Преобразователь дифференциального давления


Датчики дифференциального давления

Говоря о всём многообразия продукции выпускаемой швейцарским заводом KELLER AG нельзя отдельно не остановиться и не выделить в отдельную группу датчики измеряющие дифференциальное давление, или как их ещё называют, датчики разности, или датчики перепада давлений.

Необходимость в применении таких  датчиков вызвана необходимостью получать значения разности давлений при осуществлении очень широкого спектра задач. Наиболее часто встречаемый пример использования значения разности давлений – это измерение и контроль расхода жидкости или газа. Принцип  измерения расхода основан на эффекте Вентури и был известен ещё во времена Римской Империи. Эффект Вентури заключается в падении давления жидкости или газа, когда поток протекает через суженную часть трубы. В узкой части трубы скорость течения жидкости выше, а давление меньше чем на участке трубы большего диаметра, в результате чего наблюдается разница высот столбов жидкости (дельта h); большая часть этого перепада давлений обусловлена изменением скорости течения жидкости и может быть вычислена по уравнению Бернулли.

Эффект этот достигается путём изменения сечения (конфигурации) трубы специальными устройствами, такими как: различные диафрагмы (диск со сквозным отверстием, вставленный в поток), Вентури-расходомеры, которые для измерения  сужают поток жидкости, и пр.

И вот тут  наступает очередь датчиков  разности давления, которые, собственно, и измеряют разницу давлений одновременно в двух местах – перед сужением и в месте сужения. А  таких датчиков KELLER AG предлагает далеко не один вариант!  Различных серий, диапазонов, классов точности и защиты, принципов действий, Ех-применений, и сигналов выхода. Но о них чуть позже.

Есть очень много и других задач, которые требуют измерения и контроля разности давлений. Вспомним некоторые из них: получение низких температур при медленном протекании газа под действием постоянного перепада давлений сквозь дроссель (пористую перегородку); в авиационном применении в  приёмниках воздушного давления для возможности  определения скорости и высоты полёта; для целей неразрушающего контроля при течеискании; для оценки герметичности чистых помещений; для проверки работоспособности систем пожаротушения; для оценки энергоэффективности сооружений, систем вентиляции, пневмо и гидро систем и многие другие. А вот ещё широко востребованное применение датчиков разности — измерение уровня жидкости в ёмкостях под давлением, когда нет возможности измерить уровень другими способами (например, в котлах). В этом случае датчик дифференциального давления   измеряет давления в верхней (незаполненной) и в нижней части ёмкости и выдаёт значение перепада. При изменении уровня жидкости изменяется и разность давлений. Произведение значения перепада и плотности жидкости (величина известная) и будет отображать уровень жидкости в ёмкости.

Теперь, собственно, о датчиках дифференциального давления KELLER. Их четыре серии: PD-23, PD-33Х, PD-39Х, и PD-41Х. Сразу отмечу, что на все датчики есть Свидетельство об утверждении типа средства измерений и Разрешение на применение для Ex-исполнений. Каждая из этих серий имеет свои преимущества в зависимости от специфики необходимых измерений.

Так датчик PD41Х хорош для измерений малого диапазона перепада (от 5 мбар) при этом, обеспечивается высокая точность измерений, что требуется при лабораторных исследованиях и различных испытаниях, как у отечественных наших заказчиков (напр. ЦАГИ им. Жуковского и др.), так и у зарубежных (напр. Концерн Феррари).

Датчики PD39Х хороши для измерения с высокой точностью (0,05% ВПИ) сколь угодно большого перепада давлений, т.к. в них используются два сенсора абсолютного давления KELLER объединённых общей электроникой и микропроцессором, что делает датчик максимально устойчивым к перегрузкам со стороны одной из измеряемых сред. Надо отметить, что возможна поставка, при больших количествах, такого применяемого двойного сенсора с электроникой (без корпуса) в качестве ОЕМ — решения для определённых производственных задач заказчика.

PD-23 — высокоточный датчик (0,2% ВПИ) без цифрового интерфейса, который может обеспечить измерение с частотой до 10 кГц (при выходном сигнале 0…10 V). В нём используется двусторонний сенсор KELLER серии 10, который  хорошо зарекомендовал себя в различных применениях. В этом датчике, так же как и в датчике  PD33Х давление воздействует на сенсор с двух сторон через технологические отверстия присоединения к процессу.

Датчик PD33Х высокоточный (0,05% ВПИ)  датчик с цифровым интерфейсом универсален в своём применении. Выполнен в конструктиве аналогичном PD-23 и применением сенсора KELLER серии 10. Датчик особенно хорош для измерения перепадов не превышающих 5%  от ВПИ. При этом, давление в статической линии может быть до 200 бар, а опционально до 600 бар. Как и другие датчики с цифровым интерфейсом, выдаёт значение, как давления, так и температуры, которая учитывается  в алгоритмах термокомпенсации. Получаемые значения удобно наблюдать и обрабатывать с применением  программного обеспечения KELLER.

Итак, как мы с вами смогли убедиться, датчики дифференциального давления KELLER максимально отвечая потребностям заказчика, обеспечивают точные и стабильные измерения требуемых величин при решении широчайшего спектра задач. Специалисты ООО «Измерение и Контроль», при необходимости, совместно с производителем, всегда готовы проконсультировать  и помочь Вам подобрать датчик дифференциального давления KELLER, который наиболее подходит для решения Ваших задач.

Датчики дифференциального (перепада) давления

Датчики дифференциального (перепада) давления применяются для преобразования перепада давления (разности давлений) в унифицированный выходной сигнал напряжения, тока или индуктивности. Наиболее популярными являются датчики с унифицированным токовым выходом (0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА).

ИД-Р-ЦС-Ex датчик разности давлений

Чувствительными элементами приборов являются мембраны и тензорезисторы. Сопротивление измеряется следующим образом. К измерительной мембране крепятся тензодатчики, она изолирована от рабочей среды. Давление среды принимают на себя мембранные разделители. Пространство между измерительной и разделительными мембранами заполнено специальной жидкостью. Под воздействием давления происходит деформирование мембран разделителей, которые в свою очередь деформируют измерительную мембрану, а за ней тензорезисторы. Тензорезисторы преобразуют степень деформации в тот или иной выходной сигнал. На дифференциальный датчик давление действует с двух сторон, поэтому корпус прибора имеет два соединительных штуцера: плюсовой и минусовой. Как правило, штуцеры располагаются параллельно, но бывают модели с соосным расположением штуцеров. Датчик показывает разницу давления со знаком соответствующим штуцеру.

МИДА-ДД-15-Ех датчик разности давлений с соосным расположением штуцеров

Датчики дифференциального давления рассчитаны на измерение относительно небольших значений давления среды. Эти значения варьируются от нескольких миллиметров водяного столба до нескольких сотен килопаскаль (1 мм. вод. ст. = 0.009807 кПа). Датчики перепада соединяются с первичными преобразователями посредством импульсных трубок.

Импульсная трубка

Импульсные трубки используются для подключения различных приборов измерения давления, являются самым экономичным вариантом. Предназначение трубок – защита датчиков от чрезмерного нагрева и пульсации измеряемой среды. При монтаже импульсных трубок  необходимо учесть, что импульсная линия должна быть максимально короткой, так как с ее увеличением возрастает задержка распространения импульса давления, что довольно критично для контуров регулирования интенсивно протекающих процессов.

Датчики перепада давления применяются в системах теплоснабжения, водоснабжения, вентиляции, машиностроения и иных системах требующих постоянной балансировки за счет обеспечения и поддержания перепада.

Датчики давления и датчики дифференциального давления новой серии DPharp EJX

Использование новейших технологий обеспечило для этих интеллектуальных датчиков дифференциального давления достижение минимального времени отклика и компактность конструкции.Удобный для пользователя многофункциональный ЖК-дисплей, расширенная функция самодиагностики и удобство эксплуатации обеспечивают пользователю максимальную эффективность работы. Приборы серии DPharp EJX представлены широким разнообразием моделей, включая датчики избыточного давления и датчики дифференциального давления с выносными разделительными мембранами, датчики избыточного давления ввертного типа и многопараметрические датчики дифференциального и абсолютного давления с функциями вычисления расхода. Кроме того, они соответствуют различным стандартам, включая стандарты пожаробезопасного, взрывобезопасного и искробезопасного исполнения, нормы техники безопасности SIL и директивы EC. Приборы этой серии также совместимы с протоколами связи HART и Foundation fieldbus.

Благодаря гибкости и универсальности модельного ряда и расширенной функциональности, приборы серии EJX располагают широкими возможностями, отвечающими требованиям разностороннего применения, внося в результате существенный вклад в минимизацию для заказчика величины полной стоимости владения (TCO).

Рис. 1. Внешний вид прибора серии EJA (слева) и серии EJX (справа)

Введение

После выпуска в 1991 году приборов серии DPharp EJ, а в 1994 году приборов серии DPharp EJA во всем мире используется около 1,2 миллиона этих датчиков.

Недавно компанией YOKOGAWA на базе кремниевого резонансного чувствительного элемента (сенсора) были разработаны также датчики серии EJX, являющиеся еще более компактными, легкими и усовершенствованными приборами, реализующими функцию мультисенсорности.

На рис. 1 показан внешний вид приборов серий EJA и  EJX.

Возможности

Мультисенсорность

Датчики дифференциального давления измеряют перепад давления между сторонами высокого и низкого давления. Однако, при измерении расхода часто необходимо также измерять давление на стороне высокого давления (в дальнейшем изложении называется статическим давлением), например, для того, чтобы выполнить коррекцию по плотности потока жидкости. Датчики дифференциального давления серии EJX могут выполнять считывание значений статического давления, обеспечивая решение двух задач (измерение дифференциального и статического давления) с использованием одного прибора. Прибор также можно легко сконфигурировать так, чтобы в качестве статического давления он регистрировал давление на стороне низкого давления. В результате при измерении уровня в резервуаре можно также с помощью того же датчика измерять внутреннее давление в резервуаре. Кремниевый резонансный сенсор, встроенный в прибор серии DPharp, имеет два резонатора (формируемых с использованием технологии MEMS), расположенных на кремниевой мембране так, что в одном из них при приложении дифференциального давления происходит деформация растяжения, а в другом — деформация сжатия. Резонансные частоты этих резонаторов можно представить следующим уравнением.

где f – резонансная частота; E – модуль Юнга; ρ – плотность кремния; l, h – длина и толщина резонатора; ε – напряжение (плотность силы) растяжения;

ε0 – начальное напряжение растяжения;

εdp – изменение напряжения растяжения, обусловленное дифференциальным давлением; εsp – изменение напряжения растяжения, обусловленное статическим давлением.

Сигналы дифференциального и статического давления можно вычислить, выполняя дифференцирование и суммирование для двух резонаторов соответственно. Для простоты объяснения вычисление резонансной частоты здесь сведено к следующему уравнению:

где f0 – резонансная частота при нулевой силе растяжения; Gf – возведенная в квадрат чувствительность резонатора (= 0,2366 * (1/h)2).

Изменения (Δf 2) резонансных частот f1 и f2 двух резонаторов, расположенных на одной кремниевой мембране, обусловленные давлением, задаются следующими уравнениями (1):

Как видно из этих уравнений, вычисление выражения Δf12 ? a Δf22 позволяет исключить члены, относящиеся к статическому давлению, и получить сигнал дифференциального давления. Аналогично, вычисление выражения Δf12 + b Δf22 позволяет исключить члены, относящиеся к дифференциальному давлению и получить сигнал статического давления. Основное свойство кремниевого резонансного сенсора заключается в том, что предварительное определение каждого коэффициента на основе фактически измеренных соответствующих данных позволяет рассчитать сигналы дифференциального и статического давления на основе деформации одной мембраны посредством выполнения простых операций вычитания и суммирования.

Рис. 2. Реальная погрешность определения статического давления 1 MПа

На рис. 2 показана реальная погрешность определения статического давления 1 MПа при допустимой согласно спецификации погрешности ±0,2%. В более сложном датчике дифференциального давления с функциями вычисления расхода благодаря этому свойству стало возможным реализовать гарантированную точность для статического давления в 1 МПа даже более высокую — ±0,1%.

Датчики дифференциального давления серии EJX с протоколом Foundation fieldbus могут одновременно передавать сигналы дифференциального и статического давления. В приборах серии EJX с протоколом HART предусмотрена возможность отображения на дисплее также и статического давления.

Уже существует многопараметрические датчики, которые выполняют измерение дифференциального и статического давления с использованием нескольких сенсоров. Приборы серии EJX являются первой в мире серией датчиков дифференциального давления, которые могут выполнять измерения дифференциального и статического давления с использованием одного сенсора, а также обеспечивать считывание и вывод значений давления.

Высоконадежный чувствительный элемент

Стабильность кремниевого резонансного чувствительного элемента, используемого в приборах серии EJX, обусловлена принципом его действия. Превосходную рабочую стабильность приборов этой серии демонстрируют не только записи долговременной эксплуатации, но также и результаты 15-летней проверки долговременного дрейфа (рис. 3).

Рис. 3. Результаты проверки долговременного дрейфа

Давайте снова рассмотрим свойства кремниевого резонансного сенсора, которые заключаются в следующем:

  1. Сенсор имеет отличные упругие свойства кремния.
  2. Сенсор имеет большой коэффициент тензочувствительности (±2000) и соответственно высокую чувствительность измерения давления.
  3. Поскольку резонансные частоты резонаторов зависят от их механических и конструктивных размеров, сенсор имеет очень малые температурные коэффициенты и очень низкую чувствительность к примесям по сравнению с пьезорезистивными сенсорами. В результате сенсор обеспечивает высокую долговременную стабильность.
  4. Резонансную частоту можно считывать непосредственно с использованием счетчика центрального процессора, тем самым обеспечивая высокую точность обработки данных. Поэтому такой сенсор идеально подходит для использования в интеллектуальных датчиках. Кроме того, поскольку сенсор не подвержен влиянию ошибок аналого-цифрового преобразования, присущих датчикам давления, основанных на других принципах работы, точность датчика можно очень легко увеличивать дальше.
  5. Используя большую часть возможностей кремниевого резонатора с большим коэффициентом тензочувствительности, и всего лишь обрабатывая сигналы от двух резонаторов, можно получить значения дифференциального и статического давления с гораздо большей стабильностью, чем то же самое с использованием пьезорезистивных датчиков.
  6. Имеется возможность измерения температуры кремниевой мембраны через сопротивление резонатора. Температурная зависимость коэффициента упругости кремния хорошо изучена и достаточно четко определена(3). При этом, в дополнение к тому, что она и так значительно меньше аналогичной зависимости упругости металлических и керамических мембран, применяемых в емкостных датчиках, информация о температуре сенсора позволяет делать дополнительную коррекцию на этот эффект, также как и на другие факторы влияния температуры капсулы на дрейф показаний сенсора.

Быстрый отклик

Рис. 4. Устройство защиты от перегрузки по давлению датчика EJA110

В приборах серии EJX для увеличения быстродействия применен новый механизм защиты от перегрузки по давлению, а электронные схемы выполняют вычисления с высокой скоростью. Тем самым эти приборы стало возможным применять в контурах высокоскоростного управления, например – для управления расходом пара в турбинах. В результате этих доработок достигнута реакция 63% от воздействия за 95 мс.

В существующих датчиках дифференциального давления серии EJA в защите от перегрузок реализована идеология емкостных датчиков давления: внутри капсулы сделан дополнительный объем с центральной мембраной, демпфирующий перегрузку, перепуская избыток жидкости на сторону низкого давления, как показано на рис. 4. Естественно, существует гидродинамическое сопротивление внутри передающих жидкость каппиляров, которое существенно увеличивает время отклика.

Рис. 5. Новый механизм защиты от перегрузки по давлению датчика EJX 110

Новый механизм защиты от перегрузки по давлению, используемый в приборах серии EJX, проиллюстрирован на рис. 5. Этот механизм состоит из двух взаимно независимых механизмов защиты от перегрузки по давлению, расположенных на сторонах высокого (H) и низкого (L) давления. Этот механизм предотвращает движение внутренней жидкости в пределах диапазона измерения давления, обеспечивая быстрый отклик приборов серии EJX.

В части электроники были предприняты следующие шаги, с помощью которых удалось уменьшить период обработки данных в четыре раза по сравнению с обычными датчиками:

  1. Определение частоты С использованием контура подсчета частотных сигналов измеряются периоды, меньшие одного импульса, так что частота может быть измерена без потери разрешения даже в случае более коротких времен выборки. Подробности будут изложены в следующем разделе.

    Рис. 6. Вид резонатора в поперечном разрезе

  2. Увеличение скорости вычисления значения давления Использование следующих четырех методов позволило увеличить скорость обработки при вычислении давления в 4 раза по отношению к существующим приборам серии EJA.
    1. Минимизирована частота использования вычислений с плавающей запятой и введены вычисления с фиксированной запятой.
    2. Элементы вычислений, имеющие минимальные изменения, выполняются как работы с низким приоритетом, позволяя минимизировать объем вычислений, непосредственно связанных с определением значения давления

    3. Увеличена скорость системных часов за счет использования маломощных конструкций устройств.

    4. Усовершенствованы характеристики микропроцессора.

  3. Усовершенствование резонаторов С использованием техники микрообработки удалось увеличить выходное напряжение резонаторов в 1,5 раза без изменения их основной структуры (рис. 6). Это привело к значительному увеличению стабильности выходного напряжения и существенному снижению времени обработки сигнала.

Рис. 7.  Реакция на единичный скачок EJX110

На рис. 7 показана переходная характеристика (реакция на ступенчатое изменение давления) для наиболее распространенной модели серии EJX — датчика дифференциального давления EJX110 с капсулой M.

Расширенные функции самодиагностики

Функции самодиагностики приборов серии EJX были расширены, так что теперь эти приборы имеют 30 элементов диагностики и около 20 видов сигнализаций. Количество сигнализаций различается в зависимости от модели. Эти сигнализации можно классифицировать в четыре категории:

  1. Неисправная работа самого датчика.
  2. Неправильная установка параметров.
  3. Ошибочные переменные процесса.
  4. Выполнение работы с несоблюдением допустимых или заложенных условий эксплуатации.

Конструкция

Конфигурация

Рис. 8. Компоновочные блоки прибора EJX110

На рис. 8 показаны компоновочные составляющие датчиков дифференциального давления серии EJX. В целом датчик можно представить состоящим из 2-х частей: блока восприятия давления и блока преобразования.

Использование нового механизма защиты от чрезмерного давления позволило уменьшить размеры устройства восприятия давления таким образом, что его вес составляет только 2,7 кг, это уменьшение веса на 30% по отношению к датчику серии EJA.

Блок восприятия давления состоит из капсулы, фланцевых крышек и штуцеров для подсоединения к процессу.

Блок преобразования состоит из электронной части и клеммной коробки, которые идентичны для всех моделей серии EJX (единственное, они могут меняться в зависимости от используемых протоколов связи). Этот блок также может компоноваться цифровым ЖК-дисплеем, на котором пользователи имеют возможность отслеживать измеренные значения дифференциального и статического давления, а также – сообщения сигнализаций.

Блок восприятия давления

Для создания датчика дифференциального давления, невосприимчивого к изменениям температуры и способного выполнять стабильные измерения, усилия были сконцентрированы в первую очередь на создании конструкции с минимальным объемом жидкости, передающей давление от разделительной мембраны к сенсору в измерительной капсуле. Использование описанного выше нового механизма защиты от чрезмерного давления позволило уменьшить объем этой жидкости в 10 раз по сравнению с датчиками серии EJA.

Блок восприятия давления имеет симметричную структуру, устойчивую к воздействию различных возмущений, обусловленных внешним давлением. Объемы жидкости внутри капсулы на сторонах высокого и низкого давления хорошо сбалансированы, так что влияние эффектов, обусловленных расширением или сжатием внутренней жидкости, вызванных изменением температуры или статического давления, минимизировано.

Для изготовления внутренних разделительных мембран используется специально пассивированный высококачественный никелевый сплав Hastalloy C, представляющий собой испытанный в производстве коррозионно-стойкий материал, также используемый для датчиков серии EJA. При этом никакие сварные соединения не контактируют с атмосферой. Для корпуса капсулы используется кованная нержавеющая сталь 316L, и тем самым обеспечивается коррозионностойкая конструкция.

Для уменьшения влияния нагрузки, возникающей при закреплении фланцевых крышек, было уделено серьезное внимание обеспечению механической изоляции. Поверхности сварных соединений разделительной мембраны и детали, на которой закрепляется прокладка, были отделены друг от друга для предотвращения дополнительных напряжений в разделительной мембране, связанных с нагрузкой при затягивании болтов крепления фланцевых крышек.

Фланцевые крышки, обеспечивающие подключение к процессу, имеют конструкцию, отвечающую стандарту IEC61518.

Блок преобразования

Рис. 9. Блок-схема цепи возбуждения (показана только для одного резонатора)

В датчиках серии EJX используется тот же самый метод возбуждения резонатора, что и в датчиках серии EJA (рис. 9). Недавно компанией Yokogawa было разработано устройство ASIC, основанное на малошумной структуре, с низким потреблением тока, использование которого обеспечивает в три раза более высокие характеристики по сравнению с датчиками обычных серий. На рис. 10 показана общая блок-схема блока преобразования.

Следует отметить, что частотные сигналы от резонатора являются асинхронными по отношению к системным часам счетного контура. По этой причине в случае применения используемого в EJA контура элементарного счетчика, так или иначе, на обоих концах интервала выборки остаются дробные отрезки времени продолжительностью менее периода системных часов. Соответственно, эти отрезки не могут быть измерены, в связи с чем появляется погрешность, эквивалентная ± одному импульсу.

Рис. 10. Общая блок-схема

Если для увеличения скорости обработки сигнала сократить время выборки без повышения частоты системных часов, эта погрешность возрастает, ухудшая разрешение счетчика. Если чрезмерно увеличивать частоту системных часов, то будет увеличиваться потребление тока, что выводит прибор за рамки требуемых характеристик.

В приборах серии EJX в дополнение к обычному методу взаимодействия используется метод растяжения временного масштаба(2), в котором эти дробные отрезки времени расширяются в 64 раза, а затем измеряются. Используя метод растяжения временного масштаба при помощи дополнительных мер, в частности, добавления специального счетчика стало возможным обеспечить низкое потребление электроэнергии и высокую скорость обработки сигнала, а также — высокое разрешение, превышающее в пять раз или более разрешение приборов обычных серий.

Использование мультиплексного метода цифро-аналогового преобразования (D/A) для блока цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) позволило получить быстрый отклик, в 10 раз или более превышающий отклик приборов обычных серий, при одновременном сохранении высокого разрешения.

В выходном контуре 4 20 мА используется 16-битовый контур цифро-аналогового преобразования, и диапазон токового выхода удовлетворяет стандарту NAMUR NE43.

Встроенный дисплей

Рис. 11. Встроенный дисплей

Учитывая важность удобства восприятия информации, были увеличены размеры встроенного дисплея, при этом в целом размеры приборов серии EJX были уменьшены (рис. 11).

К элементам, отображаемым на дисплее, были добавлены гистограммы, значения переменных процесса, показатели степени и единицы измерения:

Индикация параметра процесса

Пользователи могут выбрать для отображения на дисплее максимум четыре из следующих пяти параметров:

  1. значение дифференциального давления в процентах;
  2. значение масштабного коэффициента и единицы измерения;
  3. значение дифференциального давления;
  4. значение статического давления в процентах;
  5. значение статического давления.

Рис. 12. Характеристики входа-выхода

Выбранные параметры при этом будут чередующимся образом периодически отображаться на дисплее. Усовершенствованный дизайн отображения переменной в виде гистограммы гистограммы позволит пользователю мгновенно определить, находится ли переменная процесса в пределах нормального рабочего диапазона. Для отображения единиц измерения и коэффициента масштабирования можно использовать до шести символов. Функциональность дисплея усовершенствована таким образом, что наиболее часто используемые единицы измерения, такие, как, например, единицы расхода, могут быть заданы пользователями. Пользователи могут также вывести на дисплей показатели степени (?10, ?100 и ?1000), которые следует использовать для представления фактических коэффициентов масштабирования.

Дисплей сообщений о сигнализациях

При обнаружении неисправности на дисплее появится короткое сообщение, содержащее в дополнение к номеру сигнализации информацию о сигнализации. Из короткого сообщения пользователи смогут быстро узнать о содержании сигнализации, не сверяясь с документацией для поиска описания по номеру сигнализации. Если возникнет сигнализация, относящаяся к установкам параметров, переменным процесса или рабочей среды, на дисплее будут чередоваться номер сигнализации и значение переменной процесса. Если возникнет сигнализация, относящаяся непосредственно к датчику, дисплей покажет только информацию о сигнализации, обеспечивая пользователей необходимой информацией так быстро, как это возможно.

Рис. 13. Влияние изменений температуры окружающей среды на нулевую точку (Диапазон: Максимальный диапазон ? 1/10)

Рабочие характеристики

В настоящем разделе даются примеры характеристик прибора EJX110 (капсула M; диапазон измерения давления ±100 кПа), являющегося наиболее типовой моделью приборов серии EJX.

Характеристики

На рис. 12 показаны характеристики входа-выхода для диапазонов 0–100 кПа, 0–10 кПа и 0–1 кПа. На рис. 13 показан дрейф нулевой точки при изменении температуры окружающей среды от -40 до 80°C. На рис. 14 показан дрейф нулевой точки при изменении статического давления от 0 МПа до максимального рабочего давления ±16 МПа.

Рис. 14. Влияние изменений статического давления на нулевую точку (Диапазон: Максимальный диапазон ? 1/10)

Влияние перегрузки по давлению

При нормальных условиях датчик дифференциального давления часто монтируется с использованием 3-х вентильного блока. При этом достаточно часто возникают ситуации, когда в зависимости от положения вентилей 3-х вентильного блока во время запуска установки или работы по обслуживанию к одной из сторон датчика может быть приложено чрезмерное давление, выходящее за пределы диапазона измерения дифференциального давления.

Чтобы избежать возможного сдвига выхода или повреждения кремниевой мембраны за счет перегрузки по давлению, датчик оснащен механизмом защиты от чрезмерного дифференциального давления.

Рис. 15. Влияние перегрузки по давлению (Диапазон: Максимальный диапазон)

На рис. 15 показано влияние односторонней перегрузки по давлению.

Поскольку влияние перегрузки по давлению является незначительным, и датчик достаточно легкий, многие пользователи могут монтировать его непосредственно на оборудовании без применения 3-х вентильного блока.

Спецификация

На рис. 16 показан диапазон измерения давления для датчика дифференциального давления EJX110. Четыре типа капсулы полностью охватывают диапазон шкал измерения давления от 0,1 кПа до 14 МПа. Капсулы M, H и V имеют глубину перестройки шкалы 1:200, предоставляя пользователям возможность измерения дифференциального давления в широком диапазоне.

Рис. 16. Диапазоны шкал измерения давления для датчиков дифференциального давления

Имеется возможность выполнения дистанционной настройки и мониторинга через протокол связи HART посредством ручного коммуникатора или распределенной системы управления (DCS). Для приборы серии EJX также поддерживают протокол Foundation fieldbus.

Для поддержки многообразия возможных применений фирма Yokogawa представила большое семейство датчиков серии EJX, включающее:

  • датчики избыточного давления
  • датчики абсолютного давления
  • датчики дифференциального давления, монтируемые на фланце, ввертного исполнения
  • датчики дифференциального давления для высокого статического давления
  • датчики давления и датчики дифференциального давления с разделительными мембранами
  • датчики давления и датчики дифференциального давления для санитарно-технического оборудования
  • многопараметрические датчики дифференциального давления с функцией вычисления расхода. Это семейство датчиков было сертифицировано на соответствие различным типам искробезопасности, взрывобезопасности и пожаробезопасности.

Как упоминалось выше, частота резонаторов определяется механическими размерами и физическими свойствами, и на нее не влияют другие возмущения, поэтому достаточно легко определить их состояние и насколько достоверны показания прибора. В приборах серии EJX также реализованы специальные программы для проверки вычислений микропроцессора. Приборы серии EJX сертифицированы на соответствие Интегрированному уровню безопасности 2 (SIL2) уже в стандартном исполнении.

Выводы

В данной статье были представлены особенности, конструкция и характеристики датчиков давления и датчиков дифференциального давления новой серии EJX.

Мультисенсорная функция кремниевого резонансного чувствительного элемента реализует новые возможности в решении прикладных задач. Комбинирование этой функции с программными средствами, в которых используются эти возможности, позволяет выполнять всевозможные расширенные диагностики, такие как, например, диагностика засорения импульсных линий.

Компания Yokogawa продолжит дальнейшие разработки в области измерительных технологий нового поколения с тем, чтобы пользователи все больше могли применять датчики серии EJX скорее как многофункциональные приборы, а не только как обычные датчики давления или дифференциального давления.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Литература

  1. Saegusa Tokuji, Gotoh Shigeru, Kuwayama Hideki, Michiaki Yamagata “DPharp Series Electronic Differential Pressure Transmitters”, Yokogawa Technical Report, №15, 1992, pp. 30–37
  2. Katano Kazuya, “How to Use Time-measuring Instruments,” Transistor Gijutsu, Vol. 31, №2, 1994, pp. 331–340 (на Японском)
  3. McSkimin, H.J., J. Appl. Phys. 24, 8 (1953) 988-997.Morin, F.J. and J.P. Maita, Phys.Rev. 96, 1 (1954) 28-35

Датчики дифференциального давления

Датчики дифференциального давления (датчики разности давления) - в датчиках данного типа давление подается на обе стороны измерительной мембраны, а выходной сигнал зависит от разности давлений. Датчики дифференциального давления используют для регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности. Кроме датчиков дифференциального давления, другими типами датчиков и преобразователей давления, классифицируемых на основе того, какое давление является опорным, являются абсолютного давления, датчики избыточного давления и датчики разрежения.

Скачать каталог

  • Диапазоны давления до 250 бар
  • Основная погрешность 0,075 / 0,04 % ДИ
  • Выходной сигнал 4…20 мА (опция 0…20 мА), HART-протокол

  • Диапазоны давления от 0…0,2 до 0…16 бар
  • Основная погрешность 1 / 0,5 % ДИ
  • Выходной сигнал 0/4…20 мА, 0…10 В

  • Диапазоны давления от 0…0,02 до 0…70 бар
  • Основная погрешность 2 % ДИ
  • Выходной сигнал 4…20 мА

  • Диапазоны давления от 0…0,0006 до 0…1 бар
  • Основная погрешность 2 / 1 / 0,35 % ДИ
  • Выходной сигнал 0/4…20 мA, 0…10 В, 1 или 2 дискретных выхода (PNP)

  • Диапазоны давления от 0…0,006 до 0…1 бар
  • Основная погрешность 2 % ДИ
  • Выходной сигнал 0/4…20 мA, 0…10 В

  • Диапазоны давления от 0…0,0016 до 0…1 бар
  • Основная погрешность 1 % ДИ
  • Выходной сигнал 3-х пров. 0…10 В, 0…20 мА (0…5 В, 4…20мА переключение); 2-х пров. 4…20 мА

  • Диапазоны давления от 0…0,006 до 0…1 бар
  • Основная погрешность 2 / 1 / 0,35 % ДИ
  • Выходной сигнал 0/4…20 мA, 0…10 В, 1 или 2 дискретных выхода (сухой контакт)

  • Диапазоны давления до 250 бар
  • Основная погрешность 0,075 / 0,04 % ДИ
  • Выходной сигнал 4…20 мА (опция 0…20 мА), HART-протокол

  • Диапазоны давления от 0…0,2 до 0…16 бар
  • Основная погрешность 1 / 0,5 % ДИ
  • Выходной сигнал 0/4…20 мА, 0…10 В

  • Диапазоны давления от 0…0,02 до 0…70 бар
  • Основная погрешность 2 % ДИ
  • Выходной сигнал 4…20 мА

  • Диапазоны давления от 0…0,0006 до 0…1 бар
  • Основная погрешность 2 / 1 / 0,35 % ДИ
  • Выходной сигнал 0/4…20 мA, 0…10 В, 1 или 2 дискретных выхода (PNP)

  • Диапазоны давления от 0…0,006 до 0…1 бар
  • Основная погрешность 2 % ДИ
  • Выходной сигнал 0/4…20 мA, 0…10 В

  • Диапазоны давления от 0…0,0016 до 0…1 бар
  • Основная погрешность 1 % ДИ
  • Выходной сигнал 3-х пров. 0…10 В, 0…20 мА (0…5 В, 4…20мА переключение); 2-х пров. 4…20 мА

  • Диапазоны давления от 0…0,006 до 0…1 бар
  • Основная погрешность 2 / 1 / 0,35 % ДИ
  • Выходной сигнал 0/4…20 мA, 0…10 В, 1 или 2 дискретных выхода (сухой контакт)

3.1. Преобразователи давления

Главная страница → Продукция → 3. Давление → 3.1. Преобразователи давления

В данном разделе подробно описаны поставляемые Датчики–преобразователи давления промышленные как собственного производства, так и выпускаемые нашими партнерами. Также рекомендуем ознакомиться со всей номенклатурой датчиков/преобразователей давления, в т.ч. специального назначения (высокотемпературные, для вязких и сыпучих продуктов и т.п.), автомобильными и техническими датчиками-реле (сигнализаторами) давления. Также рекомендуем прочитать «Сравнительный обзор видов, характеристик и рыночных цен на датчики давления».

Измерительный преобразователь давления – это технический прибор с нормативными метрологическими характеристиками, служащий для преобразования измеряемого давления в унифицированный выходной сигнал (электрический, пневматический) и/или цифровой код (HART-протокол, интерфейсы RS-232/485 и др.). Датчик давления – это конструктивно обособленный первичный преобразователь давления (избыточного, дифференциального, абсолютного, вакуумметрического)…читать подробнее про преобразователи давления  Спецпредложение: Датчики/преобразователи давления — цена от 2200 рублей (цена указана на базовое исполнение без НДС, подробнее о скидках и акциях, условиях и сроках действия см. ниже или по звонку менеджеру).

В данном разделе последовательно представлены следующие виды преобразователей давления (далее ПД — избыточного, дифференциального(перепада), абсолютного, вакуумметрического (разряжения):

1. Преобразователи давления в унифицированный токовый (0-5мА,  4-20мА) и цифровой сигнал (интерфейс RS, протокол) —  Малогабаритные и экономкласс (ПД для ЖКХ) —  Однопредельные (однодиапазонные) ПД —  Многопредельные (многодиапазонные перенастраевыемые) —  С электроконтактным (релейным, дискретным) выходом — ЭКМ —  С цифровым выходом (RS232, RS485, USB; HART-протокол) .

2. Преобразователи в сигнал напряжения постоянного тока (0-1В,-5В,-10В) 3. Преобразователи в сигнал взаимной индуктивности 0-10мГн 4. Преобразователи в пневматический выходной сигнал 20-100кПа 5. Преобразователи гидростатического давления (датчики уровня) погружные и врезные (с торцевой открытой мембраной). 6. Нестандартные специальные преобразователи/датчики давления (c перегрузкой, на нестандартный диапазон и/или выход, высокотемпературное и защищенное исполнение, для агрессивных, вязких и сыпучих сред и т.п.).

Подробнее о датчиках/преобразователях давления (далее ПД), их видах, принципах действия, конструктивных исполнениях, а также о технических характеристиках, особенностях выбора (как правильно выбрать, заказать, купить датчик), комплектации, областях применения, о ценах (см. прайс-лист на датчики давления), наличию на складе или сроках изготовления см. ниже.

  • Измерительный преобразователь давления – это технический прибор с нормативными метрологическими характеристиками, служащий для преобразования давления (далее Д.) в унифицированный выходной сигнал (электрический, пневматический) и/или цифровой код (HART-протокол, интерфейсы RS-232/485, USB и др.).

    Датчик давления – это конструктивно обособленный первичный преобразователь давления. Электрический измерительный преобразователь давления состоит из двух основных частей (блоков):

    1- Измерительного блока, основой которого является первичный измерительный преобразователь давления – чувствительный элемент (сенсор), преобразующий воздействующее на него давление в первичный сигнал (обычно слабый электрический).

    2.1 — Электронного блока — блока усиления, который преобразует и усиливает первичный сигнал преобразователя до стандартных унифицированных токовых сигналов (мА, В, мГн и др.) и/или цифровых кодов (интерфейсы RS232, RS485, USB, M-Bus или протоколы ModBus, HART-протокол и др.), воспринимаемых системами автоматического регулирования и управления технологическими процессами (АСУТП).

    Конструктивная схема электрического преобразователя (датчика) давления.

    Пневматический преобразователь давления (выход 20-100кПа) обычно состоит из пневмосилового преобразователя и измерительного блока. Принцип действия пневмокомпенсационного преобразователя основан на пневматической силовой компенсации усилия, развиваемого измеряемым перепадом давления на чувствительных элементах измерительного блока.

    Виды измеряемого давления и его преобразователей (датчиков)

    Краткое определение видов давления (Д.) и вакуума: Атмосферное (Ратм) — это Д. столба воздуха (атмосферы), примерно 101кПа или 760мм.рт.ст. (нормальное атмосферное Д.). Абсолютное (Рабс) — это полное Д. с учетом атмосферного, отсчитываемое от абсолютного нуля. Избыточное (Ризб) — это Д. сверх атмосферного, равное разности между абсолютным и атмосферным: Ризб = Рабс – Ратм Избыточное Д. отсчитывается от «условного нуля», за который принимается текущее атмосферное Д..

    Вакуум (вакуумметрическое Д., разряжение) – разность между атмосферным и абсолютным Д.:

    Рвакуум = Ратм – Рабс

    Поэтому, в зависимости от измеряемого и опорного давления также различают следующие виды датчиков/преобразователей давления (далее, сокращенно- ПД.):

    АД — преобразователь абсолютного давления, измерение ведется относительно встроенной в прибор камеры вакуума (сокр.- ПД-ДА).

    ДИ — преобразователь избыточного давления, измерение ведется относительно внешнего атмосферного давления (сокр.- ПД-ИД).

    ДВ — преобразователь вакуумметрического давления (разряжения в «минус»), измерение ведется относительно внешнего атмосферного давления в сторону понижения к абсолютному нулю (сокр.- ПД-ДВ).

    ДИВ — преобразователь избыточного давления и разряжения (плюс-минус), измерение ведется относительно внешнего атмосферного давления (сокр.- ПД-ДИВ +-).

    ДД — дифференциальные преобразователи перепада (разности) давлений (измеряют разность двух давлений: ΔP=P1-P2), преобразователи перепада могут применяться, как дифманометр-перепадомер, уровнемер или расходомер, работая в том числе и под избыточным рабочим Д. (сокр.- ПД-ДД).

    ДГ — преобразователь гидростатического давления столба жидкости на мембрану прибора, измерение ведется относительно атмосферного-Ратм или «давления наддува»-Рн поверх зеркала жидкости в резервуаре по формуле: ΔP = Р — Рн, где Р=ρgh+Рн, где ρ—плотность жидкости (кг/м3), g—ускорение свободного падения (примерно g=9,81м/с2, точно зависит от широты местности), h—высота столба жидкости (м).

    Также допустимо обозначение гидростатического преобразователя — ПД-ГД (но не путать с автономными (энергонезависимыми) малогабаритными тягонапоромерами-микроманометрами Зонд-10-ГД).

    ДУ — буйковые преобразователи уровня — уровнемеры. Принцип действия таких уровнемеров основан на определении разности сил тяжести и гидростатической (Архимедовой) силы выталкивания из жидкости цилиндрического полого буйка положительной плавучести. см. Буйковые уровнемеры.

    Виды конструктивного исполнения сенсора (чувствительного элемента) преобразователей давления

    По конструктивному исполнению чувствительного элемента (сенсора) различают следующие виды датчиков/преобразователей давления: — тензометрические — пьезометрические — емкостные — резонансные — индуктивные — пневмоконпенсационные (пневматические) — и другие (подробное описание видов и принципов действия см. ниже).

    Погрешность измерения и класс точности преобразователей давления

    Пределы допускаемой основной погрешности датчиков — преобразователей давления плюс-минус 0,1%; 0,15% (высокоточные); 0,2%; 0,25% (точные); 0,4%; 0,5%; 1,0%; 1,5%(технические) от диапазона измерений. Также преобразователи Д. могут иметь дополнительную погрешность от влияния внешних факторов: температуры и давл. окружающей среды (ОС), электрических помех, нестабильности питания, сопротивления нагрузки, вибрации прочих внешних воздействий.

    Выходные сигналы преобразователей давления

    Выходными сигналами измерительных преобразователей — датчиков давления могут быть: 1. Электрические сигналы: — токовые сигналы: прямые: 0-5мА, 0-20мА, 4-20мА; обратные (инверсивные): 5-0, 20-0, 20-4мА (используются в уровнемерах). — сигналы напряжения постоянного тока: 0-10В, 0-5В, 0-1В и др.; — сигналы напряжения переменного тока; — частотные сигналы; — индуктивные 0+10мГн или -10мГн…0…+10мГн; — цифровой код: протоколы стандартов ModBus, HART-протокола и других, интерфейсы RS232, RS485, USB, M-Bus и др.

    Читать подробнее про HART-протокол и отличие интерфейсов RS485, RS232 и USB

    2. Пневматический унифицированный сигнал 20-100кПа Давление на выходе 20кПа соответствует нулю измеряемого, а 100кПа — максимуму измеряемого диапазона (перепада для ДД), причем в линии питания очищенным сжатым воздухом должно поддерживаться Д. не менее 140кПа с расходом воздуха не менее 5 литров в минуту (для этого применяются специальные редуктора Д. с фильтром РДФ-3.1(с манометром) и РДФ-3-2 (без манометра).

    Условия эксплуатации преобразователей давления

    Условия эксплуатации приборов основаны на отличии параметров измеряемой (ИС) и окружающей среды (ОС) рабочих условий от нормальных и стандартных (условий производства, хранения и т.п.), например:

    — Диапазон измерения, возможность гидроудара Компенсируется тех. характеристиками преобразователя (расширенной перегрузочной способностью (допустимой перегрузкой) сенсора) или подавляются применением специальных технических средств — гасителей пульсаций (демпферы, сифонные петлевые импульсные трубки Перкинса и т.п.)).

    — Температурные режимы измеряемой Тис и окружающей среды Тос Компенсируются характеристиками (расширенные температурные диапазоны по климатике — Тос(-50+80С), или высокотемпературным исполнением Тис свыше 150С измерительного блока преобразователя моноблочной или раздельной конструкции), или применением перед преобразователем охладителей (радиаторов), соединительных рукавов мод.-55004 или сифонные петлевых отборных устройств Перкинса).

    — Степень пылеводозащиты (код IP) Ingress Protection Rating (англ.) — степень защиты от проникновения, обеспечиваемая оболочкой (корпусом): обычно степень пылеводозащиты преобразователей составляет от IP54, вплоть до IP68 (максимальная защита для полностью погружного исполнения).

    — Высокая степень агрессивности ИС и ОС: Компенсируется характеристиками преобразователя (см. специальные нестандартные исполнения: высокотемпературные (до 350°С), виброустойчивые, коррозионностойкие, кислотостойкие, абразивостойкие, гигиенические (для пищевых продуктов) и прочие исполнения) или применением защитно-разделительных устройств (разделители мембранные, рукава соединительные, сосуды (разделительные, конденсационные, уравнительные). — Степень взрывоопасности среды (измеряемой-ИС или окружающей ОС):При эксплуатации оборудования во взрывоопасных условиях необходимо применять датчики — преобразователи давления, имеющие взрывозащищенное исполнение (Exi, Вн: Exd/Exsd) — Exi — искробезопасная электрическая цепь, — Exd/Exsd (Вн) — взрывонепроницаемая оболочка (включает в себя Exi).

    Параметры энергетического питания преобразователей давления

    Номинальные значения напряжения питания Электрических преобразователей давления — обычно составляет =36В постоянного тока (для датчиков с выходом 0-5мА), =24В постоянного тока (для датчиков с выходом 4-20мА), причем питание взрывозащищенных приборов (Exi) должно осуществляться стабилизированным напряжением =24В через барьеры взрывозащиты (типа Корунд и др.).

    Минимальное значение напряжения питания для большинства датчиков составляет 9В, а максимальное может доходить до 42В.

    Пневматических преобразователей (выход 20-100кПа) — давление сжатого воздуха, поступающего от компрессора через редуктор с фильтром (типа РДФ-3.1,-3ю2): 140кПа + 10%, расход воздуха до 5 литров в минуту.

    Способы монтажа и присоединения преобразователей давления

    — присоединение датчика к процессу (трубопроводу, импульсной линии): может осуществляться через монтажный штуцер (резьба М20х1,5, М12х1,5, G1/2, G1/4 и др.) или с помощью монтажных фланцев с приварными ниппелями, быстросъемных разъемов и прочих присоединительных элементов;

    — присоединение датчика к линии питания и/или съема сигнала: для электрических преобразователей обычно используются сальниковый ввод, с заделанным кабельным выводом, зажимная цаега или специальные разъемы (типа DIN-43650 и др);

    для пневматических датчиков — штуцерное присоединение, гайка с ниппелем.

    — монтаж корпуса датчика: — на трубе: за штуцер (М20х1,5, G1/2 и т.п.) на кронштейне (кронштейн притягивается к трубе скобой, код КМЧ — СК) — на плите (код ПЛ) — настенный монтаж — на 35мм DIN-рейку — щитовой монтаж (за отбортовку в вырез щита) — стоечный монтаж

    и прочие виды монтажа корпусов.

    Дополнительная информация о датчиках/преобразователях давления и принципах их действия

    Датчик давления — это конструктивно обособленный преобразователь давления, физические параметры которого изменяются в зависимости от давления измеряемой среды: жидкости, газа, пара (далее, сокр.- ДД). В датчиках давление измеряемой среды преобразуется в унифицированный пневматический (20-100кПа) или разнообразные электрические сигналы (релейный, тока(мА), напряжения(В), индукции(мГн)) или цифровой код (интерфейс RS232, RS485, USB, M-Bus или HART, ModBus-протоколы).

    Конструкция и принципы действия преобразователя давления

    Датчик давления (далее сокр.-ДД) состоит из первичного преобразователя (в составе которого чувствительный элемент — приемник давления с сенсором), схемы вторичной обработки сигнала, различных по конструкции корпусных деталей, в том числе для герметичного соединения датчика с объектом и защиты от внешних воздействий и устройства вывода информационного сигнала (обычно сальник или разъем).

    Основными отличиями одних приборов от других являются пределы (диапазоны) измерений, динамические и частотные диапазоны, точность регистрации давления (погрешность), допустимые условия эксплуатации (в зависимости от окружающей и измеряемой среды), массогабаритные характеристики, которые зависят от защищенности, вида и величины измеряемого давления и принципов его преобразования в выходной сигнал (например для электрического сигнала — это тензометрический, пьезорезистивный, ёмкостный, индуктивный, резонансный, ионизационный, пьезоэлектрический и другие методы):

    Тензометрический метод измерения

    Чувствительные элементы тензометрических преобразователей базируются на принципе изменения сопротивления при деформации тензорезисторов, приклеенных на диэлектрической подложке к упругому чувствительному элементу (обычно мембрана), который деформируется под действием измеряемого давления.

    Пьезорезистивный метод измерения

    Пьезорезистивный метод измерения основан на интегральных чувствительных элементах из монокристаллического кремния (Si). Кремниевые преобразователи имеют высокую чувствительность благодаря изменению удельного объемного сопротивления полупроводника при деформировании давлением.

    Для измерения давления чистых неагрессивных сред применяются так называемые Low cost — решения, основанные на использовании чувствительных элементов либо без защиты, либо с защитой силиконовым гелем.

    Для измерения агрессивных сред и большинства промышленных применений, используется преобразователь давления в герметичном металло-стеклянном корпусе, с разделительной диафрагмой из нержавеющей стали, передающей давление измеряемой среды посредством кремнийорганической жидкости.

    Ёмкостный метод измерения

    При емкостном методе измерения «Сердцем» сенсора является ёмкостная ячейка. Ёмкостный метод основан на зависимости изменения электрической ёмкости между обкладками конденсатора и измерительной мембраны от подаваемого Д.. Основным преимуществом ёмкостного метода является защита от перегрузок (измерительная мембрана при перегрузке просто ложится на стенки «обкладки» конденсатора, длительное время не подвергаясь деформации, при снятии перегрузки мембрана восстанавливает исходную форму, при этом дополнительная калибровка сенсора не требуется), также обеспечивается высокая стабильность метрологических характеристик, уменьшение влияния температурной погрешности за счет малого объема заполняющей жидкости непосредственно в ячейке.

    Резонансный метод измерения

    В основе резонансного метода лежит изменение резонансной частоты колеблющегося упругого элемента при деформировании его силой или Д.. Это и объясняет высокую стабильность датчиков и высокие выходные характеристики прибора.

    К недостаткам можно отнести индивидуальную характеристику преобразования давления, значительное время отклика, невозможность проводить измерения в агрессивных средах без потери точности показаний прибора.

    Индуктивный метод измерения

    Индуктивный метод основан на регистрации вихревых токов (токов Фуко). Чувствительный элемент состоит из двух катушек, изолированных между собой металлическим экраном. Преобразователь измеряет смещение мембраны при отсутствии механического контакта. В катушках генерируется электрический сигнал переменного тока таким образом, что заряд и разряд катушек происходит через одинаковые промежутки времени. При отклонении мембраны создается ток в фиксированной основной катушке, что приводит к изменению индуктивности системы. Смещение характеристик основной катушки дает возможность преобразовать давление в стандартизованный сигнал, по своим параметрам прямо пропорциональный приложенной нагрузке.

    Пьезоэлектрический метод измерения

    В основе пьезоэлектрического метода лежит прямой пьезоэлектрический эффект, при котором пьезоэлемент генерирует электрический сигнал, пропорциональный действующей на него силе или Д.. Пьезоэлектрические преобразователи используются для измерения быстроменяющихся акустических и импульсных давлений, обладают широкими динамическими и частотными диапазонами, имеют малую массу и габариты, высокую надежность и могут использоваться даже в жестких условиях эксплуатации.

    Ионизационный метод измерения

    В основе ионизационного метода лежит принцип регистрации потока ионизированных частиц. Аналогом являются ламповые диоды.

    Лампа оснащена двумя электродами: катодом и анодом, — а также нагревателем. В некоторых лампах последний отсутствует, что связано с использованием более совершенных материалов для электродов.

    Преимуществом таких ламп является возможность регистрировать низкое давление — вплоть до глубокого вакуума с высокой точностью. Однако следует строго учитывать, что подобные приборы нельзя эксплуатировать, если давление в камере близко к атмосферному. Поэтому подобные преобразователи необходимо сочетать с другими датчиками Д., например, емкостными. К тому же, зависимость сигнала от измеряемого давления не является линейной — она логарифмическая.

    Из вышеизложенного становится очевидно, что выбор датчика-преобразователя давления должен начинаться с выбора и анализа основных параметров, под которые подбирается метод измерения (тензометрический, пьезорезистивный, ёмкостный, индуктивный, резонансный, пьезоэлектрический, ионизационный или иной).

    Методы регистрации сигналов преобразователей давления

    Сигналы с датчиков-преобразователей давления могут быть как медленноменяющимися, так и быстропеременными. В первом случае их спектр лежит в области низких частот. Для того, чтобы с высокой точностью оцифровать такой сигнал, необходимо подавить высокочастотную часть спектра, полностью состоящую из помех. Это особенно актуально в промышленных условиях.

    Специально для ввода медленноменяющихся сигналов используются интегрирующие аналого-цифровые преобразователи — АЦП*. Они проводят измерение не мгновенного значения сигнала (которое изменяется под действием помех), а интегрируют сигнальную функцию за заданный промежуток времени, который заведомо меньше постоянной времени процессов, происходящих в контролируемой среде, но заведомо больше периода самой низкочастотной помехи.

    Для измерения переменных давлений применяют датчики-преобразователи с аналоговым выходным сигналом, например, 0—20мА, 4—20мА и 0—5В, 0,4—2В.

    Пьезоэлектрические датчики-преобразователи применяются для измерения быстропеременных процессов в диапазоне частот от единиц Гц до сотен кГц.

    Определения, разъяснения и понятия о преобразователях

    * — АЦП — Аналого-цифровой преобразователь (англ. Analog-to-digital converter, ADC) — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный бинарный код (цифровой сигнал).

    Отличие преобразователя/датчика от манометра В отличие от датчика-преобразователя давления, манометр — прибор, предназначенный для измерения (а не просто преобразования) давления. В манометре от давления зависят показания прибора, которые могут быть считаны с его шкалы, дисплея или аналогичного устройства.

    Copyright © ТЕПЛОПРИБОР.рф 2015-2017 все права защищены авт.-ФМВ, текст зашифрован, копирование отслеживается и преследуется; Официальный сайт — ГК Теплоприбор — производство и продажа КИПиА: Датчики/Преобразователи давления избыточного, абсолютного, дифференциального (разницы перепада), вакуумметрического-разряжения, гидростатического. См. техническое описание и характеристики, прайс-лист (оптовая цена), форму заказа — как подобрать, выбрать, заказать и купить датчик/преобразователь давления по цене производителя в наличии и под заказ со склада в Москве. Способы доставки и отгрузки ТК (Деловые Линии и другими) по всей территории РФ. Дополнительную информацию см. официальный сайт ГК Теплоприбор — раздел Давление.

    Заранее благодарим Вас за обращение в любое из предприятий группы компаний — ГК «Теплоприбор» (Теплоприборы, Промприбор, Теплоконтроль и другие) и обещаем приложить все усилия для оправдания Вашего доверия.

    Вернуться в начало страницы.

    ПД200-ДД преобразователь дифференциального давления во взрывозащищенном исполнении EXD

    Датчики ОВЕН ПД200 модели 155-EXD общепромышленного исполнения представляют собой преобразователи дифференциального давления в полевом корпусе с измерительными мембранами из нержавеющей стали и металлическим кабельным вводом.

    Преобразователи данной модели предназначены для измерения перепада давления или уровня жидкости в емкостях под давлением или расхода среды на сужающих устройствах в системах автоматического регулирования и управления на основных и вторичных взрывоопасных производствах: газораспределительных системах, узлах учета газа, объектах энергетики, вентиляционных системах и т.п.

    Основные характеристики преобразователя

    • измерение разности давления нейтральных к нержавеющей стали сред (воздух, пар, различные жидкости)
    • преобразование перепада давления в унифицированный сигнал постоянного тока 4...20 мА и HART-протокол
    • верхний предел измеряемого перепада давления (ВПИ) – ряд значений от ± 60,0 Па до ± 2,0 МПа
    • максимальное статическое давление – 13 МПа
    • класс точности – 0,1
    • степень защиты корпуса датчика давления – IP65
    • помехоустойчивость удовлетворяют требованиям к оборудованию класса А по ГОСТ Р 30804.6.2-2013.

    Технические характеристики

    Задать вопрос специалисту


    Смотрите также