Что такое датчики давления. Как работают преобразователи давления. Какие бывают типы датчиков давления. Где применяются датчики давления в промышленности. Как выбрать подходящий датчик давления для решения различных задач.
Что такое датчик давления и как он работает
Датчик давления — это устройство, которое преобразует физическую величину давления в электрический сигнал. Основные компоненты датчика давления:
- Чувствительный элемент (сенсор), который деформируется под воздействием давления
- Преобразователь, который конвертирует деформацию в электрический сигнал
- Электронный блок для обработки и усиления сигнала
Принцип работы датчика давления основан на измерении деформации чувствительного элемента под воздействием давления измеряемой среды. Наиболее распространенные типы чувствительных элементов:
- Мембрана
- Пьезорезистивный кристалл
- Емкостной элемент
Деформация чувствительного элемента преобразуется в изменение электрического сопротивления, емкости или заряда. Далее этот сигнал усиливается и преобразуется в стандартный выходной сигнал.
Основные типы датчиков давления
В зависимости от принципа измерения и конструкции выделяют следующие основные типы датчиков давления:
Тензорезистивные датчики давления
Принцип действия основан на изменении электрического сопротивления тензорезисторов, наклеенных на мембрану, при ее деформации под воздействием давления. Отличаются высокой точностью и стабильностью.
Пьезорезистивные датчики давления
Используют пьезорезистивный эффект в полупроводниковых материалах. При деформации кристалла изменяется его электрическое сопротивление. Обладают высокой чувствительностью.
Емкостные датчики давления
Измеряют изменение емкости между двумя обкладками при деформации мембраны. Устойчивы к перегрузкам, имеют хорошую линейность характеристики.
Пьезоэлектрические датчики давления
Основаны на пьезоэлектрическом эффекте — возникновении электрического заряда при деформации кристалла. Используются для измерения быстропеременных давлений.
Виды измеряемого давления
В зависимости от того, какое давление измеряет датчик, выделяют:
Датчики абсолютного давления
Измеряют давление относительно абсолютного вакуума. Применяются для измерения барометрического давления, в высотомерах.
Датчики избыточного давления
Измеряют давление относительно атмосферного. Наиболее распространенный тип для промышленного применения.
Датчики дифференциального давления
Измеряют разность давлений в двух точках. Используются для измерения расхода, уровня жидкости.
Датчики разрежения (вакуума)
Предназначены для измерения давлений ниже атмосферного. Применяются в вакуумных системах.
Выходные сигналы датчиков давления
Современные датчики давления могут иметь различные типы выходных сигналов:
- Аналоговый токовый 4-20 мА
- Аналоговый напряжения 0-10 В
- Цифровой HART-протокол
- Цифровые интерфейсы RS-485, Modbus и др.
- Беспроводные протоколы WirelessHART, LoRaWAN
Выбор типа выходного сигнала зависит от конкретного применения и системы автоматизации, с которой будет работать датчик давления.
Области применения датчиков давления
Датчики давления широко используются в различных отраслях промышленности и техники:
Нефтегазовая отрасль
- Измерение давления в скважинах
- Контроль давления в трубопроводах
- Системы противоаварийной защиты
Энергетика
- Контроль давления пара в котлах
- Измерение давления воды в тепловых сетях
- Системы безопасности на АЭС
Химическая промышленность
- Измерение давления в реакторах
- Контроль дозирования компонентов
- Фильтрация и сепарация
Пищевая промышленность
- Контроль давления в автоклавах
- Измерение уровня в емкостях
- Дозирование ингредиентов
Машиностроение
- Гидравлические и пневматические системы
- Испытательные стенды
- Системы смазки
Как выбрать датчик давления
При выборе датчика давления необходимо учитывать следующие основные параметры:
Диапазон измерения
Следует выбирать датчик с диапазоном, соответствующим реальному диапазону измеряемого давления. Рекомендуется, чтобы верхний предел измерения датчика был на 30-50% выше максимального рабочего давления.
Точность измерения
Точность датчика должна соответствовать требованиям технологического процесса. Для технологических измерений обычно достаточно точности 0.5-1%, для коммерческого учета может потребоваться точность 0.1% и выше.
Устойчивость к внешним воздействиям
Необходимо учитывать температуру измеряемой и окружающей среды, вибрации, агрессивность среды. Для сложных условий эксплуатации выбираются датчики в специальном исполнении.
Взрывозащита
Для применения во взрывоопасных зонах выбираются датчики с соответствующим уровнем взрывозащиты — Ex ia, Ex d и т.д.
Выходной сигнал
Тип выходного сигнала должен быть совместим с системой автоматизации. Наиболее универсальным является сигнал 4-20 мА + HART.
Преимущества современных датчиков давления
Современные интеллектуальные датчики давления обладают рядом важных преимуществ:
- Высокая точность и стабильность измерений
- Широкие возможности настройки и самодиагностики
- Цифровая передача данных по HART-протоколу
- Возможность беспроводной передачи данных
- Взрывозащищенное исполнение
- Устойчивость к агрессивным средам
- Расширенный диапазон рабочих температур
Это позволяет эффективно применять датчики давления в самых сложных условиях эксплуатации и интегрировать их в современные системы автоматизации.
Заключение
Датчики давления являются важнейшим элементом систем автоматизации и контроля в различных отраслях промышленности. Правильный выбор типа датчика и его характеристик позволяет обеспечить надежное и точное измерение давления в широком спектре применений — от простых технологических измерений до ответственных систем безопасности. Современные интеллектуальные датчики давления предоставляют расширенные возможности диагностики и коммуникации, что повышает эффективность их использования.
Датчики и преобразователи давления
Преобразователь давления Wika A-10
Преобразователь давления Wika S-10
OEM преобразователь давления для общепромышленного применения Wika OT-1
Преобразователь давления для воздушных компрессоров Wika C-2
MicroTronic® — Преобразователь давления в миниатюрном исполнении Wika M-10
Преобразователь давления в полевом исполнении F-20, F-21
Преобразователь для измерения низких давлений Wika SL-1
Преобразователь для измерения низких давлений, общепромышленное применение Wika S-11
MicroTronic® — Преобразователь давления в миниатюрном исполнение Wika M-11
Преобразователь дифференциального давления 890.
09.2190
Преобразователь для измерения низкого и дифференциального давления Wika DP-10
Преобразователь давления CPT2500
OEM преобразователь давления для мобильной гидравлики Wika MH-2
Преобразователь давления для мобильной гидравлики Wika MH-1
Защищенный преобразователь давления Wika MHS
Преобразователь давления с интерфейсом CANopen
Преобразователь давления для систем охлаждения, вентилирования, отопления и кондиционирования
Преобразователь давления для систем охлаждения Wika R-1
Преобразователь давления для высокоточных измерений Wika P-30 P-31
Преобразователь давления для высокоточных измерения Wika D-10, D-11
Искробезопасный преобразователь измерения сверх высоких давлений Wika IS-20-H
Преобразователь для измерения сверх высоких давления Wika HP-2
Преобразователь дифференциального давления Wiki DPT-10
Интеллектуальный преобразователь давления Wiki IPT-10/IPT-11
Преобразователь давления с CANopen интерфейсом D-20-9/D-21-9
Универсальный преобразователь давления UniTrans Wiki IUT-10/IUT-11
UniTrans® Универсальный преобразователь давления Wiki UT-10/UT-11
Преобразователь давления для высокоточных измерения Wiki D-10/D-11
Преобразователь давления с интерфейсом Profibus® DP D-10-7/D-11-7
Высокоточный преобразователь давления Wiki CPG1000
Преобразователи давления с интерфейсом CANopen Wika D-10-9/D-11-9
Невоспламеняемый преобразователь давления Wiki N-10/N-11
Взрывозащищенный преобразователь давления Wiki E-10/E-11
Искробезопасный преобразователь давления, для применения во взрывоопасных зонах Wika IS-20-F/IS-20-S/Is-21-F/IS-21-S
Преобразователь давления для пищевой промышленности Wika SA-11
Система давления с мембранным разделителем PFA или PTFE Wika Hydra-Dry
Система давления с мембранным разделителем PFA или PTFE Wika Hydra-Sensor
Цифровой индикатор для установки в панель Wika DL-30
Цифровой индикатор для установки в панель Wika DL15
Индикатор для применений в сверх чистых помещениях с ЖК дисплеем Wika WUR-1
Преобразователь давления для измерения сверх чистых сред с или без доступа со стороны Wika WU-10/WU15/WU-16
Преобразователь давления для измерения сверх чистых сред Wika WUC-10/WUC-15/WUC-16
Преобразователь для измерения давления сверх чистых сред Wika WU-20/WU-25/WU-26
Преобразователи давления измерительные РПД
DMP 331 Универсальный датчик избыточного/абсолютного давления
DMP 331i Высокоточный датчик избыточного/абсолютного давления с цифровым выходом
DMP 333 Универсальный датчик избыточного/абсолютного давления повышенной прочности (на высокие давления)
DMP 333i Высокоточный датчик избыточного/абсолютного давления повышенной прочности (на высокие давления)
DMP 334 Промышленный датчик избыточного давления для измерения высоких давлений (до 2200 бар)
DMP 343 Промышленный датчик избыточного давления для измерения низких давлений
DMK 331 Промышленный датчик избыточного/абсолютного давления с керамической мембраной (для агрессивных сред)
DMK 331P Промышленный датчик избыточного/абсолютного давления с разделительной мембраной (для вязких сред)
DMP 330Н Датчик избыточного/абсолютного давления в экономичном исполнении (класс точности 1,0%)
DMP 330L Датчик избыточного/абсолютного давления в экономичном исполнении (класс точности 0,5%)
DMP 331P Датчик избыточного/абсолютного давления с открытой мембраной для контроля технологических процессов (температура среды до 300C)
HMP 331 Интеллектуальный датчик избыточного/абсолютного давления с HART-протоколом
x|act ci Высокоточный датчик давления с индикацией и HART-интерфейсом (керамическая мембрана)
x|act i Высокоточный датчик давления с индикацией и HART-интерфейсом (мембрана из нержавеющей стали)
DMD 331-A-S-GX/AX Высокоточный интеллектуальный датчик избыточного/абсолютного давления с HART-интерфейсом
DS 200 Многофункциональный датчик давления с дискретным выходом и цифровым индикатором
DS 200P Многофункциональный датчик давления с дискретным выходом и цифровым индикатором (открытая мембрана)
DMK 456 Преобразователь давления с керамической мембраной для тяжелых условий эксплуатации
DMP 330M Экономичный датчик давления с керамической мембраной
DMP 304 Промышленный датчик для измерения сверхвысоких давлений (до 6000 бар)
HMP 331-A-S Многофункциональный высокоточный интеллектуальный датчик избыточного давления в штуцерном исполнении
DMK 458 Преобразователь давления с керамической мембраной для тяжелых условий эксплуатации
HU 300 Преобразователь давления со штуцером для соединения Hammer Union
PA 430 Цифровой индикатор для датчиков давления
DMD 331 Датчик дифференциального давления в компактном исполнении
DMD 331-A-S-VX Высокоточный интеллектуальный датчик дифференциального давления / уровня с HART протоколом
DMD 331-A-S-LX/HX Высокоточный интеллектуальный датчик дифференциального давления с HART-интерфейсом
DPS+ Датчик дифференциального давления для промышленности и лабораторных исследований
DMD 341 Компактный датчик перепада давления (разности давлений) с двумя пьезорезистивными кремниевыми сенсорами
Датчики давления
Датчики давления — приборы специального назначения, установка которых дает возможность измерить уровень давления конкретной среды и преобразовать его в доступное к пониманию цифровое значение или данные в нужном формате для передачи другим устройствам.
При измерительной работе датчика давления после определения данных происходит сигнализирование и передача данных на смежные системы контроля исправности системы или оборудования, которые находятся под давлением. Такой принцип действия позволяет полностью автоматизировать производственные промышленные процессы и работу оборудования, использованного в частном строительстве или коммунальном хозяйстве.
В основном классификация разновидностей датчиков давления осуществляется по принципу их функционирования. Различают датчики давления таких типов:
- Тензометрические. Основные рабочие элементы таких приборов — тензорезисторы и чувствительные элементы, колебания и деформация которых позволяют определить уровень давления.
- Пьезорезистивные. Эти приборы оснащаются интегральными сенсорами. Высокая чувствительность достигается за счет использования кремниевых элементов. Главное достоинства пьезорезистивных датчиков давления в том, что допускается их применение даже в условиях высокой степени агрессивности технической среды.
Защитную функцию прибора в такой ситуации выполняют герметичные чехлы или силиконовый гель, который обрабатывается устройство. - Емкостные. Рабочий элемент емкостных датчиков давления — мембрана, деформация которой позволяет узнать данные изменения давления. Значение определяется расстоянием между двумя обкладками.
Защитную функцию прибора в такой ситуации выполняют герметичные чехлы или силиконовый гель, который обрабатывается устройство.Существуют и другие разновидности датчиков давления, основанные на ионизационном, индуктивном и пьезоэлектрическом способе измерения. Они также находят свое применение, но в определенных областях.
Применение датчиков давления
Преобразователи давления могут работать в условиях различной среды — жидкостей, пара, газа. По этой причине практически не существует ограничений к их применению — это любое направление промышленности и полный спектр областей жилищно-коммунального хозяйства.
Широко используют такие приборы для преобразования данных о любом типе давления — относительном, дифференциальном, абсолютном. Помимо этого находят они свое применение в направлении учета расхода жидкостей.
Требования к датчикам давления
При покупке датчика давления для конкретных условий эксплуатации обязательно учитывать следующие характеристики:
- класс безопасности;
- класс точности;
- диапазон значений погрешностей.
В каталоге нашей компании вы найдете широкий ассортимент датчиков давления, которые отличаются принципом действия, конструктивным исполнением, техническими характеристиками. Чтобы быстрее справиться с задачей выбора подходящего прибора именно для вашей системы, свяжитесь с нашим консультантом и изложите свои требования. Наш специалист быстро сориентируется в нашем ассортименте и предложит вам несколько наиболее выгодных для вас моделей.
Преобразователи давления: типы, подключение, поверка
Преобразователь давления используется в промышленности для непрерывного измерения давления среды – жидкости, газа (в том числе кислорода) или пара. Полученное значение преобразуется в выходной сигнал – аналоговый или цифровой.
Кроме того, при наличии индикатора, результат отображается на дисплее.
Варианты исполнения измерительных преобразователей давления
Запуск производства интеллектуальных датчиков «ЭМИС»-БАР» состоялся в конце 2018 года, что позволило заказчику унифицировать применяемое оборудование, а также открыло возможность комплексной покупки КИП и А данной торговой марки с получением дополнительных выгод.
Технические характеристики ДД «ЭМИС-БАР» соответствуют ведущим мировым образцам. Они обладают точностью от 0,04%, имеют диапазон в пределах от -0,5 до 40 МПа, способны работать при перегрузке до 60 МПа, а также имеют комбинированную взрывозащиту Exdia.
У преобразователей давления «ЭМИС-БАР», как и у всех интеллектуальных приборов торговой марки «ЭМИС», есть поддержка сервисных и диагностических ПО «ЭМИС-Интегратор». (Чтобы узнать более подробную информацию, смотрите раздел «продукция»)
Всего представлено 20 моделей с различными вариантами присоединения к процессу, в том числе с возможностью нижнего подвода импульсных трубок.
Технические характеристики
| Наименование | Значение |
|---|---|
| Диапазон измеряемых давлений | до 40 МПа |
| Основная приведенная погрешность | 0,04%, 0,065% |
| Диапазон перенастройки | 100:1* |
| Температура измеряемой среды для специального фланцевого исполнения | -40..+120 °С -90..+400 °С ** |
| Температура окружающей среды | -60..+85 °С |
| Температура работоспособности ЖКИ | -30..+85 °С |
| Уровни взрывозащищенности | Exd, ExiaC, ExiaB, Exdia, RV, RO, RVia |
| Выходные сигналы | 4..20 мА+HART |
| Напряжение питания | 10,5..45 В |
| Средняя наработка на отказ | 150 000 ч |
| Межповерочный интервал | 5 лет |
| Срок службы | 30 лет |
*В зависимости от выбранного полного диапазона измерения.
**В зависимости от заполняющей жидкости капиллярных линий.
Пьезорезистивные преобразователи
В преобразователях «ЭМИС»-БАР» реализован пьезорезистивный метод измерения. Давление подается на разделительную мембрану, затем передается через заполняющую жидкость в измерительную камеру и приводит к деформации измерительной мембраны из монокристаллического кремния, в которой сформированы полупроводниковые резисторы моста Уитстона. Деформация пьезорезистора, находящегося в плече моста, приводит к изменению его сопротивления и, как следствие, разбалансу измерительного моста. Напряжение разбаланса моста, зависящее от давления в измерительной камере преобразуется электронным блоком в сигнал соответствующего выходного интерфейса.
Схема сенсорного модуля
Мембрана
Разделительная мембрана может быть изготовлена из таких материалов, как нержавеющая сталь 316L, сплав Хастеллой НН-276, тантал, монель, 316L с золотым напылением и никель.
Кроме того, для защиты сенсора от агрессивной среды и экстремальных температур используется разделитель сред.
В этом случае разделительная мембрана датчика может быть:
- открытой, что применимо для вязких жидкостей;
- выносной с прямым монтажом;
- на капиллярной линии.
Отметим, что степень влияния температуры на разделительную мембрану зависит от её толщины, типа и размера, а также от длины и диаметра капилляра. (1 метр капиллярной линии позволяет снизить температуру на 50 градусов). При этом датчик возможно устанавливать на сильноагрессивные среды, например, такие как соляная кислота.
Диапазоны измерения
Как было сказано выше, датчики давления «ЭМИС-БАР» имеют широкий диапазон, а также способны работать при высоких перегрузках. Минимальные и максимальные значения для каждой модели представлены тут.
Выходные сигналы преобразователей давления
Измерительные преобразователи давления «ЭМИС-БАР» имеют выходные сигналы – 4–20 мА + HART с DD-файлами (Device Desription). DD-файл предоставляются производителем бесплатно При наличии НАRT-протокола имеется возможность передачи информации в цифровом виде по двухпроводной линии связи совместно с токовым сигналом 4–20 мА.
Принимать и обрабатывать цифровой сигнал возможно с помощью любого устройства, поддерживающего HART-протокол. Цифровой интерфейс служит для связи датчика с портативным коммуникатором, либо с ПК посредством стандартного интерфейса и дополнительного модема.
Компания «ЭМИС» является членом ассоциации производителей оборудования, поддерживающего протокол HART. Наличие данного протокола позволяет одновременно использовать обе системы управления: компьютер с HART-протоколом и портативный HART-коммуникатор.
Преобразователь давления ЭМИС способен распознавать и выполнять команды каждого из них. При этом управляющие устройства могут иметь различные адреса и обмениваться данными в режиме разделения времени канала связи. Настройку можно производить с любым HART-коммуникатором или ПО поддерживающим HART.
Также можно использовать технологию FDT (FIELD DEVICE TOOL). Для работы с данной спецификацией необходимо использовать программное обеспечение поддерживающее DTM (DEVICE TYPE MANAGER).
Например, бесплатный пакет PACTware (Process Automation Configuration Tool). PACTware представляет собой программное обеспечение для настройки любых типов приборов независимо от их изготовителя или используемой шины. В сочетании с DTM (Device Type Manager), поставляемыми компанией «ЭМИС», данное программное обеспечение позволяет выполнять настройку оборудования. Таким образом, для обеспечения настройки приборов должны быть установлены как PACTware, так и соответствующие DTM.
В июле 2019 г. были проведены испытания средств измерения ТМ «ЭМИС» на совместимость с адаптером беспроводной сети Wireless HART. Результат испытаний показал возможность применения решения от «Pepperl+Fuchs» для всей линейки «ЭМИС»-БАР».
С помощью адаптера WHA-ADP2 возможна беспроводная передача всех параметров прибора, полученных по протоколу HART или токовой петле 4-20мА. Кроме того, адаптер позволяет осуществлять электрическое питание датчика от встроенной батареи, что делает такое техническое решение автономным.
Применение: в АСУ, в комплексах учета
Измерительные преобразователи давления применяются в составе автоматизированных систем управления технологическим процессом. При этом требуется максимально широкий диапазон измерений. При поступлении сигнала об отклонении от нормы, автоматика решает, как поступить. Возможно срабатывание выключателей и других регулирующих устройств.
Еще одной областью применения являются узлы учета энергоресурсов. В частности, «ЭМИС-БАР» в составе комплексов учета служат для приведения расхода среды к стандартным условиям.
Например, такое оборудование установлено на заводе «Трубодеталь». «В период с июля 2018 года по февраль 2019 года службой КИПиА АО «Трубодеталь» был получен и установлен в опытную эксплуатацию на узел учета энергоресурсов датчик давления «ЭМИС-БАР» с полным диапазоном измерения от -0,1 до 1,6 МПа.
Особенно, хотелось бы отметить его стабильность и точность показаний, безусловную встраиваемость в архитектуру действующей на предприятии системы сбора технологических данных, высокую визуализацию, интуитивность и практическое удобство дисплея, а также эргономичность самого прибора и безотказность в условиях низких (до -44 градусов по Цельсию) температур окружающей среды», — написал в своем отзыве заказчик.
Всего на сегодняшний день преобразователи давления «ЭМИС-БАР» применяются более чем на 80 промышленных предприятиях страны. В их числе ведущие компании нефтегазовой отрасли, «Сургутская ГРЭС», «ММК» и другие. Самая крупная поставка состоялась в рамках переоснащения парка средств измерения ПАО «МОСЭНЕРГО»: на объектах компании установлены 400 датчиков, в том числе в составе узлов учета.
Приведенные выше характеристики датчиков давления«ЭМИС-БАР» и результаты реальной эксплуатации за год продаж вызвали гордость производителя и заслужили признание у заказчиков. Однако, ЗАО «ЭМИС» не планирует останавливаться на достигнутых результатах, создавая для своих заказчиков только лучшее.
Купить преобразователь давления и запустить его в эксплуатацию вы можете в кратчайшие сроки. Обращаем внимание, что в настоящее время действует складская программа, позволяющая гарантировать короткие сроки отгрузки для КИПиА торговой марки «ЭМИС» стандартного исполнения.
Чтобы оставить заявку, заполните опросный лист и направьте его на электронную почту sales@emis-kip.
ru
Цена на преобразователь давления зависит от варианта исполнения прибора. После подбора специалистами нужной модели на основе информации. указанной в опросном листе, вам будет направлено технико-коммерческое предложение
Датчик измерения давления | Как это работает
Что такое датчик измерения давления? Какие существуют типы методов измерения давления и технологий измерения давления и как они работают при измерении давления?
Ознакомьтесь с функциями и возможностями различных датчиков измерения давления в этом подробном руководстве.
Датчики давления производятся в США компанией FUTEK Advanced Sensor Technology (FUTEK), ведущим производителем датчиков давления, с использованием одной из самых передовых технологий в сенсорной промышленности: технологии тензодатчиков с металлической фольгой. Датчик давления определяется как преобразователь, который преобразует входное механическое давление в электрический выходной сигнал (определение датчика давления).
Что такое датчик измерения давления?
Датчик давления представляет собой преобразователь или прибор, который преобразует входное механическое давление в газах или жидкостях в электрический выходной сигнал. Датчик давления состоит из чувствительного к давлению элемента, который может измерять, обнаруживать или контролировать прикладываемое давление, и электронных компонентов для преобразования информации в электрический выходной сигнал.
Давление определяется как количество силы (приложенной к жидкости или газу), приложенной к единице «площади» (P=F/A), и общепринятыми единицами давления являются Паскаль (Па), Бар (бар), Н/мм2 или psi (фунты на квадратный дюйм). В датчиках давления часто используется пьезорезистивная технология, поскольку пьезорезистивный элемент изменяет свое электрическое сопротивление пропорционально испытанному напряжению (давлению).
Как работает датчик измерения давления?
Чтобы понять, как работает промышленный датчик давления FUTEK и как измерять давление, во-первых, необходимо понять основы физики и материаловедения, лежащие в основе принципа работы датчика давления и пьезорезистивного эффекта , который измеряется тензодатчиком
Тензорезисторы представляют собой электрические проводники, плотно прикрепленные к пленке в форме зигзага . Когда эту пленку тянут, она — и проводники — растягиваются и удлиняются. Когда его толкают, он сокращается и становится короче.
Это изменение формы приводит к изменению сопротивления электрических проводников. Деформация, приложенная к тензодатчику, может быть определена на основе этого принципа, поскольку сопротивление тензорезистора увеличивается с приложенной деформацией и уменьшается с усадкой.
Конструктивно датчик давления состоит из металлического корпуса (также называемого изгибом), к которому приклеены тензорезисторы из металлической фольги . Корпус этих силоизмерительных датчиков обычно изготавливается из алюминия или нержавеющей стали, что придает датчику две важные характеристики: (1) обеспечивает прочность, позволяющую выдерживать высокие нагрузки, и (2) обладает эластичностью, позволяющей минимально деформироваться и возвращаться к исходной форме при сила снимается.
Датчик давления преобразует давление в электрический сигнал. Промышленные датчики давления FUTEK используют пьезорезистивный эффект, который состоит из тензодатчиков из металлической фольги, установленных на диафрагме.
При изменении давления диафрагма меняет форму, вызывая изменение сопротивления в тензорезисторах, что позволяет измерять изменения давления электрическим способом. Наши датчики давления естественным образом производят электрический сигнал в милливольтах, который изменяется пропорционально нагрузке и напряжению возбуждения датчика (мВ/В – милливольт на вольт). Однако мы предлагаем датчики давления с внутренними аналоговыми усилителями. Датчики давления со встроенными усилителями выдают сигналы переменного напряжения, т.е. ±10В, или переменного тока, т.е. 4-20 мА. Однако, если для вашего приложения требуется цифровой или USB-усилитель датчика давления, обратитесь к нашим инструментам датчиков силы и странице магазина усилителей.
Тензорезисторы расположены в так называемой схеме усилителя моста Уитстона (см. анимированную схему ниже). Это означает, что четыре тензорезистора соединены между собой в виде контурной цепи, и соответственно совмещена измерительная сетка измеряемой силы.
Мостовые тензометрические усилители обеспечивают регулируемое напряжение возбуждения и преобразуют выходной сигнал мВ/В в другую форму сигнала, более полезную для пользователя. Сигнал, генерируемый тензометрическим мостом, имеет низкую мощность и может не работать с другими компонентами системы, такими как ПЛК, модули сбора данных (DAQ) или компьютеры. Таким образом, функции формирователя сигнала датчика давления включают в себя напряжение возбуждения, фильтрацию или ослабление шума, усиление сигнала и преобразование выходного сигнала.
Кроме того, изменение выходного сигнала усилителя датчика давления откалибровано, чтобы быть пропорциональным силе, приложенной к изгибу, которую можно рассчитать с помощью уравнения цепи датчика давления.
Рис. 2. Цепь датчика измерения давления.
Какие существуют типы датчиков измерения давления?
Датчики давления можно классифицировать по типу измеряемого давления, а также по технологии измерения давления, с которой работает датчик.
Датчик дифференциального давления: Дифференциальное давление — это измерение разницы давления между двумя значениями давления или двумя точками давления в системе , таким образом измеряя, насколько две точки отличаются друг от друга, а не их величину по отношению к атмосферному давлению. или к другому эталонному давлению, такому как абсолютный вакуум. Это отличается от датчика статического или абсолютного давления, который измеряет давление, используя только один порт, и, как правило, датчики перепада давления комплектуются двумя портами, к которым можно присоединить трубы и подключить их к системе в двух разных точках давления, откуда может быть перепад давления. быть измерены и рассчитаны.
Этот метод измерения давления обычно используется для измерения расхода жидкости или газа в трубах или воздуховодах.
Рис. 3: Измерение уровня в резервуаре с использованием датчика измерения перепада давления.
Датчик абсолютного или вакуумного давления: Этот датчик измеряет абсолютное давление , которое определяется как давление, измеренное относительно идеального герметичного вакуума .
Датчики абсолютного давления используются в приложениях, где требуется постоянная ссылка . Эти приложения требуют привязки к фиксированному давлению, поскольку они не могут быть просто привязаны к окружающему давлению. Например, этот метод используется в высокопроизводительных промышленных приложениях, таких как контроль вакуумных насосов, измерение давления жидкости, промышленная упаковка, управление промышленными процессами и аэрокосмическая и авиационная инспекция. Когда дело доходит до измерения атмосферного давления, особенно для таких приложений, как барометрические измерения погоды или высотомеры, предпочтительным устройством является датчик абсолютного давления.
Датчик манометрического или относительного давления: Манометрическое давление — это просто частный случай дифференциального давления с давлением, измеряемым дифференциально, но всегда относительно местного давления окружающей среды . В том же отношении абсолютное давление также можно рассматривать как дифференциальное давление, когда измеренное давление сравнивается с идеальным вакуумом.
Изменения атмосферного давления из-за погодных условий или высоты напрямую влияют на выходной сигнал датчика избыточного давления. Манометрическое давление выше атмосферного давления называется положительным давлением. Если измеренное давление ниже атмосферного давления, оно называется отрицательным или вакуумметрическим давлением.
Типы технологий измерения давления или принципы работы
Существует множество технологий измерения давления или принципов измерения, способных преобразовывать давление в измеримый и стандартизированный электрический сигнал. В этой статье основное внимание будет уделено типам коллекторов силы, которые используют датчик силы (например, диафрагму) для измерения деформации (или отклонения) из-за приложенной силы на площади (давление).
Резистивный или пьезорезистивный эффект: Датчики измерения резистивного давления используют изменение электрического сопротивления тензодатчика, прикрепленного к диафрагме (также известной как гибкий элемент), которая подвергается воздействию среды под давлением.
Тензорезисторы часто состоят из металлического резистивного элемента на гибкой подложке, прикрепленного к диафрагме (например, тензорезистора из металлической фольги) или нанесенного непосредственно с помощью тонкопленочных процессов.
Обычно тензометрические датчики подключаются по мостовой схеме Уитстона, чтобы максимизировать выходной сигнал датчика и снизить чувствительность к ошибкам. Это наиболее часто используемая технология измерения давления общего назначения, основанная на том же принципе, что и тензодатчик.
Видео на YouTube: Миниатюрный датчик давления (PFT510) | Мембранный преобразователь давления для скрытого монтажа.
Емкостной: В емкостных датчиках давления используется диафрагма, которая отклоняется под действием приложенного давления, чтобы создать переменный конденсатор для обнаружения деформации, вызванной приложенным давлением.
При приложении давления внешняя сила сжимает диафрагму, и значение емкости уменьшается. Когда давление сбрасывается, диафрагма возвращается к своей первоначальной форме, и за ней следует емкость. В обычных технологиях используются металлические, керамические и кремниевые диафрагмы. Емкость можно откалибровать, чтобы обеспечить точное считывание давления.
Емкостные датчики, отображающие изменение емкости при отклонении одной пластины под действием приложенного давления, могут быть очень чувствительными и выдерживать большие перегрузки. Однако ограничения на материалы, а также требования к соединению и герметизации могут ограничивать области применения.
Пьезоэлектрический эффект: Пьезоэлектрические датчики давления используют свойство пьезоэлектрических материалов, таких как керамика или металлизированный кварц, генерировать электрический потенциал на поверхности, когда материал подвергается механическому напряжению и деформации. Величина заряда пропорциональна приложенной нагрузке, а полярность определяется направлением силы.
Электрический потенциал накапливается и быстро рассеивается при изменении давления, что позволяет измерять быстро меняющееся динамическое давление.
Обратите внимание, что пьезоэлектрический эффект отличается от пьезорезистивного эффекта. Хотя обе терминологии связаны с эффектами давления на материалы (пьезо происходит от греческого слова, обозначающего физическое давление), пьезорезистивный эффект связан с изменением электрического сопротивления, а пьезоэлектрический эффект связан с производством электрический потенциал (электрический заряд) в материале.
Эталоны измерения давления
Давление обычно измеряется в единицах силы на единицу площади поверхности ( P = F / A). В физике символом давления является р, а единицей измерения давления в системе СИ является паскаль (символ: Па). Один паскаль — это сила в один ньютон на квадратный метр, действующая перпендикулярно поверхности. Другими часто используемыми единицами измерения давления для определения уровня давления являются фунты на квадратный дюйм (фунты на квадратный дюйм) и бар.
Использование единиц давления зависит от региона и области применения: фунт на квадратный дюйм обычно используется в Соединенных Штатах, а бар — предпочтительная единица измерения в Европе.
| Паскаль | Бар | Стандартная атмосфера | Фунт на квадратный дюйм | |
|---|---|---|---|---|
| (Па) | (бар) | (атм) | (psi или фунт-сила/дюйм 2 ) | |
| 1 Па | 1 | 10 −5 бар | 9,8692×10 −6 атм | 1,45 х 10 −4 |
| 1 бар | 100 000 | 1 | 0,98692 | 14.5038 |
| 1 атм | 1013.25 | 1.01325 | 1 | 14.6959 |
| 1 psi или lbf/in 2 | 6 894,76 | 0,06894 | 0,06804 | 1 |
Почему важно калибровать датчики измерения давления?
Калибровка датчика измерения давления — это регулировка или набор поправок, которые выполняются на датчике , или инструмент (усилитель), чтобы убедиться, что датчик работает как точно или безошибочно, насколько это возможно.
Каждый датчик измерения давления подвержен ошибкам измерения . Эти структурные погрешности представляют собой просто алгебраическую разницу между значением, которое указывается выходным сигналом датчика , и фактическим значением измеряемой переменной или известным эталонным давлением. Ошибки измерения могут быть вызваны многими факторами:
Смещение нуля (или баланс нуля датчика давления): Смещение означает, что выходной сигнал датчика при нулевом давлении (истинный нуль) выше или ниже идеального выходного сигнала. Кроме того, стабильность нуля относится к степени, в которой преобразователь поддерживает баланс нуля при неизменности всех условий окружающей среды и других переменных.
Линейность (или нелинейность): Немногие датчики имеют полностью линейную характеристику, что означает, что выходная чувствительность (наклон) изменяется с разной скоростью во всем диапазоне измерения.
Некоторые из них достаточно линейны в желаемом диапазоне и не отклоняются от прямой линии (теоретической), но некоторые датчики требуют более сложных вычислений для линеаризации выходного сигнала. Таким образом, нелинейность датчика давления представляет собой максимальное отклонение фактической калибровочной кривой от идеальной прямой линии, проведенной между выходными сигналами без давления и номинальным давлением, выраженное в процентах от номинального выходного сигнала.
Гистерезис: Максимальная разница между выходными показаниями датчика для одного и того же приложенного давления; одно показание получается за счет увеличения давления от нуля, а другое за счет снижения давления от номинального выхода. Обычно он измеряется при половинной номинальной мощности и выражается в процентах от номинальной мощности. Измерения следует проводить как можно быстрее, чтобы свести к минимуму ползучесть.
Повторяемость (или неповторяемость): Максимальная разница между выходными показаниями датчика для повторяющихся входных данных при одинаковом давлении и условиях окружающей среды.
Это выражается в способности датчика измерения давления поддерживать стабильный выходной сигнал при повторном приложении одинакового давления.
Температурный сдвиг Диапазон и ноль: Изменение выходного сигнала и нулевого баланса, соответственно, из-за изменения температуры преобразователя.
Рис. 5: Калибровочная кривая датчика измерения давления.
Каждый датчик давления имеет «характеристическую кривую» или «калибровочную кривую», которая определяет реакцию датчика на ввод. Во время регулярной калибровки с использованием машины для калибровки датчика измерения давления мы проверяем смещение нуля и линейность датчика, сравнивая выходной сигнал датчика с эталонными гирями и настраивая отклик датчика до идеального линейного выхода. Оборудование для калибровки датчиков давления также проверяет гистерезис, воспроизводимость и температурный сдвиг, когда заказчики запрашивают его для некоторых важных приложений измерения давления.
Для получения дополнительной информации о калибровке см.
нашу страницу часто задаваемых вопросов о калибровке датчика.
Если у вас есть дополнительные вопросы о терминах и определениях калибровки, обратитесь к нашему Глоссарию терминов калибровки датчиков.
Хотите узнать, какие услуги по калибровке мы предлагаем для вашего датчика и/или системы?
Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше!
Как часто следует калибровать датчик измерения давления?
Поскольку тензодатчик давления подвергается длительному использованию, старению, отклонению выходного сигнала, перегрузке и неправильному обращению, компания FUTEK настоятельно рекомендует выполнять ежегодную повторную калибровку. Частая повторная калибровка помогает подтвердить, сохранял ли датчик свою точность с течением времени, и предоставляет сертификат калибровки тензодатчика, подтверждающий, что датчик по-прежнему соответствует спецификациям.
Однако, когда датчик используется в критических приложениях и суровых условиях, датчики давления могут потребовать еще более частых калибровок.
Пожалуйста, проконсультируйтесь о соответствующих интервалах калибровки с нашей службой технической поддержки, которая поможет вам оценить наиболее экономичный интервал обслуживания калибровки для вашего датчика измерения давления.
Датчики давления — Обзор продукции
Что такое датчик давления и преобразователь давления?
Датчики давления служат в качестве измерительных элементов и преобразуют физическую величину давления в электрическую переменную. WIKA определяет преобразователь давления как датчик давления со стандартными электрическими и механическими интерфейсами и стандартизированным выходным сигналом. Датчики давления обычно используются для измерения абсолютного давления, а также манометрического и дифференциального давления без особых усилий и за короткое время. WIKA производит датчики давления, используя три наиболее распространенных принципа измерения давления из промышленной измерительной техники: тонкопленочные датчики, толстопленочные датчики и пьезорезистивные датчики давления.
Как работают датчики давления?
Датчики давления, как правило, различаются диапазонами измерения, резьбой подключения давления, выходным сигналом и электрическим подключением. Стандартный штуцер для измерения давления направляет измеряемое давление на элемент датчика давления. Электроника датчика давления преобразует сигнал в масштабированный сигнал, который передается для последующей обработки сигнала через стандартный разъем или кабель.
Как работает пьезорезистивный датчик давления?
Пьезорезистивный датчик давления имеет диафрагму на основе кремния. Принцип действия пьезорезистивного датчика давления основан на пьезорезистивном эффекте измерения давления. Пьезорезистивный эффект указывает на то, что электрическое сопротивление в полупроводниковых материалах, таких как кремниевая диафрагма, изменяется из-за растяжения или сжатия.
В нашем обзоре различных датчиков давления на WIKA вы можете узнать больше о различных типах датчиков давления, областях применения и о том, как правильно выбрать датчик давления.
Для чего используются дифференциальные давления?
Датчик перепада давления измеряет разницу между двумя значениями абсолютного давления и отображает ее как перепад давления. Они используются для контроля фильтров, насосов или компрессоров, например датчик перепада давления A2G-50 от WIKA. Они также играют важную роль в производстве гидроэлектроэнергии.
Нужна калибровка инструментов?
Мы калибруем и ремонтируем ваши измерительные приборы. Взгляните на наши услуги.
Видео Датчики давления | 4 причины для промывочного напорного соединенияПримечание
Ваши текущие настройки файлов cookie не позволяют отображать запрошенный контент, поскольку он предоставляется Google Ireland Ltd. (YouTube) или Google LLC (reCAPTCHA). С вашего согласия вы доверяете этим провайдерам и расширяете настройки файлов cookie для этого веб-сайта с помощью категорий «Функциональные возможности» и «Маркетинг». Политику конфиденциальности Google и ваши настройки конфиденциальности можно просмотреть и изменить здесь.
