Manometr podciśnienia

Manometr podciśnienia, nazywany także wakuometrem lub próżniomierzem, to przyrząd pomiarowy służący do monitorowania ciśnień niższych od atmosferycznego. Innymi słowy, pozwala mierzyć poziom podciśnienia (próżni) w układzie – parametru równie istotnego w wielu procesach przemysłowych co sprężone powietrze. W automatyce i technice procesowej podciśnienie odgrywa ważną rolę m.in. w systemach chwytania i transportu pneumatycznego, pakowaniu próżniowym czy formowaniu tworzyw. Odpowiedni manometr umożliwia bieżącą kontrolę tych procesów, co przekłada się na bezpieczeństwo i efektywność pracy instalacji. W poniższym artykule wyjaśniamy, jak działa manometr podciśnienia, jakie są jego rodzaje i zastosowania w przemyśle oraz na co zwrócić uwagę przy doborze tego urządzenia.

Czym jest manometr podciśnienia?

Manometr podciśnienia to specjalny rodzaj manometru służący do pomiaru ciśnienia względem ciśnienia atmosferycznego, przy czym wynik prezentuje się jako wartość ujemna (poniżej zera na skali). Punkt „zero” na takiej skali odpowiada ciśnieniu otoczenia, zaś maksymalne podciśnienie (próżnia absolutna) zazwyczaj oznacza się jako -1 bar (około -760 mmHg względnie, czyli 0 mbar abs). Większość standardowych manometrów – w tym wakuometry – wskazuje właśnie ciśnienie względne (gauge) względem atmosfery, ponieważ dla potrzeb techniki istotne jest, o ile ciśnienie w układzie odbiega od otoczenia. Dla precyzyjnych pomiarów w bardzo niskich zakresach stosuje się czasem przyrządy oparte o próżnię absolutną jako punkt odniesienia (pomiary w skali bezwzględnej), jednak w typowych aplikacjach przemysłowych nie jest to konieczne.

W praktyce zakres pomiarowy manometrów podciśnienia wynosi zwykle od 0 do -1 bar (czyli od 0% do 100% próżni). Taki przyrząd umożliwia odczyt, jak duży ułamek atmosfery usunięto z układu – np. wskazanie -0,8 bar odpowiada próżni rzędu 80% (ciśnienie absolutne ok. 0,2 bar). Typowe procesy przemysłowe wykorzystują podciśnienie na poziomie właśnie -0,6…-0,9 bar, co zapewnia pewny chwyt elementów i wydajność operacji. Dla zobrazowania: 90% próżni oznacza, że w systemie pozostało tylko 10% powietrza w porównaniu z warunkami otoczenia – takie podciśnienie uzyskuje się np. w procesach pakowania żywności czy przy podciśnieniowym mocowaniu detali CNC.

W różnych branżach funkcjonuje rozmaite nazewnictwo. Określenia manometr podciśnieniowy, próżniomierz i wakuometr oznaczają ten sam przyrząd. Często używa się też pojęcia manowakuometr – zazwyczaj odnosi się ono do manometru dwuzakresowego, który potrafi mierzyć zarówno podciśnienie, jak i nadciśnienie (np. od -1 do +3 bar). Tego typu manometry stosuje się np. w układach sprężarkowych i próżniowych jednocześnie. Jeśli mówimy o czystym wakuometrze, mamy na myśli urządzenie dedykowane wyłącznie pomiarom poniżej ciśnienia atmosferycznego.

Zasada działania manometru podciśnienia

Większość manometrów podciśnienia działa na takiej samej zasadzie, co zwykłe manometry sprężynowe. Klasycznym elementem pomiarowym jest sprężysta rurka Bourdona wygięta w łuk. Jeden jej koniec łączy się z badanym układem (ciśnieniem wewnętrznym), a drugi koniec jest zamknięty i połączony z mechanizmem wskazówkowym. Gdy ciśnienie wewnątrz rurki jest niższe od zewnętrznego (atmosferycznego), różnica wywołuje odkształcenie rurki – prostuje się ona nieznacznie pod naporem wyższego ciśnienia zewnętrznego. To odkształcenie przekłada się przez dźwignie i przekładnię zębatą na obrót wskazówki na tarczy, pokazując wartość podciśnienia.

W istocie mechanizm pomiarowy wakuometru jest identyczny jak w manometrze do nadciśnienia, tyle że rurka Bourdona ugina się w przeciwnym kierunku (bo ciśnienie działa odwrotnie). Poza rurkowymi manometrami sprężystymi stosuje się również próżniomierze puszkowe (membranowe) do bardzo niskich ciśnień – ich elementem czujnikowym jest cienka membrana uginająca się pod wpływem różnicy ciśnień. Takie rozwiązania wykorzystuje się przy pomiarach rzędu pojedynczych milibarów, jednak w zakresie -1…0 bar to właśnie rurka Bourdona dominuje ze względu na prostotę i trwałość.

Manometry elektroniczne (cyfrowe) do pomiaru podciśnienia działają z kolei w oparciu o czujniki półprzewodnikowe. Wykorzystują np. piezorezystywne sensory ciśnienia, które generują sygnał elektryczny zależny od podciśnienia. Taki sygnał przelicza się na wartość cyfrową wyświetlaną na ekranie LCD. Zaletą manometrów elektronicznych jest możliwość uzyskania dodatkowych funkcji (podświetlenie, pamięć min/max, sygnały alarmowe) oraz łatwe przekazywanie danych do systemów sterowania. W warunkach przemysłowych często łączy się oba rozwiązania: tradycyjny manometr tarczowy zapewnia natychmiastowy odczyt lokalny, a elektroniczny czujnik podciśnienia wysyła sygnał do sterownika PLC lub systemu monitoringu.

Budowa i wybór wakuometru

Standardowe manometry podciśnienia różnią się średnicą tarczy, materiałem wykonania, sposobem montażu oraz dokładnością pomiaru. Najpopularniejsze średnice obudowy to 40, 50, 63, 80, 100 i 160 mm – mniejsze sprawdzają się tam, gdzie przestrzeń jest ograniczona, zaś większe ułatwiają odczyt z daleka. Obudowy i przyłącza manometrów wykonuje się najczęściej z metali: ekonomiczne modele – z mosiądzu i stali chromowanej, a cięższe, przemysłowe wykonania – ze stali nierdzewnej dla zapewnienia odporności na korozję i czynniki środowiskowe. Dostępne są także wakuometry w obudowach z tworzywa sztucznego, które cechuje niższa cena i całkowita odporność na rdzę, ale za to mniejsza wytrzymałość mechaniczna.

Przyłącze ciśnieniowe wakuometru zwykle stanowi standardowy gwint rurowy, najczęściej G1/4 cala (spotyka się też G1/8 w mniejszych oraz G1/2 w większych manometrach). W zależności od sposobu instalacji przyrządu, wyróżnia się manometry z przyłączem dolnym (radialnym) – wkręcane pionowo od spodu, oraz tylnym (osiowym) – do montażu tablicowego na panelach i pulpitach. Wakuometr z przyłączem tylnym często posiada kołnierz mocujący, pozwalający przykręcić go od przodu do płyty panelu. Przed wyborem urządzenia należy sprawdzić, jaki rodzaj montażu i gwintu jest wymagany w danej aplikacji.

Kolejnym istotnym parametrem jest dokładność manometru. Typowe przyrządy do pomiaru podciśnienia mają klasy dokładności 1,6 lub 2,5 (zgodnie z EN 837). Oznacza to błąd wskazania nieprzekraczający odpowiednio 1,6% lub 2,5% pełnego zakresu. Dla wakuometru o zakresie 0…-1 bar klasa 2,5 przekłada się na maksymalny błąd rzędu ±0,025 bar, a klasa 1,6 – ±0,016 bar. W zastosowaniach przemysłowych taka precyzja zwykle wystarcza, ponieważ podciśnienie rzadko trzeba utrzymywać co do pojedynczego milibara. Warto jednak wybierać manometr o wyższej klasie, jeśli ma służyć do kalibracji innych przyrządów lub oceny szczelności instalacji.

Należy pamiętać, że warunki pracy wpływają na dokładność i trwałość manometru. Wahania temperatury otoczenia czy drgania mogą powodować chwilowe odchylenia wskazań lub szybsze zużycie mechanizmu. Dlatego do środowisk narażonych na wibracje zaleca się manometry glicerynowe – wakuometry wypełnione cieczą tłumiącą (gliceryną lub innym olejem). Wypełnienie amortyzuje drgania i pulsacje ciśnienia, zapobiegając „drżeniu” wskazówki oraz chroniąc elementy wewnętrzne przed zmęczeniem materiału. Manometry podciśnieniowe z gliceryną sprawdzają się np. przy pompach próżniowych o szybko pulsującym działaniu czy w instalacjach, gdzie występują udary ciśnienia (w próżniowych rzadziej niż przy nadciśnieniach). Dostępne są też wersje heavy-duty o wzmocnionej konstrukcji, z podwyższoną klasą dokładności (np. 1,0), przeznaczone do ciągłej pracy w trudnych warunkach przemysłowych.

Podsumowanie wyboru – na co zwrócić uwagę:

• Zakres pomiarowy: typowo 0…-1 bar; dostępne również węższe zakresy (np. do -0,2 bar) oraz manowakuometry (zakres ujemny i dodatni). Dobieraj zakres tak, by typowe wskazania mieściły się w środkowej części skali.
• Średnica tarczy: większa = lepsza czytelność, ale wymaga więcej miejsca.
• Sposób montażu: przyłącze dolne czy tylne, montaż na rurociągu czy na panelu.
• Materiał wykonania: medium agresywne i środowisko korozyjne preferują stal nierdzewną; tworzywo nie koroduje, ale ma mniejszą odporność mechaniczna.
• Wypełnienie glicerynowe: zalecane przy drganiach i pulsacjach.
• Dokładność i kalibracja: klasa 2,5 do zastosowań ogólnych, 1,6 lub lepsza do bardziej wymagających; przewiduj okresową kalibrację.

Zastosowania przemysłowe manometrów podciśnienia

• Systemy chwytakowe i transportowe – przyssawki próżniowe w automatyce, elektronice i opakowalnictwie; manometr monitoruje poziom próżni niezbędny do pewnego chwytu.
• Pakowanie próżniowe i obróbka żywności – kontrola próżni w komorach, liofilizacja, destylacja próżniowa; stabilny poziom podciśnienia wpływa na jakość produktu.
• Stoły podciśnieniowe w obrabiarkach CNC – wakuometr weryfikuje poziom ssania przy mocowaniu detalu; spadek wskazania ostrzega o rozszczelnieniu.
• Instalacje procesowe i laboratoryjne – suszenie próżniowe, reakcje chemiczne w obniżonym ciśnieniu, filtracja podciśnieniowa; często skale w mbar lub Torr.
• Układy HVAC i chłodnicze – w trakcie serwisu: odsysanie powietrza i wilgoci; kontrola, czy osiągnięto wymagany poziom próżni i czy układ utrzymuje podciśnienie bez wzrostu ciśnienia.

W każdej z powyższych aplikacji manometr podciśnienia pełni rolę prostego, ale ważnego czujnika stanu systemu. Daje natychmiastową, czytelną informację, czy proces przebiega prawidłowo. W warunkach przemysłowych, gdzie liczy się szybka diagnostyka, analogowy wskaźnik pozostaje niezastąpiony – np. kolorowe pola na tarczy mogą oznaczać bezpieczny zakres pracy.

Manometr podciśnienia w układzie automatyki

W nowoczesnych instalacjach próżniowych manometr podciśnienia współpracuje z innymi elementami, tworząc kompletny system kontroli: źródło próżni (pompa lub eżektor), zbiornik podciśnienia, zawory sterujące oraz czujniki podciśnienia dla PLC. Rola manometru jest informacyjna – umożliwia szybką ocenę lokalną. Czujniki (przełączniki lub przetworniki) realizują funkcje automatyczne: wyłączają pompę po osiągnięciu zadanej próżni, uruchamiają alarm przy spadku ciśnienia itp.

W aplikacjach o krytycznym znaczeniu (rozwiązania typu vacuum fail-safe) stosuje się często redundancję: dwa manometry na jednym zbiorniku albo dodatkowy wskaźnik w sterowni. Pozwala to porównać wskazania i wykryć ewentualną awarię przyrządu. Dobrej klasy manometry charakteryzują się wysoką niezawodnością i długą żywotnością, zwłaszcza w wykonaniach przemysłowych.

Manometr podciśnienia to podstawowy, lecz bardzo ważny element wyposażenia każdego układu próżniowego. Zapewnia natychmiastową informację o poziomie próżni, co pozwala zapobiegać awariom, dbać o bezpieczeństwo procesu oraz optymalizować działanie maszyn. Przy doborze wakuometru warto zwrócić uwagę na zakres, średnicę, sposób montażu, materiał, wypełnienie i klasę dokładności. Dobrze dobrany przyrząd służy latami, wymagając jedynie okazjonalnej kalibracji.

Pamiętaj, że pomiar podciśnienia stanowi element większego systemu. Dla pełnej kontroli rozważ także dobór pomp próżniowych, eżektorów Venturiego, zbiorników podciśnieniowych, zaworów i czujników – razem z manometrem zapewnią stabilną i bezpieczną pracę instalacji.

FAQ: Manometr podciśnienia