Датчики давления

Датчики давления являются устройством, выдающим сигналы на выходе, зависящие от давления измеряемой среды. Сегодня не обходятся без точных датчиков определения давления. Они применяются в автоматизированных системах всех отраслей промышленности.

Классификация и принцип работы

Многие датчики давления функционируют на преобразовании давления в движение механической части. Кроме механических элементов (трубчатые пружины, мембраны) для замеров используются тепловые и электрические системы. Электронные элементы дают возможность осуществить производство датчиков давления на электронных элементах.

Датчик давления состоит из

• Первоначальный преобразователь вместе с чувствительным элементом.
• Корпус датчика, имеющий разные конструкции.
• Электрическая схема.

Волоконно-оптические

Этот тип датчиков считается самым точным в работе, которая не имеет большой зависимости от изменений температуры. Элементом точной чувствительности действует оптический волновод. Давление в волоконно-оптических приборах определяется путем поляризации света, прошедшего по элементу чувствительности, и колебаниям амплитуды.

Оптоэлектронные датчики давления

Датчики давления состоит из нескольких слоев, через которые проходит свет. Один слой меняет свойства от величины давления среды. Меняются 2 параметра: величина преломления и размер слоя. Методы изображены на рисунках.

При изменении свойств будет изменяться характеристика света, проходящего через слои. Фотоэлемент производит регистрацию изменений. Преимуществом оптоэлектронных приборов стала высокая точность.

Датчики легко определяют давление, имеют повышенное разрешение, чувствительность, стабильны к действию температуры. Перспективность оптоэлектронных приборов обуславливается работой на интерференции света, использованием интерферометра для замера малых перемещений. Основные составляющие элементы датчика – кристалл оптического анализатора с диафрагмой, фотодиод и детектор. Детектор составляют три светодиода.

К 2-м фотодиодам прикреплены оптические фильтры, которые имеют отличия по толщине. Фильтры состоят из кремниевых зеркал, имеющих отражение от лицевой части поверхности, которые имеют слой оксида кремния. Поверхность напылена слоем алюминия малой толщины.

Световой преобразователь подобен емкостному датчику. Его диафрагма смоделирована способом травления, которая покрыта металлическим тонким слоем. Стеклянная пластина снизу покрыта металлическим слоем. Между подложкой и стеклом есть промежуток, образованный двумя прокладками.

Два металлических слоя образуют интерферометр с изменяемым воздушным промежутком. В его состав вошли: зеркало на стекле стационарного вида и меняющее положение зеркало на мембране.

На подобной основе изготавливают чувствительные датчики размером 0,55 мм. Они легко проходят через ушко иглы.

Оптическое волокно взаимосвязано с сенсором. В нем с помощью управления микропроцессора подключается монохроматический свет, который вводится в волокно. Делается замер интенсивности обратного света, по калибровке рассчитывается наружное давление и результат показывается на экране. Сенсоры используют в медицине для проверки давления внутри черепа, измерения кровяного давления в артериях легких. Другими методами в легкие добраться невозможно.

Магнитные

Магнитные датчики давления еще называют индуктивными. Элементом чувствительности служит Е-пластина, в центре расположена катушка, и проводящая мембрана. Она расположена на малом расстоянии от конца пластины. При подсоединении обмотки образуется магнитный поток, он идет через пластину, промежуток воздуха и мембрану.

Магнитная проницаемость воздуха в зазоре в 1000 раз слабее мембраны и пластины. Малое изменение параметра зазора приводит к значительному изменению индуктивности.

При воздействии давления мембрана изгибается, сопротивление катушки меняется. Преобразователь переводит изменение в сигнал тока. Измерительный рабочий элемент преобразователя сделан по схеме моста, обмотка включена в плечо. АЦП подает сигнал от элемента измерения в виде сигнала от давления.

Емкостные

Для определения очень небольших изменений давления приборы наиболее применимы и эффективны. Они дают возможность произвести замеры избыточного давления в различной среде. На предприятиях при выполнении технологических процессов, в которых задействованы системы воздушного и гидравлического оборудования, в насосах, компрессорах, на станках емкостные датчики нашли широкое применение. Датчик емкостного вида имеет конструкцию, которая имеет стойкость к вибрациям, скачкам температуры, защищена от химической и электромагнитной среды.

Ртутные

Также простая конструкция прибора. Действует по закону о сообщающихся сосудах. На одну емкость давит давление, которое нужно измерить. По величине другого сосуда – определяется давление.

Пьезоэлектрические

Элементом чувствительности в этом датчике служит пьезоэлемент. Это вещество, создающее электрический сигнал во время деформации. Такое свойство называется прямым пьезоэффектом. В измеряемой области находится пьезоэлемент, который образует ток, прямо зависящий от значения давления. Сигнал в датчике из пьезоматериала образуется только при деформации. При неизменном давлении нет деформации, поэтому датчик годен только для проведения замеров среды с быстро изменяемым давлением.

Если давление не будет изменяться, то не будет деформации, пьезоэлектрик не сгенерирует сигнал.

Пьезоэлектрики нашли использование в первичных преобразователях потока водяных вихревых счетчиков, и других сред. Их устанавливают парами в трубу с проходом в несколько сотен мм за предметом обтекания. Фиксируют вихри. Количество и частота вихрей прямо зависят от скорости потока и расхода по объему.

Пьезорезонансные датчики давления

В отличие от вышеописанного вида датчика здесь применяется обратный пьезоэффект, то есть, форма материала пьезоэлемента изменяется от тока подачи. Применяется резонатор в виде пластины из пьезоматериала. На пластину с двух сторон нанесены электроды. На них подключается по очереди напряжение питания с разным знаком, пластина производит изгиб в обе стороны в зависимости от полярности поданного напряжения и частоты.

Если воздействовать на пластину силой, чувствительной мембраной к давлению, то резонатор изменит частоту колебаний. Частота резонатора укажет значение давления на мембрану, которая оказывает давление на резонатор.

На рисунке изображен пьезорезонансный датчик с абсолютным давлением, который сделан герметичной камерой 1. Она достигается корпусом 2, основанием 6, мембраной 10. Мембрана крепится на электронную сварку к корпусу. Держатели закреплены на основании перемычками. Силочувствительный резонатор удерживает держатель.

Мембрана 10 давит на втулку 13 и шарик 6, который закреплен в держателе. Шарик давит на чувствительный резонатор 5. Проводка закреплена на основании 6, необходима для слияния резонаторов с генераторами. Сигнал на выходе абсолютного давления образуется по схеме путем разности генераторных частот. Датчик находится в активном термостате 18 с неизменной температурой 40 градусов. Давления для измерения поступает через штуцер 12.

Резистивные датчики давления

Другим названием этот датчик называется тензорезистор. Это элемент, который меняет собственное сопротивление при деформации. Такие тензорезисторы монтируют на мембрану, которая чувствительна к изменяющемуся давлению. В результате при приложении силы на мембрану происходит ее изгиб, из-за этого изгибаются тензорезисторы, которые на ней закреплены. На тензорезисторах меняется сопротивление и значение тока цепи.

Растяжение элементов из проводников на каждом тензорезисторе ведет к увеличению длины и снижению сечения. В итоге сопротивление повышается. При сжатии процесс происходит наоборот. Изменения сопротивления незначительные, поэтому для обработки сигнала применяются усилители. Деформация переделывается в изменение сопротивления проводника или полупроводника, а затем в сигнал тока.

Тензорезисторы выполнены в виде проводящего зигзагообразного элемента, или из полупроводника, который расположен на гибкой подложке, приклеенной к мембране. Подложка сделана из слюды, полимерной пленки или бумаги. Элемент проводника – из полупроводника, тонкой проволоки или фольги, напыленных на металл в вакуумном состоянии. Чувствительный элемент соединяют с цепью измерения выводами из проволоки или площадками контактов. Тензорезисторы чаще имеют размер площади до 10 мм2. Они более подходят для замера давления, веса, силы нажатия.

Как выбрать

• Тип давления. Важно определить, что вы будете измерять. Есть несколько типов давления: барометрическое, избыточное, вакуумное, относительное, абсолютное.
• Интервал разбега давления.
• Класс защиты датчика. Для разных условий работы определены свои степени защиты от пыли и влаги.
• Термокомпенсация. Эффекты температуры: например, расширение предметов, создают значительные помехи на результат измерения датчика. Если температура всегда изменяется в среде, то нужна термокомпенсация. Про границы температур тоже нельзя забывать.
• Вид материала. Свойства материала играют значительную роль для агрессивных условий.
• Тип сигнала выхода. Бывают цифровой вид и аналоговый. Нужно также учесть интервалы выхода сигнала, количество проводов.

Похожие темы

Компания PIEZUS предлагает датчики давления как общепромышленные для применения в разных отраслях, так и специального исполнения, для измерения давления в агрессивных средах, в системах с низким энергопотреблением и со специализированными разъемами и механическими присоединениями. Воспользуйтесь фильтром, сравните характеристики и купите прибор.

Все изготавливаемые датчики давления являются сертифицированными средствами измерений и относятся к категории интеллектуальных. Они выполнены на основе высокостабильных тензорезистивных и емкостных чувствительных элементов (сенсоров) с микроконтроллером, что не только упрощает процесс калибровки и технического обслуживания, но и дает дополнительные преимущества:

1) улучшенные метрологические характеристики: повышается точность и долговременная стабильность измерений, в результате чего, межповерочный интервал датчиков давления составляет 5 лет;

2) расширенные эксплуатационные характеристики:

– некоторые модели могут быть откалиброваны на несколько диапазонов, которые переключаются прямо на месте установки при помощи портативного  конфигуратора ZCON 100;

– у некоторых моделей имеется встроенная самодиагностика, которая помогает предотвратить аварийные ситуации.

Для передачи результатов измерений, кроме стандартных унифицированных аналоговых выходов, датчики давления могут иметь цифровые интерфейсы связи (по протоколам Modbus RTU или HART) для групповой работы в локальной сети и дистанционного управления параметрами.

Следует отметить, что датчики давления разрабатывались с учетом современных требований и особенностей применения в конкретных областях. Рекомендации по выбору, наиболее полно отвечающему стоящим задачам в разных отраслях промышленности и ЖКХ, приведены в разделе ОТРАСЛЬ/ПРИМЕНЕНИЕ.

Установка датчика давления. Часть 1. Подключение датчика к процессу.

https://youtube.com/watch?v=nSEk682aILg%3Fshowinfo%3D0

30 нояб. 2018 г.

1.Использование кранов и вентильных блоков.2. Присоединение датчика к процессу.3. Уплотнение механического присоединения.4. Установка датчика давления в замкнутый объем.5. Использование демпфера гидроударов.

Установка датчика давления. Часть 2. Электрическое подключение 4. 20 мА

https://youtube.com/watch?v=1VCjwaqQXqc%3Fshowinfo%3D0

25 янв. 2019 г.

1. Порядок монтажа в разъеме DIN 43650.2. Монтаж разъема DIN 43650.3. Правила расположения сигнального кабеля.4. Правила при монтаже электрических соединений.

15 марта 2023 г.

Разработаны новые резьбовые гигиенические механические присоединения для датчиков APZ 3420 m / APZ 3420 s / APZ 3410. В этих моделях доступны к заказу:
– Присоединение с керамическим сенсором и торцевым уплотнением (аналог Aceptoflex Vario).
– Присоединение с керамическим сенсором или кремниевым сенсором со стальной мембраной с уплотнением на конус.
– Присоединение с торцевой стальной мембраной с периферийным уплотнением.

У вас нет товаров для сравнения.

• кабельный ввод 1/2“ – 14 NPT
• 2РМДТ18КПН4Г5В1В
• DIN 43650C
• Кабельный ввод + кабель 2 м

• 1/4“ – 18 NPT
• 1/2“ – 14 NPT (с адаптером)
• M10x1 DIN
• M12x1 DIN
• M12x1 EN
• M12x1,5 DIN

Датчики и преобразователи давления применяются при определении величины абсолютного давления жидкостных или газовых потоков. Полученные в ходе контроля данные переделываются в сигнал на выходе определённых типов, как-то:

• электрический сигнал;
• пневматический сигнал;
• цифровые данные.

Преобразователи давления подразделяются на несколько различных типов, которые имеют похожий друг на друга принцип их действия. Конструкционной особенностью этого автоматического котельного оборудования является то, что в них встроен первичный датчик давления, содержащий, как чувствительный элемент, так и схемы сигналопреобразования, разнообразные защитные и соединительные комплектующие.

Разные модели преобразователей давления разнятся друг от друга по ряду технических параметров, а именно, по разным рабочим диапазонам давления, по точности контроля давления и по условиям их эксплуатации. Датчики давления тоже отличаются между собой методами, применяемыми для определения значений давления в контролируемой среде.

Также ещё изготавливаются датчики давления на базе следующих способов контроля показаний в жидкой, парообразной и газообразной среде:

• резонансные;
• ионизационные;
• индуктивные;
• пьезоэлектрические.

Такое разнообразие устройств позволяет подобрать наилучший вариант, более всего подходящий подходящий для разрешения какой-либо задачи на производстве или в хозяйственной деятельности.

Сами же преобразователи давления, зачастую сравнивают с иными контрольными устройствами, располагающими похожими функциями, то есть – с манометрами. Но, следует учитывать, что таковые приборы, в отличие от датчиков давления, показывают лишь только текущую величину давления, и не преобразовывают измерения в унифицированный сигнал на выходы, и, как следствие – относятся к виду всего лишь показывающих измерительных устройств.