Меню

Шкала датчика перепада давления

Разновидности датчиков перепада давления

В процессе эксплуатации сложных и разветвлённых воздуховодов и трубопроводов из-за наличия многочисленных гидравлических сопротивлений и фитингов давление в различных участках сети изменяется. Чаще всего оно падает, что может вызывать технические и экологические проблемы (например, в сетях газораспределения). Своевременно проконтролировать и предупредить подобные явления призваны датчики (или реле) перепада давления.

Зачем необходим мониторинг перепада давлений

Датчик перепада давления, называемый ещё датчиком дифференциального давления, является составной частью различных приборов, которые измеряют поток, скорость и уровень жидкости или газа в промышленных или бытовых процессах. Они крупнее и надежнее, чем полупроводниковые, но концепция та же: измерение разности давлений на диафрагме с использованием тензометрической сети с тонкопленочными резисторами или датчиками дифференциальной емкости.

Измерение расхода и давления является одним из наиболее распространенных приложений для дифференциальных датчиков. Измеряя разницу в давлениях, когда жидкость или воздух транспортируются по трубе, можно рассчитать расход рабочей среды.

Информация о давлении воздуха также позволяет косвенно измерять другие переменные, такие как скорость воздушного потока. Важно отметить, что для любого оборудования, использующего сжатый воздух, существует максимальный безопасный уровень, выше которого поток становится опасным. При внезапном высвобождении воздух может причинить разрушение использующих его устройств. Поэтому датчики давления воздуха так же важны, как узлы управления и коммутации, устанавливаемые в воздухораспределительных сетях. Вот несколько примеров:

  1. Способность сжатого воздуха для передачи высоких уровней энергии является решающей для управления транспортными средствами. Ключевой проблемой при использовании такого рода энергии является безопасность при эксплуатации. Например, для поездов и транспортных средств большой грузоподъемности часто используются пневматические тормоза высокой эффективности и надёжности. Для поддержания их безотказной работы необходимо контролировать уровни давления.
  2. Концентрированные, контролируемые, точные уровни мощности необходимы для таких устройств, как пневматические инструменты, которые используются в современной промышленности.
  3. В медицине системы, обеспечивающие помощь дыханию пациентов, зараженных короновирусом, требуют точных стабильных во времени значений воздушных потоков. То же требование касается пневматических устройств, используемых в стоматологии.
  4. Рекомендуемые значения скоростей воздушного потока существуют для систем вентиляции и кондиционирования, которые устанавливаются в общественных зданиях и на промышленных предприятиях. Если давление и, следовательно, поток упадут ниже идеального, датчики давления воздуха зарегистрируют это изменение, после чего могут быть выполнены корректировки, устраняющие причины неисправности.

Схемы изменения перепада давления воздуха

Основным способом измерения данного параметра считается оценка разности давлений между двумя точками (например, до и после фильтра) в системе подачи или кондиционирования воздуха. С этой целью эффект от перемещающегося по воздуховоду воздуха должен быть преобразован в соответствующий электрический сигнал. Используются следующие разновидности датчиков:

  1. Тензометрические (или резистивные).
  2. Ёмкостные.
  3. Индуктивные.

Тензометрический тип устройства

Принцип действия резистивного датчика основан на следующем. Диафрагма, контактирующая с воздухом, давление которого измеряется, деформируется при увеличении давления. При этом датчики, прикрепленные к бесконтактной поверхности диафрагмы, также деформируются. Пьезорезистивный эффект, при котором сопротивление материала тензодатчика при деформации изменяется, преобразуется в электрический сигнал.

Одна сторона диафрагмы соединена с портом низкого давления, а другая сторона диафрагмы — с портом высокого давления. Диафрагма изгибается и воспринимается преобразователем как электрический сигнал, который пропорционален разности соответствующих показателей потока.

Читайте также:  Если болит почка давления падает

Датчик перепада давления воздуха помещается в корпус, изготовленный из нержавеющей стали или других материалов, имеющих повышенную коррозионную стойкость. Для систем вентиляции это обуславливается необходимостью работы с воздухом, имеющем повышенные показатели относительной влажности. Получаемый электрический сигнал пропускается через встроенный микропроцессор, который выдаёт аналоговый сигнал высокого разрешения (от 4 до 20 миллиампер), либо цифровой сигнал. Конструктивной особенностью такого типа устройств является наличие двух резьбовых портов, предназначенных для «высокого» и «низкого» технологических подключений. При этом верхнее резьбовое отверстие для электрического подключения обычно составляет 24 В постоянного тока.

Аналоговые и цифровые выходные сигналы передаются на управляющую панель, которая снабжается несколькими десятками (или даже сотнями) разъёмов, благодаря чему возможен компьютерный мониторинг текущего состояния прокачки воздуха в различных точках вентиляционной системы.

Ёмкостной тип устройства

Ёмкостной датчик функционирует так. Две ёмкостных контактных пластины отделены друг от друга небольшим зазором. Одна из них неподвижна, а другая, находящаяся в контакте с воздухом, действует подобно гибкой диафрагме. Повышение давления воздуха деформирует диафрагму, что сужает зазор и уменьшает ёмкость. Изменение ёмкости преобразуется в электрический сигнал.

Поскольку датчики емкостного типа некоторое время сравнивают показания текущего давления воздуха относительно предварительно заданных его значений, они работают медленнее резистивных.

Индуктивный тип устройства

В индуктивных датчиках, оценивающих перепад давления, деформация диафрагмы преобразуется в линейное движение ферромагнитного сердечника с использованием принципа индуктивности. Движение сердечника вызывает изменение индуцированного тока, который генерируется катушкой с питанием от переменного тока на другой вторичной измерительной катушке. Это изменение, в свою очередь, преобразуется в электрический сигнал. Работа такого устройства ясна из рисунка.

Индуктивные датчики срабатывают быстрее ёмкостных, но конструктивно сложнее, и нуждаются во внешнем дополнительном питании.

Конструктивные элементы устройства

Независимо от способа преобразования и передачи управляющего сигнала, в дифференциальных датчиках можно выделить следующие части:

  • Первичный элемент, посредством которого создаётся разность давлений. При этом расход воздуха в единицу времени изменяется. Наиболее распространёнными типами первичных элементов являются диафрагма, трубка Вентури, сопло или трубка Пито;
  • Вторичный элемент — собственно датчик, при помощи которого максимально точно фиксируется перепад давлений, создаваемый первичным элементом. В частности, важно, чтобы на измерение такого показателя не влияли изменения свойств воздуха, его температуры или другие параметры, например, температура окружающей среды;
  • Корпус, главное назначение которого — обеспечить максимальную защиту устройства от вредного влияния внешних факторов, в том числе, и длительно действующих (например, влажности воздуха).

Часто сюда относят также комплект передающе-коммутационных проводов, по которым сигнал передаётся на панель управления.

Внешний вид устройства, предназначенного для установки в систему вентиляции, представлен на рисунке:

Как выбрать типоразмер устройства

Исходными данными для выбора служат следующие факторы:

  1. Желаемая точность в показаниях прибора.
  2. Минимальные габаритные размеры пространства, в котором предполагается установка.
  3. Внешние условия функционирования.
  4. Необходимое быстродействие.
  5. Требования к комплектации.
  6. Трудоёмкость регламентного обслуживания.

Общая схема системы вентиляции общественного или промышленного здания довольно сложна, и включает в себя использование приборов разного назначения.

Для них требуется широкий диапазон предельных значений давления, как правило, от 2500 Па до 250 Па, при периодически возникающих запросах до 25 Па. Традиционные сенсорные изделия для поддержания необходимой производительности сенсора поддерживают только один калиброванный полный диапазон шкалы, что требует использования 3–5 или даже более отдельных систем для покрытия требуемого диапазона контролируемых величин.

Читайте также:  Если нижнее давление 102 что выпить

Поэтому на практике преимущество получают предложения, которые позволяют при помощи одной системы перекрывать весь требуемый диапазон, поддерживая при этом оптимизированные калиброванные характеристики изменений свойств воздуха. С помощью таких устройств многообразие датчиков может быть оптимизировано при сохранении самого высокого в отрасли уровня производительности. Такие устройства, хотя и являются специфичными для определённых целей, позволяют потребителям сокращать количество самостоятельных узлов в вентиляционной системе в 3…5 раз или более, существенно экономя на стоимости материалов и энергоресурсов. Упрощается также установка и обслуживание.

Таким образом, для решения поставленных задач рассматриваемые устройства должны обеспечивать работоспособность в диапазоне давлений воздуха от 25 до 2500 Па, подключаться не менее чем к 3…5 калибрующим устройствам, обеспечивать возможность дистанционного обслуживания.

Важно использовать по месту несколько систем, оснащённых рассматриваемыми датчиками, что позволяет пользователю изменять диапазоны измерений по мере необходимости. Это обеспечивает баланс воздушных потоков в помещениях и оптимизирует производительность для каждой отдельной системы воздуховодов здания.

Видео по теме

Источник

Давление: измеряемые типы, погрешность. Справочная информация.

Это устройство, преобразующее давление среды — то есть силу, с которой эта среда давит на мембрану датчика — в электрический выходной сигнал, который по соединительным проводам поступает на управляющий прибор ( ПЛК , регулятор типа ТРМ и т.п.). Обычно выходной сигнал таких преобразователей аналоговый непрерывный. Чаще всего это 4. 20 миллиАмпер (“токовая петля”) или 0. 10 Вольт (“3-х проводный”). Также рынок потихоньку начинают завоевывать преобразователи с цифровыми интерфейсами — например, с RS-485. Небольшой анонс: скоро у ОВЕН появится датчик давления ПД100И с таким интерфейсом “на борту”.

Типы измеряемых давлений

  • Избыточное давление ДИ – это дополнительно созданное относительно атмосферного давление («наддув», «напор») в измеряемом процессе. Это самый распространенный вид давления — оно присутствует и в батареях отопления, и в кофемашинах, и в паровых котлах на ТЭЦ. И везде его требуется измерять 🙂
  • Давление вакуумметрическое ДВ – это созданное относительно атмосферного давления разрежение («тяга») в измеряемом процессе. Например, в дымоходах котельных и коробах вентиляционных систем торговых центров.
  • Давление избыточно-вакуумметрическое ДИВ – это когда давление в процессе может быть то ниже атмосферного, то выше (т.н. “тягонапорометрия”). Такое давление измеряется, например, непосредственно в котлах котельных.
  • Дифференциальное давление ДД — разница между давлением в любых двух точках измеряемого процесса. Этот тип измерений не зависит и не привязан к атмосферному давлению. Часто в промышленности с помощью такого давления измеряют расход жидкости или ее уровень в ёмкостях с избыточным давлением.
  • Абсолютное давление ДА — созданное относительно абсолютного (космического) вакуума давление («наддув») в измеряемом процессе. Абсолютное давление измеряется в “особых” случаях, когда требуется исключить влияние атмосферы на измерения — узлы учёта газа на границах государств, стенды испытания двигателей самолётов и т.п.

Конечно, у всех датчиков давления есть погрешность. То есть они измеряют давление с ошибкой, указанной производителем. Будьте внимательны: серьезные производители всегда указывают суммарную погрешность измерения своих датчиков. Если такой информации в паспорте изделия или на его бирке не найти, возможно, это подделка или датчик низкого качества с непредсказуемыми показаниями. Не дайте себя обмануть!

Читайте также:  Давление 150 при всд это

Рассмотрим виды погрешностей и факторы, влияющие на погрешность.

От измерительного преобразователя ( датчика ) давления в идеале необходимо получить линейную функцию преобразования давления в ток (наклонная пунктирная линия на рисунке).

Но сенсоры давления даже лучших производителей имеют весьма далёкий от идеала выходной сигнал (сплошные линии на рисунке). Существуют три основные составляющие погрешности:

1. Нелинейность – максимальное по модулю отклонение сигнала реального сенсора от идеальной линейной.

2. Повторяемость (воспроизводимость, вариация) – разный выходной сигнал сенсора при повторяющемся одинаковом входном воздействии. Повторяемость максимальна в точке ВПИ (верхнего предела измерения).

3. Гистерезис — разный выходной сигнал при прямом и обратном направлении изменения входного воздействия (давления среды на мембрану датчика).

Обычно повторяемость и гистерезис трудно компенсировать — это свойства качества сенсора, а нелинейность практически полностью убирается нормированием-калибровкой.

Теперь сложим эти три источника – три составные части погрешности – получится суммарная абсолютная погрешность . Но такая величина неудобна в использовании, поскольку для сравнения погрешностей разных датчиков придётся сравнивать различающиеся в сотни раз диапазоны и пересчитывать физические величины давлений МПа –кгс/см2 – атм – psi — м.в.с — …, в которых эта погрешность будет выражаться.

Поэтому принято эту суммарную абсолютную погрешность делить на величину верхнего предела измерения (ВПИ, диапазона) и умножать на 100% — получается суммарная относительная погрешность . Которой производители и «меряются», у кого преобразователи давления лучше: чем точнее преобразование (меньше погрешность преобразования), тем датчик считается лучше и продается дороже. Объединение ОВЕН прямо указывает суммарную основную погрешность в кодировке датчиков.

В данный момент на рынке в основном присутствуют датчики с основной погрешностью от 1,0% до 0,1% ВПИ.

Основная погрешность всеми производителями гарантируется только при так называемых нормальных условиях работы преобразователя давления: температура +23 (+/-5) °C, влажность 60%, атмосферное давление 760 мм.рт.ст, отсутствие вибраций и электромагнитных полей кроме гравитационного.

При любых изменениях условий всегда возникают дополнительные погрешности (самая заметная из которых — температурная), увеличивающие погрешность показаний преобразователя давления иногда в несколько раз. Отсутствие в заявляемых характеристиках дополнительных погрешностей должно настораживать покупателя.

ПО «ОВЕН» гарантирует, что дополнительная температурная погрешность у преобразователей давления ПД100 и ПД150 не превышает 0,2% на 10 °C , а у ПД200 не более 0,1% на 10 °C . Это обеспечивается дополнительным циклом калибровки преобразователей при +80 °C при их производстве, в процессе которого обеспечивается микропроцессорная термокомпенсация дополнительных погрешностей.

Чем преобразование в датчике «независимее» от внешних причин (температуры, времени работы, электромагнитных помех и т.п.) – тем датчик стабильнее и дороже. Сейчас на рынке присутствуют датчики с межповерочным интервалом и/или гарантией от 1 до 5 лет, что означает: в течение этого времени датчик останется в заявленных в документах границах погрешности.

Источник

Adblock
detector