Что такое датчик давления
Датчик давления преобразует давление в трубе, цилиндре или сосуде в электрический сигнал, который читает машина. На гидростанции, пневматической линии, насосной блочной установке или испытательном стенде именно этот элемент даёт системе управления представление о том, что делает среда, а не полагается на оператора, который снимает показание со шкалы.
Термин охватывает две вещи, которые в каталоге часто разделяют, а в установке - никогда. Отдельный чувствительный элемент выдаёт слабый сигнал, который нужно обработать, прежде чем его сможет кто-то прочитать. Передатчик объединяет элемент с электроникой, которая его усиливает, линеаризует и компенсирует температурный дрейф, и с выходным каскадом, формирующим стандартный сигнал. Для станкостроения почти всё продаётся во втором исполнении, поэтому на практике оба слова используют как взаимозаменяемые.
Выбор для машины сводится к четырём вопросам: что должна выдерживать измерительная технология, относительно чего выполняется отсчёт, какой выход принимает система управления и какое процессное присоединение уже есть у штуцера. Последнее чаще всего и оказывается жёстким ограничением, потому что штуцер поменять не так просто, как датчик.
Как датчик давления выполняет измерение
Три технологии дают большинство датчиков давления, которые ставят на машины, и отказывают они по-разному. Пьезорезистивный элемент - это кремниевая мембрана с диффузированной резистивной сеткой; он чувствителен, дёшев, хорошо подходит для чистых сухих газов и умеренных давлений и лежит в основе большинства недорогих передатчиков. Тензорезистор на тонкой плёнке наносится прямо на стальную мембрану, что даёт прочный элемент для более высоких давлений и для гидравлики, с большей стойкостью к скачкам давления. Ёмкостный элемент измеряет прогиб мембраны относительно неподвижной пластины и выбирается там, где стабильность и широкий диапазон регулирования важнее стоимости.
Температурная компенсация - это то, что отличает чувствительный элемент от прибора. Все перечисленные технологии дрейфуют вместе с температурой окружающего воздуха и среды, и без коррекции этот дрейф больше значения погрешности на рабочем участке. Компенсация выполняется в электронике, поэтому передатчик стоит дороже голого элемента, а температурные требования к электронике так же значимы, как предел температуры измеряемой среды.
Механический путь, которым давление доходит до элемента, важен не меньше самого элемента. Передатчик, установленный напрямую на точку отбора, видит среду напрямую. Передатчик за импульсной линией видит давление, изменённое этой линией: конденсат в газовой линии или газ в жидкостной меняют то, что доходит до прибора, а пульсирующий источник вроде поршневого насоса задаёт качающееся давление, которое прямое измерение будет повторять. Демпфирующее устройство на штуцере или импульсная линия, устроенная так, чтобы удержать нужную фазу, - часть того, что делает измерение осмысленным.
Варианты конфигурации
Большую часть спецификации определяют именно эти решения, а не класс точности. Каждое ограничивает следующее, поэтому их и утверждают по порядку.
| Конфигурация | Что нужно зафиксировать | Что это на самом деле определяет |
| Технология датчика | Пьезорезистивная, тензорезисторная на тонкой плёнке или ёмкостная | Стойкость к перегрузкам и скачкам давления, стабильность во времени и область давлений, где эта технология применима лучше всего. |
| Начало отсчёта | Избыточное, абсолютное, с запаянной опорой или дифференциальное | Что означает ноль. Датчик избыточного давления отсчитывает от атмосферы и смещается вместе с её изменением; абсолютный - нет, и это важно на вакуумной системе или в закрытом сосуде. |
| Диапазон и рабочая точка | Полный диапазон датчика против давления, при котором машина работает обычно | Наименьшее изменение, которое удаётся разрешить в эксплуатации, - обычно именно от него задача и зависит. |
| Форма выходного сигнала | Двухпроводная токовая, трёхпроводная напряжения или цифровая шина | Как датчик подключается к контроллеру и как он разводится. Функции выводов у этих исполнений разные, поэтому выход выбирают до того, как планируют проводку. |
| Напряжение питания | Номинальное питание, доступное на машине, и варианты с расширенным диапазоном | Работает ли датчик от уже подведённого напряжения управления и требуется ли отдельный источник питания. |
| Процессное присоединение | Резьбовое, фланцевое, зажимное или на заказ | Подойдёт ли датчик к имеющемуся штуцеру. Нестандартная резьба обычно обходится дешевле, чем переделка манифольда. |
| Электрическое соединение | Штекер, герметичный ввод кабеля или круглый разъём | Как датчик заменяют в эксплуатации и насколько соединение стойко к охлаждающей жидкости, мойке и вибрации. |
| Материал смачиваемых частей и температура среды | Материал корпуса и мембраны, а также температурное исполнение | Будет ли среда разъедать датчик и покрывает ли стандартный температурный диапазон процесс либо нужно высокотемпературное исполнение. |
Как выбрать датчик давления
| Фактор | Почему от этого зависит ответ | Как решить это до запроса |
|---|
| Рабочее давление в норме и пиковое давление | Диапазон задаёт разрешающую способность, а пик - то, что датчик должен выдержать | Укажите рабочее и максимальное давление отдельно и скажите, пик удерживается или это скачок при пуске. |
| Начало отсчёта | Он определяет ноль, а ошибочно выбранный отсчёт калибровкой потом не исправишь | Явно укажите: избыточное, абсолютное или с запаянной опорой, - а не выводите отсчёт из типа машины. |
| Среда и её температура | Коррозия и температура - две самые частые причины раннего выхода датчика давления из строя | Назовите жидкость, её концентрацию, если это не чистая вода или масло, и её температуру в точке отбора. |
| Уже имеющееся процессное присоединение | Штуцер обычно и есть жёсткое ограничение, потому что переделать манифольд дороже, чем подогнать датчик | Укажите резьбу, а если это фланец или зажим - его размеры и поверхность уплотнения. |
| Вход системы управления | Тип входа контроллера и уже проложенная проводка определяют форму выходного сигнала | Назовите карту ввода и то, принимает ли она ток или напряжение, и где будет подключён датчик. |
| Условия вокруг датчика | Вибрация, мойка, охлаждающая жидкость и уличное воздействие действуют и на корпус, и на соединение | Опишите, где именно на машине стоит датчик и будет ли он под струёй воды или погребён в стружке. |
| Динамика источника давления | Пульсирующий насос или быстро срабатывающий клапан задаёт качающееся давление, от которого зависит смысл показания | Скажите, давление постоянное или пульсирующее и нужно ли демпфированное либо усреднённое показание. |
Датчик давления измеряет в одной точке системы. Если расход выводят из давления, результат зависит от геометрии между точкой отбора и точкой отсчёта, поэтому тот же датчик на другой установке даёт другой ответ.
Ближайшие альтернативы
датчик давления: какие типы обычно имеют в виду в запросе и где на самом деле решается выбор.
| Ближайшая альтернатива | Что отличает его от датчика давления |
| Датчики усилия | Датчик усилия измеряет нагрузку, приложенную прямо к нему, а датчик давления - силу, приходящуюся на единицу площади жидкости. Разница важна не для электроники, а для механической схемы: датчик усилия воспринимает нагрузку через собственный корпус, и заменить его показанием давления нельзя, если площадь неизвестна или непостоянна. |
| Датчики уровня | Уровень часто вычисляют по давлению внизу сосуда, и работает это только при известной и постоянной плотности. Если плотность меняется или сосуд сверху открыт атмосфере, надёжнее датчик уровня, который измеряет границу раздела непосредственно. |
| Датчики температуры | Другая величина, измеряемая тем же способом: система управления читает обе как аналоговое значение. На одной блочной установке они часто нужны вместе, и указывают их независимо, потому что диапазоны давления и температуры редко совпадают. |
| Манометры | Местная индикация без электрического выхода. Если оператор читает давление в точке применения и ничего не нужно передавать контроллеру, манометр проще и надёжнее; датчик нужен для того, чтобы значением можно было распорядиться в другом месте. |
| Реле давления | Реле меняет состояние при достижении уставки и даёт контакт, то есть сообщает о пересечении предела, а не о том, каково давление. Если контроллеру нужно значение, реле его не даст, а если важен только предел, реле - более простое решение. |
| Передатчики давления | Тот же прибор, но подобранный под технологическую установку, а не под машину: на первый план выходят стандарты процессных присоединений, совместимость смачиваемых частей, выносные разделители среды и сертификация для взрывоопасных зон. На компактной машине решающими обычно становятся корпус, соединение и электрический интерфейс. |
Что включить в запрос
Первый ответ может быть предложением, а не списком вопросов, если запрос содержит эти данные. Если значение неизвестно, пришлите описание задачи - мы уточним, что из неё следует.
- Диапазон измеряемого давления с указанием рабочей точки и максимума
- Тип отсчёта: избыточное, абсолютное, с запаянной опорой или дифференциальное давление
- Жидкость, её температура в точке отбора и концентрация, если это не чистая вода или масло
- Процессное присоединение на машине: резьба, фланец, зажим или на заказ
- Форма выходного сигнала, которую принимает контроллер, и напряжение питания
- Давление постоянное или пульсирующее
- Предпочтительное электрическое соединение и то, как датчик будут менять в эксплуатации
- Будет ли датчик подвергаться мойке под давлением, действию охлаждающей жидкости или уличным условиям
- Нужна ли с датчиком документация и в каком виде
