Czasami pojawiają się pytania związane z zabezpieczeniem przed przeciążeniem manometrów z rurką Bourdona. W tym artykule poruszono kwestię przekraczania zakresu pomiarowego o maks. 30%. Co się wtedy dzieje z manometrem? Czy nadal będzie prawidłowo wskazywać ciśnienie? Czy zachowa szczelność? Następnie przechodzimy do dodatkowego wyjaśnienia tych problemów oraz omówienia popularnych standardów.
Po pierwsze: jeżeli mierzone ciśnienie nieznacznie wykroczy poza zakres pomiarowy, manometr nie „wybuchnie”. Ogólnie rzecz biorąc, ryzyko takie istnieje wyłącznie w przypadku znacznego przekroczenia zakresu pomiarowego. Manometry posiadają zabezpieczenia ograniczające skutki takich zagrożeń.
Z reguły producenci manometrów zapewniają zabezpieczenie przed przeciążeniem wg. dyrektywy 2014/68/UE (dyrektywa w sprawie urządzeń ciśnieniowych) oraz normy EN 837-1: 1996. Ciśnieniomierze – Część 1: Ciśnieniomierze z rurką Bourdona Na tarczy jest to odzwierciedlone przez oznakowanie CE i napis EN 837-1. Specyfikacje podane w tych dokumentach są różne, ponieważ EN 837-1 nie jest normą zharmonizowaną. Obydwa dokumenty są niezależne i producenci manometrów z rurką Bourdona muszą zapewnić zgodność z każdym z nich.
Manometry z rurką Bourdona dopuszczające obciążenie pełnego zakresu wskazań i bez możliwości obciążenia pełnego zakresu wskazań
Przed podsumowaniem specyfikacji dotyczącej przeciążenia należy wyjaśnić istotną klasyfikację manometrów podaną w EN 837-1: W punkcie 9.4 norma definiuje manometry „bez możliwości obciążenia pełnego zakresu wskazań”(1) oraz „z dopuszczalnym obciążeniem pełnego zakresu wskazań”(2). Ponieważ może to być mylące, różnice zostały krótko opisane poniżej: Zazwyczaj elementy ciśnieniowe (rurka Bourdona) manometrów bez dopuszczalnego obciążenia pełnego zakresu wskazań są zrobione z miedzi. Z kolei elementy ciśnieniowe manometrów z dopuszczalnym obciążeniem pełnego zakresu wskazań są wykonane ze stali nierdzewnej. Te dwa typy przyrządów można też rozróżnić po wyglądzie, ponieważ manometry z dopuszczalnym obciążeniem pełnego zakresu wskazań posiadają odpowiednie oznakowanie (czarny trójkąt na końcu skali).
Czarny trójkąt= Dopuszczalne obciążenie pełnego zakresu Brak czarnego trójkąta = Brak możliwości obciążenia pełnego zakresu
Główna różnica pomiędzy tymi rodzajami przyrządów polega na tym, że „manometry z rurką Bourdona bez możliwości obciążania pełnego zakresu” nie mogą pracować stale przy obciążeniu powyżej 75% pełnego zakresu (FS). Jeżeli taki manometr zostanie poddany ciągłemu obciążeniu na takim poziomie, w układzie pomiarowym może dojść do nieodwracalnych odkształceń, które mogą się objawiać np. jako przesunięcie zera. Przykładowo: Manometr z rurką Bourdona bez możliwości obciążenia pełnej skali do wskazywania ciśnienia w butli gazowej 300 barów musi być zaprojektowany tak, aby pełen zakres wynosił przynajmniej 400 barów.
Wymagania dotyczące zabezpieczenia przed przeciążeniem manometrów z rurką Bourdona
Wymagania dyrektywy 2014/68/UE oraz normy europejskiej 837-1 różnią się w kwestii zabezpieczenia przed przeciążeniem manometrów z rurką Bourdona. Norma EN 837-1 podaje wymagania dotyczące dokładności wskazania oraz wytrzymałości (uszczelnienia) po przeciążeniu. W szczególności, wymagania dotyczące uszczelnienia, które musi wytrzymać przeciążenie 2,5-krotne przez 24 godziny są bardzo restrykcyjne i znacznie przewyższają wymagania wynikające z próby ciśnieniowej (3) wg dyrektywy 2014/68/UE. Dyrektywa dot. urządzeń ciśnieniowych wymaga jedynie wytrzymania ciśnienia wynoszącego 1,43 ciśnienia dopuszczalnego (PS). Jak widać w tabeli, przyrządy wykonane zgodnie z EN 837-1 automatycznie spełniają wymagania próby ciśnieniowej (3) wg dyrektywy 2014/68/UE. Nie działa to jednak w drugą stronę.
W poniższej tabeli porównano różne wymagania:
Legenda
PFSV = Wartość pełnej skali (ciśnienie na końcu skali manometru)
PS = “Maksymalne dopuszczalne ciśnienie” – najwyższe ciśnienie, do którego pomiaru manometr został zaprojektowany, określone przez producenta. Dla manometrów bez możliwości obciążenia pełnego zakresu wskazań: PS = 0.75 * PFSV, w innym przypadku: PS = PFSV
(a) W zależności od zakresu ciśnienia
(b) Zmiana klasy dokładności jest mierzona po dodatkowym badaniu cyklu obciążenia (nie zostało to omówione w tym artykule). Nie istnieje specyfikacja dotycząca dopuszczalnej zmiany klasy dokładności po samym obciążeniu (bez badania cyklu obciążenia). Wartości z tabeli należy zatem traktować jako bezwzględne maksimum.
(c) Dla manometrów bez możliwości obciążenia pełnego zakresu wskazań stosują się następujące wartości: Przeciążenie 1.43 * PS = 1.43 * 0.75 * PFSV = 1.07 * PFSV
Wyjaśnienie na przykładzie
Przykład 1
Manometr 0-10 barów, element ciśnieniowy miedziany. Przyrząd nie ma możliwości obciążenia pełnego zakresu wskazań i musi spełniać następujące wymagania:
- Zgodnie z EN 837-1: Obciążenie ciśnieniem statycznym 10 barów (PFSV) przez 12 godzin oraz obciążenie ciśnieniem statycznym 12,5 bara (1,25 * PFSV) przez 15 minut. Po okresie spoczynku 1h po obciążeniu odchylenie wartości wyświetlanej nie może przekraczać 1,2 granicy błędu. Oprócz tego, przyrząd jest poddawany działaniu ciśnienia 25 barów (2,5 * PFSV) oraz temperatury zewnętrznej 60 °C przez 24h. Po zakończeniu tej próby musi on zachować szczelność zgodnie z EN 837-1 (nieszczelność < 5 * 10-3 mbar l s-1).
- Zgodnie z dyrektywą 2014/68/EU: Przyrząd musi wytrzymać próbę szczelności przy przeciążeniu 10,7 bara (1,43 * PS = 1.43 * 0,75 * PFSV) i zachować szczelność.
Przykład 2
Manometr 0-600 barów, element ciśnieniowy ze stali nierdzewnej. Przyrząd dopuszcza obciążenie pełnego zakresu wskazań i musi spełniać następujące wymagania:
- Zgodnie z EN 837-1: Obciążenie ciśnieniem statycznym 780 barów (1,3 * PFSV) przez 12 godzin. Po okresie spoczynku 1h po obciążeniu odchylenie wartości wyświetlanej nie może przekraczać 1,2 granicy błędu. Oprócz tego, przyrząd jest poddawany działaniu ciśnienia 1.500 barów (2,5 * PFSV) oraz temperatury zewnętrznej 60 °C przez 24h. Po zakończeniu tej próby musi on zachować szczelność zgodnie z EN 837-1 (nieszczelność < 5 * 10-3 mbar l s-1).
- Zgodnie z dyrektywą 2014/68/EU: Przyrząd musi wytrzymać próbę szczelności przy przeciążeniu 858 barów (1,43 * PS = 1,43 * PFSV) i zachować szczelność.
Wnioski
Podczas doboru manometru z rurką Bourdona bezpieczeństwo jest istotnym parametrem do rozważenia. Zabezpieczenie przed przeciążeniem zależy od konstrukcji danego przyrządu. Manometry mogą wytrzymać niewielkie i krótkotrwałe przeciążenia. Dokładność wskazania jest z reguły utrzymywana lub pogarsza się tylko nieznacznie. Wysokie przeciążenie, do 2,5 FSV oddziałuje na manometry w ten sposób, że pogarsza się ich dokładność wskazania i powstaje widoczne odchylenie punktu zerowego. Jednakże elementy ciśnieniowe nie ulegają rozerwaniu, a przyrząd pozostaje szczelny.
Uwaga
Manometry bez możliwości obciążenia oraz z dopuszczalnym obciążeniem pełnego zakresu wskazań można znaleźć na stronie internetowej WIKA.
Źródła
(1) EN 837-1, rozdz. 9.4.1: Manometry o maks. obciążeniu ciśnieniem statycznym wynoszącym 75% wartości pełnej skali
(2) EN 837-1, rozdz. 9.4.2: Manometry o maks. stałym obciążeniu ciśnieniowym równym wartości pełnej skali
(3) Dyrektywa 2014/68/UE, załącznik 1, p. 7.4 Ciśnienie próby hydraulicznej.