Metrologie neboli v překladu nauka o míře" (řecky metron = míra, logos = pojednávání) je vědní a technická disciplína, která zahrnuje všechny poznatky z činnosti v oblasti měření. Je aplikovaným oborem vycházející z fyziky, která dosud tvoří její základ. Je to tedy souhrn všech znalostí zabývající se měřením. Zásadním posláním metrologie je zajišťovaní jednotnosti a správnosti měření měřidel. Tyto dvě metrologické vlastnosti tvoří základ spolehlivého měření, jsou to dva organické požadavky, které se na metrologii vyžaduje.

Struktura státní metrologie

Ministerstvo průmyslu a obchodu zastřešuje Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a statní zkušebnictví (ÚNMZ), Česky metrologický institut (ČMI), Česky institut pro akreditaci (CIA), Český normalizační institut (ČSN1)

Pod ÚNMZ spadají autorizované organizace pro úřední měření, které udílejí autorizace metrologickým střediskům-autorizovaná metrologická střediska (AMS)

CIA vydává akreditace střediskům kalibrační služby (SKS).

TLAK - ROZDĚLENÍ TLAKOMĚRŮ, ČSN, JEDNOTKY ETALONY A NÁVAZNOST, KALIBRACE

1. Rozdělení tlakoměrů

Podle velikosti tlaku se dělí na:

1.1 Tlakoměry pro měření přetlaků

- tlakoměr pístový

- tlakoměr Bourdonův

- tlakoměr membránový

- tlakoměr krabicový

- tlakoměr vlnovcový

- tlakoměr U otevřený

- tlakoměr U zavřený

- tlakoměr nádobkový

- mikromanometr kapalinový

- tlakoměr zvonový

- tlakoměr prstencový

1.2 Barometry pro měření tlaků ovzduší

- barometr kapalinový

- barometr deformační

- barometr pístový

1.3 Vakuometry pro měření podtlaků

- vakuometr kapalinový

- vakuometr deformační

- vakuometr tepelný

- vakuometr ionizační

- vakuometr molekulární

- vakuometr magnetický

- vakuometr pracující na principu přenosu impulzů

- vakuometr viskozní

- vakuometr Piraniho

- vakuometr vibrační

- vakuometr výbojový

- tahoměry

1.4 Manovakuometry pro měření přetlaků a podtlaků

- upravený Bourdonův tlakoměr

Podle fyzikálního principu:

Pístový tlakoměr

Tlakoměrný přístroj využívající k přímému měření tlaku kompenzace tíhovou silou. Pístové tlakoměry slouží především jako etalony tlaku. Primární etalony bývají vícečlenné. Tlak je u nich vyvozen pístem, na nějž se vkládají závaží. Přístroj sestává z hladkého lapovaného pístu, umístěného ve válci (různé úpravy). Zaváží bývají např. disková, tlakovým mediem je kapalina nebo plyn, velmi často olej (ten nelze použít při kalibraci kyslíkových manometrů), tlak pod pístem se vyvozuje např. pístovým ručním čerpadlem.

Deformační tlakoměr

Tlakoměrný přístroj pracující kompenzačním způsobem, u nichž je kompenzační tlak vyvozen pružnou (elastickou) deformací vhodných členů (těles). Protože se k jejich funkci nevyužívá jakékoli deformace, ale pouze deformace pružné (elastické), měl by se tento typ tlakoměrů správněji nazývat tlakoměr s elastickým členem. Při přesných měřeních je nutno přihlédnou k hysterezi elastického členu Prakticky zanedbatelnou hysterezi má slitina berylia a mědi. Po odlehčení tlakoměrů neklesne deformace na výchozí hodnotu, postupně se zmenšuje a prakticky se ztrácí během 24 hodin. Elastickými členy deformačních tlakoměrů jsou trubice C (obvykle se používají do 30 MPa), trubice U (500 MPa), trubice spirální. trubice vinutá do šroubovice (obě měřící s rozsahem 100 Pa až 5.10 Pa), trubice tyčová (2 000 MPa), membrána samotná (2,5 Mpa), membrána pro mikromanometry (20 Pa), krabice jednostranná nebo oboustranná, krabicový měch (100 Pa až 5.lO4 Pa) a vlnovec (5.102 až l O4). Deformace elastických členů je poměrně malá (činí l až 5 mm), proto je nutno vkládat do měřícího systému mechanický převod (nejčastěji páku a ozubený převod). Výhodou deformačních tlakoměrů je velká přestavující síla, umožňující registraci a regulaci. Přístroje se používají pro kapalná i plynná media Při měření agresivních medii se používají oddělovací systémy (s pístem nebo membránou). Pro tlakoměry používané v agresivní atmosféře platí zvláštní předpisy. Při kalibraci tlakoměrů na kyslík nesmí byt tlakovým mediem olej nebo jiná látka, která by mohla ve styku s kyslíkem způsobit explozi. Pak se používá tlakový převodník (olej-voda). Deformační tlakoměry jsou provozně značně bezpečné, u vysokých tlaků se však doporučuje vkládat přístroje do ochranných pouzder opatřených explozivními otvory.

Tlakoměr Bourdonův

Je to nejstarší a nejběžnější tlakoměr s trubicí C. Používají se nejčastěji pro měření přetlaku. Elastická trubice je stočená do kruhového oblouku se středovým uhlem nejčastěji 270° Profil trubice je různý. Působením vnitřního přetlaku v trubici se tato deformuje, snaží se napřímit, říká se tomu Bourdonův jev. Vychýlení konce trubice je funkcí středového úhlu Tloušťky stěn trubic se liší podle tlakového rozsahu.

Tlakoměr krabicový

Deformační tlakoměr, jehož čidlem je krabice složena z jedné nebo dvou membrán.

Tlakoměr měchový

Deformační tlakoměr, jehož čidlem je krabicový měch. Pro zvýšení deformační citlivosti je měch složen z tlakoměrných krabic.

Tlakoměr membránový

Deformační tlakoměr, jehož čidlem je rovná kovová membrána, častěji však z pružnostních důvodů se dvou nebo vícenásobným koncentrickým zvlněním. Je vhodný pro nízké a střední tlaky. Je odolnější proti otřesům nebo vibracím než přístroje trubicové. Lze je použít jak pro přetlaky, tak i pro tlakové diference. Membránovým tlakoměrem lze měřit tlaky různých kašovitých a konzistentních látek, protože jej lze poměrně snadno čistit. Pro ochranu před nežádoucí velkou deformací je možno průhyb omezit dorazovými plochami.

Tlakoměr se spirálou

Deformační tlakoměr s trubicovým čidlem ve tvaru spirály. Začátek spirály může být na vnějším obvodě, nebo ve středu spirály. Je vhodný pro střední tlaky.

Tlakoměr vlncový

Deformační tlakoměr, jehož čidlem je vlnovec (vlnovcový měch)

Kapalinový tlakoměr

Tlakoměrný přistroj pracující na principu kompenzace tíhou kapalinového sloupce podle vztahu p = h . p . g , kde značí p tlak vyvozeným sloupcem kapaliny výšky h, s hustotou p a g místní tíži (tíhové zrychlení). Podstatnou částí měřícího systému je tlakoměrná kapalina, u níž je důležité její zbarveni (pro čtení na stupnici) a bod tuhnuti, omezující její použiti za různých teplot. Jejich důležitou vlastnosti je také jejich kapilární aktivita. U přístrojů, u nichž je tlaková výška kapaliny indikována jejím meniskem ve skleněné trubici Je důležitým faktorem dobrá viditelnost zakončení sloupce, které tvoří ukazovatel na stupnici. Zde je významný tvar zakončení sloupce, zabarvení kapaliny, resp. její průhlednost působící určitým kontrastem. U kapalinových tlakoměrů se pracuje s různými nádobkami, především však s trubicemi různých vnitřních průměrů, zpravidla však větších než 7 mm, aby se vyjma tvorby menisku význačněji neprojevovala kapilární aktivita (příslušné korekce na kapilární aktivitu pro velmi přesná měření bývají tabel ovány). Při běžných měřeních bývají chyby způsobené kapilární aktivitou zahrnovány do měřicích nejistot. Pro elevační resp. depresní výšku h kapaliny v trubici (kapiláře) platí zhruba vztah: h = 2.a/(r.p.g), kde značí: a povrchové napětí v místě styku dvou prostředí, r vnitřní poloměr trubice (kapiláry), p hustotu tlakoměrné kapaliny a g místní tíhové zrychlení. Meniskus v trubici tvoří ukazovatel Ctění se musí provádět kolmo, aby se vyloučila chyba paralaxy. V některých případech (např. u barometrů) se na rtuťový sloupec vkládá malý kovový valeček, aby se odstranila neurčitost vrchlíku. V takových případech lze použít u stupnice nonius. Polohu větší rtuťové hladiny lze určovat také spojením elektrického obvodu přes vertikální, mikrometrickým šroubem výškově posuvný hrot. Při přesných měřeních je nutno uvážit také skutečnost, že vlivem adheze se výška stoupajícího a klesajícího menisku výškově poněkud liší.

Tlakoměr U otevřený

Je tlakoměr s trubicí U s oběma větvemi otevřenými. Je-li na jednu z větví otevřeného tlakoměru (zpravidla levou) napojen tlakový při vod a druhá větev se ponechá otevřená okolní atmosféře, měří se přetlaky, resp.podtlaky. Jsou-li přívody na obou větvích, měří se tlaková diference. Měřený tlak p je dán vztahem p = h . p . g , kde h je rozdíl výšek kapaliny v obou větvích (tlaková výška), p hustota kapaliny a g místní tíhové zrychlení. Pokládá-li se součin p . g za konstantu, pak p « h neboli tlak je úměrný tlakové výšce Stupnice je svislá, paralelní s trubicemi, někdy jsou stupnice dvě. u každé větve zvlášť. Stupnice bývají vyneseny zpravidla v jednotkách délky (většinou v milimetrech), čte se na nich tlaková výška příslušné tlakoměrné kapaliny Měřicí rozsah je daň tlakovou výškou (výškou sloupce a hustotou kapaliny) a je poměrně malý.

Tlakoměr U zavřený

Tlakoměry jsou na jednom konci zatavené, tedy zavřené a vhodné i pro vysoké tlaky. Byl-li před měřením (když byly hladiny v obou větvích ve stejné výšce) v zataveném konci uzavřen objem V vzduchu při barometrickém tlaku b, zvětší se tlak uzavřeného vzduchu po zmenšení objemu na v na hodnotu pN = b . ( V/v ). Protože podle Boyleova zákona platí vztah pA . v = b . V, je měřený přetlak (vzhledem k barometrickému tlaku) větší o tlak vyvozeny vychýlením kapaliny, tedy měřeny tlak je roven je roven p = pí + pí = b . ( V/v ) + h . p . g, kde pí je tlak způsobený stlačením vzduchu ve slepém rameni, p2 tlak odpovídající tlakové výšce h. b barometrický tlak, V rovnovážný objem uzavřeného vzduchu, v objem vzduchu po jeho stlačení, p hustota tlakoměrné kapaliny a g místní tíhové zrychlení.

Tlakoměr vícetrubkový

Sériové uspořádání tlakoměrů U, jímž je možno zvětšit měřicí rozsah Tmbice jsou plněny dvěma vzájemně se nemísicími kapalinami (např. rtuti a vodou). Měřena tlaková diference je p = [( h\ + h2 + h3 +...+ hn ) . ( pí - p2 ) - h . p2 ] . g. Druha kapalina zde nahrazuje plyn, který by se stlačováním zahříval.

Tlakoměr se šikmou trubicí

Kapalinový skleněný tlakoměr sestávající zpravidla z nádobky a šikmé trubice, která má buď staly nebo přestavitelný sklon. Čte se na stupnici k šikmé trubici přiložené, nebo přímo na ní vynesené.

Převodníky tlaku

Převodníky tlaku na unifikovaný výstupní signál (elektricky, pneumaticky, hydraulicky) mají uplatnění při měření velmi nízkých absolutních tlaku (vakua), řádově do l kPa, při měřeni barometrického tlaku v řadu 100 kPa, jako i při měření středních a vyšších přetlaku v hodnotách 10 Mpa, resp. vyšších.

Z hlediska legislativní klasifikace tlakových převodníku v souvislosti s přesností jejich měřeni se může jednat o sekundární etalony, resp. o přesná provozní měřidla tlaku.

Převodníky tlaku na pneumatický signál máji použití zejména v pneumatických měřicích a regulačních obvodech (např. ve vybraných provozech chemického průmyslu, v plynárenství, při regulaci parních kotlů, parních turbín, v potravinářském průmyslu atď). pokud se jedna o hodnoty výstupního tlaku, v nízkotlakých pneumatických systémech se pohybují v mezích 0,02 až 0,1 Mpa.

U hydraulických systému, servomotorů a regulátorů je vstupní signál (od dané hodnoty tlaku) impulsem pro výstupní veličinu, která je vyvozena působením příslušné hydraulické síly. Používané tlaky jsou řádově vyšší proti pneumatickým systémům a pohybují se v řádu 10 Mpa. Podobně jako u systému pneumatických, je použití převodníků tlaku na hydraulický výstupní signál široce uplatněno v průmyslu, zejména v průmyslu těžkém.

V současnosti mají největší použití převodníky tlaku s elektrickým výstupním signálem Jejich použití je v regulačních obvodech, dále potom jako samostatné měřicí přístroje. V tomto druhém případě je nutno použít dostatečně přesný přístroj (multimetr) pro měření elektrického výstupního signálu alespoň s desetinásobně vyšší přesností, než samotný převodník.

Souvisící normy a metrologické předpisy

ČSN EN 472                  Měřidla tlaku-terminologie (účinnost od 1.7.1996)

ČSN ISO 100 12-1        Požadavky na zabezpečení jakosti měřícího zařízení

                                      Část 1: Metrologický konfirmační systém pro měřicí zařízení

ČSN ISO 9000 -4           Normy pro řízení a zabezpečovaní jakosti

EA 4 / 02                         Vyjadřování nejistot měření při kalibracích

EA 4 / 11                         Kalibrace a údržba měřícího a zkušebního zařízení ve zkušebních laboratořích (EAL-G19)

ČSN ISO / IEC 17025   Všeobecné požadavky na způsobilost zkušebních a kalibračníchlaboratoří Metodický pokyn pro metrologii MPM l - 96: Schéma                                                     návaznosti měřidel. Zásady tvorby

Pro tlakoměry, které jsou k místu odběru připojena válcovým nebo kuželovým trubkovým závitem:

ČSN EN 837-1 Měřidla tlaku Část 1: Tlakoměry s pružnou trubicí – rozměry, metrologie, požadavky a zkoušení ( účinnost od 1.3.1997)

ČSN EN 837-2 Měřidla tlaku Část 2: Doporučení pro volbu a instalaci tlakoměrů ( účinnost od 1.3.1997)

ČSN EN 837-3 Měřidla tlaku Část 3: Membránové a krabicové tlakoměry-rozměry, metrologie, požadavky a zkoušení ( účinnost od 1.3.1997)

ČSN EN 562 Zařízení pro plamenové svařování – Tlakoměry používané při svařování, řezání a příbuzenských procesech ( účinnost od 1.3.1997)

Pro tlakoměry, které jsou k místu odběru připojena jemným metrickým závitem:

ČSN 25 7203 Zapisovací tlakoměry Základné parametre, rozměry, technické požiadavky a metody skúšok (účinnost od l 4 1992)

ČSN EN 12645 Měřidla tlaku Přístroje pro kontrolu tlaku a/nebo huštěni pneumatik motorových vozidel Metrologie,požadavky a zkoušeni (účinnost od 1.10.1999)

Kalibrační postup pro deformační tlakoměry

Jednotky tlaku-převody jednotek

Jednotky tlaku

Atmosféra fyzikální zvaná dříve též atmosféra absolutní, zn. atm, jednotka tlakové výšky vzbuzené normálním barometrickým (atmosférickým) tlakem rovna: l atm = 101 325 Pa (přesně) = 1,01325 bar (přesné) = 760 torr. Původně rovna výšce rtuťového sloupce vysokého 760 mm za předepsaných podmínek Pro převod na technickou atmosféru at platí: l atm = 1,033 227 at (kp/cm2) Atmosféra normální zn. atm , jednotka tlaku (tlakové výšky), mezinárodně přijata jako normální hodnota barometrickeho tlaku s hodnotou l atm„ = 101 325 Pa. Atmosféra technická zn. at, jednotka tlaku v technické soustavě s hodnotou: l at = l kp/cm2 = 9,80 665 . 104 Pa (přesné) = 0,098 0665 MPa (přesné) V praxi jsou rozlišovány značky ata pro absolutní hodnotu a atp pro přetlak. Bar zn. bar, vedlejší jednotka tlaku, l bar = 10a Pa. Kilopond na čtverečný centimetr zn kp/cm2, jednotka tlaku zvaná též technická atmosféra (at) Platí l kp/cm² = l at = 9,80 665 . l O4 PaMetr rtuťového sloupce zn m Mg. praktická jednotka tlakové výšky Hodnota l m sloupce čisté rtuti (hustoty 13,5951 . l O3 kg/m3) za předepsaných podmínek odpovídá 33,322 Pa (přesné). Předepsanými podmínkami se rozumí teplota t = O C tlak 101 325 Pa a tíhové zrychlení 9,80665 m/s2. Jeden milimetr rtuťového sloupce je roven 1/760 fyzikální atmosféry, byl nahrazován jednotkou tlaku torr. Metr vodního sloupce zn H2O, praktická jednotka tlakové výšky. Hodnota l m vodního sloupce za předepsaných podmínek odpovídá 9 806,65 Pa (přesné). Předepsanými podmínkami se rozumí teplota t = 3,99 CC, tlak 101 325 Pa a tíhové zrychlení 9,80665 m/s2 Dále musí být voda odvzdušněná, čistá, přirozeného izotopického složení. Tlak vodního sloupce vysokého 10 m zhruba odpovídá l technické atmosféře (kp/cm2) Pascal zn. Pa odvozena jednotka tlaku v soustavě SI. Definice: v nějakém místě je tlak l Pa. jestliže v něm na libovolnou rovinnou plochu velikosti l m' působí kolmo rovnoměrně rozložena síla l N.

Etalony a návaznost, kalibrace

Při kalibraci tlakoměrů se používají jako pracovní etalony převodníky tlaku, digitální snímače a jiné. Etalony musí splňovat tyto podmínky:

- v každém zkoušeném tlakovém bodě rozšířená nejistota kalibrace etalonu použitého při zkoušce musí byt menši, nejvíce rovna jedné čtvrtině největší dovolené chyby kalibrovaného tlakoměru

- etalony musí mít zaručenou metrologickou návaznost na etalony Českého metrologického institutu a platné kalibrační listy

Obecné podmínky kalibrace - referenční podmínky

- tlakoměr musí byt instalován v pracovní poloze stanovené výrobcem .

- teplota tlakoměru a okolního vzduchu musí byt (pro tlakoměry s připojením jemným metrickým zavitém): .

- (20 ± 2) °C nebo (23 ± 2) °C pro tlakoměry tř přesnosti 0. l až l.

-(20 ± 5) °C nebo (23 ± 5) °C pro tlakoměry tř. přesnosti 1.6 až 6.

- teplota tlakoměru a okolního vzduchu musí byt (pro tlakoměry s připojením válcovým.

- ,,GL"závitem nebo kuželovým tmbkovým závitem - označení NPT EXT): .

- (20 ± 2) °C pro tlakoměry tř přesnosti 0. l až 4.

- relativní vlhkost nesmí překročit 80 %.

- na pracovišti se nesmí vyskytovat žádné otřesy nebo vibrace schopné způsobit výchylku ručičky větší než OJ délky nejmenšího dílku stupnice.

- změny tlaku musí byt pomalé a plynulé, aby se zabránilo vlivu setrvačné síly a nesmí za l s přesáhnout 5 % rozsahu stupnice.

- připojovací objímka kalibrovaného tlakoměru musí být v rovině s etalonem, v případě výškového rozdílu je třeba zavést korekci.

- tlak je třeba vytvářet tlakovým prostředím pro které jsou tlakoměry určeny, jestliže není ke kalibrovanému tlakoměru v technické dokumentaci specifikováno medium přenosu, pak je nutno kalibraci provádět: .

- neutrálním plynem pro tlakoměry s horní hranicí měřícího rozsahu do 0,5 Mpa.

- kapalinou nezpůsobující korozi pro tlakoměr s horní hranicí měřícího rozsahu nad 0,5.Mpa.

- pro tlakoměry, u kterých přechod z plynu na kapalinu a opačně nezpůsobuje chybu větší než 0,2 největší dovolené chyby, se může pro kalibraci použít jakékoliv medium (plyn nebo kapalina) .

- ručička tlakoměru vybaveného nulovacím zařízením musí být umístěna na nulové značce stupnice.

- odečítání údajů se může provést až po jemném poklepání na kryt tlakoměru.

Kalibrovaný tlakoměr je připojen spolu s etalonem na společný zdroj tlaku. Při provádění kalibrace pomocí snímačů tlaku jako pracovních etalonů je kalibrační postup takový, že velikost tlaku se nastavuje na kalibrovaném tlakoměru a velikost naměřeného tlaku se odečítá na pracovním etalonu pomocí zpracovaného softwaru. .

Pokud tlakoměr vyhovuje podmínkám pro danou třídu přesnosti, uvede se tato okolnost v kalibračním listu.