Приборы для измерения давления в промышленности - характеристики и виды

Преобразователь давления — это измерительный прибор, который предназначается для непрерывного измерения давления различных жидких и газообразных сред, а также последующего преобразования полученных значений измерения в унифицированный выходной сигнал по току или напряжению. Полученный в результате измерения сигнал используется в качестве входного сигнала для аппаратуры систем автоматического регулирования, управления и контроля технологических процессов.

D тензопреобразователи микроэлектронные избыточного давления	MD тензопреобразователи микроэлектронные избыточного давления	MC тензопреобразователи микроэлектронные избыточного давления

Тензорезисторные преобразователи силы и давления получили широкое распространение как миниатюрные компактные устройства, которые способны измерять силу и давление в диапазоне от нескольких Па до нескольких МПа. Невозможно автоматизировать производство, на котором используются жидкости, пастообразные смеси, газы под давлением без использования приборов измерения и преобразования давления и силы.

РТ тензопреобразователи микроэлектронные избыточного давления	HD тензопреобразователи микроэлектронные избыточного давления

Приборы для измерения давления в промышленности, также известные как датчики давления, применяются на участках диспетчеризации, энергосбережения, учета и контроля распределения газа, тепла и нефтепродуктов. Преобразователи давления установлены на предприятиях энергетики, газо- нефтепереработки, легкой и тяжелой промышленности, на объектах коммунальных служб и т.д.

Давление можно определить как единицу силы создаваемую на единицу площади поверхности. В системе СИ в качестве единицы измерения давления используется Паскаль (Па). Один Па равняется силе в один Ньютон (Н), приложенной на площадь в один метр квадратный (Па = Н / м2).

На практике широко распространены и другие единицы измерения. Помимо «Па» наиболее известны: «bar» (бар), «кгс/см2» (килограмм-сила на квадратный сантиметр) и «м.в.с.» (метры водяного столба), а также производные от них: «мбар» (миллибар), «кПа» (килопаскаль), «МПа» (мегапаскаль).

Приборы для измерения давления в промышленности, в зависимости от вида измеряемого давления, подразделяют на следующие группы:

• Избыточное давление – МИДА-ДИ-13П, AC-1, МИДА-ДИ-13П-В, РТМ-М, ТЖИУ-406. Применяются для измерения давления, создаваемого какой-либо средой, относительно атмосферного давления. Это самый распространенный тип приборов для измерения давления, который применяется практически повсеместно, во всех отраслях промышленности. Особо распространены в таких сферах, как энергетика, ЖКХ, водоочистка, водоподготовка, системы отопления, вентиляции и кондиционирования, химическая и пищевая промышленность и т.д.

МИДА-ДИ-13П	AC-1	МИДА-ДИ-13П-В	РТМ-М	ТЖИУ-406

• Абсолютное давление – МИДА-ДА-13П, МИДА-ПА-81, МИДА-ПА-88-4, ТЖИУ406А. Применяют для измерения давления, создаваемого какой-либо средой относительно вакуума (абсолютного разряжения). Данный тип датчиков давления не так широко распространен и используется в основном в химической отрасли.

МИДА-ДА-13П	МИДА-ПА-81	МИДА-ПА-88-4	ТЖИУ406А

• Вакууметрическое давление (разряжение) - МИДА-МВ-76, ДТ-2,5 и ДТ-40, ДЕ-57-2,5Т; ДЕ-57-6Т; ДЕ-57-40Т, МИДА-ДВ-13П. Эти датчики, напротив, измеряют уровень разряжения (вакуума) относительно уровня атмосферного давления. Вакуумные процессы, на сегодняшний день, нашли широкое применение во многих отраслях производства. Например, в пищевой промышленности при производстве продукции в вакуумной упаковке, в металлургии при производстве РТИ и литья в вакууме, в автомобилестроении и др.

МИДА-МВ-76	ДТ-2,5 и ДТ-40	ДЕ-57-2,5Т; ДЕ-57-6Т; ДЕ-57-40Т	МИДА-ДВ-13П

• Гидростатическое давление – ТРИД-Г, КОРУНД-ДИГ-001М, ПД100-ДГ-137. Также называют гидростатическими уровнемерами и, по сути, являются разновидностью датчиков избыточного давления, но применяются в тех случаях, когда они необходимо измерение гидростатического уровня жидкостей и измеряют давление столба жидкости над ними.

ТРИД-Г	КОРУНД-ДИГ-001М	ПД100-ДГ-137

Конструктивные особенности

На рисунке ниже изображена общая схема конструктивного строения прибора для измерения давления. Конструкция может изменяться в зависимости от производителя прибора, типа использованного датчика, а также особенностей применения.

Конструктивное строение прибора для измерения давления

Рассмотрим основные элементы более подробно:

1. Кабельный ввод – служит для герметичного ввода электрического кабеля в датчик. Обычно, используется ссальниковый ввод типа PG9, однако бывают и другие варианты присоединения - PG16, M20x1,5 и т.д.

2. Клеммы – используются для подключения электрических проводов непосредственно к датчику. Большинство приборов для измерения давления имеют для подключения 2-х проводную схему с выходным сигналом от 4 до 20 мА.

3. Плата питания / искрозащиты – данная плата распределяет электрическую энергию между всеми электронными компонентами датчика. Устройства во взрывобезопасном исполнении при помощи данной платы реализуют функцию искрозащиты. В недорогих датчиках давления преобразовательная плата и плата питания, как правило, совмещены.

4. Корпус электроники – элемент датчика давления, в которой располагаются плата питания и преобразовательная плата.

5. Преобразовательная плата - одна из важнейших составляющих прибора измерения давления. Она преобразует сигнал непосредственно от первичного сенсора в унифицированный электрический сигнал по току или напряжению.

6. Корпус датчика – это основная механическая часть, которая представляет собой «тело» прибора.

7. Провода и атмосферная трубка – провода - это кабельный шлейф, который соединяет преобразовательную плату и выводы сенсора. Атмосферная трубка используется в датчиках вакууметрического и избыточного давления для привязки чувствительного элемента к атмосферному давлению.

8. Технологическое соединение - применяется для физического подключения датчика к процессу, трубопроводу, аппарату или емкости. Наиболее распространено резьбовое манометрическое подсоединение G1/2" по стандарту DIN 16288 и резьба М20х1,5. Также, часто можно встретить соединения G1/4"и G1", а также фланцевые соединения. Существуют специальные санитарные присоединения, например, в пищевой промышленности распространены: молочная гайка DIN 11851,DRD-фланец и хомуты Tri-clamp.

9. Сенсор давления, также называемый первичным преобразователем — это один из основных элементов любого устройства измерения давления. Сенсор давления осуществляет преобразование действующего на него давления в электрический сигнал, чтобы затем унифицировать его на преобразовательной плате. Существует несколько способов преобразования давления в электрический сигнал. В промышленности используются емкостный, индуктивный и тензорезистивный методы преобразования. Однако, самым распространенным, на сегодняшний день, является тензорезистивный метод преобразования давления.

Тензорезистивный метод основан на таком явлении, как тензоэффект в металлах и полупроводниках. Тензорезисторы соединенные в мостовую схему Уитстона изменяют свое сопротивление под действием давления, что приводит к разбалансированию моста. Разбаланс прямо пропорционально зависит от степени деформации резисторов и, соответственно, от приложенного давления.

Мост Уитстона

На рынке существует 4 основных типа сенсоров, принцип действия которых основан на тензорезистивном методе преобразования:

1. Толстопленочные сенсоры на металической/керамической мембране - один из самых дешевых типов сенсоров, применяется для производства недорогих моделей для неагрессивных сред, таких, как воздух, вода или пар.

2. Тонкопленочные сенсоры на стальной мембране - разработанные специально для применения в преобразователях высокого давления,  работают со средой более 100 бар. Они обладают хорошей линейностью и повторяемостью при работе с высоким давлением.

3. Керамические тензорезистивные сенсоры – данный вид сенсоров применяется для высокоточного измерения давления сред, не агрессивных по отношению к материалу керамики, исключая пищевые продукты и вязкие среды. Самый распространенный тип датчиков давления.

4. Кремниевые тензорезистивные сенсоры – обычно применяются совместно с защитной разделительной мембраной из нержавеющей стали. Обладают высокой точностью измерения давления различных сред. Использование в данном типе сенсоров сварной разделительной мембраны из нержавеющей стали позволяет применять их в пищевой промышленности и для вязких сред.