Датчик давления это: Датчики давления. Виды и работа. Как выбрать и применение

Содержание

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.

Классификация и принцип работы

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.
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 датчики давления

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 датчики давления

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.

Как выбрать
  • 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:

Датчики давления компании Smartec

Датчики давления компании Smartec

Принцип работы

 

Датчики давления основаны на принципе изгиба мембраны, вызванном давлением жидкости или газа. На мембрану нанесен очень тонкий проводящий экранированный слой, который повторяет изгибы мембраны. Этот прогиб можно измерить двумя разными способами:

  • Проводящий (и резистивный) слой на мембране и опорный слой в корпусе датчика образуют конденсатор, деформация его обкладок вызывает изменение  емкости, которое может быть измерено
  • Сопротивление проводящих слоев изменяется при изгибе мембраны. Специальная механическая компоновка из четырех резистивных структур образовывает устойчивый мост Уитстона, сопоставимый с классическими тензометрическими датчиками

На практике широко используются оба способа измерения давления. Линейка датчиков давления Smartec основана на резистивной структуре, экранированной на мембране.

 

Принцип действия датчика давления

Емкостное измерение на основе тензометрического резистора на изгибающейся мембране

 

Изгиб мембраны (а также слоя) очень мал (

В общем случае экранированные резисторы также чувствительны к температуре, что приводит к необходимости компенсации температурных эффектов.

 

Типы датчиков давления

 

Мембрана изогнется, если есть разница давления с обеих её сторон. Существует три типа датчиков: относительного давления, абсолютного давления и дифференциального давления. У каждого типа есть конкретная областью применения.

Вкратце:

  • Датчик относительного давления измеряет разность давления среды и атмосферного давления, поэтому одна сторона мембраны всегда сообщается с атмосферой
  • Датчик абсолютного давления измеряет разность давления среды и вакуума, поэтому в подмембранном объеме создается вакуум
  • Дифференциальный датчик давления измеряет разность между двумя приложенными давлениями

 

 

Датчик относительного давления

 

На рисунке показана схема датчика относительного давления. С одной стороны  мембраны находятся жидкость или газ под давлением, которое должно быть измерено, а с другой давление на мембрану равно атмосферному. Это означает, что измеренное давление соотносится с атмосферным. Такое отверстие, соединяющее подмембранный объем с атмосферой, обычно называют вентиляционным.

 

Принцип работы датчика относительного давления

 

Единственным интерфейсом между «внешним миром» и находящейся под давлением средой является мембрана. Если эта мембрана повреждена (например, из-за ударного давления), сторона под давлением непосредственно соединяется с вентиляционным отверстием, начинается выброс газа или жидкости, что может привести к опасной ситуации. Для измерения давления опасных газов этот тип датчика не используется, вместо этого применяют датчики абсолютного типа.

Все датчики относительного давления имеют вентиляционное отверстие, которое соединяет одну сторону мембраны с атмосферой. Если это отверстие закрыто или забито из-за загрязнения, могут возникнуть ошибки считывания. Если этот тип датчиков установлен в прочный корпус, вентиляционное отверстие должно всегда оставаться открытым.

Типичное применение датчиков такого типа – измерение давления в шинах.

 

Датчики абсолютного давления

 

Данный тип не имеет вентиляционного отверстия, а в подмембранном объеме создан вакуум. На рисунке показан принцип датчика абсолютного давления.

 

Принцип работы датчика абсолютного давления

 

Очень сложно создать такую «камеру» с абсолютным вакуумом (фактически она и не существует). Однако давление в вакуумной контрольной камере датчиков Smartec очень низкое (25.10-3 торр или 5.10-4 PSI).

Для предотвращения возмущающих эффектов от различий в температурах в «почти» вакуумной камере, вакуум должен быть высоким. При нагревании давление в вакуумной камере будет увеличиваться.

Такие датчики подходят для использования во взрывоопасных зонах. Корпус может быть полностью закрыт и установлен, например, в резервуар под давлением. На случай образования трещин в мембране (например, из-за ударного давления), к среде подключена только вакуумная камера. При повреждении датчика не возникнет опасной ситуации. Особым типом датчика абсолютного давления является барометрический датчик. Этот датчик можно рассматривать как абсолютный с ограниченным диапазоном. В принципе, этот диапазон составляет от примерно 1 до 0 Бар. Но для большего разрешения барометрические датчики рассчитаны на диапазон 1 — 0.8 Бар и обычно используются для измерения атмосферного давления.

Данный тип датчиков используется, например, для измерения давления в газобаллонном оборудовании топливных систем автомобилей.

 

Датчики дифференциального давления

 

Дифференциальный датчик имеет входы на каждую сторону мембраны, один для положительного давления, а другой для отрицательного. Изгиб мембраны связан с разницей давлений на каждой стороне. На рисунке показан принцип работы датчика дифференциального давления.

 

Принцип работы датчика дифференциального давления.

 

 

Типы выходного сигнала

 

Только датчики Smartec с мостовым выходом необходимо компенсировать пользователю. В другие версии с аналоговым и цифровым выходом компенсация встраивается на производстве. Температурная компенсация управляется с помощью встроенного сигнального процессора, поэтому нет необходимости встраивать в решение внешнюю компенсацию.

 

Мостовой выходной сигнал

 

Выход моста Уитстона имеет определенное значение в случае отсутствия давления или в случае отсутствия разницы в давлении по обеим сторонам мембраны. Это значение называется смещением (offset). Диапазон давлений (от минимального до максимального), который может использоваться датчиком, называется рабочим.

Мост Уитстона не только чувствителен к изгибу мембраны, но и к изменениям температуры. Это означает, что для точного измерения необходимо компенсировать температурные эффекты для смещения и сдвига рабочего диапазона (при наличии давления). Поэтому указывается изменение смещения на изменение температуры, а также температурные коэффициенты рабочего диапазона. Если требуется более низкая точность, выходное напряжение моста может использоваться без компенсации.

 

Аналоговый выходной сигнал

 

Датчики давления Smartec с аналоговым выходом имеют встроенную термокомпенсацию. Это означает, что датчики с аналоговым выходом очень точны и  имеют стабильное смещение. Из-за обработки сигнала внутри устройства происходит некоторая задержка между физическим изменением давления и изменением выходного сигнала. Обычно эта задержка находится в диапазоне от 1 до 2 мс.

В аналоговой версии датчика дифференциального давления требуется дополнительное определение в месте, где давление на оба порта одинаковое. Разность давлений равна нулю. В этом конкретном случае выходное напряжение (смещение) может находиться в «среднем» (halfway Gnd и Vcc), или выходное напряжение смещения может быть равно нулю (уровень GND). Первая вариант называется дифференциальным, а второй называется единичным. Это означает, что дифференциальное давление может быть измерено только в одном направлении.

 

Цифровой выходной сигнал

 

Разрешение датчиков данного типа – 14 бит. В терминах передачи данных это означает, что есть два слова по 8 бит каждое. Верхние два бита наивысшего байта данных не используются и всегда равны нулю. Необходимо помнить, что точность датчиков ограничена физической структурой элемента и оцифровка (14 бит), никогда не сможет улучшить аналоговую точность датчика.

 

Важные понятия

 

Абсолютное давление — это давление относительно вакуума.

Атмосферное давление – это внешнее давление относительно абсолютного вакуума. Такое давление зависит от географического положения, высоты и погодных условий. Также называется барометрическим давлением.

Относительное давление – это давление относительно атмосферного давления.

Дифференциальное давление – разность давлений между двумя точками.

Смещение – разница между выходным сигналом при текущем и нулевом значении давления.

Линия наилучшего соответствия – математически полученная прямая линия лучше всего подходящая для мультиизмерения определенных уровней давления. Из каждой точки давления выходное значение усредняется. Прямая берется по минимальной квадратичной ошибке.

Нулевое смещение (рабочая точка) – это выходное значение при давлении 0 psi (вакуум) для датчика абсолютного давления, для относительных нулевое смещение – это выходное значение, когда измеряемое давление равно атмосферному, а для дифференциальных датчиков, когда давления с обоих портов равны между собой.

Рабочий диапазон – это разность между максимальным и минимальным значением давления.

Точность — отклонение между лучшей прямой линией и кривой полученной на основе реальных тестов. В точность также включены все погрешности. Выражается в процентах от полной шкалы (FSO).

Ратиометрический сигнал —  означает, что выход датчика (аналог) связан с напряжением питания. Это означает, что если Vcc падает на 10% выходное напряжение также падает на 10%.

Время отклика – время необходимое для установления величины равной 95% от реальной.

 

Как правильно выбрать преобразователь давления

Давление, эта важнейшая после температуры физическая величина, является определяющей во многих технологических процессах.

Преобразователи давления предназначены для измерений и непрерывного преобразования давления в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, напряжения или в цифровой сигнал.

Используются датчики в регуляторах и других устройствах автоматики в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в системах водообработки, отопления, вентиляции и кондиционирования; гидравлических системах, холодильной технике, расходомерах и счетчиках; дизельных двигателях; тормозных системах; уровнемерах, в испытательных стендах и т.д.

Индустриальные измерения и контрольно-измерительная аппаратура применяются во всех областях промышленности — от атомной до пищевой и фармакологической; соответственно, везде нужны и преобразователи давления и преобразователи уровня.

Принцип действия датчиков основан на упругой деформации чувствительного элемента (сенсора), на который нанесены полупроводниковые тензорезисторы, включенные по схеме моста Уинстона. Измеряемое давление подводится через штуцер в рабочую полость датчика и вызывает деформацию диафрагмы. Это приводит к изменению геометрии резисторов, находящихся с ней в тесной механической связи и изменению их сопротивления. Происходит преобразование приложенного давления (механический вход) в изменение сопротивления (электрический выход).

Мы предлагаем следующий алгоритм, чтобы правильно подобрать датчик для Вашего применения:

1. Тип измеряемого давления

Преобразователи давления измеряют разность двух давлений, воздействующих на измерительную мембрану (чувствительный элемент) датчика. Одно из этих давлений — измеряемое, второе — опорное, то есть то давление, относительно которого происходит отсчет измеряемого. В зависимости от вида опорного давления все датчики разделяются на следующие виды:

Практически все наши преобразователи давления имеют модификации для измерения как абсолютного так и избыточного (в том числе разряжения) давлений. Подробнее Вы можете ознакомиться в разделе продукция/преобразователи давления.

Преобразователи абсолютного давления
Предназначены для измерения величины абсолютного давления жидких и газообразных сред. Опорное давление — вакуум. Воздух из внутренней полости чувствительного элемента датчика откачан. Например, барометр –частный случай датчика абсолютного давления.

Минимальный доступный у нас для заказа диапазон абсолютного давления с погрешностью 0,1%ВПИ — это 0…50мбар (0…5кПа). Описание на датчик 41X Вы можете увидеть здесь.

Преобразователи избыточного (относительного) давления
Предназначены для измерения величины избыточного давления жидких и газообразных сред. Опорное давление — атмосферное; таким образом, одна сторона мембраны соединена с атмосферой.

Преобразователи дифференциального (разности, перепада) давления
Предназначены для измерения разности давления среды и используются для измерения расхода жидкостей, газа, пара, уровня жидкости. Давление подается на обе стороны мембраны, а выходной сигнал зависит от разности давлений.

В нашей линейке предствалены датчики

  • PD-33X — отличительной особенностью является высокая точность измерения перепада давления, а также возможность исполнения для значений опорного давления до 600бар. При этом измеряемый перепад может составлять всего 0…0,2 бар
  • PRD-33X — эти датчики уникальны способностью выдерживать перегрузки по давления и с положительной и с отрицательной стороны. При диапазоне измерений 0…0,350мбар перегрузка может составлять 35 бар!
  • PD-39X — эти датчики давления имеют особенную конструкцию с двумя сенсорами абсолютного давления. Это обеспечивает повышенную надежность и стойкость к перегрузкам, однако применимы данные датчики только в условиях, когда перепад давления одного порядка с опорным давлением в линии.
  • PD-41X — это сверхчувствительные датчики для измерения перепада давления. минимальный диапазон — это 0…0,5кПа. Это идеальное решения для измерения малых скоростей потока. Дифференциальный преобразователь PD-41X подходит только для неагрессивных газов.

Преобразователи гидростатического давления (преобразователи уровня)
Предназначены для преобразования гидростатического давления контролируемой среды в сигнал постоянного тока. Измеряют давление столба жидкости, зависящее только от его высоты и от плотности самой жидкости. Изменение атмосферного давления компенсируется при помощи капиллярной (дыхательной трубки)

Преобразователи вакууметрического давления (разряжения)
Предназначены для измерения величины вакуумметрического давления жидких и газообразных сред. Опорное давление в этих датчиках также атмосферное. Однако, в отличие от датчиков избыточного давления, измеряемое давление меньше атмосферного, т.е. существует разрежение относительно атмосферы.

Преобразователи избыточного давления-разряжения
Представляют собой сочетание датчиков избыточного и вакуумметрического давлений, т. е. измеряют как давление, так и разрежение, например -1…6 бар. У нас Вы можете заказать абсолютно любой такой диапазон в пределах максимального диапазона измерений конкретного датчика.

2. Среда использования датчика

Для надежной работы датчиков необходимо выбирать материалы элементов, контактирующих с измеряемой средой (мембран, фланцев, кабеля и уплотнительных колец) химически стойкими к этим средам. Например, для различных сред эксплуатации материалом мембран сенсоров может быть нержавеющая сталь, титан, титановый сплав, хастеллой, керамика, Kynar и др. Материал кабеля особенно актуален для погружных гидростатических датчиков давления. Для питьевой воды идеально подойдет полиэтиленовый PE кабель, для не агрессивных промышленных сред полиуретановый PUR. Если же Вы собираетесь использовать датчик в топливе или агрессивной жидкости, то оптимальным решением будет термопластичный эластомер (Hytrel) или тефлон (PTFE). Все эти материалы мы используем и предлагаем в своих модификациях датчиков Келлер.

3. Климатическое исполнение

Преобразователи давления также отличаются по климатическому исполнению. Следует обращать внимание на климатические условия (температура окружающей среды, влажность, прямое попадание воды и солнечных лучей) в месте установки датчика. Они должны соответствовать тем, на которые он рассчитан. Причем очень важно различать две температуры, которые могут оказывать влияние на наш датчик: температура окружающей среды и температура измеряемой среды. Наши преобразователи давления могут работать в условиях окружающей и измеряемой среды от -55 до 150С. Специальные исполнения преобразователей давления способны работать при температурах среды до +300С.

4. Выходной сигнал

Рассмотрим основные типы:

  • Аналоговый выходной сигнал. На выходе из датчика мы имеем непрерывный линейный сигнал по току или по напряжению, который мы можем регистрировать самыми простыми приборами, даже обычным бытовым тестером. 4…20 mA — это самый распространенный выходной сигнал для датчиков во всем мире, также популярными аналоговыми сигналами являются 0…10В, 0,5…4,5В и другие.
  • Цифровой выходной сигнал. На сегодняшний день существует огромное множество различных цифровых сигналов и отдельно останавливаться на них мы не будем. Пожалуй, самым широко используемым является интерфейс RS485 протокол MODBUS. Это открытый протокол, который позволяет объединить в систему до 128 устройств с максимальным расстоянием между ними 1300м.
  • Ратиометрический выходной сигнал. Этот сигнал используется пока достаточно редко, особенно в нашей стране, но с каждым днем он набирает все большую популярность. Особенностью ратиометрического выходного сигнала является зависимость значения сигнала от напряжения питания. Т.е. мы можем говорить, что этот сигнал является безразмерным и представляет собой ничто иное как процентное отношение сигнала питания. Обычно, про датчик с ратиометрическим выходным сигналом говорят 0,5…4,5В ратиометрический (ratiometric), на самом же деле 0,5…4,5В мы имеем только при условии стабильного напряжения питания 5В, поэтому правильно с физической точки зрения говорить: 0,5В/5В…4,5В/5В. Если же напряжение питания изменится, то пропорционально ему изменится и выходной сигнал.

Тип выходного сигнала прежде всего зависит от уже имеющегося оборудования и стоящей перед Вами задачи. Для этого необходимо изучить входы, которые имеют используемые контроллеры, приборы, машины или регуляторы. Все перечисленные сигналы мы используем в наших датчиках давления, а также и многие другие.

Для автономных приборов мы бы посоветовали использовать датчики с цифровым интерфейсом I2C с данными датчиками Вы можете ознакомиться здесь. Если же Вам не удобно работать с цифровым выходом, то лучше использовать датчики с минимальным напряжением питания например 3,5V — это датчики 33X или 5V — это датчики 21Y.

5. Точность измерений

Преобразователи давления имеют различные метрологические характеристики (классы точности) – обычно от 0,05% до 0,5%. Особо точные датчики используются на важных объектах в различных отраслях промышленности. Опционально датчики серии 33x могут иметь основную погрешность до 0,01% ВПИ (доступно только для диапазонов >10 бар).

На рисунке представлен датчик без температурной компенсации и с температурной компенсацией осуществляемой по специальным алгоритмам микропроцессором в преобразователях давления Келлер.

Особое внимание следует уделять стабильности датчиков давления. Ведь даже очень точный датчик спустя нескольких часов работы при температурных циклах в широком диапазоне начинает давать дополнительную погрешность более 0,5%ВПИ. Что говорить, если эти циклы будут продолжаться месяцами и даже годами!

Некоторые виды датчиков давления имеют взрывозащищенное исполнение. Эти модели могут успешно использоваться для определения давления на взрывоопасных объектах с присутствием взрывчатых и легко воспламеняющихся газов и жидкостей. В линейке Келлер представлены как преобразователи с искробезопасной цепью, так и преобразователи со взрывонепроницаемой оболочкой.

Преобразователи давления относятся к измерительной технике и должны проходить обязательные сертификационные испытания. После этого они утверждаются и вносятся в Госреестр средств измерений.

Надеемся, что данный материал поможет Вам лучше ориентироваться при выборе преобразователей давления.

Вы также можете подобрать решение, которое будет актуально именно для Вашей задачи с помощью наших специалистов. Заявку на подбор можно отправить любым удобным Вам способом: через форму обратной связи, по электронной почте [email protected] или же по телефону 8 (800) 777 18 50. 

Приборы для измерения давления в промышленности

Преобразователь давления — это измерительный прибор, который предназначается для непрерывного измерения давления различных жидких и газообразных сред, а также последующего преобразования полученных значений измерения в унифицированный выходной сигнал по току или напряжению. Полученный в результате измерения сигнал используется в качестве входного сигнала для аппаратуры систем автоматического регулирования, управления и контроля технологических процессов.

Тензорезисторные преобразователи силы и давления получили широкое распространение как миниатюрные компактные устройства, которые способны измерять силу и давление в диапазоне от нескольких Па до нескольких МПа. Невозможно автоматизировать производство, на котором используются жидкости, пастообразные смеси, газы под давлением без использования приборов измерения и преобразования давления и силы.

Приборы для измерения давления в промышленности, также известные как датчики давления, применяются на участках диспетчеризации, энергосбережения, учета и контроля распределения газа, тепла и нефтепродуктов. Преобразователи давления установлены на предприятиях энергетики, газо- нефтепереработки, легкой и тяжелой промышленности, на объектах коммунальных служб и т.д.

Давление можно определить как единицу силы создаваемую на единицу площади поверхности. В системе СИ в качестве единицы измерения давления используется Паскаль (Па). Один Па равняется силе в один Ньютон (Н), приложенной на площадь в один метр квадратный (Па = Н / м2).

На практике широко распространены и другие единицы измерения. Помимо «Па» наиболее известны: «bar» (бар), «кгс/см2» (килограмм-сила на квадратный сантиметр) и «м. в.с.» (метры водяного столба), а также производные от них: «мбар» (миллибар), «кПа» (килопаскаль), «МПа» (мегапаскаль).

Приборы для измерения давления в промышленности, в зависимости от вида измеряемого давления, подразделяют на следующие группы:

  • Избыточное давление – МИДА-ДИ-13П, AC-1, МИДА-ДИ-13П-В, РТМ-М, ТЖИУ-406. Применяются для измерения давления, создаваемого какой-либо средой, относительно атмосферного давления. Это самый распространенный тип приборов для измерения давления, который применяется практически повсеместно, во всех отраслях промышленности. Особо распространены в таких сферах, как энергетика, ЖКХ, водоочистка, водоподготовка, системы отопления, вентиляции и кондиционирования, химическая и пищевая промышленность и т.д.
  • Абсолютное давление – МИДА-ДА-13П, МИДА-ПА-81, МИДА-ПА-88-4, ТЖИУ406А. Применяют для измерения давления, создаваемого какой-либо средой относительно вакуума (абсолютного разряжения). Данный тип датчиков давления не так широко распространен и используется в основном в химической отрасли.
  • Вакууметрическое давление (разряжение) — МИДА-МВ-76, ДТ-2,5 и ДТ-40, ДЕ-57-2,5Т; ДЕ-57-6Т; ДЕ-57-40Т, МИДА-ДВ-13П. Эти датчики, напротив, измеряют уровень разряжения (вакуума) относительно уровня атмосферного давления. Вакуумные процессы, на сегодняшний день, нашли широкое применение во многих отраслях производства. Например, в пищевой промышленности при производстве продукции в вакуумной упаковке, в металлургии при производстве РТИ и литья в вакууме, в автомобилестроении и др.
  • Гидростатическое давление – ТРИД-Г, КОРУНД-ДИГ-001М, ПД100-ДГ-137. Также называют гидростатическими уровнемерами и, по сути, являются разновидностью датчиков избыточного давления, но применяются в тех случаях, когда они необходимо измерение гидростатического уровня жидкостей и измеряют давление столба жидкости над ними.

Конструктивные особенности

На рисунке ниже изображена общая схема конструктивного строения прибора для измерения давления. Конструкция может изменяться в зависимости от производителя прибора, типа использованного датчика, а также особенностей применения.


Конструктивное строение прибора для измерения давления

Рассмотрим основные элементы более подробно:

1. Кабельный ввод – служит для герметичного ввода электрического кабеля в датчик. Обычно, используется ссальниковый ввод типа PG9, однако бывают и другие варианты присоединения — PG16, M20x1,5 и т.д.

2. Клеммы – используются для подключения электрических проводов непосредственно к датчику. Большинство приборов для измерения давления имеют для подключения 2-х проводную схему с выходным сигналом от 4 до 20 мА.

3. Плата питания / искрозащиты – данная плата распределяет электрическую энергию между всеми электронными компонентами датчика. Устройства во взрывобезопасном исполнении при помощи данной платы реализуют функцию искрозащиты. В недорогих датчиках давления преобразовательная плата и плата питания, как правило, совмещены.

4. Корпус электроники – элемент датчика давления, в которой располагаются плата питания и преобразовательная плата.

5. Преобразовательная плата — одна из важнейших составляющих прибора измерения давления. Она преобразует сигнал непосредственно от первичного сенсора в унифицированный электрический сигнал по току или напряжению.

6. Корпус датчика – это основная механическая часть, которая представляет собой «тело» прибора.

7. Провода и атмосферная трубка – провода — это кабельный шлейф, который соединяет преобразовательную плату и выводы сенсора. Атмосферная трубка используется в датчиках вакууметрического и избыточного давления для привязки чувствительного элемента к атмосферному давлению.

8. Технологическое соединение — применяется для физического подключения датчика к процессу, трубопроводу, аппарату или емкости. Наиболее распространено резьбовое манометрическое подсоединение G1/2″ по стандарту DIN 16288 и резьба М20х1,5. Также, часто можно встретить соединения G1/4″и G1″, а также фланцевые соединения. Существуют специальные санитарные присоединения, например, в пищевой промышленности распространены: молочная гайка DIN 11851,DRD-фланец и хомуты Tri-clamp.

9. Сенсор давления, также называемый первичным преобразователем — это один из основных элементов любого устройства измерения давления. Сенсор давления осуществляет преобразование действующего на него давления в электрический сигнал, чтобы затем унифицировать его на преобразовательной плате. Существует несколько способов преобразования давления в электрический сигнал. В промышленности используются емкостный, индуктивный и тензорезистивный методы преобразования. Однако, самым распространенным, на сегодняшний день, является тензорезистивный метод преобразования давления.

Тензорезистивный метод основан на таком явлении, как тензоэффект в металлах и полупроводниках. Тензорезисторы соединенные в мостовую схему Уитстона изменяют свое сопротивление под действием давления, что приводит к разбалансированию моста. Разбаланс прямо пропорционально зависит от степени деформации резисторов и, соответственно, от приложенного давления.


Мост Уитстона

На рынке существует 4 основных типа сенсоров, принцип действия которых основан на тензорезистивном методе преобразования:

1. Толстопленочные сенсоры на металической/керамической мембране — один из самых дешевых типов сенсоров, применяется для производства недорогих моделей для неагрессивных сред, таких, как воздух, вода или пар.

2. Тонкопленочные сенсоры на стальной мембране — разработанные специально для применения в преобразователях высокого давления,  работают со средой более 100 бар. Они обладают хорошей линейностью и повторяемостью при работе с высоким давлением.

3. Керамические тензорезистивные сенсоры – данный вид сенсоров применяется для высокоточного измерения давления сред, не агрессивных по отношению к материалу керамики, исключая пищевые продукты и вязкие среды. Самый распространенный тип датчиков давления.

4. Кремниевые тензорезистивные сенсоры – обычно применяются совместно с защитной разделительной мембраной из нержавеющей стали. Обладают высокой точностью измерения давления различных сред. Использование в данном типе сенсоров сварной разделительной мембраны из нержавеющей стали позволяет применять их в пищевой промышленности и для вязких сред.

Принцип работы датчиков давления и температуры

Датчик давления работает путем преобразования давления в аналоговый электрический сигнал. Потребность в приборах для измерения давления возросла в последние годы. Когда были впервые применены технологии измерения давления, датчики были механическими и использовали трубчатые датчики Бурдона для перемещения иглы и визуальной индикации давления. В настоящее время мы измеряем давление в электронном виде используя датчик давления жидкости и реле давления.

Статическое давление

Давление может быть определено как сила на единицу площади, которую жидкость оказывает на окружающую среду. Основная физика статического давления (P), рассчитывается как сила (F), деленная на площадь (A).

Р = F / A

Сила может создаваться жидкостями, газами, парами или твердыми телами.

Принцип работы датчика давления

Датчики давления имеют чувствительный элемент постоянной площади и реагируют на усилие, приложенное к этой области давлением жидкости. Прилагаемое усилие будет отклонять диафрагму внутри датчика давления. Отклонение внутренней диафрагмы измеряется и преобразуется в электрический выход. Это позволяет контролировать давление микропроцессорами, программируемыми контроллерами и компьютерами, а также аналогичными электронными приборами.

Для чего используются датчики давления?

Датчики давления используются в различных отраслях промышленности, в том числе в автомобильной промышленности, биомедицинском приборостроении, авиации и морской промышленности.

Датчики температуры

Температура может быть измерена с помощью разнообразных датчиков. Все они определяют температуру, ощущая некоторые изменения в физических характеристиках. Двумя основными категориями этих датчиков являются датчики температуры контактного и бесконтактного типа. Существует три метода измерения температуры контактного типа, которые обычно называются температурными датчиками: терморезисторы (RTD, термисторы), термопары и датчики IC.

Наиболее важной характеристикой, которую следует учитывать используя датчик температуры воздуха, является измеренный диапазон температур. Это температурный диапазон, для которого устройство рассчитано на измерение. Количество элементов, содержащихся в датчике температуры, является еще одним важным фактором. Как правило, чем больше элементов в зонде, тем точнее и дороже он. Зонды обычно имеют один или два элемента для считывания, но некоторые могут быть сконфигурированы так, чтобы им

Температурные датчики могут иметь одну из многих различных конфигураций. К ним относятся прямой зонд, датчик проникновения или игольчатый зонд, гибкий зонд, капельный зонд, изогнутый зонд, ролик или подвижный зонд, воздушный зонд, угловой зонд. Дополнительные технические характеристики, которые следует учитывать, включают диаметр или ширину, неизолированные или изолированные провода, штекерные или быстроразъемные соединения, металлические оплетенные провода и встроенные соединительные головки.

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».

Датчики избыточного давления промышленные для сигнализации и измерения.

Тип датчика Рабочий диапазон давлений Виды измеряемого давления Тепература среды Особенности
PSQ
от -1 до 10 бар избыточное -10…+50oC Датчик давления с двумя дисплеями. Для воздуха, некоррозионных газов, жидкостей и масляных составов.
IFM
от -0,005 до 2,5 бар избыточное от -25 до +125°C Для работы в газообразных и жидких средах, вязких и с включениями твердых частиц, а также в гигиенических системах
APZ 1120
от 0…0,4 до 0…600 бар избыточное 
абсолютное 
вакуумметрич.
-40…+125°С Высокоточный датчик давления
с малым энергопотреблением. 
Exia – опция.
APZ 2410
от 0…1 до 0…160 бар избыточное -25…+135°С Бюджетный многодиапазонный
датчик давления OEM серии.
APZ 2410a
от 0…1 до 0…40 бар избыточное -25…+135°С Малогабаритный датчик давления OEM серии с возможностью калибровки нуля.
APZ 2412
от 0…1,6 до 0…400 бар избыточное -25…+135°С Бюджетный многодиапазонный
датчик давления OEM серии.
APZ 2422
от 0…6 до 0…600 бар избыточное 
вакуумметрич.
-40…+125°С Бюджетный OEM датчик давления
для холодильной техники.
APZ 2422a
от 0…6 до 0…600 бар избыточное -40…+125°С Экономичный многодиапазонный
датчик давления OEM серии.  
APZ 3230
от 0,006 до 0…1 бар избыточное 
вакуумметрич.
-40…+90°С Датчик низких давлений и разрежений
неагрессивных газов. Exia – опция
APZ 3240
от 0…0,04 до 0…10 бар избыточное 
абсолютное
-40…+125°С Цифровой датчик давления
для агрессивных сред. 
Основная погрешность 0,20% ДИ
(для корпуса из стали).
APZ 3240k
от 0…0,04 до 0…10 бар избыточное 
абсолютное
-40…+125°С Датчик давления агрессивных сред
для судостроения.
Основная погрешность
0,20% ДИ (для корпуса из стали).
APZ 3410
от 0…0,6 до 0…600 бар избыточное 
абсолютное 
вакуумметрич.
-25…+135°С Датчик давления для агрессивных сред. 
Exia – опция.
APZ 3410k
от 0…0,6 до 0…600 бар избыточное 
абсолютное 
вакуумметрич.
-25…+135°С Датчик давления агрессивных сред
для судостроения. Exia – опция.
APZ 3420
от 0…0,04 до 0…600 бар избыточное 
абсолютное 
вакуумметрич.
-40…+125°С Общепромышленный датчик
давления. Exia – опция
APZ 3420k
от 0…0,04 до 0…600 бар избыточное 
абсолютное 
вакуумметрич.
-40…+125°С Датчик давления
для судостроения. Exia – опция
APZ 3420m
от 0…0,1 до 0…600 бар избыточное 
абсолютное
-40…+125°С;
опционально -20…+125/150°С, -40…+150°С,
0…+300°С
Датчик давления с разделителем
сред. Exia – опция
APZ 3420s
от 0…0,1 до 0…40 бар избыточное 
абсолютное
-40…+125°С;
опционально -20…+125/150°С, -40…+150°С,
0…+300°С
Датчик давления с разделителем
сред. Exia – опция
APZ 3421
от 0…0,04 до 0…600 бар избыточное 
абсолютное 
вакуумметрич.
-40…+125°С Высокоточный датчик давления.
Exia – опция.
DMP 331
от 0…0,04 до 0…40 бар;
-1…0 бар
абсолютное
избыточное
разрежение
-40…+125°C Датчик давления
общего назначения
DMP 331i
от 0…0,04
до 0…40 бар;
разряжение -1…10 бар
абсолютное
избыточное
разрежение
-40…+125°C Датчик давления
малогабаритный
DMP 331K
от 0…0,1 до 0…600 бар абсолютное
избыточное
разрежение
-40…+125°C Высокоточный датчик давления,
опция — полевой корпус
DMP 331P
от 0…0,1 до 0…600 бар абсолютное
избыточное
разрежение
 -25…+300°C Универсальный датчик
с разными пищевыми присоединениями
DMP 333
от 0…60 до 0…600 бар абсолютное
избыточное
-40…+125°C Для процессов под высоким давлением.
Ex-исполнение опционально.
DMP 333i
от 0…60 
до 0…600 бар
абсолютное
избыточное
-40…+125°C Датчик давления малогабаритный 
для процессов под высоким давлением
DMP 334
от 0…600 до 0…2200 бар избыточное -40…+140°C Датчик давления малогабаритный 
для процессов под высоким давлением.
Ex-исполнение опционально
DMP 330H
от 0…1 до 0…160 бар избыточное -25…+125°C Может работать в условиях
пятикратной перегрузки по давлению
газов, жидкостей и пара
DMP 330F
от 0…1 до 0…400 бар избыточное -25…+125°C Для объектов ЖКХ и теплоэнергетики,
где требуется широкая доступность
DMP 330S
0…1 до 0…25; 
от -1…6 до -1…25 бар
избыточное
разрежение
-40…+125°C Варианты одно-, двух-
и трехдиапазонного измерения
DMK 331
от 0…0,04
до 0…600 бар;
разряжение -1…0 бар
абсолютное
избыточное
разрежение
-25…+135°C Датчик с керамическим сенсором
для агрессивных сред
DMK 456
от 0…0,04  до 0…20 бар абсолютное
избыточное
-25…+125°C Для судов и морских платформ.
Ex-исполнение опционально
DMK 458
от 0…0,04  до 0…20 бар абсолютное
избыточное
-40…+125°C Для морских условий работы.
Ex-исполнение опционально
DS 6
от 0…2
до 0…400 бар
абсолютное
избыточное
разрежение
-25…+85°C Программируемый датчик – реле давления
для жидких и газообразных сред
DS 200
от 0…0,04 
до 0…600 бар
абсолютное
избыточное
разрежение
-40…+125°C Многофункциональный датчик давления,
сочетает функции индикатора давления,
программируемого реле-сигнализатора
и точного измерительного манометра.
Опция — Ex – исполнение.
DS 201
от 0…0,04 
до 0…600 бар
абсолютное
избыточное
разрежение
-25…+125°C Многофункциональный датчик давления, 
сочетает функции индикатора давления, 
программируемого реле-сигнализатора 
и точного измерительного манометра.
Опция — Ex – исполнение.
DS 200P
от 0…0,1
до 0…40 бар
абсолютное
избыточное
разрежение
-25…+300°C Датчик — реле давления.
Опция — Ex-исполнение.
DS 200M
от 0,1 до 600 бар абсолютное
избыточное
-25…+85°C Цифровой манометр со штуцерным
механическим присоединением
X|ACT i
от 0…0,4 до 0…40 бар абсолютное
избыточное
разрежение
-40…+125°C Датчик давления с высокой точностью
для жидких и газообразных рабочих сред,
нагретых до 300°C
X|ACT ci
от 0…0,06 до 0…20 бар избыточное
разрежение
-40…+125°C Гигиенический датчик давления 
для химически агрессивных или
вязких сред с температурой до 300°C
в пищевом производстве
HMP 331
от 0…0,4 до 0…600 бар абсолютное
избыточное
разрежение
-40…+125°C Высокоточный гигиенический датчик давления с открытой мембраной.
Взрывозащита: 0ExiaIICT4/1ExdIICT5.
Опционально до 300°C.
HMP 331-A-S
0…0,5 до 0…250 бар избыточное
разрежение
-40…+100°C Высокоточный интеллектуальный датчик
избыточного давления.
Взрывозащита: 0ExiaIICT4/1ExdIICT5.
DMD
от 0…0,01 бар до 0…1000 бар разрежение, дифференциальное -40…+125°C Наличие моделей во взрывозащищенном исполнении.
Различные типы присоединений к технологическому процессу.
Модели с компактными габаритными размерами.
Модели с поворотным цифровым дисплеем.
Исполнения для химически агрессивных сред
DPS 300
от 0…0,0016 до 0…1 бар избыточное
дифференц.
разрежение
0…+50°C Датчик давления воздуха
и неагрессивных газов
TPS20
от 0-0,2 кгс/см2 до 0-350 кгс/см2 смешанное
манометрическое
абсолютное
-10…+70oC Датчик (преобразователь) давления для пара, газа, жидкости, текучих сред
TPS30
-0,1…66 МПа манометрическое
абсолютное
-40…+125oC Датчик (преобразователь) давления для газа, жидкости, текучих сред
PSS
-101,3…1000 кПа абсолютное
избыточное
0…+50oC Датчик давления для воздуха, газа
MPM/MDM
от -1 бар до 1600 бар абсолютное
избыточное
-40…+150oC Пьезорезистивные аналоговые датчики давления
Nipress D
от -1
до 2000 бар
абсолютное
избыточное
вакуумное
-40…+140oC Для измерения давления в воде, в т. ч. питьевой, сточной, в топливе, масле, агрессивных средах и газах
Nipress DK
от -1
до 600 бар
абсолютное
избыточное
-40…+125oC Для измерения давления как чистых, так и вязких, илистых или сильно загрязненных жидкостей, газов, а также пара
Типы датчиков давления

— Руководство

Датчики давления

— это инструменты или устройства, которые преобразуют величину физического давления, оказываемого на датчик, в выходной сигнал, который можно использовать для определения количественного значения давления. Доступно множество различных типов датчиков давления, которые работают одинаково, но основаны на различных базовых технологиях для перевода между давлением и выходным сигналом. В этой статье будут рассмотрены наиболее распространенные типы датчиков давления, описаны принципы работы датчиков давления, рассмотрены общие характеристики, связанные с датчиками давления, и представлены примеры приложений.

Следует отметить одно отличие: датчики давления отличаются от манометров. Манометры по своей конструкции обеспечивают прямое считывание значения давления, называемого манометрическим давлением. Это может быть аналоговый (механический) дисплей с использованием стрелки и градуированной шкалы или прямой цифровой дисплей показаний давления. Датчики давления, с другой стороны, напрямую не обеспечивают считываемый выходной сигнал давления, а вместо этого генерируют значение выходного сигнала, которое пропорционально показанию давления, но которое сначала необходимо подготовить и обработать для преобразования уровня выходного сигнала в калиброванное считывание давления.

Чтобы узнать больше о других типах датчиков, см. Наши соответствующие руководства, которые охватывают различные типы датчиков или использование датчиков для расширения возможностей Интернета вещей (IoT). Чтобы узнать больше о других устройствах для измерения давления, см. Наши соответствующие руководства по манометрам и цифровым манометрам.

Датчики давления, преобразователи давления и преобразователи давления

Есть несколько общих терминов, связанных с устройствами измерения давления, которые часто используются как взаимозаменяемые.Эти термины — датчики давления, датчики давления и датчики давления. Производители и поставщики этих устройств могут использовать один или несколько из этих терминов для описания своих продуктовых предложений. Как правило, основное различие между этими терминами связано с генерируемым электрическим выходным сигналом и выходным интерфейсом устройства. Имейте в виду, что у поставщиков есть различия в том, как классифицировать их устройства.

Один из способов понять разницу между датчиками давления и датчиками давления.Датчики давления и датчики давления не имеют встроенной электроники, обеспечивающей согласование сигнала и усиленный выходной сигнал, в отличие от двух других.

Датчики давления, хотя и используются как общий термин для всех этих трех типов устройств, обычно вырабатывают выходной сигнал в милливольтах. Относительно низкое выходное напряжение в сочетании с потерями сопротивления, которые происходят с проводкой, подразумевает, что длина проводов должна быть небольшой, что ограничивает использование устройств примерно 10-20 футами от электроники, прежде чем возникнут слишком большие потери сигнала.Выходной сигнал будет пропорционален напряжению питания, используемому с датчиком. Так, например, датчик, который генерирует выходной сигнал 10 мВ / В, используемый с источником 5 В постоянного тока, будет генерировать выходной сигнал в диапазоне от 0 до 50 мВ по величине. Выходы в милливольтах позволяют инженеру спроектировать преобразование сигнала в соответствии с требованиями приложения и помогают снизить как стоимость, так и размер корпуса датчика. Ограничения этих устройств заключаются в том, что необходимо использовать регулируемые источники питания, так как выходная мощность во всем диапазоне пропорциональна напряжению питания.Кроме того, низкий выходной сигнал означает, что эти устройства менее подходят для использования в электрически зашумленной среде. Иллюстрация полумостовой схемы с выходом в милливольтах показана на рисунке 1 ниже.

Рисунок 1. Датчик давления с тензометрическим датчиком с использованием моста Уитстона

Изображение предоставлено: https://www.avnet.com/wps/portal/abacus/solutions/technologies/sensors/pressure-sensors/output-signals

Преобразователи давления

генерируют более высокий уровень выходного напряжения или частоты за счет наличия дополнительных встроенных возможностей усиления сигнала для повышения амплитуды выходного сигнала до 5 В или 10 В и частотного выхода до 1-6 кГц.Повышенная мощность сигнала позволяет использовать датчики давления на большем расстоянии от электроники, например, в 20 футах. Эти устройства используют более высокий уровень напряжения питания, например 8–28 В постоянного тока. Более высокое выходное напряжение снижает потребление тока, что позволяет использовать датчики давления в приложениях, где оборудование работает от батарей.

В то время как датчики давления и преобразователи давления генерируют выходной сигнал напряжения, датчики давления выдают выходной ток с низким импедансом, обычно используемый в качестве аналоговых сигналов 4–20 мА в 2-проводной или 4-проводной конфигурации. Датчики давления обладают хорошей устойчивостью к электрическим помехам (EMI / RFI) и поэтому подходят для приложений, где необходимо передавать сигналы на большие расстояния. Эти устройства не требуют регулируемых источников питания, но более высокий выходной ток и потребляемая мощность делают их непригодными для приложений с батарейным питанием, когда устройства работают при полном или близком к нему давлении.

Для простоты в этой статье мы будем использовать общий термин датчики давления, а не делать четкие представления датчиков давления и датчиков давления.

Терминология по давлению

В этом разделе представлена ​​основная терминология, относящаяся к датчикам давления.

  • Избыточное давление — это измерение давления относительно давления окружающей среды. Типичным примером этого является использование манометра для измерения давления воздуха в автомобильной шине. Если манометр показывает 35 фунтов на квадратный дюйм, это означает, что давление в шине на 35 фунтов на квадратный дюйм выше местного давления окружающей среды.
  • Абсолютное давление — это измерение, производимое относительно чистого вакуума, такого как космический вакуум.Этот тип измерения давления важен в аэрокосмической технике, поскольку давление воздуха изменяется с высотой.
  • Дифференциальное давление — это измерение разности давлений между двумя значениями давления, то есть измерение того, насколько они отличаются друг от друга, а не их величины относительно атмосферного давления или другого эталонного давления.
  • Вакуумное давление — это измерение давления, значение которого находится в отрицательном направлении по отношению к атмосферному давлению.

На рисунке 2 ниже эти термины показаны на диаграмме, показывающей относительные отношения между ними.

Рисунок 2: Взаимосвязь различных измерений давления

Изображение предоставлено: https://www.engineeringtoolbox.com

Технологии измерения давления

Для измерения давления используются шесть технологий первичных датчиков давления. Это:

  • Потенциометрические датчики давления
  • Индуктивные датчики давления
  • Датчики давления емкостные
  • Пьезоэлектрические датчики давления
  • Тензометрические датчики давления
  • Датчики давления с переменным сопротивлением

Потенциометрические датчики давления используют трубку Бурдона, капсулу или сильфон, которые приводят в движение рычаг стеклоочистителя, обеспечивая относительно нормальные измерения давления.

В индуктивных датчиках давления

используется линейный регулируемый дифференциальный трансформатор (LVDT) для изменения степени индуктивной связи, которая возникает между первичной и вторичной обмотками трансформатора.

В емкостных датчиках давления

используется диафрагма, которая отклоняется под действием приложенного давления, что приводит к изменению значения емкости, которое затем может быть откалибровано для получения показаний давления.

Пьезоэлектрические датчики давления основаны на способности таких материалов, как керамика или металлизированный кварц, генерировать электрический потенциал, когда материал подвергается механической нагрузке.

Датчики давления с тензометрическим датчиком

основаны на измерении изменения сопротивления, которое происходит в таком материале, как кремний, когда он подвергается механическому воздействию, известному как пьезорезистивный эффект.

Датчики давления с переменным сопротивлением используют диафрагму, которая находится в магнитной цепи. Когда к датчику прикладывается давление, отклонение диафрагмы вызывает изменение сопротивления контура, и это изменение можно измерить и использовать в качестве индикатора приложенного давления.

Типы датчиков давления

С помощью датчика давления можно выполнять измерения давления для определения диапазона различных значений и различных типов давления в зависимости от того, выполняется ли измерение давления относительно атмосферы, условий вакуума или других эталонных уровней давления. Датчики давления — это инструменты, которые можно спроектировать и настроить для определения давления по этим параметрам. Датчики абсолютного давления предназначены для измерения давления относительно вакуума, и они разработаны с эталонным вакуумом, заключенным внутри самого датчика. Эти датчики также могут измерять атмосферное давление. Аналогичным образом датчик избыточного давления определяет значения, относящиеся к атмосферному давлению, и часть устройства обычно находится в условиях окружающей среды. Это устройство можно использовать для измерения артериального давления.

Важным аспектом промышленных процессов определения давления является сравнение нескольких уровней давления. Датчики перепада давления используются для этих приложений, которые могут быть сложными из-за наличия как минимум двух различных давлений на одной механической конструкции.Датчики перепада давления имеют относительно сложную конструкцию, потому что они часто необходимы для измерения мельчайших перепадов давления при больших статических давлениях. Принципы трансдукции и механического измерения давления являются общими для большинства стандартных датчиков давления, независимо от их категории как приборы для измерения дифференциального, абсолютного или манометрического давления. Ниже мы рассмотрим наиболее распространенный тип датчиков давления.

Датчики барометра-анероида

Барометр-анероид состоит из полого металлического корпуса, который имеет гибкие поверхности сверху и снизу.Каков принцип работы датчика барометрического давления? Изменения атмосферного давления заставляют этот металлический корпус менять форму, а механические рычаги усиливают деформацию, чтобы обеспечить более заметные результаты. Уровень деформации также можно повысить, изготовив датчик в сильфонной конструкции. Рычаги обычно прикреплены к циферблату со стрелкой, который переводит деформацию под давлением в масштабированные измерения или на барограф, который регистрирует изменение давления во времени. Датчики-анероидные барометры компактны и долговечны, в их работе не используется жидкость.Однако масса элементов измерения давления ограничивает скорость реакции устройства, что делает его менее эффективным для проектов измерения динамического давления.

Датчики манометра

Манометр — это датчик давления жидкости, имеющий относительно простую конструкцию и более высокий уровень точности, чем у большинства барометров-анероидов. Он выполняет измерения, регистрируя влияние давления на столб жидкости. Наиболее распространенной формой манометра является U-образная модель, в которой давление прикладывается к одной стороне трубки, вытесняя жидкость и вызывая падение уровня жидкости на одном конце и соответствующее повышение на другом.Уровень давления обозначается разницей в высоте между двумя концами трубки, и измерение проводится по шкале, встроенной в устройство.

Точность считывания можно повысить, наклонив одну из ножек манометра. Также можно прикрепить резервуар для жидкости, чтобы сделать уменьшение высоты одной из ножек незначительным. Манометры могут быть эффективны в качестве манометрических датчиков, если одна ветвь U-образной трубки выходит в атмосферу, и они могут работать как дифференциальные датчики, когда давление прикладывается к обеим ногам.Однако они эффективны только в определенном диапазоне давления и, как и барометры-анероиды, имеют низкую скорость отклика, что неадекватно для измерения динамического давления.

Датчики давления с трубкой Бурдона

Хотя они работают в соответствии с теми же основными принципами, что и анероидные барометры, в трубках Бурдона вместо полой капсулы используется спиральный или С-образный чувствительный элемент. Один конец трубки Бурдона зафиксирован в соединении с давлением, а другой конец закрыт.Каждая трубка имеет эллиптическое поперечное сечение, которое заставляет трубку выпрямляться при приложении большего давления. Инструмент будет продолжать выпрямляться до тех пор, пока давление жидкости не сравняется с упругим сопротивлением трубки. По этой причине разные материалы трубок связаны с разными диапазонами давления. Зубчатый механизм прикреплен к закрытому концу трубки и перемещает указатель по шкале с градуировкой для получения показаний. Устройства с трубкой Бурдона обычно используются в качестве датчиков избыточного давления и дифференциальных датчиков, когда две трубки соединены с одним указателем.Как правило, спиральная трубка более компактна и обеспечивает более надежную работу, чем С-образный чувствительный элемент.

Вакуумные датчики давления

Давление вакуума ниже атмосферного, и его может быть сложно обнаружить механическими методами. Датчики Пирани обычно используются для измерений в диапазоне низкого вакуума. В основе этих датчиков лежит нагретый провод, электрическое сопротивление которого зависит от температуры. Когда вакуумное давление увеличивается, конвекция уменьшается, а температура проволоки повышается.Электрическое сопротивление увеличивается пропорционально и калибруется по давлению, чтобы обеспечить эффективное измерение вакуума.

Ионные датчики или датчики с холодным катодом обычно используются для приложений с более высоким вакуумом. В этих инструментах используется нить накала, которая генерирует электронную эмиссию. Электроны переходят на решетку, где они могут сталкиваться с молекулами газа, вызывая их ионизацию. Устройство для сбора заряженных частиц притягивает заряженные ионы, и количество накапливаемых им ионов прямо соответствует количеству молекул в вакууме, что обеспечивает точное считывание давления в вакууме.

Герметичные датчики давления

Герметичные датчики давления используются, когда необходимо получить измерение давления относительно эталонного значения (например, атмосферного давления на уровне моря), но когда невозможно открыть датчик непосредственно для этого эталонного давления. Например, на подводных транспортных средствах герметичный датчик давления может использоваться для определения глубины транспортного средства путем измерения давления окружающей среды и сравнения его с атмосферным давлением, имеющимся в герметичном устройстве.

Технические характеристики датчика давления

Датчики давления

обычно имеют размеры и характеристики, определяемые несколькими общими параметрами, которые показаны ниже. Обратите внимание, что спецификации для этих устройств могут отличаться от производителя к производителю, а также обратите внимание, что спецификации могут отличаться в зависимости от конкретного типа датчика давления, который поставляется. Базовое понимание этих спецификаций упростит процесс поиска или определения одного из этих датчиков.

  • Тип датчика — отражает тип давления, на которое рассчитан датчик. Это может включать абсолютное давление, сложное давление, дифференциальное давление, манометрическое давление или вакуумное давление.
  • Диапазон рабочего давления — обеспечивает диапазон давлений, в котором датчик может работать и генерировать выходной сигнал.
  • Максимальное давление — абсолютное максимальное значение давления, при котором устройство может надежно функционировать, не повредив датчик.Превышение максимального давления может привести к отказу устройства или неточному выходному сигналу.
  • Полная шкала — это разница между максимальным давлением, которое может измерять датчик, и нулевым давлением.
  • Тип выхода — описывает общий характер характеристик выходного сигнала датчика давления. Примеры включают аналоговый ток, аналоговое напряжение, частоту или другие форматы.
  • Выходной уровень — диапазон выходного сигнала, например 0-25 мВ, связанный с датчиком давления в пределах его рабочего диапазона. Для выходных электрических сигналов это обычно будет диапазон милливольт или вольт, либо диапазон выходного тока в миллиамперах.
  • Точность — мера отклонения измерения между уровнем давления, определенным выходным сигналом датчика, и истинным значением давления. Точность часто выражается как диапазон единиц давления +/- (например, фунты на квадратный дюйм или миллибар) или как ошибка +/- в процентах. Точность датчиков давления обычно определяется по прямой, наилучшим образом подходящей для значений выходных сигналов по отношению к различным показаниям приложенного давления.
  • Разрешение — представляет собой наименьшую разницу в выходном сигнале, которую может различить датчик.
  • Дрейф — мера постепенного изменения откалиброванного состояния датчика с течением времени.
  • Напряжение питания — величина источника напряжения, необходимого для питания датчика давления, измеряется в вольтах, чаще всего выражается как допустимый диапазон входного напряжения.
  • Диапазон рабочих температур — крайние значения температуры (высокие и низкие), при которых датчик рассчитан на надежную работу и выдачу выходного сигнала.

Применение датчиков давления

Датчики давления

находят широкое применение в ряде рынков, включая медицину, общепромышленность, автомобилестроение, HVAC и энергетику, и это лишь некоторые из них. Важно понимать, что, хотя эти устройства измеряют давление, их можно использовать для выполнения других важных измерений, поскольку существует взаимосвязь между зарегистрированным давлением и значением этих других параметров.

Некоторые примеры использования датчика давления приведены ниже:

  • В автомобильных тормозных системах датчики давления могут использоваться для обнаружения неисправностей в гидравлических тормозах, которые могут повлиять на их работоспособность.
  • В автомобильных двигателях используются датчики давления для оптимизации топливно-воздушной смеси при изменении условий движения и для контроля уровня давления масла в работающем двигателе.
  • Датчики давления в автомобилях могут использоваться для обнаружения столкновений и активации устройств безопасности, таких как подушки безопасности.
  • В аппаратах ИВЛ датчики давления используются для контроля давления кислорода и для контроля смеси воздуха и кислорода, подаваемой пациенту.
  • Гипербарические камеры используют датчики давления для отслеживания и контроля давления, прикладываемого в процессе лечения.
  • Датчики давления используются в приборах для спирометрии, которые измеряют объем легких пациентов.
  • Автоматизированные системы доставки лекарств, которые вводят лекарство пациенту в виде внутривенных жидкостей, используют датчики давления для доставки нужной дозы в правильное время суток.
  • В системах HVAC датчики давления могут использоваться для контроля состояния воздушных фильтров. Поскольку фильтры забиваются твердыми частицами, перепад давления на фильтре возрастает и может быть обнаружен.
  • Скорость воздушного потока можно контролировать с помощью датчиков давления, так как скорость воздушного потока пропорциональна разности давлений.
  • В промышленных процессах датчики давления могут обнаруживать засорение фильтра в технологическом потоке, оценивая разницу между давлением на входе и выходе.
  • Уровни жидкости в резервуаре можно эффективно контролировать с помощью датчиков давления, размещенных на дне резервуара. По мере того, как уровень жидкости в резервуаре уменьшается, давление напора (обусловленное весом объема жидкости над датчиком) также уменьшается.Это измерение является прямым индикатором количества жидкости в резервуаре и не зависит от формы резервуара, а зависит исключительно от высоты жидкости. Здесь датчики давления представляют собой альтернативу другим видам датчиков уровня жидкости.
  • Улучшенное местоположение GPS обеспечивается датчиками давления. Измерение высоты может быть сделано путем определения барометрического давления из-за взаимосвязи между барометрическим давлением и высотой в атмосфере.
  • В высокоэффективных стиральных машинах могут использоваться датчики давления для определения объема воды, который необходимо добавить для очистки партии грязной одежды, тем самым максимально используя природные ресурсы.
  • Датчики давления используются в носимых устройствах для наблюдения за пациентами и пожилыми людьми в условиях проживания с обслуживанием, обнаружения, когда могло произойти падение, и уведомления персонала или члена семьи. Измеряя небольшие изменения давления воздуха порядка 2 миллибар, эти датчики могут обнаруживать изменение высоты на расстоянии порядка 10 см.

Сводка

В этой статье представлен обзор датчиков давления, включая их описание, типы, основные характеристики и примеры применения.Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг.

Источники:
  1. https://www.avnet.com/
  2. https://www.variohm.com/news-media/technical-blog-archive/working-principle-of-a-pressure-sensor
  3. https://www.hbm.com/
  4. https://www. te.com/usa-en/products/sensors/pressure-sensors/pressure-transducers/pressure-sensor-vs-transducer-vs-transmitter.HTML
  5. https://allsensors.com/applications/medical-pressure-sensor-applications
  6. https://meritsensor.com/applications/

Датчики прочие изделия

Прочие «виды» статей

Больше от Instruments & Controls

Что такое датчик давления?

Датчик давления — это электронное устройство, которое определяет, регулирует или отслеживает давление и преобразует воспринимаемые физические данные в электронный сигнал. Давление определяется как величина силы (оказываемой жидкостью или газом), приложенной к единице «площади» (P = F / A), а традиционной единицей давления является Паскаль (который составляет один Ньютон на квадратный метр). .В датчиках давления часто используется пьезоэлектрическая технология, поскольку пьезоэлектрические элементы выделяют электрический заряд, пропорциональный напряжению (вызванному давлением), которое они испытывают.

Существует три основных типа датчиков давления, каждый из которых измеряет различные типы давления. Датчики избыточного давления измеряют давление относительно окружающего атмосферного давления. Это означает, что показания полностью зависят от давления воздуха вокруг датчика. На него также влияют такие переменные, как погода и высота.Когда датчик манометра испытывает давление выше атмосферного, считается, что он имеет положительное давление. Если давление ниже атмосферного, это отрицательное давление. Датчики избыточного давления обычно используются для определения уровня жидкости в резервуаре.

Второй тип, датчики абсолютного давления, измеряют давление относительно абсолютного нулевого давления (или вакуума). Это позволяет проводить чрезвычайно точные измерения давления, поскольку его показания относятся к отсутствию давления, а не к изменяющемуся атмосферному давлению.Датчики абсолютного давления часто используются в качестве высотомеров и барометров для измерения атмосферного давления. Они также используются для обнаружения утечек в герметичных контейнерах.

Бесплатная рассылка

Понравилась статья? Подпишитесь на FierceSensors!

Индустрия датчиков постоянно меняется, поскольку инновации определяют тенденции рынка. Подписчики FierceSensors полагаются на наш пакет информационных бюллетеней как на обязательный к прочтению источник последних новостей, разработок и аналитических материалов, влияющих на их мир.Зарегистрируйтесь сегодня, чтобы получать новости о датчиках и обновления прямо на ваш почтовый ящик.

Схема датчика перепада давления. Источник: First Sensor

Датчик давления третьего типа, дифференциальные датчики, используют два разных порта давления и измеряют разницу давления относительно друг друга. Датчики перепада давления в основном используются для определения разницы давлений в трубах и водопроводах, а также для контроля систем фильтрации.

Датчики давления также используются в автомобилях (для определения давления в шинах или давлении сгорания в двигателе, на заводах (для регулирования пара или воды в машинах) и самолетах (для определения высоты и атмосферных условий).

В чем разница между датчиком давления и датчиком давления?

Преобразователь давления? Датчик давления? Датчик давления? Реле давления? При поиске устройств, которые работают с давлением, вы встретите множество терминов, которые могут сбить с толку кого-то, кто плохо знаком с космосом. Что они собой представляют и чем отличаются друг от друга?

Датчики давления

Датчик давления — это элемент измерительной системы, на который напрямую влияет явление, тело или вещество, несущее величину, которую необходимо измерить, например, в данном случае давление.Например: трубка Бурдона механического манометра. Давление от процесса, с которым соединена трубка Бурдона, нагружает материал, напряжение заставляет трубку деформироваться и раскручиваться, изменяя положение стрелки на циферблатном индикаторе.

Датчик давления

Преобразователь — это устройство, используемое при измерении, которое обеспечивает выходную величину, имеющую заданное отношение к входной величине. Например: тензодатчик, значение сопротивления которого изменяется пропорционально деформации, которую он испытывает, и они обычно используются в преобразователях давления в качестве датчиков. элемент.При настройке в качестве моста из точильного камня это преобразование напряжения в изменение сопротивления можно использовать для создания выходного дифференциального напряжения.

JCGM 200: 2012 не имеет определения передатчика. Тем не менее, во многих отраслях промышленности передатчиком называют устройство, которое преобразует электрический сигнал низкого уровня от датчика или преобразователя в более высокий уровень или более сложный сигнал, такой как 4-20 мА или цифровой выход. Эти выходы могут передавать на большие расстояния. Некоторые передатчики могут предоставлять дополнительные данные об устройстве или измеряемом процессе в рамках обмена данными.

И окончательный результат …

Вышеупомянутые устройства похожи в том, что они выдают непрерывный сигнал, значения которого связаны с величиной давления, которое устройство измеряет. Последняя категория устройства, реле давления, изменяется только при превышении установленных пороговых значений давления. Как только давление пересекает установленное значение, переключатель размыкает или замыкает цепь. Установленные значения могут указывать, когда давление в системе упало до низкого, например, в системе давления масла в автомобиле, включать индикатор контрольного масла или указывать, когда давление может достигать небезопасных высоких значений, подавать сигнал тревоги для активации вентиляции чтобы сбросить избыточное давление.Техническое обучение Техническое обучение

Что такое датчик давления?

Что такое датчик давления?

Датчик давления — это устройство или прибор, который может измерять давление в газах или жидкостях.Датчик давления состоит из чувствительного к давлению элемента, который может определять прикладываемое давление, и компонентов для преобразования информации в выходной сигнал. Датчик давления генерирует сигнал на основе измерения приложенного давления.

Датчики, преобразователи и переключатели давления

Есть разные типы датчиков давления. Датчики давления — также называемые датчиками давления и реле давления.

Реле давления — Реле давления не показывает фактическое давление; они предназначены для замыкания или размыкания контакта при достижении желаемого диапазона давления.Реле давления хорошо известны своим быстрым срабатыванием. Они надежны и предлагают долгий срок службы. Реле давления часто имеют небольшие размеры и более низкую стоимость, чем другие устройства измерения давления.

Датчики давления — Датчики давления предоставляют обратную связь о фактическом давлении в системе через аналоговый или цифровой выход. Датчики давления, как правило, дороже реле давления, но они более надежны и прочны. Датчики давления способны выдерживать суровые условия окружающей среды и устойчивы к воде и грязи. Датчики давления подходят для других промышленных приложений и транспортных средств, предлагая отличную точность и высокую прочность.

Для чего используются датчики давления? Датчики давления

используются во многих отраслях промышленности, в том числе:

· Системы охранной сигнализации

· Уровни воды в приборах

· Кофеварки

· Аппараты дыхательные медицинские

· Робототехника

· Автоматика

· Холодильные системы

· Внедорожная конструкция

· Применение в сельском хозяйстве

· Контроль уровня кислорода

· Промышленная гидравлика

Датчики давления от Variohm Датчики давления

являются частью нашего ассортимента продукции и одной из самых популярных категорий.В Variohm мы можем предложить реле давления , преобразователи давления и комбинированные преобразователи давления и температуры .

У нас есть собственная линейка датчиков давления — серия EPT. Большая часть этого диапазона не имеет внутренних уплотнительных колец, что означает, что они могут обеспечить еще более высокую точность и даже более длительный срок службы. Доступен ряд вариантов конструкции и технических характеристик, включая различные конфигурации портов, диапазоны давления, выходные сигналы и электрические интерфейсы.

Наша собственная линейка комбинированных датчиков давления и температуры была разработана для использования в основном в автоспорте. Они идеально подходят для приложений с ограниченным пространством, поскольку они измеряют две переменные одним датчиком. Различные конструкции предлагают внутренние или внешние датчики температуры.

Связанные сообщения в блоге

· Датчик давления

· Принцип работы датчика давления

· Что такое реле давления

· Выбор датчика давления для промышленного применения

· Что такое перепад давления

Датчики давления для любого применения

От медицинских, климатических и промышленных приложений до решений для автомобильной промышленности — сегодня диапазон применения современных датчиков давления охватывает практически любую область, где применяются высокие технологии. Это часто требует индивидуальных решений для конкретных клиентов. Наш разнообразный и всесторонний опыт применения делает First Sensor идеальным оборудованием для модернизации ваших систем с помощью новейших, специально разработанных технологий измерения давления.

Наше внимание всегда уделяется вашим требованиям. Это позволяет нам обеспечивать широкий спектр отраслей промышленности индивидуальными решениями — от высокопроизводительных платформенных датчиков давления для пневматики и гидравлики и автоматизации промышленных объектов до специальных конструкций для узкоспециализированных приложений в медицинской технике.

Запрос продукта

Высокоточные датчики и преобразователи давления для воздуха, газов и жидкостей


Пьезорезистивные датчики давления

Наши пьезорезистивные датчики давления для воздуха и газов (на основе печатных плат) основаны на пьезорезистивном принципе измерения. Четыре электрических резистора соединены как измерительные мосты на кремниевой мембране сенсора.

Характеристики:

  • Диапазоны давления : 0.От 25 мбар до 10 бар
  • Диапазон температур : от -20 ° C до +85 ° C
  • Общая точность : лучше 0,5%
  • Аналоговые и цифровые выходные сигналы : i 2 C и SPI

Датчики давления

В датчиках давления для жидкостей мы используем ячейки для измерения давления из керамики или нержавеющей стали. Это обеспечивает долгий срок службы даже в различных агрессивных средах.

Характеристики:

  • Диапазон измерения : от 100 мбар до 400 бар
  • Диапазон температур : от -40 ° C до +85 ° C
  • Степень защиты : до IP 67
  • Многие присоединения к процессу (NPT и UNF)

В медицине и системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха высокочувствительные датчики сверхнизкого перепада давления на основе расхода от 25 Па дополняют наш ассортимент продукции.

Принцип работы наших датчиков дифференциального давления для очень низкого давления и высокой чувствительности:


Наш обширный ассортимент датчиков позволяет измерять абсолютное и дифференциальное давление с точностью до миллибара.

Помимо рентабельности, наши разработки датчиков характеризуются гибкостью, ориентированной на клиента.

При выборе подходящего датчика давления важно знать требуемый диапазон давления и тип физического измерения.Это также позволяет комбинировать датчики давления, клапаны и другие датчики в точно настроенные сенсорные системы — например, в медицинских устройствах для вентиляции, анестезии, диализа и инфузии или для лечения апноэ во сне.

Подробнее об использовании датчиков давления в медицинской технике

В тесном сотрудничестве с нашими клиентами мы реализуем решения, отвечающие высочайшим индивидуальным требованиям — и это на любой стадии разработки: от чистых датчиков до адаптированных компонентов и узкоспециализированных разработок для компаний по всему миру.


First Sensor Датчики давления и преобразователи давления для всех отраслей и приложений

Вам нужны датчики дифференциального давления небольших размеров или с высокой точностью? Ориентируется ли заказчик на определенные типы форматов сигналов и интерфейсов? Или датчик будет подвергаться воздействию суровых условий окружающей среды? Вы хотите создать полную инфраструктуру из разных датчиков? У First Sensor есть подходящее решение для вас.





Экологическая инженерия

Датчики повышают безопасность и сокращают эксплуатационные расходы — явное конкурентное преимущество! Метеостанции, регистраторы данных, системы измерения высоты, гидрология, топливные элементы, заводы по производству биомассы и т. Д.


Измерительная техника и аналитика

Обнаружение утечек, газоизмерительное оборудование, а также приборы медицинской диагностики и биологического анализа.



Датчики давления — от стандартных до специализированных

Благодаря нашему межотраслевому ноу-хау, First Sensor открывает вам беспрецедентный диапазон возможностей для реализации даже самых сложных и требовательных приложений.Изначально вы можете выбрать один из трех вариантов:

  • Никаких настроек : Вы выбираете нашу обширную, испытанную и проверенную стандартную линейку датчиков давления.
  • Незначительные настройки : Вы приобретаете у нас датчики давления и заставляете нас откалибровать и запрограммировать датчики из нашего стандартного портфеля продуктов специально для желаемого диапазона давления.
  • Индивидуальное решение : Вы заказываете полную частную разработку — от концепции и первоначального подтверждения концепции до разработки прототипа и серийного производства.

Наши специалисты всегда реализуют требования с учетом всех соответствующих стандартов и стандартов качества, всегда точно с учетом рынков, на которых работают соответствующие клиенты — например, с диапазоном давления от вакуума до высокого давления, с индивидуальными цифровыми и аналоговыми интерфейсы и порты давления, определяемые заказчиком.


First Sensor Датчики давления и преобразователи давления — решающие преимущества качества

Современные датчики давления должны не только работать точно в течение длительного времени, но и выдерживать широкий диапазон нагрузок.Мобильные приложения, например, часто требуют особо прочной конструкции и одновременного усиления аналоговых и цифровых выходных сигналов.

Эксперты

First Sensor знают из давних отношений с клиентами, что важно с точки зрения разработки и внедрения датчиков давления. Наши решения на основе печатных плат обеспечивают долгосрочную стабильность и точность даже в самых сложных условиях.


Вот как клиенты получают выгоду от датчиков давления First Sensor:

  • Межотраслевой опыт : First Sensor понимает специфические требования приложений в широком спектре отраслей и может быстро предоставить современные и индивидуальные решения.
  • Обеспечение качества : Вся разработка и производство датчиков давления, сенсорных элементов и компонентов осуществляется непосредственно на предприятии First Sensor.
  • Упаковка : First Sensor предлагает уникальное межотраслевое ноу-хау в области датчиков давления, ориентированный на применение выбор оптимальных материалов, а также упаковку интегральных схем для всех компонентов.
  • Калибровка : Точная характеристика измерений (измерение давления, температуры, стабильности, электрических параметров) и калибровка датчиков давления для необходимого диапазона давления и температуры.
  • Долговечность и стабильность : Благодаря индивидуальному выбору обрабатываемых материалов датчики давления First Sensor работают точно и надежно в долгосрочной перспективе.
  • Быстрая доступность : Наши гибкие производственные мощности и сложные логистические процессы гарантируют быстрое предоставление нашей продукции.
Узнайте больше об интегрированных производственных услугах First Sensor

Хотите узнать больше о различных перспективах, которые могут предложить вам инновационные, надежные и долговечные сенсорные решения First Sensor? Связаться с нами!


Запрос продукта

Датчик давления — WIKA USA

Определение датчика давления

Датчик давления преобразует физическую величину «давление» в сигнал промышленного стандарта.Он предлагает стандартизованный интерфейс и часто называется датчиком давления или датчиком давления.

Варианты

Вы можете иметь датчик давления WIKA во многих вариантах: доступно около 176 диапазонов измерения от 0,36 до 200 000 фунтов на квадратный дюйм в основных международных единицах, таких как манометрическое давление, абсолютное давление и вакуум, а также как составные диапазоны. В нашем портфолио более 14 выходных сигналов, включая ряд сигналов тока и напряжения, а также сигналов RS232 и шины.Из 18 электрических соединений можно выбрать различные разъемы и различные кабели. В ассортименте из 34 штуцеров под давлением вы найдете международно признанные типы резьбы, а также соединения для промывки. Кроме того, наш широкий спектр дополняет бесконечное количество опций. Среди них вы найдете различную точность, демпфирование скачков давления, конструкции для специальных сред и особых условий окружающей среды и многое другое.

Выбор

Вы можете сами найти подходящий датчик давления из категорий ниже.

Мы будем рады проконсультировать вас в выборе и рассмотреть индивидуальные решения для вас.

Для промышленного применения

В ассортименте WIKA вы найдете широкий выбор датчиков давления для общепромышленного применения. Они доступны во множестве признанных во всем мире дизайнов:

  • многочисленные диапазоны измерения манометрического, абсолютного и вакуума
  • с точностью до 0,125% BFSL
  • стандартные сигналы для тока и напряжения, e.грамм. 4… 20 мА и 0… 10 В
  • различные варианты разъемов и кабелей
  • все соединения под давлением международного образца

Модель A-10 наиболее часто используется в промышленности. Датчик давления премиум-класса S-20 разработан для критических, высоких и тяжелых условий эксплуатации. В больших количествах O-10 предлагает оптимальное решение.


С особенностями

Высокое и низкое давление

При высокодинамичном давлении до 200000 фунтов на квадратный дюйм используется модель HP-2, а датчик давления SL-1 подходит для самых маленьких диапазонов измерения до 0… 0,36 фунта на кв. Дюйм.

Наивысшая точность

Для приложений с высочайшей точностью P-30 предлагает точность до 0,05% (полная шкала).

Цифровые выходные сигналы

Высокая степень защиты IP

Даже для самых суровых условий WIKA может предложить соответствующее электрическое соединение, например, погружной преобразователь давления LF-1 для постоянного погружения в жидкости или датчик давления S-20 в полевом футляре.

Промывка присоединений к процессу

Датчик давления S-11 с промывочным присоединением к процессу был разработан специально для измерения высоковязких и кристаллизующихся сред.

Сертификаты Ex

Для применения во взрывоопасных зонах с типом взрывозащиты «искробезопасный» рекомендуется IS-3. Тип защиты от воспламенения «взрывозащищенный» соответствует E-10.


Для избранных рынков

Рынки мобильной гидравлики или холодильного оборудования предъявляют особые требования к приборам для измерения давления. Для них вы также найдете подходящий инструмент на WIKA:

.

Применения для охлаждения и кондиционирования воздуха

Наши датчики давления для систем охлаждения и кондиционирования воздуха обладают исключительной стойкостью к большинству хладагентов.Для самых высоких требований рекомендуется модель R-1. Благодаря конструкции из нержавеющей стали с монолитной конструкцией отпадает необходимость в использовании уплотнений на технологической стороне.

Мобильная гидравлика

Долговечность и надежность — отличительные черты датчиков давления для мобильной гидравлики. Устойчивость к ударам и вибрации, устойчивость к скачкам давления (система CDS) и степень защиты от проникновения до IP 69K делают датчик давления модели MH-3 особенно подходящим для тяжелых условий эксплуатации в мобильной гидравлике.

Медицинские газы

Датчик давления модели MG-1 был разработан специально для измерения давления медицинских газов и кислорода. В соответствии с международными директивами доступны разные уровни чистоты, разная упаковка и разная маркировка инструментов.

Компрессоры

Высокие требования, предъявляемые к надежности датчика давления, например, при контроле фильтра в винтовых, поршневых и турбокомпрессорах, модель C-2 без проблем удовлетворяет.Этот датчик давления отличается высокой устойчивостью к вибрации и деталями, контактирующими со средой, которые подходят для сжатого воздуха и смазочного масла.

Санитарные приложения

Конструкция датчика давления сталкивается с особыми проблемами в санитарных применениях в пищевой промышленности, производстве напитков, биотехнологических процессах, а также в фармацевтической и косметической промышленности. Датчик давления модели SA-11 и реле давления модели PSA-31 особенно подходят для особых условий процессов очистки CIP / SIP, таких как химическая устойчивость к очищающим жидкостям и высоким температурам.


Свяжитесь с нами

Хотите получить дополнительную информацию? Напишите нам:

Как работает датчик давления?

Omega — надежный источник датчиков давления и тензодатчиков, обеспечивающих получение высококачественных данных по множеству процессов. Чтобы датчики давления и датчики веса предоставляли информацию, которую ищут наши клиенты, давление или сила этого процесса должны достигать чувствительного элемента. Чувствительный элемент реагирует на силу или давление процесса, создавая выходной сигнал, который может интерпретироваться устройством считывания или устройством сбора данных.Таким образом, чувствительный элемент является сердцем преобразователя или тензодатчика.

Теория системы измерения давления

Система измерения давления состоит из чувствительного элемента с прикрепленными к нему четырьмя тензодатчиками. Тензодатчики сконфигурированы в виде моста Уитстона, где все 4 резистора (обозначенные R1 — R4 на рисунке 2) равны и изменяются на равную величину пропорционально при приложении напряжения. Чем больше сила или напряжение (вход), тем больше выход.Устройство моста Уитстона требует 4 провода для подключения, положительного и отрицательного возбуждения, а также положительного и отрицательного выхода датчика.

Типичный датчик давления работает, создавая выходной сигнал тензометрического датчика, когда происходит отклонение диафрагмы. В зависимости от технологии тензодатчика выходная мощность может варьироваться от 1 до 3 милливольт на вольт (мВ / В) до 10–30 мВ / В. Чтобы рассчитать выходную мощность в полном масштабе, вы должны умножить выходную мощность датчика на напряжение, используемое для питания устройства.Например, для датчика 3 мВ / В, если мы использовали 10 В постоянного тока в качестве напряжения возбуждения, мы ожидали бы получить 3 мВ / В x 10 В = 30 мВ на полной шкале.

Рисунок 1.
Рисунок 2.
Рисунок 3.
Типичная реакция диафрагмы при приложении давления.

Примеры

Хорошим примером того, как работает датчик давления, является датчик давления PX4600. Давление технологического процесса, которое заказчик пытается измерить, будет подводиться к элементу диафрагмы через порт доступа.Давление вызовет отклонение диафрагмы, нагружая мост Уитстона на другой стороне диафрагмы и создавая выходной сигнал мВ / В. Затем этот милливольтный сигнал считывается устройством, способным принимать милливольтный сигнал, или передается в усилитель или формирователь сигнала для дальнейшей обработки сигнала.

PX409-USBH имеет разъем USB на конце кабеля для прямого ввода в портативный компьютер. Бортовая электроника преобразует сигнал в удобный, простой в использовании протокол связи.Воспользуйтесь нашим бесплатным программным обеспечением, которое доступно на нашем веб-сайте. Устройство можно подключить к ноутбуку, который будет отображать и собирать данные, одновременно обеспечивая питание самого датчика.

Рисунок 6.
DPG409 Цифровой манометр DPGM409 использует цифровой выход в версиях с беспроводным передатчиком. Это позволяет получать показания с удаленной прямой видимости без необходимости прокладывать сигнальный провод. Беспроводной приемник будет принимать этот сигнал и отображать или записывать данные.

Категории датчиков

Рис. 7. без усиления
Большинство тензодатчиков имеют выходной сигнал без усиления. Неусиленные выходы распространены в устройствах, которые слишком малы для оснащения электроникой формирования сигнала, или где окружающая среда слишком экстремальна для электроники.

Это относится к продуктам PX1004, PX1005 и PX1009, которые не имеют усиления из-за очень высоких и очень низких рабочих температур, в которых они предназначены для работы.Датчики без усиления имеют довольно короткую дальность передачи, обычно не более 6,1–9,1 м (20–30 футов). Это потому, что сила сигнала очень мала. Это также делает их восприимчивыми к электромагнитному шуму из окружающей среды.

Если вы хотите узнать больше об измерении давления высокотемпературных сред, прочтите эту статью.

Рис. 8. Датчики с усилением Датчики с усилением
используют внутреннюю электронику преобразования сигнала для создания более сильного сигнала.Это делает их менее восприимчивыми к окружающему шуму и позволяет преодолевать большие расстояния до принимающих устройств. Датчики с внутренними усилителями имеют меньший диапазон рабочих температур из-за температурных ограничений электроники формирования сигнала внутри датчика.

Датчики с токовым выходом могут посылать усиленный сигнал на расстояние до 304,8 м (1000 футов) и при этом обеспечивать высокую точность. Как правило, датчики на выходе по напряжению могут поддерживать точность до 30,5 м (100 футов).

Цифровой
Третий тип датчика, классифицируемый по выходу, — это датчик цифрового выхода.Этот тип выхода может обеспечить самый низкий уровень шума и самые большие доступные расстояния передачи. Доступен ряд стилей связи, например DPGM409 и PX409-USBH или устройства RS485.

Соображения по точности

Рисунок 9. Типовая калибровка по 5 точкам
.

Общий диапазон ошибок
Это максимальное отклонение диапазона для любого выхода с учетом всех определенных источников погрешности, таких как вибрация, температура или влажность.Выражается в процентах от номинальной мощности.

Рис. 10. Статическая точность

Объединенные эффекты линейности, гистерезиса и повторяемости. Статическая точность выражается как ±% от диапазона и относится к BSL. Диапазон статической погрешности является хорошим показателем точности, которую можно ожидать от датчика давления или тензодатчика при постоянной температуре.

BSL (Лучшая прямая линия)
BSL — максимальное отклонение ошибки от базовой линии, разделенное пополам.Чтобы определить эту линию, выходы от нуля и полной шкалы используются для создания линии. Остальные точки данных измеряются на основе расстояния от этой линии. Лучшая прямая линия — это линия, которая имеет тот же наклон, что и линия конечной базы, но смещена таким образом, чтобы ошибки равномерно разделялись по обе стороны от BSL. Лучшая прямая линия используется для описания характеристик линейности.

Нелинейность
Это максимальное отклонение калибровочной кривой от прямой, проведенной между выходами без нагрузки и номинальными выходами.Он выражается в процентах от номинальной мощности и измеряется только при увеличении нагрузки давления.

Гистерезис
Гистерезис — это максимальная разница между выходными показаниями для одного и того же приложенного давления при приближении с противоположных сторон. Он определяется путем сравнения выходных данных для значения давления, сначала полученного при приближении к более низкому давлению, а затем при приближении к более высокому давлению. Чем ближе два показания, тем меньше гистерезис. Эту ошибку сложно исправить.

Повторяемость
Максимальная разница между выходными показаниями для повторяющихся нагрузок давлением при одинаковой нагрузке и условиях окружающей среды называется повторяемостью. Чем ближе эти показания, тем выше воспроизводимость. Эту ошибку исправить нельзя.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *