Промышленные датчики давления. Об устройстве и назначении

Вы можете поделиться статьёй в социальных сетях и мессенджерах:

Промышленные датчики давления являются вторыми по широте применения после датчиков температуры.

Сложно обозначить все области, где применяются такие устройства: это производство автомобилей, любые двигатели, компрессоры, водоканалы, пищевое и химическое производство и т.п.

Поэтому на вопрос «где используются датчики давления?» ответ – практически везде.

Нужно учитывать, что указанный параметр не всегда измеряется при помощи именно электронных сенсоров. Манометр – тоже своего рода датчик давления, хоть и в несколько условном виде.

Промышленные датчики давления
Справка. Манометр – устройство, использующее деформацию трубчатой пружины или двухпластинчатой мембраны (что является более эффективным вариантом) для уравновешивания прилагаемой к ним силы. Один конец пружины спаян с держателем, второй передаёт усилие механизму, вращающему стрелку на циферблате.

Манометры часто применяются в различных сферах промышленности и закладываются в проекты. Один из наиболее известных отечественных производителей манометров – компания Росма, занимает весьма значительную часть рынка. Подробней об этой компании можно почитать в другой нашей статье. Если Вам необходима поставка манометров - обратитесь к нашим специалистам.

Однако речь в данной статье пойдёт именно о датчиках, то есть электронных преобразователях, преобразующих физические величины в унифицированный электрический сигнал.

Промышленные датчики давления. Устройство и типы

В качестве сенсора могут использоваться два типа мембран – тензометрические и пьезометрические.

Мембрана, установленная в сенсоре, может либо изменить своё электрическое сопротивление, либо вырабатывает электрический ток под давлением.

Поскольку на мембрану оказывается длительное давление, пьезорезистор постоянно вырабатывает слабый ток, передающийся на расположенный за ней блок электроники, обрабатывающий сигнал с мембраны и передающий его далее на преобразователь. Преобразователь в свою очередь конвертирует полученные данные в унифицированный цифровой сигнал.

Чтобы защитить мембрану сенсора от повреждений, ставят дополнительную высокопрочную мембрану, а пространство между ними заполняют несжимаемой жидкостью, обычно маслом.

Масло может быть техническим (обычно так и бывает), но кроме этого может использоваться и пищевое. Как правило, это является требованием пищевых производств, чтобы в случае повреждения защитной мембраны или корпуса изделия техническое масло не могло попасть в рабочую среду.

В общем можно разделить все промышленные датчики давления на два типа.

Преобразователи относительного давления обычно имеют в области мембраны сенсора связь с атмосферой. Таким образом измерения всегда производятся с поправкой на атмосферу, то есть давление измеряется относительно неё.

датчик давления
Датчик абсолютного давления ТД-10.101b

Преобразователи абсолютного давления герметичны и с атмосферой никак не связаны, таким образом они измеряют прямое давление на мембрану.

Список применений весьма обширен у обоих типов преобразователей, всё зависит от конкретных запросов отдельного производства.

Всё же отметим несколько вариантов. Преобразователи относительного давления являются незаменимыми в области расчёта гидростатического давления, оказываемого столбом жидкости в некой ёмкости.

Если столб жидкости в ёмкости связан с атмосферой, то преобразователь абсолютного давления измерит давление и столба жидкости, и атмосферы, то есть произведёт неадекватные измерения. В таких случаях применяются только относительные преобразователи.

Справка. Иногда датчики относительного давления погружного типа могут назвать датчиком уровня. Это не верно, такие преобразователи называются датчиками гидростатического давления.

Преобразователь дифференциального давления может устанавливаться в герметичных ёмкостях, где к нему подводятся два трубопровода, заполненных несжимаемой жидкостью, обычно маслом.

датчик дифференциального давления
датчик дифференциального давления ТД-12.104b

Трубопроводы отсечены от пространства ёмкости мембранами, на одну из которых давит воздух, на другую жидкость.

Почему нельзя позволить датчику контактировать непосредственно с жидкостью? Разделители необходимы для компенсации резких скачков напряжения мембраны при наполнении или заборе жидкости из ёмкости. Масло обладает достаточной инерцией и позволяет получить более сглаженную характеристику измерений. Не стоит забывать и о банальной защите сложного оборудования от внешней среды.

Конечно, это может порождать и сложности. Например, для монтажа мембранного разделителя придется отправить само устройство на производство таких мембран.

Области применения

Существует большое количество различных применений, использующих специальные типы мембран. Например, мембрана общепромышленного сенсора может быть утоплена в корпус, внешне такой сенсор может иметь резьбу и канал, ведущий к ней. Иногда в него могут устанавливать демпфер для дополнительной амортизации (характерно для измерения давления сжатого воздуха).

Датчик давления общепромышленный
Датчик давления общепромышленный ТД-10.107b

Для пищевой и фармацевтической промышленности не годятся такие конструкции, т.к. они легко и быстро забиваются, нарушая работу прибора. В таких случаях используют промышленные датчики давления с плоской мембраной, как правило из более плотного материала, чем обычно (хотя конструкция остаётся крайне чувствительной, так что не стоит трогать мембрану руками).

В качестве материала для мембран, как и для корпуса, обычно используется нержавеющая сталь. Могут быть использованы и другие материалы, например, керамика – более дешёвый материал, но не обеспечивающий исключительной точности.

датчик давления с плоской мембраной
Датчик давления с плоской мембраной ТД-13.102b

Наиболее распространённая точность датчиков давления – 0.5% и 0.25%. К высокоточным изделиям можно относить приборы с точностью 0.1% и 0.05%, иногда могут встретиться 0.03%. Как правило, любая точность в технических характеристиках прибора даётся при температуре + 25 C. То есть любой преобразователь имеет определённую температурную зависимость.

Для изделий проводится температурная компенсация, проходящая в диапазоне температур от +5 до +80 C. Благодаря такой настройке температурный сдвиг измерений будет не так сильно сказываться. Для некоторых применений характерна компенсация вплоть до 125 C, чтобы повысить эффективность измерений при высоких температурах.

Высокотемпературный датчик давления
Высокотемпературный датчик давления ТД-10.130b

Промышленные датчики давления имеют ещё один очень важный показатель – долговременная стабильность датчика. Данный показатель измеряется в % от ВПИ (верхнего предела измерений) и характеризует отклонение точности измерений от нулевой точки в процессе эксплуатации изделия. Это естественный процесс, избежать его невозможно, а порождаемые им проблемы решаются посредством периодической калибровки изделия.

Промышленные датчики давления также можно разделить по диапазону измерений, то есть ВПИ.

Верхний предел измерений – предельное давление для мембраны преобразователя, исчисляемое в барах.

Конечно, есть и нижний предел измерений, характеризующий минимальное давление для отклика. Как правило он находится в пределах от -1 (вакуум) до 1 бара, но для некоторых редких применений могут производиться изделия с иным НПИ, например, в 10 бар. Такое может понадобится, если на предприятии необходимо измерять очень узкий диапазон давлений.

НПИ -1 бар характерен для вакууметрических сенсоров, служащих для измерения разрежения.

Датчик высокого давления ТД-10133
Датчик высокого давления ТД-10133

Диапазоны делятся по типовым решениям и представляют собой заранее устоявшиеся шаблоны. Например, после 10 кПа может идти 30 кПа, и найти 20, даже если они необходимы, будет непростой задачей.

Стандартной линейкой ВПИ у большинства производителей являются 6, 10, 16, 25 и 100 бар.

Справка. Не все предприятия используют именно бары или атмосферы. На некоторых производствах используют кПа (килопаскали). Это может быть важной деталью, так как конкретный ПЛК может использовать определённые единицы измерений и при их несоответствии может понадобится корректировка.

Присоединение датчиков давления

Здесь нельзя сказать, что есть прочно устоявшиеся типовые соединения, на разных производствах они могут отличаться.

В основном используется резьбовое присоединение.

Для присоединения при помощи газовой резьбы (G) характерны диаметры обычно 1.4 или 1.5 дюйма.

Для метрической резьбы характерны М20×1,5 и М12×1,5.

Для рефрижераторных систем характерны необычные стандарты резьбы. Что делать в случае неподходящего диаметра? Для преобразователей давления выпускается достаточно большое количество переходников из различных материалов. Обычно используется нержавеющая сталь, но может встретиться латунь и другие материалы.

Выходные сигналы

В большинстве случаев промышленные датчики давления используют выходной сигнал 4 ..20 мА или 0 – 10 В, являющиеся наиболее распространённым.

В некоторых случаях могут производится приборы с ратиометрическим выходом.

Такой сигнал отличается зависимостью значения от напряжения питания. Как правило это сигнал в диапазоне 0,5...4,5 В. По сути "0,5...4,5 В" таковы только при стабильном напряжении в 5 В. Если значение напряжения питания изменится, то пропорционально изменится и выходной сигнал.

Электрическое присоединение использует стандарт DIN 650 и DIN 43, встречаются также miniDIN.

Интересно подключение измерителей давления к ПЛК (программируемый логический контроллер), происходящее через замкнутую токовую петлю. Дело в том, что промышленные датчики давления имеют только один положительный аналоговый выход, подключающийся к положительному аналоговому входу ПЛК, после чего положительный выход питания сенсора подключается к питанию.

Промышленные датчики давления
Токовая петля

Таким образом промышленные датчики давления запитываются от своего же выходного сигнала. Данная схема весьма экономична и удобна, но имеет ограничение по мощности в 20 мА.

Иногда в подобную схему устанавливается гальваническая изоляция, представляющая собой модули, разделяющие блок питания для ПЛК и для датчика, что позволяет защитить оборудование от скачков напряжения.

Промышленные преобразователи давления на крупных предприятиях

На крупных промышленных предприятиях можно встретить и иные варианты преобразователей давления. Они более массивные, имеют куда большее разнообразие подключений и иногда поддерживают беспроводную связь и цифровые решения.

Промышленные датчики давления
Датчик давления VegaBar 38

Хорошим примером подобной продукции является компания VEGA, разрабатывающая большое количество решений для наиболее крупных предприятий. На нашем сайте есть статья с подробным описанием продукции этой компании. Вы также можете заказать поставку оборудования VEGA в Россию.

Как купить промышленные датчики давления?

Купить промышленные датчики давления можно, связавшись с нашими специалистами любым удобным Вам способом.

Вы также можете обратиться к разделу нашего каталога, где представлены промышленные датчики давления.

Нажмите на кнопку запроса цены или консультации, чтобы запустить процесс покупки. Также заказать поставку можно, позвонив по телефону +7 (812) 45-40-666, или воспользовавшись корпоративной почтой info@datchiki.com. Наши сотрудники ожидают Ваших заказов на любое представленное оборудование и услуги компании с понедельника по пятницу, с 9.00 до 18.00.

Как любое средство измерения, применяющееся для сложных производственных задач, промышленные датчики давления должны проходить периодическую процедуру поверки или калибровки. Наша компания предлагает услуги по организации поверки, калибровки и занесения в реестр СИ различного оборудования. Мы работаем только с лабораториями, прошедшими государственную аккредитацию.

Также мы оказываем услуги по ремонту и оперативной замене оборудования.

Мы поставляем оборудование по всей территории России и стран Таможенного Союза. В этом нам помогают проверенные компании-грузоперевозчики.


Вы можете поделиться статьёй в социальных сетях и мессенджерах:
Появились вопросы?
Спросите опытного эксперта сейчас и получите варианты решения!
О блоге