Датчик давления на входе

Принцип работы датчика давления воды

Датчик давления — это устройство, у которого физические параметры изменяются в зависимости от давления измеряемой среды, это могут быть газы, жидкости, пар. При изменении измеряемой среды, в которой находиться датчик давления, меняется и его выходные унифицированный пневматический, электрический сигналы или цифровой код.

Принципы использования датчика давления

Устройство состоит из первичного преобразователя давления, в составе которого чувствительный элемент и приемник давления, схемы вторичной обработки сигнала, различных по конструкции корпусных деталей и устройства вывода.

Основным отличием каждого датчика давления является точность регистрации давления (Диапазоны измерения от 0 . 6 бар до 0 . 60 бар), которая зависит от принципа преобразования давления в электрический сигнал: пьезорезистивный, тензометрический, емкостной, индуктивный, резонансный, ионизационный.

Методы преобразования давления в электрический сигнал

• тензометрический

Чувствительные элементы датчиков базируются на принципе измерения деформации тензорезисторов, припаянных к титановой мембране, которая деформируется под действием давления.

• пьезорезистивный

Основаны на интегральных чувствительных элементах из монокристаллического кремния. Кремниевые преобразователи имеют высокую временную и температурную стабильности. Для измерения давления чистых неагрессивных сред применяются, так называемые, Low cost — решения, основанные на использовании чувствительных элементов либо без защиты, либо с защитой силиконовым гелем. Для измерения агрессивных сред и большинства промышленных применений используется преобразователь давления в герметичном металло-стеклянном корпусе, с разделительной диафрагмой из нержавеющей стали, передающей давление измеряемой среды посредством кремнийорганической жидкости.

Ёмкостные преобразователи используют метод изменения ёмкости конденсатора при изменении расстояния между обкладками. Известны керамические или кремниевые ёмкостные первичные преобразователи давления и преобразователи, выполненные с использованием упругой металлической мембраны. При изменении давления мембрана с электродом деформируется и происходит изменение емкости. В элементе из керамики или кремния, пространство между обкладками обычно заполнено маслом или другой органической жидкостью. Недостаток — нелинейная зависимость емкости от приложенного давления.

Резонансный метод — это волновые процессы: акустические или электромагнитные. Это и объясняет высокую стабильность датчиков и высокие выходные характеристики прибора. К недостаткам можно отнести индивидуальную характеристику преобразования давления, значительное время отклика, невозможность проводить измерения в агрессивных средах без потери точности показаний прибора.

Основан на регистрации вихревых токов (токов Фуко). Чувствительный элемент состоит из двух катушек, изолированных между собой металлическим экраном. Преобразователь измеряет смещение мембраны при отсутствии механического контакта. В катушках генерируется электрический сигнал переменного тока таким образом, что заряд и разряд катушек происходит через одинаковые промежутки времени. При отклонении мембраны создается ток в фиксированной основной катушке, что приводит к изменению индуктивности системы. Смещение характеристик основной катушки дает возможность преобразовать давление в стандартизованный сигнал, по своим параметрам прямо пропорциональный приложенному давлению.

Ионизационный метод — регистрации потока ионизированных частиц. Аналогом являются ламповые диоды. Лампа оснащена двумя электродами: катодом и анодом, — а также нагревателем. В некоторых лампах последний отсутствует, что связано с использованием более совершенных материалов для электродов. Преимуществом таких ламп является возможность регистрировать низкое давление — вплоть до глубокого вакуума с высокой точностью. Однако следует строго учитывать, что подобные приборы нельзя эксплуатировать, если давление в камере близко к атмосферному. Поэтому подобные преобразователи необходимо сочетать с другими датчиками давления, например, емкостными. Зависимость сигнала от давления является логарифмической.

Регистрация сигналов датчиков давления

Сигналы с датчиков давления являются медленноменяющимися. Это значит, что их спектр лежит в области сверхнизких частот. Для того чтобы с высокой точностью оцифровать такой сигнал необходимо подавить высокочастотную часть спектра, полностью состоящую из помех. Это особенно актуально в промышленных условиях. Специально для ввода медленноменяющихся сигналов используются интегрирующие АЦП. Они проводят измерение не мгновенного значения сигнала (которое изменяется под действием помех), а интегрируют сигнальную функцию за заданный промежуток времени, который заведомо меньше постоянной времени процессов, происходящих в контролируемой среде, но заведомо больше периода самой низкочастотной помехи

Какие отличия датчика давления от манометра?

Манометр — прибор, предназначенный для измерения (а не преобразования) давления. В манометре от давления зависят показания прибора, которые могут быть считаны с его шкалы, дисплея или аналогичного устройства.

Нужен датчик давления?

Для подбора необходимого датчика давления для работы с частотным преобразователем или другим устройством обратитесь по телефону электротехнической компании ЭНЕРГОПУСК: (495) 775-24-55.

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Принцип работы датчиков давления: схема, устройство, применение

В современной промышленности не обойтись без точных приборов измерения, которые служат для учета расхода различных жидкостей, а также газа, газовых смесей и пара. Помимо расходомеров с разными принципами действия, широко применяются электронные датчики давления. Они являются неотъемлемой частью измерительных комплексов, а также входят в состав теплосчетчиков, используются в системах автоматизированного контроля технологических процессов. Данные приборы востребованы в энергетике, пищевой промышленности, нефтяной и газовых отраслях и других сферах производства.

ЧТО ТАКОЕ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

Это устройство для измерения и преобразования давления среды — жидкости, газа или пара. Полученное значение выводится на дисплей или передается в виде аналогового или цифрового выходного сигнала.
Принцип работы зависит от типа измеряемого давления, которое может быть абсолютным, избыточным и дифференциальным.

ТИПЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ

Так, в пищевом и химическом производстве широкое применение получил интеллектуальный датчик абсолютного давления, осуществляющий измерение относительно абсолютного вакуума. Отметим, что именно такое измерение применяется в узлах учета газа, пара и тепловой энергии для приведения расхода к стандартным условиям.

Решать задачи учета расхода измеряемой среды позволяет датчик дифференциального давления. Принцип его работы заключается в измерении разности давлений между двумя полостями – плюсовой и минусовой. Могут применяться для учета расхода, при помощи сужающих устройств. Сужающее устройство в трубопроводе представляет собой местное сопротивление, при прохождении через которое изменяется характер течения потока. Непосредственно перед сужающим устройством давление среды возрастает, а после него – снижается. Чем больше разница на входе и выходе сужающего устройства, тем больше расход среды, протекающей по трубе.

Кроме того, такой датчик позволяет производить учет объема жидкости не только в трубе, но и в емкости при помощи измерения давления столба жидкости на плюсовую мембрану и, при необходимости, измерения минусовой полостью давления под куполом емкости, для исключения влияния насыщенных паров. Такой метод называют гидростатическим.

В системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами не обойтись без такого прибора, как датчик избыточного давления. Он может использоваться в составе водяных систем теплоснабжения, а также входить в комплектацию узлов коммерческого и технологического учета жидкостей, газа и пара.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДАВЛЕНИЯ «ЭМИС-БАР»

В конце 2018 года в продуктовой линейке компании «ЭМИС» появились интеллектуальные преобразователи «ЭМИС» — БАР». Они способны осуществлять непрерывное измерение абсолютного, избыточного, дифференциального и гидростатического давления, определять разрежение жидких и газообразных сред, насыщенного и перегретого пара.

Несколько вариантов исполнения позволяет сделать оптимальный выбор, в зависимости от поставленных задач и условий эксплуатации, в том числе при работе на низкотемпературных, высокотемпературных и агрессивных средах.

Стоит отметить, что у заказчика имеется возможность выбора материалов изготовления разделительной мембраны и корпуса электронного блока, типа, материала и размера фланца, типа и материала кронштейна. Также на выбор представлены несколько вариантов длины погружной части разделительной мембраны плюсовой полости.
Остановимся более подробно на технических характеристиках и модификациях.

Устройство прибора

• 1. Корпус;
• 2. Крышки корпуса, передняя крышка чаще всего служит экраном дисплея;
• 3. RFI- и EMI-фильтры– служат для гашения электромагнитных и радиопомех;
• 4. Электронный блок – модуль процессора;
• 5. Модуль дисплея – может отсутствовать;
• 6. Приемник давления – имеет различный внешний вид, в зависимости от типа;
• 7. Фланцы и метизы – для фланцевого исполнения;
• 8. Клеммная колодка;
• 9. Кнопки настройки.

В качестве сенсора используется монокристаллическая кремниевая мембрана с расположенными на ней пьезорезисторами. При этом мембрана, подложка и резистор выполнены из одного материала – кремния. Для защиты сенсора возможно исполнение с разделительной мембраной и заполняющей жидкостью.

Устройство сенсорного модуля

Сенсорный модуль состоит из:

• -настройка шкалы измерения с подачей опорного давления;
• -настройка времени демпфирования;
• -настройка шкалы измерения без подачи опорного давления;
• -установка нуля;
• -установка фиксированного значения тока выходного сигнала;
• -установка аварийных значений тока;
• -блокировка управления с кнопок;
• -функция корнеизвлечения для преобразователей дифференциального давления;
• -выбор единиц измерения.

Приборы «ЭМИС» — БАР» внесены в Госреестр средств измерения (№2219), имеют сертификат соответствия ТР ТС 012/2011 «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах», всю необходимую разрешительную документацию, а также дополнительные сертификаты:

• -Сертификат соответствия ТР ТС 032/2013 «О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением».
• -Декларация о соответствии ТР ТС 032/2013 «О безопасности машин и оборудования».
• -Декларация о соответствии ТР ТС 020/2011 «Электромагнитная совместимость технических средств».
• -Сертификат соответствия «Применение в средах, содержащих сероводород».
• -Экспертное заключение по результатам санитарно-эпидемиологической экспертизы.
• -Право интеллектуальной собственности разработчика защищено патентом РФ № 186107.

Выпускаются с возможностью фланцевого и штуцерного соединения. На выбор заказчика есть несколько материалов мембраны, полости камеры и корпуса электронного блока, а также типа заполняющей жидкости.

Имеют несколько вариантов исполнения:
• -с фланцевым присоединением
• -со штуцерным присоединением
• -с открытой мембраной
• -с выносной разделительной мембраной

Данные спецификации представлены с фланцевым креплением и с выносными разделительными мембранами. Модели 186,187, 188 являются преобразователями разрежения.

Спецификация 163 – с плоской мембраной, 164 – с погружной мембраной. Они применяются для точного определения уровня жидкости в различных емкостях и резервуарах.

Преимущества

Каждый из представленных приборов обладает высокой точностью измерений на уровне лучших мировых образцов. При специальном заказе основная приведенная погрешность составляет 0,04%. Также они отличаются долговременной стабильностью — не более 0,1% в течение 5 лет (или 0,02% в течение года).
Их ключевыми особенностями являются широкий диапазон измерения (от -0,5 до 69 МПа), способность работать в условиях перегрузки до 105 МПа и расширенная самодиагностика.

Имеется возможность настройки (в том числе калибровки нуля) с кнопок непосредственно во взрывоопасной зоне, без нарушения взрывозащиты корпуса, а также обеспечена работа с фирменным программным обеспечением «ЭМИС» — Интегратор». Межповерочный интервал составляет 5 лет.

В 2018 году, в целях проведения ОПИ, преобразователи «ЭМИС-БАР» были поставлены на объект УРМЦ «Газпром – Трансгаз – Екатеринбург». В своем отзыве заказчик отмечает, что за время опытно-промышленных испытаний они показали себя надёжным средством измерения, отвечающим всем техническим требованиям и в полной мере обеспечивающим заявленные метрологические и технико-эксплуатационные параметры. Приборы показали высокую стабильность при различных температурных режимах и в разных погодных условиях, высокую визуализацию, интуитивность и практическое удобство дисплея.

Также положительные характеристики преобразователи ИД «ЭМИС-БАР» получили по результатам работы на «Березниковском содовом заводе», где измеряемой средой стала фильтровая жидкость карбоколонны. «Интерфейс настройки прибора интуитивный и понятный. Материал корпуса соответствует заявленному в паспорте. Несмотря на наличие в фильтровой жидкости агрессивных примесей, отложений и коррозии на сенсоре не было. Метрологические характеристики после 6 месяцев работы соответствуют заявленным. Диапазон напряжения питания может быть от 12 до 36 вольт, при этом влияния на работу прибора данный разбег по питанию не оказывает», — отмечает в отзыве заказчик.

Стоит отметить, что измерители «ЭМИС» — БАР» являются частью комплексов учета энергоносителей и теплосчетчиков. Сейчас комплексы можно приобрести с расширенной гарантией до 3 лет, по Вашему запросу.

На рисунке комплекс учета «ЭМИС»-ЭСКО 2210»

Необходимо добавить, что с появлением в продуктовой линейке «ЭМИС» датчиков давления, для заказчиков открылись возможности унификации применяемого оборудования и получения дополнительных выгод при комплексной покупке средств измерения нашей торговой марки!

Если у Вас существует потребность в приобретении продукции, на нашем сайте Вы можете оставить заявку или заполнить опросный лист и отправить его на адрес [email protected].

Задать вопрос инженерам по работе производимых приборов

Датчики давления

Датчики давления предназначены для измерения уровня давления жидкости или газовых сред. Датчик измеряет давление среды и формирует рабочий выходной сигнал.

Датчик включает в себя устройство первичного преобразования, снабженное чувствительным элементом, и схему для вторичной обработки сигнала. Для подключения к рабочему оборудованию и защиты от вредных воздействий внешней среды датчики давления имеют различную конструкцию и дополнительные детали.

Модификации датчиков давления

0/4-20 мA; 0-10 В; 0-5 В; HART-протокол

0/4…20 мА, 0…10 В,
0…5 В, HART, Modbus

3,6 В
2 батарейки

Область применения датчиков контроля давления в промышленности

Датчики давления стали одним из наиболее распространенных видов измерительного оборудования. Давление газовых сред, жидкостей и пара – один из важнейших параметров ведения технологических процессов.

Чаще всего датчики давления применяются для таких отраслей и процессов:

• В атомной энергетике: контроль параметров и перепадов давления, статодинамических режимов пара и смеси воды и пара на реакторных установках;
• В энергетической отрасли: измерение давления теплоносителя при производстве и транспортировании энергии и тепла в рамках ТЭС, котельных, ГРЭС, контроль давления для аварийной защиты;
• В нефтегазовой отрасли: контроль давления высокотемпературных сред в стволах скважин, на выходе из скважин для добычи, в нагнетательных скважинах, измерение давления при сепарации нефти, контроль давления насосных агрегатов, крановых площадок, резервуарных парков, измерение давления при ведении коммерческого учета нефти, нефтепродуктов, газа;
• В металлургии: измерение давления при производстве металлов, контроль производства под давлением или вакуумом;
• В строительной отрасли: измерение давления при производстве стройматериалов, контроль строительства зданий и сооружений, аварийной просадки грунта;
• В химической промышленности: измерение давления различных жидких и газовых продуктов при производстве;
• В пищевой промышленности: экологическое измерение давления;
• В сфере ЖКХ, водоснабжении и водоотведении: измерение давления теплоэнергоносителей для обеспечения поставок и взаиморасчетов;
• Для судоходного и автотранспорта: измерение давления различных жидкостей и растворов, в том числе масла и гидравлических жидкостей, контроль уровня давления в цилиндрах двигателя, аварийная защита оборудования.

Кроме того, датчики давления применяются для работы с компрессорными и насосными установками, гидравлическим оборудованием, промышленными двигателями и другими видами машин и механизмов в рамках различных производственных процессов.

Виды датчиков давления и их назначение

Датчики для измерения давления представлены в нескольких модификациях, отличающихся техническими возможностями. В зависимости от модели датчики рассчитаны на работу с различными диапазонами давления и температуры рабочей среды. Стандартно для передачи выходных сигналов приборы имеют транзисторные или аналоговые выходы управления.

Отдельно выделяется группа устройств – датчики-реле давления, имеющие основной или дополнительный релейный выход управления. Реле давления отличаются универсальностью применения и более низкой стоимостью по сравнению с другими видами приборов.

Основным критерием выбора датчика является тип измеряемого давления, исходя из которого все приборы делятся на:

• датчики абсолютного давления для контроля показаний относительно абсолютного нуля,
• датчики дифференциального (относительного) давления для замеров показаний относительно заданного значения,
• датчики избыточного давления для измерения избыточных показаний относительно атмосферного давления,
• гидростатические датчики для замеров гидростатического давления среды контроля,
• датчики разряжения (вакуума) для измерения соответствующего вида давления.

Датчики давления выпускаются в виде отдельных приборов или могут быть интегрированы в состав многофункциональных устройств. Выбор датчика давления зависит от характеристик измеряемого вещества, условий рабочей среды, измеряемого диапазона, а также уровня чувствительности сенсора и точности измерений.

Новые датчики-реле разности давлений ДЕМ-202М-РАСКО для контроля работы насосов.

В связи с широким применением в последнее время циркуляционных насосов с частотно-регулируемым приводом возникла потребность в контроле перепадов давления меньше минимальных значений. Об этом на примере продукции ДЕМ-202-РАСКО нам рассказал Апарин Евгений Лазаревич, заместитель генерального директора ООО «НПФ «РАСКО», кандидат технических наук.

Где применяется ваша новая разработка, датчики реле разности давлений, и что потребовало ее создания?

Реле разности давлений, часто именуемые как реле перепада давления, широко используются в индивидуальных (ИТП) и центральных (ЦТП) тепловых пунктах для контроля расхода на циркуляционных насосах систем отопления и горячего водоснабжения. Контроль осуществляется путем измерения перепада давления, создаваемого циркуляционным насосом, который определяется как разность между давлением на выходе из насоса и давлением на входе в насос. Измеренное значение сравнивается с минимально допустимым значением – «уставкой». При уменьшении разности давлений на насосе ниже минимально допустимого значения, реле выдает команду на автоматическое выключение основного насоса и включение резервного насоса, одновременно посылая сигнал о неисправности в систему диспетчеризации. Применяемые в настоящее время для этих целей датчики-реле разности давлений серии ДЕМ-202-РАСКО, ДЕМ-202С [1,2], имеющие минимальное значение «уставки» в пределах 0,02…0,05 МПа, до недавних пор успешно справлялись и во многих случаях продолжают справляться с этой задачей. Однако в связи с широким применением в последнее время циркуляционных насосов с частотно-регулируемым приводом и значительным уменьшением минимально допустимого расхода и, соответственно, перепада давления, возникла потребность в контроле перепадов давления меньше минимальных значений, обеспечиваемых указанными выше приборами. Дело в том, что при снижении перепада давления ниже минимального уровня «уставки», в то время как насос работает в штатном режиме, происходит переключение датчика-реле давления и выдача ложного сигнала о неисправности насоса.

Каков принцип действия вашей разработки и в чем ее новизна?

По результатам анализа многочисленных обращений потребителей и результатов выездов специалистов непосредственно на ЦТП, руководствуясь взятым страной курсом на импортозамещение, ООО «НПФ «РАСКО» и ПАО «Саранский приборостроительный завод» в рамках совместного инвестиционного проекта разработали и освоили в серийном производстве принципиально новую серию более чувствительных, компактных и недорогих датчиков-реле разности давлений ДЕМ-202М-РАСКО (рис. 1), призванную успешно заменить целый ряд существенно более дорогих импортных аналогов.

Конструкция прибора признана оригинальной, что подтверждается полученным патентом РФ на полезную модель [3].

Принцип действия прибора поясняется схемой, приведенной на рисунке 1.

Датчик-реле разности давлений ДЕМ-202М-РАСКО работает следующим образом (рис. 2). При подаче давления Р₁ через штуцер 12 высокого давления в полость 9, выполненную в корпусе 1, и давления Р₂ через штуцер 14 низкого давления и канал 13 в полость10, выполненную во втулке 11, на поверхностях мембран 7 и 8 и, соответственно, противоположных торцах поршня 5 создается положительная разность давлений Δ P = Р₁ — Р₂. Под действием разности давлений Δ P на поршне 5 создается усилие, направленное на сжатие пружины. При этом поршень 5 буртиком 6 нажимает на толкатели 15, которые упираются в подвижную деталь 3, пытаясь сжать пружину 4. Если это усилие превышает усилие затяжки пружины 4, то пружина сжимается и подвижная деталь 3, перемещаясь по направляющему штифту 16, запрессованному во втулку 11, нажимает на переключатель 2, что приводит к его срабатыванию — замыканию или размыканию электрических контактов. При снижении разности давлений Δ P и, соответственно, усилия на поршне 5 ниже значения, создаваемого пружиной 4, переключатель 2 возвращается в исходное состояние.

Высокая чувствительность ДЕМ-202М-РАСКО достигается благодаря применению эластичных плоских мембран, обладающих малой жесткостью, то есть большим ходом при относительно небольшой разности воздействующих на мембраны давлений. Прочность и стойкость мембран к воздействующей разности давлений обеспечивается за счет того, что мембраны ложатся на сопряженные с профилями мембран поверхности торцов поршня, практически, не испытывая при этом напряжений на разрыв (табл.).

Таблица. Технические характеристики датчиков-реле разности давлений.

Сенсор давления, датчик давления, преобразователь давления – в чем разница?

Очень часто приходится слышать от наших потребителей использование каждого из этих терминов с совершенно разными смысловыми посылами.

Попробуем разобраться и сформулировать определения этих терминов.

Сенсор давления – это чувствительный элемент, который определенным образом реагирует на изменение давления. Т.е. создаваемое давление непосредственно изменяет свойства сенсора ( емкость, сопротивление и пр.) и таким образом, мы получаем информацию об этом давлении.

На рисунке изображена пластина с пьезорезистивными сенсорами давления

Датчик давления – это наиболее часто встречающееся и всеобъемлющее понятие. Многие специалисты к датчикам давления относят и реле давления ( прессостаты), т.е. приборы, задача которых не выдавать значение давление, а срабатывать на Включение/ Выключение контактов при достижении определенных заданных изначально давлений. Иногда можно даже встретить специалистов, которые называют и манометры датчиками давления.

Но какое же все-таки определение датчиков давления является наиболее правильным? С нашей точки зрения датчик давления – это устройство готовое к измерению давления. Т.е. устройство содержащие в своем составе сенсор давления, имеющее корпус с возможностью монтажа в процесс и электрические выводы виде штырьков, проводов или даже специальных электрических коннекторов.

На рисунках изображены:

Cлева – датчик абсолютного давления со специальным фланцем под сварку
Справа – датчик дифференциального давления, крепление датчика производится при помощи уплотнительных колец

Преобразователь давления – это устройство для измерения давления, имеющее унифицированный выходной сигнал аналоговый (4 …20mA, 0…10V и др.) или цифровой (RS485 , CAN и др.). Для удобства потребителей преобразователи давления имеют резьбовое или фланцевое присоединение.

Как правильно выбрать преобразователь давления? Читайте нашу статью.