Датчик давления — устройство, физические параметры которого изменяются в зависимости от давления измеряемой среды
(жидкости, газы, пар).
В датчиках давление измеряемой среды преобразуется в унифицированный пневматический, электрический сигналы или цифровой код.
Существует несколько факторов, влияющих на пригодность конкретного датчика давления для конкретного процесса. Основные это:
- характеристики используемых веществ в среде которых будет использоваться устройство;
- условия окружающей среды, диапазон давлений;
- уровень точности и чувствительности, требуемые в процессе измерения.
Датчик избыточного давления Преобразователь измерительный избыточного давления предназначен для непрерывного преобразования текущего значения измеряемого избыточного давления жидких и газообразных сред в аналоговый сигнал постоянного тока 4-20 мА. Датчик давления (преобразователь измерительный избыточного давления) предназначен для измерения избыточного давления жидких и газообразных сред.
Датчик имеет простую конструкцию и небольшие габариты. Выполнен в металлическом корпусе со степенью защиты IP54. Выходной сигнал датчика 4-20 мА. Диапазон измерения от 0-10 кПа (1 метра водяного столба) до 0-2,5МПа. Датчик давления рекомендуются для технологических процессов, позволяющих использовать измерительные приборы с погрешностью 1%. Основные применения датчика избыточного давления:
- Измерение давления в системах горячего и холодного водоснабжения;
- Измерение давления в системах пожаротушения;
- Измерение давления в компрессорных установках;
- Измерение уровня жидкости в открытых резервуарах;
- Измерение уровня жидкости в дренажных приямках.
Датчик абсолютного разрежения. Служит для оценки нагрузки на двигатель за счет косвенного измерения (по разрежению) расхода потребляемого двигателем воздуха. Именно базируясь на показаниях этих датчиков блок управления двигателем оценивает изменяющуюся нагрузку и управляет подачей топлива и искрообразованием (выбирает нужное значение длительности топливного впрыска и угла опережения зажиганием из прошитых в «мозгах» таблиц).
Атмосферное давление и его измерение
... сухую погоду. Изменение атмосферного давления влияет и на самочувствие людей. 2. Измерение атмосферного давления. Приборы Атмосферное давление измеряют с ... передаются данные об атмосферном давлении по на уровне моря. Почему же атмосферное давление, измеренное на ... давления от высоты местности и температуры воздуха Атмосферное давление зависит от высоты местности. Чем выше уровня моря, тем давление ...
Следствие — без этих датчиков обойтись невозможно. При отсоединении датчиков (не всех, правда), блоком управления, одновременно с регистрацией ошибочного состояния и записи в память кода ошибки, выставляется некое значение замещения измеряемого параметра.
Рисунок 1.1 Датчик абсолютного разрежения
Датчик избыточного давления
Датчик ДДИ-20М состоит из выносного чувствительного элемента (первичного преобразователя) и электронного блока (вторичного преобразователя), соединенных между собой кабелем. В качестве чувствительного элемента первичного преобразователя используется серийный индуктивный преобразователь ДДИ-20. Основным достоинством этого преобразователя является работоспособность при воздействии на него механических вибраций, ударных нагрузок с ускорением, а так же его работа в прямом контакте не только с «чистыми» средами, неагрессивными по отношению к нержавеющей стали, но и содержащими твердые частицы (пульпы, смеси с песком и т.д.).
Вторичный преобразователь представляет собой универсальный нормирующий преобразователь НПДД-1М для серийных индуктивных преобразователей типа ДДИ-20, ДДИ-21, ДД-10, который служит для преобразования изменения их комплексного сопротивления, при воздействии на них давления, в электрический сигнал.
Рисунок 1.2 Датчик давления ДДИ-20 1. Чувствительный элемент (мембрана).
2. Магнитопровод. 3. Рабочая и компенсирующая катушки
Принцип работы датчика состоит в следующем: под влиянием измеряемого давления рабочая мембрана прогибается, что приводит к изменению комплексного сопротивления рабочей обмотки и, соответственно, к разбалансу мостовой схемы нормирующего преобразователя НПДД-1М.
Рисунок 1.3 Схема конструкции датчика ДДИ-20
Отличие от манометра
В отличие от датчика 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.
Рисунок 1.1.1 конструкция датчика давления
1.3 Методы измерения давления
Существует несколько наиболее часто используемых методов измерения давления. Эти методы включают в себя визуальный замер высоты жидкости в колонне, метод упругой деформации и электрические методы.
Высота жидкости в колонне:, Упругая деформация:, Электрические методы:
Также существуют и другие электрические датчики, например емкостные, индуктивные, магнетосопротивления (Холла), потенциометрические, пьезометрические и пьезорезистивные преобразователи.
2. Типы датчиков
Существует множество различных датчиков давления являющихся наиболее подходящими для конкретного процесса, но их обычно можно разделить на несколько категорий, а именно: упругие датчики, электрические преобразователи, датчики дифференциального давления и датчики давления вакуума. Ниже представлены категории, каждая из которых содержит уникальные внутренние компоненты более подходящие под использование в конкретной ситуации.
2.1 Упругие датчики
Большинство датчиков давления жидкости имеют упругую структуру, где жидкость заключена в небольшой отсек по меньшей мере с одной упругой стенкой. При использовании данного метода, показания давления определяются путем измерения отклонения этой эластичной стенки, представляя результат непосредственным отсчетом через соответствующие связи, либо через трансдуцированные электрические сигналы. Упругие датчики давления очень чувствительны, они довольно хрупкие и подвержены вибрации. Кроме того, они, как правило, значительно дороже, чем манометры, и поэтому в основном используются для передачи измеренных данных и измерения разности давлений. Теоретически можно использовать довольно широкий спектр упругих элементов для упругих датчиков давления. Однако большинство устройств используют ту или иную форму трубки Бурдона или диафрагмы.
Измерение параметров электрических цепей
... или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи (рис.2) , силу тока в ... метод измерения, второй – косвенный метод измерения. Прямой метод измерения подразумевает получения результата непосредственно из опыта. Косвенным измерением называют измерение, при котором искомая величина находится на ...
2.2 Электрические датчики
Сегодня датчики не только обязательно подключаются к стрелочным указателям, для отображения давления, но также могут служить для преобразования давления в электрический или пневматический сигнал, который может быть передан в диспетчерскую в которой производится считывание и определение давления. Электрические датчики принимают данные полученные механическое воздействие от упругого датчика и включают в себя электрический компонент, таким образом, усиливая чувствительность и увеличивая сферы применения датчиков. Существуют такие типы датчиков давления: емкостной, индуктивный, датчик магнетосопротивления (датчик Холла), пьезоэлектрический, тензодатчик, виброэлемент, и потенциометрический тип датчика.
2.3 Трубки Бурдона
Принцип, на котором основаны разного вида трубки Бурдона: Давление, подаваемое внутрь трубки, вызывает упругую деформацию эллиптического или овального сечения трубки в сторону круга, которая вызывает появление напряжений в продольном направлении, заставляющих трубку разгибаться, а свободный конец трубки перемещаться. Система рычагов и передач превращает это движение и возвращает стрелку, показывающую давление относительно круглой шкалы. Диапазон измерения такого манометра составляет — от 10 Па до 1000 МПа. Трубные материалы могут быть изменены соответствующим образом в соответствии с требуемым условием процесса. Также, трубки Бурдона — портативные и требуют минимального технического обслуживания, однако, они могут быть использованы только для статических измерений и имеют низкую точность.
Материалом для трубчатых пружин может служить сталь, бронза, латунь. В зависимости от конструктивного исполнения трубчатые пружины могут быть одно- и многовитковые (винтовые и спиральные), S-образные и т.п. Распространены одновитковые трубчатые пружины, используемые в манометрах, которые предназначены для измерения давления жидкостей и газов, а также в таких типах манометров как глубиномер. Датчики С-типа могут быть использованы в диапазонах давлений приближающихся к 700 МПа; они имеют минимальный рекомендованный диапазон давления — 30 кПа (т.е. они не достаточно чувствительны для измерения разности давлений меньше чем 30 кПа).
2.4 Сильфоны
Сильфоны имеют цилиндрическую форму и содержат много складок. Они могут деформироваться в осевом направлении при изменении давления (сжатие или расширение).
Давление, которое должно быть измерено прикладывается к одной стороне сильфона (внутри или снаружи), тогда как на противоположную сторону действует атмосферное давление. Абсолютное давление может быть измерено путем откачки воздуха из внешнего или внутреннего пространства сильфона, а затем измерением давления на противоположной стороне. Сильфон может быть подключен только к включающим / выключающим переключателям или к потенциометру и используется при низких давлениях, <200 Па с чувствительностью 1,2 Па.
Классификация датчиков
... Классификация по измеряемому параметру 1. Датчики давления абсолютного давления избыточного давления разрежения давления-разрежения разности давления гидростатического давления 2. Датчики расхода Механические счетчики расхода ... естественно закодированную информацию от этого объекта. расходомер давление приближение датчик Датчик - конструктивно обособленная часть измерительной системы, содержащая ...
2.5 Мембраны (Диафрагмы)
Мембраны изготовлены из круглых металлических дисков или гибких элементов, таких как резина, пластик или кожа. Материал, из которого изготовлена мембрана зависит от того используется ли свойства упругости этого материала или ему должен противостоять другой элемент (например — пружина).
Мембраны изготовленные из металлических дисков используют упругие характеристики, а тем, которым противостоят другие упругие элементы, изготовлены из гибких элементов. Мембраны очень чувствительны к резким изменениям давления. Мембраной изготовленной из металла можно измерить максимальное давление равное примерно 7 МПа, а мембраной использующей упругий тип материала можно измерять чрезвычайно низкие давления (0,1 кПа — 2,2 МПа) при подключении к емкостным преобразователям или к датчикам перепада давления.
Мембраны очень универсальны — они обычно используются в очень агрессивных средах или в ситуациях с экстремальными избыточными давлениями.
Рисунок 2.5.1 Примеры упругих элементов датчиков давления
2.6 Емкостные датчики
датчик давление манометр упругий
Емкостной датчик состоит из параллельных пластин — конденсаторов, соединенных с диафрагмой, которая обычно металлическая и подвергается давлению сил участвующих в процессе с одной стороны и опорным давлением на другой стороне. Электроды прикреплены к мембране и получают питание от генератора высокой частоты. Электроды ощущают любое перемещение диафрагмы и это влияет на изменение емкости пластин-конденсаторов. Изменение емкости обнаруживается подсоединенной электрической цепью, которая выводит напряжение в соответствии с изменением давления. Данный тип датчика может работать в диапазоне от 2,5 Па — 70 МПа с чувствительностью 0,07 МПа.
Рисунок 2.7.1 Пример емкостного датчика давления
2.7 Индуктивный датчик давления
Индуктивные датчики давления в сочетании с диафрагмой или трубкой Бурдона. Ферромагнитный сердечник прикреплен к упругому элементу и имеет первичную и две вторичные обмотки. Ток подается на первичную обмотку. Когда сердечник по центру то то же напряжение будет индуцироваться к двум вторичными обмотками. Когда сердечник перемещается под влиянием давления, отношение напряжения между двумя вторичными обмотками изменяется. Разность напряжений пропорциональна изменению давления. Ниже показан пример индуктивного датчика давления с использованием диафрагмы. Для этого вида датчика давления, принимая камеру 1 в качестве эталонной камеры с опорным давлением Р 1 подающегося и катушку заряжаемую эталонным током. Когда давление в других камерах изменяется, диафрагма движется и индуцирует ток в другой катушке, который измеряется и выражает измеренное значение тока в единицах давления. Такие датчики могут быть использованы с любым упругим элементом (хотя, как правило, используются в сочетании с диафрагмой или трубкой Бурдона).
Чтение значения создаваемого давления, будет определяться калибровкой напряжения. Таким образом, диапазон давления, в котором может быть использован этот датчик определяется относительно упругого элемента, но лежит в диапазоне от 250 Па — 70 МПа.
Специфические требования к скважинным манометрам исследование ...
... упругие дачники, пьезоэлектрические датчики и т. п. не нашли применения в скважинных манометрах несмотря на их преимущество — непосредственное измерение давления без промежуточных ... пара не нашла широкого применения в скважинных манометрах. Для оценки возможности использования неуплотненной притертой пары в качестве разделительного поршня скважинных манометров рассмотрим уравнение равновесия ...
Рисунок 2.8.1 Индуктивный датчик давления
2.8 Пьезоэлектрические датчики
Пьезоэлектрические датчики используют датчик — кристалл. Когда давление прикладывается к кристаллу, он деформируется и создается небольшой электрический заряд. Измерение электрического заряда пропорционально изменению давления. Этот тип датчика имеет очень быстрое время отклика на постоянные изменения давления. Подобно датчику давления основанного на принципе измерения магнетосопротивления, пьезоэлектрический элемент очень чувствителен, но реагирует гораздо быстрее. Таким образом, если время имеет существенное значение, пьезоэлектрический датчик будет приоритетный к использованию. Диапазон давления датчиков такого типа составляет 0,021 — 100 МПа с чувствительностью 0,1 МПа.
Рисунок 2.9.1 Пример пьезоэлектрического датчика давления
2.9 Датчики дифференциального давления
Датчики дифференциального давления используются с различными видами датчиков, в которых измерение давления является результатом разности давлений, в частности таких датчиков как диафрагмы, сопла подачи или Вентури-метров. Датчик перепада давления преобразует разность давлений в передаваемый сигнал. Где размещение датчика перепада давления (DP) зависит от характера потока текучей среды, которая измеряется. Типичный датчик дифференциального давления минимально инвазивный (внешний компонент присоединен через точки измерения); он обычно используется с емкостным элементом в паре с диафрагмой, которая позволяет емкостному телу двигаться вместе или отдельно, генерируя сигнал (через изменение емкости), который может быть интерпретирован к падению давления.
2.10 Вакуумные датчики
Такие датчики могут измерять чрезвычайно низкие давления или вакуум, ссылаясь на давления ниже атмосферного. Кроме диафрагмы и электрических датчиков, предназначенных для измерения низких давлений, есть также тепловые датчики проводимости и датчики ионизации.
3. Области применения датчиков давления
Приборы для определения давления применяются, практически, во всех отраслях промышленности, особенно в машиностроении, химической, пищевой промышленности и энергетике. Датчики давления можно разделить на следующие группы по типу измеряемого давления:
Датчики абсолютного давления. Точкой отсчета для датчиков абсолютного давления служит нулевое давление, то есть вакуум. Их применяют в основном на химических, пищевых производствах, в фармацевтике — там, где параметры технологического процесса зависят от абсолютного значения давления. Измеряемое абсолютное давление обычно не превышает значения 50-60 Бар. Датчики относительного давления. Показания этих датчиков отсчитываются от значения внешнего атмосферного давления.
Датчики относительного давления применяют в системах водоснабжения, различных трубопроводах и емкостях.
Далее — датчики дифференциального давления. Датчики имеют два входа, и результатом измерения является разница давлений между этими двумя входами. Эта разница может быть как положительной, так и отрицательной, однако некоторые модели датчиков могут измерять только односторонние изменения давлений. Датчики дифференциального давления применяются для контроля загрязнения фильтров при фильтрации жидкостей, или газов. Также они могут использоваться как датчики уровня жидкости при измерении уровня гидростатическим методом.
Контрольная работа: Методы и средства контроля давления. Поплавковые ...
... средства контроля давления 2.1 Физические основы измерения давления. Классификация приборов измерения и контроля давления За основную единицу измерения давления согласно Международной ... Первичные измерительные устройства часто называют датчиками. Датчик прибора для измерений той или иной величины – ... материала, сырья, жидкостей и газов. Контроль уровня часто имеет важное значение для безаварийной ...
4. Принцип работы манометра
Принцип действия манометра основан на уравновешивании измеряемого давления силой упругой деформации трубчатой пружины или более чувствительной двухпластинчатой мембраны, один конец которой запаян в держатель, а другой через тягу связан с трибко-секторным механизмом, преобразующим линейное перемещение упругого чувствительного элемента в круговое движение показывающей стрелки.
Рисунок 4.1 Принципиальная схема манометра 1 — штуцер; 2 — манометрическая пружина; 5 — ось; 6 — сектор; 7 — стрелка; 8 — циферблат; 9- тяга;10- ведущий поводок; 11 — контакт «min»; 12 — контакт «max»
4.1 Жидкостные манометры
Жидкостные манометры отличаются простотой устройства при относительно высокой точности измерения. Их действие основано на уравновешивании внешнего давления столбом затворной (рабочей) жидкости, в качестве которой используют ртуть, воду, трансформаторное масло или спирт.
U-образный манометр представляет собой стеклянную трубку, изогнутую в виде буквы U и заполненную затворной жидкостью так, чтобы уровень жидкости в обоих коленах находился против нулевых отметок. Один конец трубки подсоединяется к объему, в котором необходимо измерить давление Р, а второй сообщается с атмосферой. Отсчет производится по шкале. Разность уровней h определяет избыточное давление Р и плотность жидкости у.
Верхний предел измерения U-образного манометра составляет 10 кПа. при этом погрешность не превышает 2 %.
U-образные манометры используют для измерения разрежения или разности давлений. Основным недостатком U-образных манометров является необходимость снятия при каждом замере двух отсчетов. Этот недостаток частично устранен в чашечном манометре (рис. 1,6), состоящем из сосудов разного диаметра. Под действием измеряемого давления Р уровень жидкости в чашке снижается на высоту h2, значительно меньшую высоты h (диаметр чашки в несколько раз больше диаметра трубки).
Разность уровней h в чашечном манометре в основном определяется перемещением мениска в тонкой трубке, так как h1 > h2.
Чашечные манометры имеют верхний предел измерения 10 кПа, а погрешность измерения составляет 0,4… 0,25 %.
При точных измерениях небольших избыточных давлений и разрежений применяют специальные чашечные манометры с наклонной трубкой (рис.1,в).
Изменение угла наклона, а трубки позволяет при малой высоте h1 получить более точное измерение.
Жидкостные стеклянные манометры не приспособлены для записи показаний и их дистанционной передачи. Поэтому их используют, в основном, для местного контроля, а также для поверки и градуировки манометров других систем.
Рисунок 4.1.1 Жидкостные манометры
4.2 Мембранные манометры
Мембранный манометр типа ММ (рис.3) предназначен для измерения давления до 2,5 МПа. В манометре под действием измеряемого давления мембрана 2, находящаяся в коробке 1, прогибается, перемещая шток 3, соединенный через рычаг 4 с зубчатым сектором 6. Зубчатый сектор находится в зацеплении с зубчатым колесом 8, которое через пружину 9 соединено со стрелкой 7, перемещающейся по шкале 5. Снизу у манометра предусмотрен резьбовой штуцер для установки манометра на объект измерения.
Средства измерения давления
... измеряемое давление, трубка 2 сообщается с атмосферой. При измерении разности давлений к обеим трубкам подводятся измеряемые давления. Рис. 1. Схемы двухтрубного (в) и однотрубного (б) манометра: ... измерительный преобразователь. Именно о средствах измерения давления пойдет речь в этом реферате. 1. История изобретения и развития жидкостного манометра Вопросы водоснабжения для человечества всегда ...
Мембранные манометры применяют, как правило, для измерения небольших давлений. Недостатками мембранных манометров являются малая чувствительность системы, трудность регулировки и изменение характеристик во времени вследствие «усталости мембраны».
Для изготовления мембран используют бронзу, латунь и хромоникелевые сплавы.
Рисунок 4.2.1 Мембранный манометр
4.3 Грузопоршеневые манометры
В этих приборах измеряемое давление определяется по величине нагрузки, воздействующей на поршень определенной площади. Грузопоршневые манометры имеют высокую точность (0,02; 0,05; 0,2) и широкий диапазон измерения (0,1- 250 МПа).
Обычно их применяют для градуировки и поверки грузопоршневых манометров.
Грузопоршневой образцовый манометр МП-60 (рисунок 4), предназначенный для поверки технических манометров с одновитковой трубчатой пружиной состоит из вертикального цилиндра 8 с тщательно пригнанным стальным поршнем 5, на верхнем конце которого закреплена тарелка 7 для укладки образцовых грузов 6, имеющих форму дисков. Воронка 4 служит для заполнения прибора минеральным маслом. Прибор имеет поршневой пресс 1 с манжетным уплотнением. Для установки поверяемых манометров предназначены штуцеры 3 и 10. Игольчатые вентили 2, 9, и 11 служат для перекрытия каналов, вентиль 12 для спуска масла. Создаваемое грузом давление P = m/A, где m — масса поршня с тарелкой и грузом; А — эффективная площадь поршня, за которую принимают сумму площади сечения поршня и половину площади кольцевого зазора между поршнем и цилиндром (обычно А=0,996-1,004см 2 ).
Пределы измерения прибора 0 — 6 МПа. Класс точности 0,05.
Рисунок 4.3.1 Грузопоршневой образцовый манометр
4.4 Электрические манометры
Действие этих приборов основано на зависимости электрических параметров преобразователя давления от величины измеряемого давления. К ним относятся: пьезометрические манометры, в которых используется зависимость электрического заряда пьезоэлемента от измеряемого давления; манометры сопротивления, основанные на зависимости электрического сопротивления чувствительного элемента от измеряемого давления; ионизационные манометры, действие которых базируется на зависимости силы тока положительных ионов, образованных в результате ионизации молекул разреженного газа, от измеряемого давления; а также радиоизотопные манометры, в которых для ионизации газа используется излучение радиоизотопных источников.
5 . Применение манометров
Манометры применяются во всех случаях, когда необходимо знать, контролировать и регулировать давление. Наиболее часто манометры применяют в теплоэнергетике, на химических, нефтехимических предприятиях, предприятиях пищевой отрасли.
6. Цветовая маркировка
Довольно часто корпуса манометров, служащих для измерения давления газов, окрашивают в различные цвета. Так манометры с голубым цветом корпуса предназначены для измерения давления кислорода. Жёлтый цвет корпуса имеют манометры на аммиак, белый — на ацетилен, тёмно-зелёный — на водород, серовато-зелёный — на хлор. Манометры на пропан и другие горючие газы имеют красный цвет корпуса. Корпус чёрного цвета имеют манометры, предназначенные для работы с негорючими газами.
Электроконтактные манометры и их ремонт
... контакт остается замкнутым. Рис. 2. Электрическая схема включения электроконтактного манометра Так, например, если давление среды в измеряемом пространстве уменьшится и достигнет наименьшего значения шкалы, на которое установлен контакт ...
Заключение
Технологии, учет и безопасность производства накладывают особые требования на измерения в технологических процессах, где рабочие среды находятся под давлением (разрежением).
Это связано с тем обстоятельством, что без измерения давления рабочих сред невозможно ни построить безопасный технологический процесс, ни определить плотность циркулирующих веществ, ни обеспечить правильный учет выпущенной продукции, будь то сжиженный газ или тепловая энергия.
Давление определяется как сила действующая на единицу площади и измеряется в английских единицах — пси или в СИ единицах — Па. Существуют три типа измеряемого давления:
- Абсолютное — атмосферное давление плюс избыточное давление;
- Избыточное — абсолютное давление минус атмосферное давление;
- Дифференциальное — разность давлений между двумя точками.
История развития датчиков давления прошла путь от простейших ртутных измерителей величины атмосферного давления до современных многопараметрических микропроцессорных датчиков дифференциального давления/разрежения, обеспечивающих организацию измерений и защит в технологических процессах сразу по нескольким параметрам.
Список использованной литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/kursovyie-rabotyi-datchik-davleniya/
Виглеб Г. Датчики. Устройство и применение. Перевод с немецкого языка. М.: Мир, 1989. 456 с.
Датчики давления фирмы Метран. Каталог/выпуск 1. Челябинск: Метран, 2015. 258 с.
Датчики давления фирмы Метран. Каталог/выпуск 2. Челябинск: Метран, 2015. 314 с.
Датчики давления фирмы Sensym. Каталог. М: Додэка, 1995. 64 с.
