Все, что вам нужно знать о датчиках давления
Датчики давления незаменимы в различных промышленных и технологических приложениях. От происхождения и единицы измерения давления до преимуществ и недостатков различных типов датчиков - вы узнаете, что такое датчик давления, как он работает и как функционирует. Мы также рассмотрим состав датчиков давления, типы выходных сигналов, которые они выдают, и основные критерии выбора промышленного датчика давления. Изучив различные категории датчиков давления - дифференциальные, абсолютные и относительные, - мы расскажем вам о том, как эффективно калибровать, устанавливать и тестировать их. Наконец, мы рассмотрим конфигурацию датчиков давления и различные практические применения этих важных устройств, а также взвесим их преимущества и недостатки.
- Происхождение измерения давления
- Единица измерения давления
- Что такое датчик давления?
- Как работают датчики давления?
- Как работает датчик давления?
- Создание датчика давления?
- Что является выходным сигналом датчика давления?
- Как выбрать промышленный датчик давления?
- Дифференциальное, абсолютное или относительное давление: различные типы датчиков давления?
- Как откалибровать датчик давления?
- Как установить промышленный датчик давления?
- Как проверить датчик давления?
- Как настроить датчик давления?
- Каковы области применения датчиков давления?
- Каковы преимущества и недостатки датчиков давления?
Происхождение измерения давления
Единица измерения Паскаля названа в честь знаменитого французского философа, физика и математика Блез Паскаль.
Родившись в Клермон-Ферране, где расположено производственное подразделение компании Fuji Electric France SAS, французского производителя промышленных датчиков давления, Паскаль провел фундаментальный эксперимент, доставив барометр на вершину горы Пюи-де-Дом, чтобы доказать, чтоатмосферное давление уменьшается с высотой над уровнем моря .
Однако итальянский ученый Эванджелиста Торричелли был пионером в демонстрации давления, оказываемого весом объема воздуха на землю, и в результате сконструировал первый барометр на основе ртути.
Единица измерения давления
Знание единиц измерения давления и способов их преобразования важно для правильного выбора шкалы для промышленного датчика давления.
Давление p выражается в единицах силы F на единицу площади A: p = F / A
Паскаль (Па ): это базовая единица измерения давления в Международной системе (СИ). Один паскаль соответствует 1 ньютону на квадратный метр (1 Па = 1 Н/м²).
Бар: эта единица давления обычно используется в промышленности. Один бар соответствует давлению в 100 000 Па.
Стандартная атмосфера (атм): используется для выражения барометрического или атмосферного давления. Одна атмосфера соответствует давлению 101 325 Па.
Что такое датчик давления?
Датчики давления также известны как преобразователи давления, датчики давления, манометры или преобразователи давления. Существенной разницы между этими названиями нет. Однако существует различие между аналоговыми датчиками давления и интеллектуальными преобразователями.
Если обратиться к определению датчика давления, то это устройство для обнаружения давления, принцип действия которого заключается в преобразовании силы, действующей под давлением жидкости на заданную поверхность (деформация), в электрический сигнал.
Производители используют датчик давления для :
- Измерение давления с помощью датчика относительного или абсолютного давления.
- Измерение расхода с помощью разгерметизатора и датчика перепада давления
- Измерение уровня с помощью гидростатического давления
- Измерение плотности с помощью датчика перепада давления
Датчики давления могут быть интегрированы в различные промышленные системы, что делает их удобными для использования в самых разных условиях.
Как работают датчики давления?
Давление измеряемой жидкости подается на внутренний измерительный элемент через фитинг, а затем на механический интерфейс - измерительную мембрану из нержавеющей стали или другого благородного материала. Электронный измерительный элемент преобразует давление в исходный сигнал.
Как работает датчик давления?
Существуют различные технологии, методы, способы и принципы измерения для датчиков давления, каждый из которых предназначен для конкретного применения в автоматизации, промышленных установках и т.д.
- Le пьезорезистивный датчик давления измеряет силу, приложенную к металлической мембране. Напряжение, действующее на тонкую пленку, заставляет ее деформироваться, передавая изменение давления через несжимаемую жидкость (масло или воду). При этом деформируется пьезорезистивный кремниевый элемент (мост Уитстона). Этот компонент, в котором используются полупроводники, представляет собой переменный электрический резистор, преобразующий деформацию в омическое значение.
- Емкостной датчик давления измеряет силу, приложенную к металлической мембране из нержавеющей стали или керамики. Давление деформирует металлическую пленку, которая передает изменение давления через промежуточную несжимаемую жидкость (масло или воду). При этом деформируется емкостной кремниевый элемент. Этот элемент представляет собой переменный конденсатор, который преобразует деформацию в значение емкости.
- В частотно-резонансных датчикахиспользуются специальные термины, такие как BFSL (Best Fit Straight Line), для определения линейности измерений. Эти датчики преобразуют изменение давления в изменение частоты колебаний, обеспечивая высокое разрешение и разнообразные решения для различных областей применения.
- Тензометрический датчик или датчик напряжения работает аналогичным образом: сигнал от измерительного элемента фильтруется, усиливается, компенсируется температурой и преобразуется в аналоговый сигнал. Аналоговый выходной сигнал передается через электрический разъем, что уменьшает погрешности и повышает точность.
- С другой стороны, манометры отображают результаты измерения местного давления. Например, манометры с U-образной трубкой часто используются для простых и прямых измерений давления вблизи различных объектов и изделий.
Конструкция датчика давления
Конструкция преобразователя давления состоит из нескольких основных элементов. К ним относятся механическое соединение, металлическая или керамическая мембрана и емкостной или пьезорезистивный чувствительный элемент.
Для передачи колебаний давления в измерительные элементы встраивается заполняющая жидкость, часто масло.
Модуль электронного формирования и усиления сигнала обрабатывает собранную информацию. Этот модуль соединен с электрическим разъемом, что облегчает его подключение к другим системам автоматизации.
Преобразователь обычно упаковывается в пластиковый или металлический корпус. Варианты исполнения корпуса включают алюминий, нержавеющую сталь или нержавеющую сталь, в зависимости от области применения и требований к конечному продукту.
Для большей простоты и точности считывания результатов измерений в качестве опции может быть добавлен цифровой индикатор. Эта опция позволяет отображать информацию о давлении непосредственно в режиме реального времени, улучшая положение и эффективность установки.
Что представляет собой выходной сигнал промышленного датчика давления?
Сигнал от датчика давления может быть аналоговым или цифровым. Аналоговый сигнал обычно имеет вид тока 4-20 мА, напряжения 0-10 В или напряжения 1-5 В. Выходной сигнал поступает в блок управления, чтобы повлиять на производственный процесс.
Сигнал 4-20 мА широко используется в этих устройствах благодаря нескольким преимуществам.
Во-первых, он устойчив к потерям сигнала в линии передачи, что гарантирует точность измерений. Кроме того, он увеличивает расстояние между датчиком и системой. Кроме того, отсутствие тока позволяет обнаружить неисправности в линии, что облегчает поиск и устранение неисправностей. Сигнал 4-20 мА также менее чувствителен к электромагнитным помехам, что гарантирует его надежность. И наконец, его можно использовать для питания нескольких элементов оборудования, таких как дисплей, контроллер и регистратор.
Цифровой сигнал может быть доступен с различными протоколами связи - HART - Fieldbus - Profibus - Modbus. Эти протоколы передают измеренное значение, а также позволяют конфигурировать устройства измерения давления. Это известно как интеллектуальный электронный передатчик или SMART. Некоторые датчики давления также предлагают интерфейсы IO Link, охватывающие ряд специфических точностей и диапазонов измерений, а также различные международные одобрения.
Приборы могут быть оснащены цифровыми манометрами.
Как выбрать промышленный датчик давления?
Промышленный преобразователь давления должен выбираться в соответствии с измеряемой жидкостью, диапазоном давления и рабочими условиями применения и процесса.
Для измерения давления необходимо провести исследование, чтобы ответить на вопросы о выборе правильного датчика давления и определении :
- Измеряемая жидкость например: воздух, газ, водородЖидкость, пар, вода или другая жидкость и ее характеристики (плотность, вязкость, коррозионная активность и т.д.).
- Рабочие условия процесса: измеряемое давление, статическое давление, температура процесса, риск коррозии и т.д.
- Тип измерения: измерение давления, измерение расхода с помощью редукционного устройства и дельта-р перепада давления, измерение уровня с помощью гидростатического давления, измерение плотности и т.д.
- Тип измеряемого давления :
- Относительное давление
- Атмосферное давление
- Абсолютное давление
- Дифференциальное давление
- Барометрическое давление
- Сайт диапазон давления или диапазон измерений
- Динамика или дальнобойность
- Точность измерения давления
- Время отклика
- Механический интерфейс или присоединение к процессу: резьбовое соединение, фланцевое соединение и т.д.
- Аналоговый и/или цифровой выходной сигнал, проводной или беспроводной
- Климатические условия и связанные с ними ограничения:
- Промышленная среда, связанные с ней ограничения и действующие нормы:
Дифференциальное, абсолютное или относительное давление: различные типы датчиков давления?
Датчики относительного давления измеряют давление процесса относительно атмосферного давления. Атмосферное давление измеряется с помощью эталонной полости внутри датчика. Это давление уменьшается по мере увеличения высоты над уровнем моря.
В датчиках дифференциального давления используются две отдельные камеры, соединенные гибкой мембраной. Давление измеряется по обе стороны от мембраны. Дифференциальное давление (dp) - это разница между двумя давлениями - эталонным давлением на стороне низкого давления (BP или LP) и давлением на стороне высокого давления (HP). Эти устройства для измерения перепада давления используются для измерения расхода жидкостей в трубах и для контроля засорения фильтров.
Датчики абсолютного давления сравнивают относительное давление с абсолютным вакуумом. Абсолютное давление всегда положительно. Преимущество этого прибора в том, что он не подвержен колебаниям атмосферного давления благодаря вакуумной эталонной камере и поэтому является более точным. Абсолютное давление может быть выражено из относительного давления путем добавления 1,013 бар, т. е. p. абсолютное (бар абс.) = p. относительное (бар) + 1,013.
Мембранный датчик давления отделяет измеряемую жидкость от ячейки давления. Мембрана и контактные части изготовлены из материала, устойчивого к воздействию измеряемой жидкости, и приварены к основанию ячейки давления.
Капиллярная трубка или соединительная муфта обеспечивает связь между разделительной мембраной и ячейкой под давлением. Это пространство должно быть дегазировано под вакуумом, затем заполнено заполняющим маслом и загерметизировано. Измеряемое давление действует на внешнюю поверхность мембраны. Когда мембрана прогибается внутрь, она пытается сжать наполняющую жидкость внутри прибора.
Заполняющая жидкость противостоит сжатию, поэтому усилие направляется непосредственно к измерительному элементу. Вся работа датчика давления с мембранным уплотнением основана на принципе Блеза Паскаля.
Мембранные датчики давления изготавливаются из различных материалов, включая нержавеющую сталь, титан, инконель, хастеллой, монель, тантал и никель. Используемые материалы зависят от типа применения и температуры, для которой предназначен промышленный датчик давления.
Датчики давления с сепараторами используются для измерения давления жидкостей при высоких температурах.
- Многофункциональные преобразователи давления
Многопараметрические датчики давления сочетают измерение дифференциального давления, абсолютного давления и температуры в одном датчике.
Эти изделия используются, в частности, для измерения массового расхода.
Датчики гидростатического уровня - это измерительные устройства, используемые для определения уровня наполнения жидкостью резервуаров или чанов. Принцип измерения основан на гидростатическом давлении, которое представляет собой вес, оказываемый жидкостью в зависимости от высоты столба наполнения.
- Погружные датчики давления
Эти датчики гидростатического давления можно погружать в жидкость для измерения уровня в баке или резервуаре. Обычно они оснащены мембраной из нержавеющей стали.
Как откалибровать датчик давления?
Промышленные датчики давления необходимо периодически калибровать, чтобы обеспечить точность измерений на протяжении всего срока службы и соответствие самым высоким стандартам качества. избегать факторов, влияющих на точность.
Период калибровки определяется производителями датчиков давления. Необходимо откалибровать нулевую и полную шкалу.
На заводе для проверки линейности выходного сигнала точность проверяется в нескольких точках диапазона давления.
Калибровка предполагает приложение определенного опорного давления к механическому интерфейсу датчика, проверку выходного сигнала и последующую компенсацию. Калибровка датчика может осуществляться с помощью внешнего регулировочного винта, локального цифрового индикатора, программного интерфейса или программного обеспечения.
Для выполнения различных манипуляций может потребоваться установка запорного клапана или коллектора на датчике давления, чтобы изолировать его от процесса.
Для ежегодной калибровки вы можете обратиться в компанию, которая специализируется на калибровке датчиков давления.
Регулярная калибровка обеспечивает точность измерения давления и гарантирует стабильность результатов.
Как установить манометр?
Преобразователи давления могут быть установлены с помощью механического соединения с измерительным устройством или трубопроводом, в котором измеряется давление.
В зависимости от давления и температурных условий процесса необходимо соблюдать особые меры предосторожности.
Сигнал с этого устройства может быть подключен к системе отображения (a промышленный цифровой дисплейОн также может быть подключен к ПЛК (системе автоматизации измерения давления), чтобы управлять контрольным устройством и регулировать давление в процессе.
Если вам нужна помощь, мы рекомендуем обратиться в профессиональную компанию для установки и ввода в эксплуатацию вашего измерительного прибора.
Как проверить датчик давления?
Датчик давления можно протестировать, приложив определенное известное давление к механическому интерфейсу датчика давления и проверив измеренный аналоговый выходной сигнал или значение, отображаемое на индикаторе.
Если ваш прибор неисправен, вы можете обратиться к специалисту или к одному из производителей промышленных датчиков, чтобы он отремонтировал его для вас.
Как настроить датчик давления?
Интеллектуальные цифровые устройства с протоколом HART могут быть сконфигурированы:
Каковы области применения датчиков давления?
Понимание Зачем измерять давление в обрабатывающей промышленности важно для обеспечения безопасности, оптимизации управления технологическими процессами, повышения энергоэффективности и поддержания качества готовой продукции.
Преобразователи давления используются в широком спектре промышленных применений.
Этот прибор может определять давление до нескольких тысяч миллибар. Поэтому он незаменим в самых разных отраслях промышленности для автоматизации производственных линий и оборудования. Можно измерять давление сжатого воздуха, воды, пара и газа.
Например, к таким областям применения относятся измерение перепада давления и отверстия для потока жидкости в трубе, потока газа или пара, контроль состояния фильтра, измерение уровня жидкости в резервуаре с помощью датчика с промывочной мембраной, измерение плотности жидкости или измерение относительного давления.
В зависимости от отрасли вам необходимо выбрать измерительный прибор, соответствующий вашим задачам и ограничениям промышленной среды.
Каковы преимущества и недостатки датчиков давления?
Преимущества датчиков давления
- Точность и надежность: датчики давления обеспечивают исключительно точные измерения, необходимые для промышленного применения. Они повышают производительность и снижают затраты, предоставляя точную информацию о давлении газов или жидкостей.
- Устойчивость к экстремальным условиям: даже при высоких температурах или в агрессивных средах, например, при работе со сжатым воздухом, эти датчики работают с исключительной надежностью и точностью.
- Долговечность и прочность: размещенные в корпусах из нержавеющей стали или алюминия, датчики давления устойчивы к ударам, вибрациям и неблагоприятным условиям окружающей среды. Они не требуют частого обслуживания и рассчитаны на длительный срок службы.
- Гибкость применения: Предлагаемые в различных конструкциях и технологиях, эти датчики охватывают широкий диапазон измерений давления, включая вакуум и отрицательное давление. Благодаря своей гибкости они подходят для широкого спектра отраслей промышленности.
- Простая установка: благодаря широкому выбору фитингов и соединителей датчики давления можно легко и быстро интегрировать в системы автоматизации, что сводит к минимуму ошибки при монтаже.
- Устойчивость к перегрузкам: благодаря высокой устойчивости к перегрузкам датчики давления могут выдерживать экстремальные скачки давления, например, возникающие при быстром закрытии клапанов.
Недостатки датчиков давления
- Первоначальные затраты: стоимость приобретения высокоточных и высококачественных датчиков давления может быть высокой, что может представлять собой значительные инвестиции для некоторых компаний.
- Чувствительность к помехам: датчики, использующие полупроводники, могут быть чувствительны к электромагнитным помехам, что может повлиять на их точность.
- Сложность установки: Несмотря на то, что многие датчики разработаны для простой установки, некоторые сложные приложения могут потребовать специальных технических навыков для обеспечения оптимальной работы.
- Техническое обслуживание в особых условиях: В некоторых случаях, особенно при экстремальных условиях окружающей среды, может потребоваться регулярное техническое обслуживание для обеспечения непрерывной работы датчика.
Как выбрать правильный манометр?
Чтобы убедиться, что ваши процессы и системы работают так, как нужно, и приносят ожидаемые результаты, вы должны избегайте ошибок при измерении давленияэксперты из Fuji Electric, французский производитель промышленных датчиков давленияОни подскажут вам и предложат измеритель давления, предназначенный для решения самых сложных задач.
Измерение давления не может быть импровизацией!
Измерение давления требует услуг профессионалов в области приборостроения.
Преобразователи давления Fuji Electric известны своими высокими технологиями, точностью измерения давления, широким диапазоном измерений, долговременной стабильностью, качеством сборки, надежностью, долговечностью, технической поддержкой, удобством возврата и быстрой доставкой к клиентам.