappi protettivi meccanici, c'è il pericolo di penetrazione dell'acqua, che può entrare all'interno in caso di pioggia e vento, per esempio (anche flusso d'aria, ad esempio nei veicoli ferroviari). Gli effetti capillari dovuti a interstizi sottili o a una pressione inferiore all'interno della custodia permettono ai liquidi di entrare ulteriormente all'interno del trasmettitore di pressione.

Anche con una buona costruzione a tenuta, bisogna fare attenzione che il trasmettitore di pressione rimanga ragionevolmente pulito o che venga almeno regolarmente ripulito dallo sporco.

Ventilazione attraverso il cavo

Un'altra possibilità per lo sfiato dei trasmettitori di pressione è nella zona della connessione elettrica, cioè attraverso la spina o il cavo. I trasmettitori di pressione che hanno il cavo di collegamento direttamente collegato possono in certi casi essere sfiatati attraverso il cavo. La pressione viene equalizzata attraverso i piccoli spazi tra i trefoli
del cavo. Più piccoli sono questi spazi e più lungo è il cavo, peggio funziona l'equalizzazione della pressione. I test di Trafag hanno dimostrato che con una lunghezza del cavo di circa due metri, una variazione della pressione atmosferica viene compensata solo dopo diversi minuti all'interno del trasmettitore. Per cavi lunghi o quando un cambiamento di pressione deve essere compensato rapidamente, si usano cavi speciali con un tubo di sfiato integrato. Questo tubo di plastica, che si trova accanto ai trefoli all'interno del cavo, permette un'equalizzazione affidabile della pressione con l'ambiente. Poiché l'estremità del cavo si trova di solito in un'area protetta, questa soluzione è adatta anche per i luoghi di installazione dei trasmettitori che sono a rischio di contaminazione. Bisogna evitare che il cavo e quindi anche il tubo di plastica sia schiacciato o piegato sui bordi durante l'installazione.

Ventilazione attraverso il connettore

Quando si sfiata attraverso il tappo, è importante sapere che i tappi non sono stati sviluppati solo per i trasmettitori di pressione, ma sono utilizzati come standard per una vasta gamma di sensori e attuatori. Tuttavia, la questione dello sfiato è rilevante solo per i trasmettitori di pressione relativa; per gli altri casi, un tappo ermeticamente sigillato sarebbe più ideale, poiché l'interno del dispositivo sarebbe allora meglio protetto.

Per quanto riguarda la compensazione della pressione, le spine possono essere divise in due gruppi: In primo luogo, quelle spine che fondamentalmente hanno un grado di protezione IP piuttosto basso, per esempio le spine secondo EN 175301-803-A (DIN43650-A) o lo standard industriale (DIN 43650-C). Questi non sono molto impermeabili ai gas e permettono quasi sempre una rapida equalizzazione della pressione. In secondo luogo, bisogna menzionare i connettori un po' più stretti, come M12, Deutsch o MIL-C; con questi, lo sfiato deve essere risolto in modo diverso. O si usano soluzioni con ventilazione attraverso l'alloggiamento come descritto all'inizio, o la ventilazione avviene attraverso l'interno del connettore e poi ulteriormente attraverso il cavo. Lo sfiato via cavo fornisce al trasmettitore di pressione una protezione ideale contro la contaminazione esterna. Tuttavia, questa soluzione richiede che lo sfiato sia possibile all'estremità del cavo. I cavi frequentemente usati con spine stampate senza schermatura non sono adatti in questi casi. I cavi con spine e schermature stampate sono adatti solo in misura limitata, poiché la plastica stampata penetra nella schermatura e quindi permette una scarsa equalizzazione della pressione.

Su richiesta, Trafag offre una variante con connettore M12 stampato e tubo di ventilazione integrato in collaborazione con un produttore di cavi.
Avete applicazioni che richiedono uno sfiato affidabile?

Non sei sicuro di quale sia il trasmettitore di pressione più adatto? Oppure state già usando dei trasmettitori di pressione ma stanno dando letture errate, forse a causa di problemi con lo sfiato? Contattateci. I nostri specialisti saranno lieti di consigliarvi e di lavorare con voi per trovare una soluzione adatta alle vostre sfide di misurazione della pressione.

Confronto tra diversi concetti di ventilazione dei trasmettitori di pressione. Da sinistra a destra: tubo di sfiato nel cavo (qui, con una sonda di livello); spina del dispositivo DIN 43650-A con grado di protezione profondo; spina M12x1 con foro nella zona filettata protetta (la goremembrana non è visibile); spina Deutsch con foro di sfiato nella custodia (goremembrana non visibile); spina MIL-C con foro e goremembrana per lo sfiato attraverso il cavo.

 

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Equazione ideale dei gas

La teoria del gas ideale descrive il comportamento di un gas utilizzando una semplice formula.

pV=nRT
p=pressione assoluta
V=volume
n=numero di molecole di gas (in Mol)
T=Temperatura (in K)
R=costante di gas ideale


Per una quantità costante di gas, l'equazione si trasforma per mettere in relazione i diversi stati tra loro.

p1V1 / T1 = p2V2 / T2

Per le considerazioni sulla variazione di pressione nei trasmettitori di pressione, l'aria racchiusa può essere considerata semplificata come un gas ideale. Inoltre, semplificato per i piccoli cambiamenti di temperatura, il volume può essere considerato costante. Così, il rapporto tra pressione e temperatura deve rimanere sempre lo stesso, o in altre parole, all'aumentare della temperatura, la pressione aumenta nello stesso rapporto.

p1V1 = p2V2