Precyzyjne regulatory ciśnienia

Precyzyjne regulatory ciśnienia SMC to urządzenia pneumatyczne służące do stabilizacji i utrzymywania ciśnienia z wyjątkowo dużą dokładnością, niezależnie od zmian w przepływie czy ciśnieniu zasilania. Używane są wszędzie tam, gdzie standardowe reduktory nie zapewniają wystarczającej precyzji – np. w pomiarach, testach szczelności, aplikacjach laboratoryjnych i sterowaniu siłami mikroskopowymi.

Reduktor ARP wykorzystuje zasadę bezpośredniego działania membranowego, w której siła sprężyny i ciśnienia wtórnego pozostają w równowadze. Gdy ciśnienie wyjściowe rośnie, membrana przemieszcza się, zamykając zawór doprowadzający. Dzięki temu uzyskuje się płynną i stabilną regulację, bez opóźnień charakterystycznych dla układów pilotowych.

Różnice dotyczą głównie przepływu nominalnego i rozmiaru przyłączy:

• ARP20 – kompaktowy, do 50 l/min, przyłącze M5,
• ARP30 – uniwersalny, do 250 l/min, przyłącze Rc 1/8,
• ARP40 – wysoki przepływ, do 600 l/min, przyłącze Rc 1/4.

Parametry dokładności i konstrukcji membrany pozostają takie same, co umożliwia ich wspólne stosowanie w systemach o różnych obciążeniach.

Precyzyjne reduktory ARP utrzymują stabilność wyjściową z dokładnością ±0,2% pełnej skali. To ponad 10-krotnie lepszy wynik niż w typowych reduktorach ogólnego przeznaczenia, dzięki zastosowaniu membrany o dużej powierzchni i minimalnym tarciu elementów ruchomych.

Seria ARP to reduktory bezpośredniego działania – kompaktowe i szybkie, natomiast IR to stabilizatory z pilotowym sterowaniem wewnętrznym, które oferują jeszcze większą precyzję regulacji i mniejszy wpływ wahań przepływu. ARP stosuje się w małych układach punktowych, a IR – w systemach laboratoryjnych, automatyce procesowej i układach testowych.

Reduktory ARP znajdują zastosowanie w:

• sterowaniu ciśnieniem w zaworach proporcjonalnych,
• regulacji siły docisku w układach montażowych,
• testach szczelności,
• systemach dozowania,
• pomiarach laboratoryjnych,
• precyzyjnych napędach pneumatycznych.

Dzięki kompaktowej budowie mogą być montowane blisko odbiornika.

Seria IR wykorzystuje wewnętrzny zawór pilotowy oraz dużą membranę regulacyjną, co zapewnia wyjątkową stabilność ciśnienia wyjściowego nawet przy gwałtownych zmianach obciążenia. Stabilizator kompensuje wahania ciśnienia zasilającego i zmiany przepływu w czasie rzeczywistym, co pozwala utrzymać ciśnienie wyjściowe z dokładnością do ±0,005 MPa.

W serii IR zastosowano:

• dwustopniowy system sterowania pilotowego,
• wysokoczułą membranę elastomerową,
• wewnętrzne tłumienie pulsacji,
• zawory o niskim współczynniku tarcia.

Dzięki temu urządzenie natychmiast reaguje na zmiany przepływu, utrzymując ciśnienie wyjściowe niemal niezmienne w czasie.

Seria IR1000/2000/3000-A to zmodernizowana wersja klasycznej serii IR, wyposażona w:

• ulepszoną membranę o wyższej trwałości,
• zredukowaną masę korpusu,
• większą odporność na wibracje,
• zintegrowane porty montażowe do czujników.

Pod względem funkcjonalnym zachowuje tę samą charakterystykę, ale oferuje lepszą stabilność temperaturową i dłuższą żywotność.

Wszystkie modele ARP i IR przystosowane są do pracy z suchym, filtrowanym powietrzem (5 μm).

Nie zaleca się stosowania powietrza smarowanego, gdyż oleje mogą zakleić kanały sterujące i wpłynąć na dokładność. W aplikacjach laboratoryjnych stosuje się często powietrze oczyszczone do klasy ISO 8573-1:2010 [1.4.1].

• Korpus: aluminium anodowane,
• Membrana: NBR lub FKM (dla wyższych temperatur),
• Elementy wewnętrzne: stal nierdzewna i mosiądz,
• Sprężyny: stal chromowo-krzemowa.

Materiały dobrano tak, aby zapewnić odporność na korozję i minimalne tarcie dynamiczne.

Histereza, czyli różnica ciśnienia między ruchem wzrostu i spadku, wynosi w tych regulatorach poniżej 0,1% pełnej skali. Tak niski poziom zapewnia powtarzalność ustawień i precyzyjną kontrolę nawet przy minimalnych zmianach przepływu.

Tak, wszystkie stabilizatory IR1000/2000/3000 i ARP mogą pracować w dowolnej pozycji. Jednak dla maksymalnej powtarzalności pomiarów zaleca się pozycję pionową pokrętłem do góry, co zapewnia równomierny rozkład sił na membranie.

Najczęstsze błędy to:

• brak filtra powietrza przed regulatorem,
• instalacja przy zbyt dużych drganiach,
• błędny kierunek przepływu,
• >zbyt mała odległość między źródłem a odbiornikiem.

Każdy z tych błędów może obniżyć precyzję działania nawet o 50%.

Nie wymagają częstych przeglądów. Wystarczy okresowe sprawdzenie szczelności, czystości powietrza i ewentualne usunięcie kondensatu z filtrów. Dzięki bezsmarowej konstrukcji (non-lube) urządzenia te są praktycznie bezobsługowe.

Duża powierzchnia membrany zapewnia wysoką czułość regulacji – już niewielka zmiana ciśnienia powoduje reakcję zaworu pilotowego. Dodatkowo minimalizuje wpływ tarcia uszczelnień na dokładność, co przekłada się na stabilne ciśnienie w całym zakresie pracy.

Tak. Regulatory IR często współpracują z zaworami proporcjonalnymi ITV lub z czujnikami ciśnienia serii ZSE, stanowiąc stabilne źródło odniesienia. Ich wysoka dokładność i brak dryfu czyni je idealnymi do kalibracji i systemów closed-loop.

Maksymalne ciśnienie zasilania:

• dla ARP – 1,0 MPa,
• dla IR – 0,9 MPa.

Zaleca się, aby ciśnienie wejściowe było co najmniej o 0,1 MPa wyższe od żądanego ciśnienia wyjściowego, co zapewni odpowiednią rezerwę regulacyjną.

Stabilność dynamiczna, określająca zmienność ciśnienia wyjściowego przy gwałtownych zmianach przepływu, wynosi dla regulatorów IR poniżej ±0,3% wartości nastawy. Oznacza to, że przy zmianie przepływu o 100% ciśnienie wyjściowe zmienia się nie więcej niż o 0,003 MPa – wartość praktycznie nieodczuwalna dla precyzyjnych układów sterowania.

Regulatory SMC kompensują zmiany temperatury poprzez dobór materiałów o zrównoważonym współczynniku rozszerzalności. Dla zakresu temperatur 0–60°C błąd temperaturowy nie przekracza ±0,5%/10°C. W wersjach IR-A zastosowano dodatkowe elementy kompensacyjne, które redukują wpływ temperatury nawet o połowę.

Tak, ale należy zachować określone limity:

• drgania: do 50 m/s²,
• udary: do 150 m/s².

Seria IR-A ma wzmocnioną konstrukcję i wewnętrzne prowadnice membrany, które zwiększają odporność na wibracje typowe dla linii montażowych i robotów przemysłowych.

Dzięki małej masie elementów ruchomych czas reakcji na zmianę ciśnienia wynosi:

• dla ARP – poniżej 50 ms,
• dla IR – około 100 ms.

Pozwala to na stabilizację ciśnienia niemal natychmiast po zmianie obciążenia lub otwarciu zaworu downstream.

Reduktor (ARP) reguluje ciśnienie bezpośrednio za pomocą sprężyny i membrany, natomiast stabilizator (IR) posiada wewnętrzny układ pilotowy, który utrzymuje stałe ciśnienie wtórne nawet przy bardzo małych zmianach przepływu. Stabilizator jest zatem dokładniejszy i lepiej sprawdza się w systemach pomiarowych.

Minimalne błędy wynikają z histerezy i dryfu temperaturowego. Wartość błędu wynosi zazwyczaj <0,01 MPa, ale w systemach laboratoryjnych należy stosować manometry o klasie dokładności 0,5 lub czujniki ciśnienia serii ISE/ZSE dla precyzyjnej kontroli.

Regulatory mogą być:

• montowane na panelu (front mount),
• na ścianie lub ramie maszyny za pomocą uchwytu L,
• bezpośrednio w linii rurowej (inline).

SMC oferuje opcjonalne płyty montażowe, które umożliwiają łatwą integrację kilku regulatorów w układach kalibracyjnych.

Tak – poprzez zastosowanie elektrozaworów pilotowych można sterować ciśnieniem pilotowym, co umożliwia zdalną regulację ciśnienia wyjściowego. To rozwiązanie stosowane jest w automatycznych stanowiskach testowych lub systemach, w których konieczna jest regulacja z poziomu PLC.

W serii IR zastosowano układ zaworowy z wewnętrznym obejściem przepływu (bleed), który stale utrzymuje minimalny przepływ powietrza. Dzięki temu regulator reaguje natychmiast na wszelkie zmiany ciśnienia, eliminując efekt „martwej strefy”.

Tak – nowe modele zachowują identyczne wymiary przyłączy, rozmieszczenie portów i sposób regulacji. Ulepszona konstrukcja pozwala jednak na większą odporność na zanieczyszczenia i mniejsze zużycie energii dzięki zoptymalizowanemu przepływowi.

W standardowych reduktorach występuje efekt „creep” (powolny wzrost ciśnienia przy zamkniętym przepływie). Seria IR eliminuje ten efekt dzięki precyzyjnej membranie o niskiej podatności sprężystej oraz zaworowi wydechowemu o zerowym przecieku, co gwarantuje idealną stabilność w czasie.

Tak, pod warunkiem że gaz jest niepalny, suchy i chemicznie obojętny (np. azot, argon). W takich przypadkach zaleca się jednak kontakt z producentem w celu potwierdzenia kompatybilności materiałów membrany i uszczelnień.

Przeciek wewnętrzny nie przekracza 0,5 cm³/min przy 0,7 MPa, co odpowiada klasie szczelności lepszej niż 10⁻⁵ mbar·l/s. W praktyce oznacza to, że regulator może utrzymać ciśnienie przez wiele godzin bez żadnej korekty.

Nie – są przeznaczone wyłącznie do regulacji dodatniego ciśnienia. W systemach próżniowych stosuje się specjalne zawory SMC serii IRV lub ARP-V, które działają w zakresie 0 do –0,1 MPa.

Przed każdym regulatorem precyzyjnym należy zainstalować filtr powietrza o dokładności 5 μm, a w aplikacjach laboratoryjnych – 1 μm. W układach wymagających stabilności na poziomie ±0,001 MPa dodatkowo zaleca się osuszacz chłodniczy lub membranowy.

Podłączenie w odwrotnym kierunku (wejście–wyjście) powoduje brak stabilizacji ciśnienia oraz ryzyko uszkodzenia zaworu. Dlatego wszystkie regulatory SMC posiadają wyraźne oznaczenie kierunku przepływu (IN → OUT) na korpusie.

Regulatory IR mają porty Rc 1/8 lub Rc 1/4 do montażu manometrów lub elektronicznych przetworników ciśnienia. SMC zaleca stosowanie czujników serii ISE20/30/40 lub cyfrowych manometrów serii G36, zapewniających odczyt z dokładnością do 0,001 MPa.

Tak – dzięki liniowej charakterystyce przepływu i minimalnej histerezie, IR stanowi idealny element wykonawczy w pętlach regulacji ciśnienia sterowanych przez kontrolery PID, np. w stanowiskach testowych, kalibracyjnych i laboratoryjnych.

W długim okresie (ponad 10 lat) może wystąpić stopniowe starzenie sprężyny regulacyjnej i utlenianie powierzchni zaworu, jednak przy zachowaniu czystości powietrza błąd regulacji nie przekracza 1%. Producent zaleca wymianę zestawu uszczelnień po 5–7 latach intensywnej pracy.

Regulatory IR są wewnętrznie kompensowane, jednak w przypadku dużych zmian ciśnienia wejściowego (>0,3 MPa) zaleca się zastosowanie reduktora wstępnego serii AR przed stabilizatorem. Takie kaskadowe połączenie zapewnia wyjątkową płynność i eliminuje efekt przepięć.

• Nie przekraczać maksymalnego ciśnienia zasilania,
• Nie obracać pokrętła regulacyjnego pod ciśnieniem bez przepływu,
• Zawsze odpowietrzyć układ przed demontażem,
• Unikać kontaktu z cieczami, olejami i smarami.

Naruszenie tych zasad może prowadzić do uszkodzenia membrany.

• Spadek ciśnienia wyjściowego: zanieczyszczenie zaworu,
• Brak reakcji: zablokowany pilot,
• Wahania ciśnienia: zbyt mała średnica przewodu wyjściowego,
• Stały przeciek: zużyta membrana.

W większości przypadków wystarczy czyszczenie i wymiana uszczelek.

Tak – w systemach dużego przepływu można zastosować układ równoległy, w którym kilka stabilizatorów IR pracuje jednocześnie. Wymaga to jednak wyrównania nastaw i zapewnienia identycznych warunków wejściowych, aby uniknąć efektu różnicowego przepływu.

Seria IR-A została zaprojektowana z myślą o integracji z automatyką przemysłową:

• kompaktowa, lekka obudowa,
• większa odporność na drgania,
• opcjonalny montaż czujników cyfrowych,
• większa powtarzalność regulacji.

W efekcie stanowi idealne rozwiązanie dla robotów montażowych i stanowisk testowych.

Najczęstsze to:

• dobór zbyt małego przepływu względem aplikacji,
• użycie wersji niskociśnieniowej przy dużym obciążeniu,
• pominięcie filtracji wstępnej,
• montaż w pobliżu źródeł drgań.

Poprawny dobór wymaga uwzględnienia zarówno zakresu ciśnienia, jak i charakteru przepływu.

Należy dobrać model IR1000-A z zakresem 0,005–0,2 MPa, stosując filtr 1 μm i przewody o małej średnicy. Dzięki temu uzyskuje się minimalny dryf ciśnienia i wysoką stabilność przy bardzo małych przepływach (<5 l/min).

• testy szczelności komponentów pneumatycznych,
• kalibracja czujników ciśnienia,
• sterowanie siłą docisku siłowników,
• kontrola procesu dozowania klejów i płynów,
• stabilizacja ciśnienia w układach pomiarowych,
• automatyka montażowa i mikropneumatyka.

Ponieważ łączą wyjątkową precyzję, powtarzalność, niezawodność i stabilność ciśnienia. Ich konstrukcja oparta na precyzyjnej membranie, zrównoważonym zaworze i pilotowym sterowaniu eliminuje błędy charakterystyczne dla standardowych reduktorów. SMC dostarcza je jako urządzenia klasy laboratoryjnej, które jednocześnie wytrzymują trudne warunki przemysłowe – od zautomatyzowanych linii po stanowiska pomiarowe o najwyższej dokładności.