Виды датчиков давления
Датчик давления – измерительный прибор, преобразующий показатели давления в сигнал, который виден пользователю на шкале или электрическом табло прибора. В зависимости от принципа работы, конструкции датчика выходной сигнал может быть электрическим, пневматическим или цифровым (протокол HART, RS-232/485 для обработки современными компьютерными системами автоматики).
Какое давление могут измерять датчики
Для разных инженерных систем необходимо измерять параметры разных видов давления:
- Абсолютное – давление измеряется относительно абсолютного нуля (вакуум)
- Относительное – показатели давления измеряются в соотношении со средними показателями атмосферного давления
- Дифференциальное – измерение показателей давления на входе и на выходе оборудования, отдельного участка инженерной сети, емкости
- Избыточное – показатели давления внутри системы, емкости, которое превышает показатели наружного атмосферного давления
Для того, чтобы прибор работал максимально точно и соответствовал критериям конкретной инженерной сети, установленного оборудования важно учитывать и другие факторы:
- Характеристики измеряемой среды (жидкость, пар, газ) – учитываются несколько эксплуатационных параметров (температура, вязкость, объемы, химическая агрессивность)
- В каких условиях будет использоваться датчик, необходимая степень защиты от повреждений, быстрого износа – ударная и механическая прочность, стойкость к промерзанию, вибрации, воздействию агрессивной химии, риски гидроудара, повышенная пожарная и взрывоопасность, защита от пыли, гидроизоляция
- Рабочий и предельно допустимый диапазон показателей давления
- Точность измерений, уровень чувствительности датчика к изменению показателей давления – этот параметр влияет на выбор материала чувствительного элемента датчика. Для правильной эксплуатации разных систем и оборудования важны разные факторы – для одних крайне важна точность измерений, для других необходимость контролировать перепад давления. Поэтому для сетей, где перепады давления – нормальный процесс. Необходимо выбирать датчики с меньшей чувствительностью, но с большей точностью.
Конструкция, назначение датчика давления зависит от того, по какому принципу проводятся измерения.
Методики измерения, типы датчиков давления
Самые распространенные методы, используемые для измерений – упругая деформация, электрический и визуальный способ.
Визуальный метод определения давления
По мере повышения или понижения давления жидкость в герметичной трубке поднимается или опускается. По откалиброванной шкале, нанесенной на колбе датчика, можно узнать какое давление на данный момент.
Сильфоны, диафрагмы – метод упругой деформации
Давление определяется по силе воздействия среды на упругий материал датчика. В полости датчика размещается одна или несколько гибких, упругих перегородок. Измеряя отклонение эластичной перегородки можно измерить давление жидкости или газа.
Результаты измерений выводятся на круглое табло со шкалой делений или в виде электрического сигнала на табло дисплея измерительного прибора. Так как эти приборы очень чувствительны к вибрации, механическим повреждениям, но отличаются высокой точностью показаний, то их часто применяют для передачи данных измерений на центральный пульт управления или для учета параметров разницы давления в системе.
Есть несколько типов датчиков, измеряющих давление по принципу упругой деформации.
Трубка Бурдона
Удобные портативные приборы для быстрого и точного измерения показателей давления в полевых условиях при проведении профилактических, сервисных работ. Измерения основаны на оценке деформации сечения трубки, приводящего в движение сочленяющиеся пружинные механизмы, передвигающие стрелку показателей давления.
Трубки Бурдона не отличаются высокой точностью, применяются для единовременных измерений в статике, не позволяют непрерывно контролировать процесс изменения показателей давления.
В зависимости от назначения датчика, пружины могут быть выполнены из стали, латуни, бронзы, иметь разную конструкцию – винтовая, в виде спирали в один или несколько витков, типа литеры S.
Сильфон
Сильфон похож на вытянутую цилиндрическую гармошку с большим количеством складок. При изменении давления, сильфон сжимается или растягивается. Давление измеряемой среды действует на одну сторону сильфона, на другую – действует давление атмосферы.
Чтобы измерить показатели абсолютного давления, воздух откачивается изнутри или снаружи сильфона, чтобы измерить показатели на другой стороне.
Сильфоны применяются для измерения давления ниже 200 Па, имеют небольшую чувствительность – 1.2 Па, могут подключаться только к потенциометрам или переключателям включения, выключения.
Мембрана
Универсальный, широко используемый датчик, стойкий к механическим повреждениям, вибрации, воздействию агрессивной химической среды.
Мембрана располагается внутри полости датчика давления. Измеряется угол отклонения мембраны, при изменении показателей давления. Материал изготовления мембран может быть разным – металл, пластик, компонентная резина – выбор зависит от эксплуатационного назначения.
В зависимости от конструкции датчика, для возврата мембраны в исходное состояние может применять пружинный механизм.
Мембранные датчики чувствительны к гидроударам, резким перепадам давления. Датчики отличаются высокой чувствительностью, но применяются в системах с давлением не выше 7 МПа.
Так как есть возможность подобрать нужный материал для изготовления мембраны, то мембранные датчики давления применяют в агрессивной среде, системах с высоким давлением.
Электрическое сопротивление
- Тензорезисторные – измерение электрического сопротивления
- Емкостные – измеряют изменения емкости конденсаторов при изменении параметров среды
- Индуктивные – используется принцип электромагнитной индукции, измеряется разность напряжения электрических потенциалов
- Магнетического сопротивления – измеряется магнитный поток в электрической цепи
- Пьезометрические – используется принцип магнетического сопротивления пьезоэлементов
- Тензометрические – измерение разницы сопротивлений резисторов по схеме Уитстона
- Вибрационные – измерение резонансной частоты вибрации
Для измерения показателей давления в датчиках могут использоваться и другие принципы измерений для фиксации необходимых показаний:
- Для измерений дифференциального давления – определяет разность, перепад давлений
- Вакуумные – применяются в системах с низким давлением, приближенным к вакууму
- Тепловые вакуумные – конструкция основана на изменении теплопроводности газа при изменении давления, применяются при низком давлении
- Ионизационные – высокоточные приборы для лабораторных исследований, работают по принципу измерений ионного тока
Каждая модель датчика разрабатывается с учетом эксплуатационных требований, характеристик перекачиваемой среды, необходимой точности измерений, объемов перекачиваемых сред, предельных и минимальных показателей давления в системе.