Prasy obciążnikowe-tłokowe wyposażone w dwa tłoki mogą znacznie zwiększyć zdolność laboratorium do kalibracji szerokich zakresów ciśnienia z najwyższą dokładnością. W przypadku przetworników i urządzeń testowanych (ang. devices under test – DUT) o szerokim zakresie pomiarowym, kalibracja może trwać bardzo długo, z tego względu, że pomiędzy poszczególnymi punktami testowymi trzeba wymieniać tłoki.
Wykorzystanie prasy z dwoma tłokami – jednym o wysokim zakresie i jednym o niskim zakresie – pozwala technikowi na większą elastyczność i skuteczność kalibracji. Ten postęp wynika z dziesiątków lat innowacji i interakcji z klientami w celu znalezienia rozwiązania dostosowanego do potrzeb przemysłu.
Wzór na obliczenie ciśnienia
Od czasu rewolucji przemysłowej, wysoce precyzyjny pomiar ciśnienia jest kluczowym wymogiem w przemyśle przetwórczym. Urządzenia pomiarowe, takie jak manometry opracowano specjalnie po to, aby mierzyć i monitorować warunki ciśnieniowe. Żeby mogły wypełniać swoją rolę, muszą być kalibrowane w odniesieniu do przyrządów o wyższym stopniu dokładności. Prasy obciążnikowo-tłokowe są przyrządami o wysokiej dokładności stosowanymi do kalibracji przyrządów ciśnieniowych, elektronicznych jak i mechanicznych. Kluczowym elementem manometra obciążeniowego jest produkowany z wysoką precyzją układ tłokowo-cylindrowy, obciążany ciężarkami w celu utworzenia indywidualnych punktów testowych.
Zastosowana masa obciążenia jest proporcjonalna do docelowego ciśnienia, które zostaje osiągnięte przez zastosowanie optymalnie wyskalowanych ciężarków. Ogólny projekt całego systemu kalibracyjnego, w połączeniu z wysoce precyzyjnym wykonaniem tłoka i cylindra, zapewniają doskonałą charakterystykę roboczą z długim okresem wolnych obrotów, krótkim czasem zalewania tłoka. Dzięki zredukowaniu niepewności pomiaru do 0,002% odczytu, prasy manometryczne stanowią złoty standard w kalibracji.
Prasa manometryczna składa się zazwyczaj z pojedynczego układu tłokowo-cylindrowego. W takim przypadku skalibrowanie kilku zakresów pomiarowych, bądź też jednego szerokiego, wymaga wymieniania ciężarków. Może to być uciążliwe i wymagać wielu zasobów. W roku 1953 firma znana dziś jako DH-Budenberg opracowała technologię dwuzakresowych układów tłokowo-cylindrowych, w których dwa tłoki umieszczono koncentrycznie w jednym przyrządzie. Później, w roku 2011, firma DH-Budenberg została przejęta przez firmę WIKA. Pierwszy projekt polegał na umieszczeniu w jednej jednostce tłoka 1/8 in2 (niskociśnieniowego) i tłoka 1/180 in2 (wysokociśnieniowego). W ten sposób stało się możliwe wygenerowanie dwóch punktów równowagi, przy ciśnieniu odpowiednio 55 barów (niskie ciśnienie) i 550 barów (wysokie ciśnienie), z użyciem jednego zestawu ciężarków. W dalszej kolejności pojawił się wariant wysokociśnieniowy, który mógł wytworzyć ciśnienie do 1100 barów.
Objaśnienie: konstrukcja z dwoma tłokami
Pierwsza konstrukcja dwutłokowa była w dużej mierze zbudowana z walca narzędziowego, przy czym dokładność pomiaru ciśnienia wynosiła 0,03 % w modelu standardowym i 0,05 % w modelu wysokociśnieniowym. W przypadku kalibracji dwutłokowej obciążenie tłoka niskociśnieniowego przenoszone jest na tłok pomocniczy, który jest bezpośrednio połączony z nośnikiem obciążenia. Osiągnięcie prawidłowej wartości ciśnienia sprawia, że osłona głowicy tłoka zawisa w zakresie niskich wartości lub w „niebieskim pasie”. Uzyskanie wysokiego ciśnienia wygląda tak, że ciśnienie jest zwiększane, a tłok niskociśnieniowy unosi się – aż do momentu, gdy krawędź pomiarowa na kołnierzu dolnym uszczelni cylinder niskociśnieniowy i zadziała jak cylinder wysokociśnieniowy. Ponieważ tłok niskociśnieniowy nie ma wpływu na całkowitą masę tłoka i nośnika obciążenia, nośnik obciążenia przejmuje ciężar pomocniczy w celu kompensacji. Osiągnięcie prawidłowej wartości ciśnienia sprawia, że osłona głowicy tłoka zawisa w zakresie wysokich wartości lub w „czerwonym pasie”.
Ten kultowy, opatentowany system tłokowo-cylindrowy DH-Budenberg z pasami w kolorze czerwonym i niebieskim został później przeprojektowany z użyciem zarówno elementów tłokowych, jak i cylindrowych, wykonanych z węglika wolframu. Dzięki udoskonaleniom w procesach wytwarzania ciśnienia i produkcji tłoków dostępne są teraz podwójne zakresy do 1400 bar z dokładnością do 0.006 % odczytu.
Opisane osiągnięcia w technologii dwutłokowej, takich jak hydrauliczna prasa manometryczna CPB5800 firmy DH-Budenberg, są pierwszorzędnymi prasami manometrycznymi do zastosowań przemysłowych. Są szczególnie przydatne do kalibracji przetworników o szerokim zakresie pomiarowym, przy zachowaniu wysokiej dokładności testowania i kalibracji. Przy użyciu tylko jednego zestawu ciężarków i przyrządu kalibracyjnego, system ten może automatycznie przełączać się pomiędzy wieloma punktami pomiarowymi wysokiego i niskiego ciśnienia, dzięki czemu kalibracja ciśnienia jest płynna, wydajna i ekonomiczna.
Uwaga
Więcej informacji na temat pras manometrycznych można znaleźć na stronie WIKA.