Какими бывают и где применяются датчики реле давления? Датчики давления для воды

Датчики давления. Виды и работа. Как выбрать и применение

Датчики давления являются устройством, выдающим сигналы на выходе, зависящие от давления измеряемой среды. Сегодня не обходятся без точных датчиков определения давления. Они применяются в автоматизированных системах всех отраслей промышленности.

Многие датчики давления функционируют на преобразовании давления в движение механической части. Кроме механических элементов (трубчатые пружины, мембраны) для замеров используются тепловые и электрические системы. Электронные элементы дают возможность осуществить производство датчиков давления на электронных элементах.

Датчик давления состоит из:

Первоначальный преобразователь вместе с чувствительным элементом.
Корпус датчика, имеющий разные конструкции.
Электрическая схема.

Классификация и принцип работы

Волоконно-оптические

Этот тип датчиков считается самым точным в работе, которая не имеет большой зависимости от изменений температуры. Элементом точной чувствительности действует оптический волновод. Давление в волоконно-оптических приборах определяется путем поляризации света, прошедшего по элементу чувствительности, и колебаниям амплитуды.

Оптоэлектронные датчики давления

Датчики давления состоит из нескольких слоев, через которые проходит свет. Один слой меняет свойства от величины давления среды. Меняются 2 параметра: величина преломления и размер слоя. Методы изображены на рисунках.

При изменении свойств будет изменяться характеристика света, проходящего через слои. Фотоэлемент производит регистрацию изменений. Преимуществом оптоэлектронных приборов стала высокая точность.

Датчики легко определяют давление, имеют повышенное разрешение, чувствительность, стабильны к действию температуры. Перспективность оптоэлектронных приборов обуславливается работой на интерференции света, использованием интерферометра для замера малых перемещений. Основные составляющие элементы датчика – кристалл оптического анализатора с диафрагмой, фотодиод и детектор. Детектор составляют три светодиода.

К 2-м фотодиодам прикреплены оптические фильтры, которые имеют отличия по толщине. Фильтры состоят из кремниевых зеркал, имеющих отражение от лицевой части поверхности, которые имеют слой оксида кремния. Поверхность напылена слоем алюминия малой толщины.

Световой преобразователь подобен емкостному датчику. Его диафрагма смоделирована способом травления, которая покрыта металлическим тонким слоем. Стеклянная пластина снизу покрыта металлическим слоем. Между подложкой и стеклом есть промежуток, образованный двумя прокладками.

Два металлических слоя образуют интерферометр с изменяемым воздушным промежутком. В его состав вошли: зеркало на стекле стационарного вида и меняющее положение зеркало на мембране.

На подобной основе изготавливают чувствительные датчики размером 0,55 мм. Они легко проходят через ушко иглы.

Оптическое волокно взаимосвязано с сенсором. В нем с помощью управления микропроцессора подключается монохроматический свет, который вводится в волокно. Делается замер интенсивности обратного света, по калибровке рассчитывается наружное давление и результат показывается на экране. Сенсоры используют в медицине для проверки давления внутри черепа, измерения кровяного давления в артериях легких. Другими методами в легкие добраться невозможно.

Магнитные

Магнитные датчики давления еще называют индуктивными. Элементом чувствительности служит Е-пластина, в центре расположена катушка, и проводящая мембрана. Она расположена на малом расстоянии от конца пластины. При подсоединении обмотки образуется магнитный поток, он идет через пластину, промежуток воздуха и мембрану.

Магнитная проницаемость воздуха в зазоре в 1000 раз слабее мембраны и пластины. Малое изменение параметра зазора приводит к значительному изменению индуктивности.

При воздействии давления мембрана изгибается, сопротивление катушки меняется. Преобразователь переводит изменение в сигнал тока. Измерительный рабочий элемент преобразователя сделан по схеме моста, обмотка включена в плечо. АЦП подает сигнал от элемента измерения в виде сигнала от давления.

Емкостные

Датчики давления самой простой конструкции, состоящий из плоских электродов (2 шт.) с зазором. Электрод сделан мембраной, на нее давит измеряемое давление. Меняется размер зазора. Такой вид датчика образует конденсатор с меняющимся зазором. Величина емкости конденсатора меняется при изменении промежутка от пластин или от электродов в данном случае.

Для определения очень небольших изменений давления приборы наиболее применимы и эффективны. Они дают возможность произвести замеры избыточного давления в различной среде. На предприятиях при выполнении технологических процессов, в которых задействованы системы воздушного и гидравлического оборудования, в насосах, компрессорах, на станках емкостные датчики нашли широкое применение. Датчик емкостного вида имеет конструкцию, которая имеет стойкость к вибрациям, скачкам температуры, защищена от химической и электромагнитной среды.

Ртутные

Также простая конструкция прибора. Действует по закону о сообщающихся сосудах. На одну емкость давит давление, которое нужно измерить. По величине другого сосуда – определяется давление.

Пьезоэлектрические

Элементом чувствительности в этом датчике служит пьезоэлемент. Это вещество, создающее электрический сигнал во время деформации. Такое свойство называется прямым пьезоэффектом. В измеряемой области находится пьезоэлемент, который образует ток, прямо зависящий от значения давления. Сигнал в датчике из пьезоматериала образуется только при деформации. При неизменном давлении нет деформации, поэтому датчик годен только для проведения замеров среды с быстро изменяемым давлением.

Если давление не будет изменяться, то не будет деформации, пьезоэлектрик не сгенерирует сигнал.

Пьезоэлектрики нашли использование в первичных преобразователях потока водяных вихревых счетчиков, и других сред. Их устанавливают парами в трубу с проходом в несколько сотен мм за предметом обтекания. Фиксируют вихри. Количество и частота вихрей прямо зависят от скорости потока и расхода по объему.

Пьезорезонансные

В отличие от вышеописанного вида датчика здесь применяется обратный пьезоэффект, то есть, форма материала пьезоэлемента изменяется от тока подачи. Применяется резонатор в виде пластины из пьезоматериала. На пластину с двух сторон нанесены электроды. На них подключается по очереди напряжение питания с разным знаком, пластина производит изгиб в обе стороны в зависимости от полярности поданного напряжения и частоты.

Если воздействовать на пластину силой, чувствительной мембраной к давлению, то резонатор изменит частоту колебаний. Частота резонатора укажет значение давления на мембрану, которая оказывает давление на резонатор.

На рисунке изображен пьезорезонансный датчик с абсолютным давлением, который сделан герметичной камерой 1. Она достигается корпусом 2, основанием 6, мембраной 10. Мембрана крепится на электронную сварку к корпусу. Держатели закреплены на основании перемычками. Силочувствительный резонатор удерживает держатель.

Мембрана 10 давит на втулку 13 и шарик 6, который закреплен в держателе. Шарик давит на чувствительный резонатор 5. Проводка закреплена на основании 6, необходима для слияния резонаторов с генераторами. Сигнал на выходе абсолютного давления образуется по схеме путем разности генераторных частот. Датчик находится в активном термостате 18 с неизменной температурой 40 градусов. Давления для измерения поступает через штуцер 12.

Резистивные

Другим названием этот датчик называется тензорезистор. Это элемент, который меняет собственное сопротивление при деформации. Такие тензорезисторы монтируют на мембрану, которая чувствительна к изменяющемуся давлению. В результате при приложении силы на мембрану происходит ее изгиб, из-за этого изгибаются тензорезисторы, которые на ней закреплены. На тензорезисторах меняется сопротивление и значение тока цепи.

Растяжение элементов из проводников на каждом тензорезисторе ведет к увеличению длины и снижению сечения. В итоге сопротивление повышается. При сжатии процесс происходит наоборот. Изменения сопротивления незначительные, поэтому для обработки сигнала применяются усилители. Деформация переделывается в изменение сопротивления проводника или полупроводника, а затем в сигнал тока.

Тензорезисторы выполнены в виде проводящего зигзагообразного элемента, или из полупроводника, который расположен на гибкой подложке, приклеенной к мембране. Подложка сделана из слюды, полимерной пленки или бумаги. Элемент проводника – из полупроводника, тонкой проволоки или фольги, напыленных на металл в вакуумном состоянии. Чувствительный элемент соединяют с цепью измерения выводами из проволоки или площадками контактов. Тензорезисторы чаще имеют размер площади до 10 мм2. Они более подходят для замера давления, веса, силы нажатия.

Советы по выбору и приобретению датчиков давления

Тип давления. Важно определить, что вы будете измерять. Есть несколько типов давления: барометрическое, избыточное, вакуумное, относительное, абсолютное.
Интервал разбега давления.
Класс защиты датчика. Для разных условий работы определены свои степени защиты от пыли и влаги.
Термокомпенсация. Эффекты температуры: например, расширение предметов, создают значительные помехи на результат измерения датчика. Если температура всегда изменяется в среде, то нужна термокомпенсация. Про границы температур тоже нельзя забывать.
Вид материала. Свойства материала играют значительную роль для агрессивных условий.
Тип сигнала выхода. Бывают цифровой вид и аналоговый. Нужно также учесть интервалы выхода сигнала, количество проводов.

Похожие темы:

electrosam.ru

Портал о насосах. Датчик реле давления (для управления насосом) воды

Содержание

Обязательное условие комфорта в частном доме – наличие воды. Во многих домах, особенно загородных, нет возможности подключиться к централизованному водоснабжению. Но каждый хозяин хочет, чтобы дом был уютным и удобным. Поэтому владельцы частных домов сами обустраивают насосную станцию, устанавливают погружные или глубинные насосы. Установка подает в жилище воду и сама может поддерживать требуемое давление в водопроводной системе во время работы.

Важный элемент такой системы водоснабжения – реле перепада давления воды.

Конструкция

Для насосной станции или электронасоса, где бы они не применялись, в частном доме или квартире, требуется для эффективной работы датчик давления воды. Он регулирует включение и выключение насоса. Прежде чем приобрести электронасос с датчиком реле давления, следует правильно определить диапазон, в котором помпа будет работать правильно. Если диапазон выбран неправильно, то реле будет срабатывать часто, при большем диапазоне, потому что помпа будет чрезмерно реагировать на перепады. Если выбрать диапазон в меньшую сторону, помпа будет часто включаться и быстро выйдет из строя.

Устройство пневматического датчика давления

Правильно выставленные границы максимального и минимального давления воды для насоса, позволяют устройству не перегреваться, делать перерывы в работе, и следовательно, продлевают срок службы.к меню ↑

Что собой представляет реле?

Для управления насосом, его автоматического включения и выключения, используется реле давления воды. Это устройство, замыкающее контакты, если давление в водопроводе падает ниже заданной наименьшей границы, а в случае превышения максимального порога – контакты размыкает.

Датчик давления для насоса имеет вид герметичного блока, который подключается к водопроводу при помощи патрубка с малым сечением. Прибор состоит из мембраны, которая реагирует на давление воды, а также пружин, которые определяют момент срабатывания реле. Границы срабатывания устанавливаются при помощи гаек, которыми затягивают или ослабляют пружины.

Реле давления воды обычно состоит из двух регулировочных пружин с разным диаметром. Для управления уровнем давления служит пружина большего диаметра. Пружина с малым диаметром предназначается для регулирования разности давлений.

Если давление воды начинает расти, повышается, мембрана перемещается, преодолевая сопротивление пружины, размыкает контакты. При этом насос выключается. Для включения насоса мембрана должна переместиться в обратную сторону и замкнуть контакты. Это происходит, когда давление начинает падать.

Обычно границы срабатывания датчиков разных моделей варьируются от 1 до 7 бар. Завод -производитель устанавливает границы 1,5 – 3 бар.к меню ↑

Особенности применения

Чтобы обеспечить частные дома водой, зачастую используют насосные станции. По управлению станции бывают таких видов:

ручная;
полуавтоматическая;
автоматическая.
Особенности реле давления насосной станции

Ручная и полуавтоматическая станция не нуждаются в датчике давления, или же применяется механическое устройство – поплавок.

В автоматических станциях обязательна деталь, которая следит за давлением воды.

Благодаря этому автоматическая станция имеет такие преимущества:

наблюдается постоянный напор жидкости;
отпадает необходимость самостоятельно включать и выключать помпу;
исключена аварийная работа вхолостую;
исключаются гидроудары.

к меню ↑

Подключение датчиков

Рекомендуется устанавливать устройство поблизости гидроаккумулятора. Здесь менее чувствительны скачки потока воды и турбулентность, когда включают систему. Помимо этого, некоторые приборы требуется использовать только лишь в помещении.

Подключение механизма происходит при помощи специального разветвителя. Этот штуцер служит для соединения между собой трубопроводов, которые идут от помпы к гидроаккумулятору и к потребителю. Дополнительно в нем предусматриваются два вывода с меньшим диаметром, чтобы подключить датчик и манометр.

Сперва оценивают гнездо для подключения устройства, его положение. Если креплению мешают трубы, используют удлинитель. При подключении уплотняют резьбовое соединение льном или ФУМ-лентой.

Циркуляционный насос также может иметь гнезда для подключения устройства. Поэтому некоторые их модели можно установить непосредственно на помпу. Если механизм с влагозащитным корпусом, его можно установить на глубинный водяной насос для скважин.

Схема подключения реле давления к глубинному насосу

Механизм должен подключаться к насосу и электросети согласно схеме, приведенной в инструкции по регулировке и эксплуатации устройства. На клеммах его также имеются надписи, которые облегчают подсоединение.

При подключении учитывают также мощность помпы. Заземляют устройство с помощью специальных клемм.к меню ↑

Регулировка реле давления (видео)

к меню ↑

Марки датчиков давления

Рассмотрим некоторые модели и марки.к меню ↑

Д 210 11

Датчики реле давления Д 210 11 используют при автоматическом контроле, управлении и регулировании давления жидкости, пара и газа, применяются в холодильниках и других установках.к меню ↑

ДРД

Датчики реле давления ДРД контролируют, управляют, регулируют избыточный напор и вакуумметрическое давлениев газогорелочных устройствах, бытовых отопительных установках и технических трубопроводах. Датчики реле давления ДРД требуются в управлении природным, сжиженным газом, воздухом и другой газообразной неагрессивной средой.

Виды датчиков реле давления серии ДРД

к меню ↑

ДД 1,6

Датчики реле давления ДД 1,6 нужен при контроле избыточного давления.к меню ↑

ДЕМ 202 1 02 1

Датчики реле разности давления устанавливают в разных системах для сигнализации и регулирования разности давления жидкой и газообразной среды. Используют датчики реле разности давления на теплоэнергетических устройствах, котельных и др.к меню ↑

ДН 6, ДН 40

Наиболее популярны среди датчиков реле напора – ДН 40, ДН 6 датчик реле напора.к меню ↑

Другие виды датчиков

Разных видов имеется множество. Например, существуют такие, как:

индуктивный;
оптический;
емкостный;
давления;
концевые выключатели;
дифференциальный.

Рассмотрим примеры применения.к меню ↑

Для измерения уровня

Для того, чтобы иметь информацию об уровне жидкости в емкости, используют датчики уровня. Существует множество моделей подобных устройств. Это объясняется тем, что разные жидкости, подвергающиеся контролю, различных свойств, и для их измерения используют принципы действия, которые основываются на разных физических методах.

Наиболее распространены такие виды реле уровня воды:

поплавковые;
гидростатические;
буйковые;
емкостные;
пьезометрические.
Гидростатические уровнемеры

Датчик уровня воды поплавковый, к примеру, измеряет перемещение поплавка, плавающего на поверхности жидкости, отслеживающего и передающего информацию, соответствующую уровню жидкости. Датчики реле уровня поплавковые не подходят для измерения вязких жидкостей, потому как поплавок залипает в вязкой среде, например, мазуте, дизельном топливе, жидких смолах.

Чаще поплавковые уровнемеры используют как реле контроля уровня в больших открытых резервуарах, или в закрытых, но с невысоким давлением.

Также широкое применение нашли дренажные насосы со встроенными датчиками уровня.

Реле уровня воды имеется также в стиральных машинах, называется он прессостатом.

Популярен датчик реле уровня РОС – 301 м – 01, он, как и РОС 301, предназначается для автоматизации технологических работ, которые связаны с регулированием уровня электропроводной жидкости. Данная марка аналогична таким приборам, как САУ – М6, РО – 001, ЭРСУ и т. п. Благодаря регулятору чувствительности, такое устройство работает с различными жидкостями: водой, молоком, пищевой жидкостью, дистиллированной водой, щелочными и слабокислыми растворами.к меню ↑

Реле протока

Следующий механизм, который иногда устанавливается в водопроводную систему для автоматизации работ, — реле протока воды.

Использование датчика протока воды для насоса защищает циркуляционный насос от «сухого хода». Если вода в колодце, скважине или другой емкости отсутствует или уровень ее стал слишком низким, потока воды не будет, датчик потока реле не включит помпу. Так, благодаря датчику реле потока жидкости, насос защищен от перегрева и поломки из-за работы вхолостую.к меню ↑

Датчик влажности

Это простое устройство можно изготовить самостоятельно. Реле с датчиком влажности используют для воды или других жидкостей, в разных помещениях или емкостях. Он служит для фиксации предполагаемого затопления погреба или подвала талой водой или же под мойкой на кухне.к меню ↑

Реле тяги

Датчики реле тяги ДТ – 2,5, ДТ – 40 используются в автоматическом контроле, управлении и регулировании вакуумметрического давления.к меню ↑

Реле температуры

Датчик температуры, например, ТАМ 103, регулирует температуру контролируемой среды посредством замыкания и размыкания электроцепи в разных холодильных установках, а также тепловозов.

Реле температуры РТ-820M

Также эти модели используют в автомобилях. Подключение вентилятора охлаждения в машине выполняют, как один из способов, через реле температуры охлаждающей среды.к меню ↑

Реле освещенности

Реле освещенности используют для управления осветительными устройствами при сумеречном освещении. TW 1 с датчиком 1 диап срабатывает, когда наступает установленный порог освещенности, включает и выключает освещение.к меню ↑

Датчик движения

Датчики движения с реле – основные элементы в системах охранной сигнализации. Они фиксируют наименьшее перемещение объекта, который окажется в контролируемой аппаратом зоне, срабатывают и активируют сигнал тревоги.

nasosovnet.ru

Датчик давления воды в системе водоснабжения

Датчик давления воды используется как в частном секторе, так и в многоэтажном доме. Устройство нивелирует гидроудары в системе водоснабжения, а в случае нестабильной подачи воды или ее отсутствии он автоматически сохраняет запасное количество жидкости.

Рабочее действие

Датчик давления воды способствует автоматическому запуску и остановке водоснабжения. Приобретение данного прибора заключается в грамотно подобранном диапазоне, в котором качающее оборудование будет иметь стабильный режим. Датчик давления воды с широким диапазоном заставит станцию резко реагировать на перебои, что повлечет частую ее остановку. При минимальном диапазоне работа качающего оборудования будет чрезмерной, что приведет к поломке внутренних механизмов.

Преобразователь является небольшим устройством, с помощью которого осуществляется работа качающей станции. Данное устройство контролирует уровень жидкости в водонапорной магистрали и, основываясь на показатели, запускает или отключает качающее оборудование. Если уровень жидкости в системе водоснабжения снижен, устройство запускает насосное оборудование, и гидроаккумулятор наполняется жидкостью. Когда происходит превышение нормы, оборудование, качающее жидкость, останавливается. Когда ее уровень спадет до определенной отметки, реле запустит станцию и действие повторится.

Датчик давления воды, контролирующий напор в трубах, способствует наполнению гидроаккумулятора, управлению функции запуска и остановке насоса без человеческого вмешательства. Для стабильной работы, реле нужно подключить к водопроводной системе. Затем его подводят к электроблоку. Далее устанавливаются необходимые значения, после чего датчик становится пригодным к работе.

Подключение к насосу

Чтобы подключить его к линии водоснабжения, на поверхности располагается винт. Он крепко вмонтирован в реле, что позволяет при его врезке в трубу вращать по кругу. Современные модели насосных станций имеют специально отведенное отверстие для встройки прибора. Если таковое отсутствует, стоит взять тройник из латуни в 1 дюйм. Это универсальное устройство способно подсоединить к линии водоснабжения не только сам контрольный механизм, но и манометр, и гидроаккумулятор.

Перед монтажом стоит определить, где находится отверстие для контрольного прибора на насосе. Часто затрудняет процесс неподходящий размер трубопровода и отсутствие гнезда на оборудовании. Не всегда на устройстве имеются необходимые размеры отверстий для входа жидкости, которое должно составлять 1/4 дюйма на случай выбора профессиональной модели качающей станции. Чтобы правильно прибор установить в системе, необходимо уплотнить резьбовое соединение, а для этого используется пакля или льняная нить Тангит Унилок.

Подведение к электросети

После того как датчик давления воды был вмонтирован в насосную станцию, его подводят к электричеству. Для этого на приборе находят два контактных выхода, которые имеют закрытый модульный разъем, но при увеличенных показателях они рассоединяются. Точное их расположение прописано в инструктаже.

В процессе подведения к электрофазе необходим подготовленный заранее кабель, данные которого соответствуют показателям мощности насосного оборудования.
Шнур заземления подводят к специальному винту на поверхности прибора, помечен он специально красным значком. Не заземленный контрольный блок уровня жидкости является опасным предметом, способствующим травмам и авариям.
Далее датчик давления воды соединяется с насосом через отрезок проволоки необходимой длины. Одна сторона примыкается к свободным контактам реле, вторая прикручивается к контактному выходу станции.
В момент прикручивания контактов нужно не спутать их цвет и предназначение.
Проводятся испытательные работы. Если при отборе жидкости показатели на манометре увеличены, то, дойдя до установленной отметки, система остановится. Если по мере забора жидкости уровень падает, устройство в системе установлено правильно.
Чтобы увеличить мощность запуска насосной станции, главную пружину стоит закрутить до упора. Полная проверка линии водоснабжения проводится спуском водного столба из трубопровода.
Пружину на приборе можно регулировать, пока не установится определенное значение, дающее стабильное рабочее состояние всех водопроводных элементов.
Чтобы мощность при остановке станции была выше, закрутить следует малую пружину на манометре. Если необходимо снизить режим давления запуска в системе – остановки, пружинные гайки требуется ослабить.

Перед тем как выставить требуемый режим на устройстве водопровода, стоит проверить рабочее состояние гидроаккумулятора. Также перед запуском прибора для водоснабжения внутренние фильтры должны пройти очистку от технического масла.

delovvode.ru

Датчики давления с аналоговым выходом

Для непрерывного измерения давления и передачи его значения в системы учета и контроля применяются датчики давления со стандартными выходными сигналами тока или (существенно реже) напряжения. Датчики могут измерять избыточное или абсолютное давление, а также разряжение. Это зависит от конструкции датчика. Абсолютное давление это сумма избыточного и атмосферного давлений.

Датчик давления состоит из сенсора, модуля преобразования сигнала сенсора, дисплея и корпуса. В настоящее время наиболее распространены тензометрические сенсоры с металлической мембраной. Все более широкое применение находят емкостные сенсоры с мембраной из сверхчистой керамики (99,9% Al2O3), например, фирмы Endress+Hauser и пьезорезистивные сенсоры, например, фирмы Honeywell.

Принцип действия тензосенсоров с металлической мембраной основан на измерении деформации тензорезисторов, сформированных в тонкой пленке кремния на сапфировой подложке (КНС), припаянной твердым припоем к титановой мембране. Иногда вместо кремниевых тензорезисторов используют металлические: медные, никелевые и др. Принцип действия тензорезисторов основан на явлении тензоэффекта в материалах, который выражается в том, что при линейном удлинении проводника его электрическое сопротивление увеличивается. Тензорезисторы соединены в мост Уитсона. Под действием давления измеряемой среды мембрана прогибается, тензорезисторы деформируются. Их сопротивление меняется, что приводит к разбалансу моста. Разбаланс имеет линейную зависимость от степени деформации резисторов и, следовательно, от приложенного к мембране давления. Разбаланс моста преобразуется электроникой датчика в выходной аналоговый сигнал и в цифровой код для вывода данных на дисплей. Мембрана и корпус сенсора образуют герметичную конструкцию, заполненную внутри кремнийорганической жидкостью.

Несмотря на множество достоинств, таких как: высокая степень защиты от воздействия агрессивных сред, высокая предельная температуры измеряемой среды, низкая стоимость, отлаженное серийное производство датчики давления с тензосенсорами и металлической мембраной имеют ряд недостатков. В частности, неустранимую временную нестабильность передаточной характеристики (давление-ток) и существенные гистерезисные эффекты от воздействия давления и температуры. Это обусловлено неоднородностью конструкции и жесткой связью мембраны с корпусом сенсора. При эксплуатации датчиков с сенсорами данного типа практически всегда наблюдается эффект прямого и обратного хода. Например, если на датчик со шкалой 0-10 Bar и выходным сигналом 4-20 mA подать давление 5 Bar, плавно увеличивая его с 0 значения то установиться, допустим, выходной ток 11,5 mA. Если же, на тот же датчик подать давление 5 Bar, но теперь плавно уменьшая с 10 Bar, то выходной сигнал будет уже 12,5 mA. Этот эффект связан с упругими свойствами металлической мембраны.

Работа емкостных сенсоров датчиков давления основана на зависимости емкости конденсатора от расстояния между его обкладками. Чем меньше расстояние, тем больше емкость. Роль одной обкладки (подвижной) выполняет металлизация внутренней стороны мембраны, роль второй обкладки (неподвижной) – металлизация основания сенсора. Подвижная мембрана изготавливается из сверхчистой керамики, кремния или упругого металла. При изменении давления процесса (рабочей среды) мембрана с обкладкой деформируется, расстояние между ней и основанием сенсора изменяется и происходит изменение емкости.

Достоинством емкостного сенсора из сверхчистой керамики является простота конструкции, высокая точность и временная стабильность показаний, возможность измерять низкие давления и слабый вакуум благодаря отсутствию заполняющего масла. Керамическая мембрана обладает коррозионной стойкостью к химически-агрессивным средам и стойкостью к истиранию. Кроме того у емкостных керамических сенсоров отсутствует эффект прямого и обратного хода. Они в меньшей степени подвержены воздействию гидравлических ударов, так как мембрана в этом случае просто прижимается к основанию сенсора.

К недостаткам емкостных сенсоров можно отнести нелинейную зависимость емкости от приложенного давления, но эта нелинейность компенсируется электроникой датчика. Так, например, к керамическим емкостным сенсорам датчиков давления Cerabar фирмы Endress+Hauser прилагается специальный паспорт, в котором производитель указывает настроечные коэффициенты. При замене сенсора эти коэффициенты должны быть занесены во внутреннюю энергонезависимую память датчика с помощью HART-коммуникатора. В противном случае погрешность измерения давления существенно возрастает, возрастает и нелинейность измерения.

Достаточно широко в настоящее время распространены датчики с чувствительными элементами на основе монокристаллического кремния. Несмотря на схожую конструкцию с приборами на основе КНС структур они имеют на порядок большую временную и температурную стабильности, более устойчивы к воздействию ударных и знакопеременных нагрузок. Эффект прямого – обратного хода также отсутствует, что объясняется использованием идеально-упругого материала.

Данный тип сенсора (интегральный преобразователь давления), представляет собой мембрану из монокристаллического кремния с размещенными на ней методом диффузии пьезорезисторами. Пьезорезисторы соединены в мост Уинстона. Кристалл ИПД прикрепляется к диэлектрическому основанию легкоплавким стеклом или методом анодного сращивания. Для измерения давления чистых неагрессивных сред применяются, так называемые, Low cost – решения. Чувствительные элементы в датчиках данного типа либо не имеют защиты вовсе, либо защищены лишь слоем силиконового геля. При измерении агрессивных сред чувствительный элемент размещается в герметичном металлическом корпусе, с разделительной диафрагмой из нержавеющей стали, передающей давление измеряемой среды на ИПД посредством кремнийорганической жидкости.

Недостатком датчиков с пьезорезистивными сенсорами является их сравнительно невысокая предельная рабочая температура измеряемой среды – не более 150 °С.

Не зависимо от типа, сенсор является самой уязвимой частью датчика давления. Для защиты сенсора от повреждений применяют различные защитные устройства. Для предотвращения коррозии или загрязнения мембраны сенсора при измерении давления вязких, агрессивных или сильно загрязненных сред применяют разделительные мембраны или колонки. Разделительная мембрана монтируется непосредственно перед датчиком и служит для передачи давления без контакта сенсора с измеряемой жидкостью. Давление измеряемой жидкости подается в одну полость разделительной мембраны и деформирует мембрану. Датчик давления подсоединен ко второй полости, заполненной инертной жидкостью, например, силиконовым маслом, и воспринимает деформацию мембраны. Разделительные колонки чаще всего применяют для измерения давления горячего мазута. Нижнюю часть колонки и датчик заполняют водой, после этого открывают вентиль на мазутопроводе. Мазут заполняет верхнюю часть колонки, и остается сверху, так как имеет плотность чуть меньше чем находящаяся снизу вода и не растворяется в ней.

Для защиты сенсора от чрезмерного давления среды применяют специальные пружинные вентили, которые автоматически закрываются, перекрывая подачу давления на датчик при скачках давления или гидроударе. Еще одним эффективным способом защиты сенсора датчика от гидроударов является глушитель ударов давления TTR производства компании "BD Sensors Rus", работающий на многокамерном принципе. Они обладают способностью эффективно демпфировать гидроудары длительностью от 20 миллисекунд и амплитудой до 70 МПа. При пульсации давления длительностью до 100 миллисекунд, глушитель ударов давления позволяет датчику давления выдерживать четырехкратную перегрузку.

Для измерения давлений рабочих сред с температурой до 300 °С применяют радиатор-охладитель. Как правило, он изготавливается из нержавеющей стали, например, 12Х18Н10Т. Радиатор-охладитель и разделительная мембрана могут быть изготовлены и смонтированы как самостоятельные изделия или быть частью конструкции датчика, например, как в датчике S-11 фирмы WIKA.

Датчики давления могут подключаться к вторичным приборам по двух-, трех- или четырехпроводной схеме. По двухпроводной схеме подключаются только датчики, имеющие выходной сигнал 4-20 мА. Это объясняется тем, что в цепи питания (являющейся одновременно и цепью передачи выходного сигнала) всегда должен протекать небольшой ток, обеспечивающий питание электронной «начинки» датчика. В данном случае этот минимальный ток равен 4 мА. Понятно, что датчики с выходным сигналом 0-5 мА или 0-20 мА при включении по двухпроводной схеме работать не будут, так как при нулевом давлении ток в цепи также должен равняться нулю. Соответственно, в этом случае электроника датчика останется без электропитания и перестанет работать.

Если выходной токовый сигнал датчика нестабилен при стабильном входном давлении, то, как правило, это связано с наличием сильных электромагнитных помех. Уменьшить влияние помех можно установкой конденсаторов между заземленным корпусом датчика и контактом питания (и/или контактом выходного сигнала) на контактной колодке датчика. Выводы конденсаторов должны иметь минимальную длину. Для подавления высокочастотных помех достаточно высокочастотного конденсатора емкостью 300…500 пф., для подавления низкочастотной помехи - конденсатора типа К73-17 емкостью 1…2 мкф.

Некоторые датчики давления, например DS200 производства BD Sensors помимо токового выхода имеют встроенные реле с настраиваемыми порогами срабатывания. С их помощью можно реализовывать различные системы автоматики, например, АВР насосной установки и одновременно контролировать текущее значение давления среды.

Во время эксплуатации датчиков давления часто возникает необходимость изменить значение шкалы измерения или выполнить подстройку нуля. Не все датчики (в том числе и самые современные) позволяют сделать это. Как правило, бюджетные приборы являются однопредельными, то есть не перенастраиваемыми. В лучшем случае имеется возможность подстройки нуля и шкалы в небольшом диапазоне. Более дорогие модели позволяют осуществлять корректировку нулевых показаний и шкалы в больших пределах, устанавливать нестандартные значения «нуля» и шкалы и даже инвертировать выходной сигнал (в этом случае нулевому давлению будет соответствовать максимальный выходной ток датчика 20 мА, который будет уменьшаться с ростом давления).

Подстройку шкалы в многопредельных датчиках давления выполняют либо для увеличения точности представления измеренной величины, либо для расширения диапазона измерения, либо для согласования с вторичным прибором, имеющим определенные настройки. Подстройку шкалы для увеличения точности представления осуществляют в том случае, если максимальное значение шкалы датчика существенно превышает давление среды. В этом случае целесообразно уменьшить шкалу датчика, при этом увеличиться точность представления, так как на единицу измеряемого давления будет приходиться большее изменение выходного токового сигнала.

Корректировать ноль датчиков давления (особенно датчиков перепада давления) приходиться довольно часто. Это связано с тем, что у многих датчиков ноль «уходит» если пространственное положение датчика изменить относительно той ориентации, при которой была выполнена настройка нуля (например, наклонить). Либо, если датчик давления соединяется с трубопроводом импульсной трассой и место подсоединения импульсной трассы к трубопроводу находиться выше места соединения датчика с импульсной трассой. В результате этого, если измеряемой средой является пар, вода или другая жидкость, столб этой жидкости создает дополнительное давление на мембрану датчика, вызывая отклонение его показаний от нулевых значений. Чем больше столб жидкости, тем больше отклонение, которое необходимо скорректировать иначе показания во всем диапазоне измерений будет завышены. Давление столба жидкости рассчитывается по формуле:

Pстолба жидкости = ρgh

Таким образом, измеренное датчиком значение давления будет равно сумме избыточного давления жидкости в трубопроводе плюс давление столба жидкости в импульсной трассе:

Ризмеренное = Ризбыточное + Рстолба жидкости

Отбор давления рекомендуется осуществлять в тех местах трубопровода, где скорость движения потока наименьшая и завихрения минимальны, то есть на прямолинейных участках трубопроводов, на максимальном расстоянии от запорных устройств, колен, сужений, компенсаторов и других гидравлических соединений.

На измерении давления столба жидкости основан принцип косвенного измерения уровня жидкости в резервуарах, расширительных баках и т.п. Датчик давления крепят к днищу резервуара или на боковой стенке вблизи дна. Чаще всего для измерения уровня применяют датчики давления с открытой мембраной, так как они менее подвержены засорению и более чувствительны к малым изменениям уровня ввиду больших размеров мембраны. Датчики давления с открытой мембраной довольно часто имеют шкалу непосредственно в единицах измерения уровня - миллиметрах (метрах) водяного столба.

В любом случае, пересчитать шкалу датчика из одних единиц измерения в другие можно воспользовавшись таблицей перевода.

Как правило, импульсные трассы применяют для того чтобы персоналу было удобно обслуживать датчики давления или по конструктивным соображениям. При определенной конфигурации импульсные трассы выполняют также роль демпфирующих устройств, сглаживая скачки давления. Но импульсные трассы имеют и ряд существенных недостатков. При большой длине и множестве изгибов они легко засоряются. В холодное время года они часто замерзают, если проложены в не отапливаемом помещении и отсутствует теплоизоляция и обогрев. Наиболее часто применяется электрообогрев с помощью специального нагревательного шнура. Он обвивается вокруг импульсной трассы на всем ее протяжении, затем трасса обматывается теплоизоляционным материалом. Иногда для обогрева используют так называемый спутник – трубу с циркулирующей горячей водой или паром. Кроме того из-за большой протяженности импульсной трассы и ее малого поперечного сечения (как правило используются трубки диаметром 14…16 мм) возникают задержки передачи давления.

К трубе или импульсной трассе датчик давления чаще всего подключается через вентильный блок. Вентильные блоки перекрывают подачу рабочей среды к мембране датчика, что позволяет, при необходимости, демонтировать его не останавливая процесс. При этом утечки рабочей среды также сводятся к минимуму. Вентильные блоки имеют различную конструкцию: от самых простых игольчатых до сложных комбинированных вентилей, сочетающих в себе функции отключения и продувки датчика на свечу или в окружающую среду.

C вентильным блоком датчик соединяется посредством резьбы. Самыми распространенными резьбами датчиков давления являются метрическая М20х1,5 и дюймовая G ½’’резьбы. Для уплотнения резьбовых соединений достаточно редко используют льняную прядь или фум ленту. Чаще применяют торцевые кольцевые прокладки из паронита, фторопласта или обожженной меди. Прокладки из обожженной меди и фторопласта имеют высокую температурную и химическую стойкость, но обладают одним существенным недостатком – они являются одноразовыми. Прокладки из паронита обладают худшей стойкостью, но допускают несколько циклов установки – демонтажа датчика, обеспечивая при этом герметичное уплотнение. В пищевой промышленности, где попадание в измеряемую среду частиц уплотнительных материалов недопустимо применяют датчики с фланцевым или «рюмочным» креплением.

Калибровку датчиков давления производят с помощью калибраторов давления или масляных колонок. Калибраторы давления, например, DPI фирмы Druck, позволяют генерировать и плавно регулировать давление сжатого воздуха в широких пределах. Проверять работоспособность датчиков давления нажатием твердым предметом или пальцем на мембрану сенсора для имитации давления не рекомендуется - это может привести к повреждению сенсора.

Дополнительную информацию вы можете найти в разделе "Вопрос-ответ".

knowkip.ucoz.ru