Как работает датчик температуры и влажности в динамике

Как проверить датчик давления фреона

В системе кондиционирования первоочередная функция датчика давления хладагента – защита компрессора и компонентов магистрали высокого давления от разрушения. Если на вашем авто не включается кондиционер, вполне вероятно, что причина именно в измерителе. Давайте рассмотрим, как проверить датчик давления фреона, его устройство и принцип работы.

Виды датчиков давления хладагента

• Двухконтактный датчик, представляющий собой по большей мере лишь выключатель муфты компрессора. При определенном давлении контакты внутри датчика размыкались, прерывая подачу тока на муфту.
• Реле двойного действия. В отличие от предыдущего вида, контакты внутри датчика размыкались как при низком, так и при высоком давлении.

Проверка давления фреона

Перед проверкой датчика обязательно убедитесь, что в системе достаточно фреона для запуска и работы компрессора кондиционера. Лучше всего это сделать с помощью станции для заправки автокондиционеров. Для теста нужно подключить манометр в магистраль низкого давления. На большинстве авто 1,2 Атм. достаточно для безопасного запуска компрессора, хоть кондиционер при этом холодить будет слабо.

В домашних условиях вы также можете определить факт наличия хладогента и примерно оценить давление в системе. Для этого достаточно открутить заглушку заправочного отверстия и нажать тонким предметом на ниппель. Если датчик сигнализирует о низком давлении, а из магистрали фреон выходит с большим напором, явно, что проблема в измерителе либо проводке.

Питание

Двухконтактный датчик можно проверить мультиметром. Если давление в системе есть, сопротивление между выводами нормальнозамкнутого датчика должно быть минимальным. Логика проверки 4-контактных датчиков такая же. Вам лишь нужно знать, при каком давлении фреона контакты замыкаются и размыкаются. Узнать тип датчика, установленного на вашем авто, можно из электрической схемы системы кондиционирования.

В 3-трехконтактном разъеме на двух пинах при включенном зажигании должен быть «+» и «-» (в зависимости от типа системы, 5 или 12 В). С помощью мультиметра, надев разъем на датчик, вы можете посмотреть напряжение на сигнальном выводе. Для этого переведите мультиметр в режим измерения постоянного тока. Одним из щупов подколитесь в разъем к минусовому выводу, а второй вставьте в гнездо сигнального провода. Если напряжение отсутствует, а давление фреона в системе есть, значит, датчик неисправен и требует замены.

Функция самодиагностики

Современные системы кондиционирования подконтрольны блокам управления с развитой функцией самодиагностики. Система способна определять слишком слабый/высокий уровень сигнала. Ошибка неисправности электрической цепи может появиться при выходе датчика из строя, обрыве провода либо снятом разъеме при включенном зажигании.

Информация о неисправности записывается в энергонезависимую память. Считать ее в виде кода ошибки можно с помощью диагностического оборудования через разъем OBD-II. Для этих целей вам потребуется специализированный прибор либо хороший мультимарочный сканер. На некоторых авто ошибку в системе отопления и кондиционирования можно считать даже сканнером ELM327.

Датчик высокого давления нового поколения

Кремниевый кристалл внутри измерителя деформируется под давлением хладагента. При изменении формы меняется и сопротивление кристалла. Соответственно, если подать на кристалл опорное напряжение, выходное напряжение на сигнальном проводе будет изменяться соразмерно с давлением фреона. Внутри датчика встроен микропроцессор, который обрабатывает изменяющееся напряжение и трансформирует его в сигнал с широтно-импульсной модуляцией.

Благодаря скважности ШИМ-сигнала, датчик не только играет роль выключателя, но и позволяет контролировать давление хладагента на протяжении всего рабочего цикла. На автомобилях марки Skoda, Audi, Seat при низком давлении фреона датчик генерирует сигналы с малой длиной импульса.

Повышение давления ведет к увеличению электрического сопротивления кристалла. Увеличение длительности импульса пропорционально увеличению давления.

Для качественной проверки датчика высокого давления нового поколения необходим осциллограф.

Управление автомобильным кондиционером

Работоспособность сложного технического устройства, каким является современный автомобильный кондиционер, зависит от соблюдения нескольких основных параметров. Чтобы их контролировать, в систему интегрируются соответствующие датчики, задача которых – контроль уровня давления и температуры. При выходе какого-либо параметра за установленные пределы датчик срабатывает, отключая компрессор, предохраняя систему.

Датчики давления

В первую очередь для корректной работы любой системы необходимо контролировать температуру испарителя. В процессе работы кондиционера на испарителе конденсируется влага, для отвода которой используется специальный дренаж в каждом автомобиле, в результате под автомобиле образуется небольшая лужа воды. Очевидно, что если температура испарителя опустится меньше 0 градусов, то на поверхности испарителя начнут образовываться ледяные кристаллы, он начнет обмерзать, что сильно ухудшит отвод тепла и хладагент в испарителе не перейдет в газообразное состояние. В результате, в компрессор может попасть фреон в жидкой фазе, что приведет к гидроудару и разрушению ЦПГ.

Есть 3 метода контроля температуры испарителя:

1. Температурный датчик — в случае понижения температуры испарителя ниже одного градуса Цельсия подает сигнал в блок управления климатом, который отключает компрессор.

2. Датчик давления — в случае понижения давления ниже 2-х атм. отключается компрессор (точка кипения фреона r134a при 2 атм — 0 градусов Цельсия).

3. Термостат — в случае понижения температуры испарителя ниже одного градуса Цельсия отключает компрессор путем прямого обрыва цепи.

Не менее губительна и работа кондиционера при чрезмерно высоком давлении: может произойти практически любая авария, от разрыва магистрали до разрушения компрессора. Поэтому и на магистрали высокого давления обязательно устанавливается датчик. С диапазоном от 2 до 32 атм.

Также на этой магистрали можно использовать 4-х контактный датчик с промежуточным значением 17 атм, при котором подается сигнал на включение дополнительного вентилятора, либо увеличения скорости основного вентилятора конденсора. Это нужно для увеличения эффективности системы и снижению нагрузки на компрессор кондиционера.

Наиболее простые датчики давления работают по принципу реле. Критический уровень давления приводит к размыканию контакта, которое, в свою очередь, вызывает отключение катушки прижимной муфты, после чего кондиционер прекращает работу.

В современных автомобилях устанавливают более сложные датчики с пьезокристаллическим элементом и микропроцессором. Чаще всего они 3-х контактные, где:

• — один контакт — 5В под блок управления климатом,
• — второй контакт — общее заземление,
• — третий возвратный сигнал на блок управления климатом.

В качестве возвратного сигнала могут быть разные значения напряжения или ШИМ-сигнал.

В современных автомобилях таким датчиком контролируется именно магистраль высокого давления. Магистраль низкого давления будет контролироваться датчиком температуры испарителя, который будет возвращать сигнал на блок управления климата.

По данным с этих датчиков, а также по установленной в салоне температуре и скорости обдува вентилятора салона блок управления контролирует производительность компрессора и скорость вращения вентилятора конденсора, тем самым осуществляя управление системой.

Также следует отметить, что при нажатии педали акселератора в «пол» (кикдаун) блок управления климатом принудительно отключает компрессор, в целях защиты системы от перегрузок.

Диагностика датчиков давления

Поломка датчика давления в автокондиционере случается довольно редко. Понять, что он вышел из строя, можно по следующим признакам.

• Появление следов механического повреждения на корпусе датчика – трещин, вмятин, признаков коррозии.
• Окисление контактов. Ухудшение контакта между клеммами датчика и проводами, обрыв или разрушение проводов приводит к невозможности срабатывания реле.
• Прозвонка датчика. Эту проверку выполняют при изменяющемся давлении в системе. Вначале на датчик подаётся рабочее давление, которое затем постепенно повышается (для датчика высокого давления) или понижается (для низкого) до достижения критического уровня. Если датчик не срабатывает – значит, он неисправен.

Прозвонку можно провести только при наличии соответствующего оборудования. Как правило, эта проверка выполняется в крупных, хорошо оснащённых сервисных центрах. Но прежде, чем туда обращаться, советуем проверить контакты и провода, очистить контактные пластины от грязи и окислов.

В настоящее время в автокондиционерах разных моделей и годов выпуска применяются датчики с различными посадочными размерами, числом и формой контактов, шагом резьбы и другими параметрами. Если в климатической установке используется стандартный осушитель, то для неё подойдёт универсальный датчик, двух- либо четырёхконтактный.

Как проверить датчик высокого давления G65 системы кондиционера

Внедрение наукоёмких технологий в автомобилестроении позволяет совершенствовать всевозможные системы, существенно повышая их эффективность и эксплуатационные показатели. Но, так или иначе, любой, даже самый надежный и высокотехнологичный узел авто может быть подвержен разного рода сбоям и неполадкам, выявить которые не всегда удаётся.

Для успешного решения подобных проблем самостоятельно, необходимо систематически пополнять свой багаж умений и навыков, уделяя внимание ключевым принципам работы всевозможных узлов и устройств.

В представленной статье речь пойдёт о неполадках в системе климат-контроля авто. В данном случае рассмотрим одну из распространенных проблем в рамках заданной тематики: сбои в работе датчика G65.

Роль датчика высокого давления в системе кондиционирования

Представленная система отличается наличием самых разнообразных узлов, позволяющих обеспечивать бесперебойную подачу охлажденного воздуха в салон машины. Одним из ключевых элементов системы климат-контроля является датчик с маркировкой G65.

Он предназначен в первую очередь для того, чтобы предохранять систему от поломок, вызванных избыточным давлением. Дело в том, что представленная система поддерживается в работоспособном состоянии при наличии среднего рабочего значения в контуре высокого давления, в зависимости от температурного режима. Так, при температуре в 15-17 0 С, оптимальное давление составит порядка 10-13 кг/см 2 .

Из курса физики известно, что температура газа находится в прямой зависимости от его давления. В конкретном случае в роли газа выступает хладагент, к примеру, фреон. При росте температуры, давление в системе климат-контроля начинает расти, что нежелательно. В этот момент начинает срабатывать ДВД. Если ознакомиться со схемой системы кондиционирования автомобиля, становится ясно, что этот датчик привязан к вентилятору, посылая в нужный момент сигнал для его отключения.

Циркуляция и поддержание рабочего давления хладагента в рассматриваемой системе осуществляется благодаря компрессору, на котором установлена электромагнитная муфта. Это приводное устройство обеспечивает передачу крутящего момента на вал компрессора от двигателя авто, посредством ременной передачи.

Работа электромагнитной муфты – результат действия рассматриваемого датчика. Если давление в системе превысило допустимый параметр, датчик посылает сигнал на муфту компрессора и последний перестаёт работать.

Кроме всего прочего, при появлении сбоев в работе того или иного узла системы, может возникнуть ситуация, когда в контуре высокого давления, этот рабочий показатель начнёт приближаться к аварийному значению, что может привести к серьезным последствиям.

Причины такого нежелательного явления могут быть самые разные, как низкая пропускная способность радиатора или фильтра-осушителя кондиционера.

Как только возникли подобного рода обстоятельства, в работу вступает всё тот же ДВД.

Устройство и принцип работы датчика G65

Что же представляет из себя это нехитрое устройство? Познакомимся с ним поближе.

Как в любом другом датчике подобного рода, в G65 реализован принцип преобразования механической энергии в электрический сигнал. В конструкции этого микромеханического устройства предусмотрена мембрана. Она является одним из ключевых рабочих элементов датчика.

Степень прогиба мембраны, в зависимости от оказываемого на неё давления, учитывается при формировании выходного импульса, посылаемого в центральный блок управления. Блок управления считывает и анализирует входящий импульс в соответствии с заложенными характеристиками, и вносит изменения в работу узлов системы, посредством электрического сигнала. К представленным узлам системы, в данном случае можно отнести электромуфту кондиционера и электровентилятор.

Стоит также отметить, что в современных ДВД зачастую вместо мембраны используют кристалл кремния. Кремний, в силу своих электрохимических свойств, имеет одну интересную особенность: под действием давления, этот минерал способен изменять электрическое сопротивление. Действуя по принципу реостата, этот кристалл встроенный в плату датчика, позволяет посылать необходимый сигнал в регистрирующее устройство блока управления.

Рассмотрим ситуацию, когда срабатывает ДВД, при условии, что все узлы представленной системы исправны и работают в штатном режиме.

Как уже уточнялось выше, данный датчик располагается в контуре высокого давления системы. Если приводить аналогию с любой замкнутой системой подобного рода, можно сказать, что он монтируется на «подаче» хладагента. Последний нагнетается в контур высокого давления и, проходя через узкую магистраль, постепенно сжимается. Давление фреона растёт.

В данном случае начинают проявлять себя законы термодинамики. Вследствие высокой плотности хладагента, его температура начинает расти. Чтобы избавиться от этого явления, устанавливается конденсор, внешне схожий с радиатором охлаждения. Он, при определённых режимах работы системы, принудительно обдувается электровентилятором.

Итак, когда кондиционер выключен, давление хладагента в обоих контурах системы выровнено и составляет порядка 6-7 атмосфер. Как только включается кондиционер, в работу вступает компрессор. Нагнетая фреон в контур высокого давления, его значение доходит до рабочих 10-12 бар. Это показатель планомерно растет, и избыточное давление начинает воздействовать на пружину мембраны ДВД, замыкая управляющие контакты датчика.

Импульс от датчика поступает в блок управления, который посылает сигнал к вентилятору охлаждения конденсора и электромуфте привода компрессора. Таким образом, компрессор выводится из зацепления с двигателем, прекращая нагнетать хладагент в контур высокого давления, и перестаёт работать вентилятор. Наличие датчика высокого давления позволяет поддерживать рабочие параметры газа и стабилизировать работу всей замкнутой системы в целом.

Как проверить датчик кондиционера на неисправность

Зачастую владельцы автомобилей, оснащенных представленной системой, сталкиваются с тем, что в один прекрасный момент, кондиционер попросту перестаёт работать. Нередко, причина подобной неисправности кроется в поломке ДВД. Рассмотрим некоторые наиболее распространённые случаи поломки ДВД и способы из выявления.

На начальном этапе проверки работоспособности указанного датчика следует провести его визуальный осмотр. Необходимо убедиться в отсутствии повреждений и загрязнений на его поверхности. Кроме этого следует обратить внимание на проводку датчика и удостовериться в том, что она находится в исправном состоянии.

Если визуальный осмотр не выявил причин сбоев в его работе следует прибегнуть к более детальной диагностики с помощью омметра.

Последовательность действий в данном случае будет выглядеть следующим образом:

• Снять подводные провода от ДВД;
• Подвести к выводам датчика зажимы омметра, при этом выставленный диапазон сопротивления должен составлять не менее 100 кОм;
• Замерить сопротивление датчика тестером.

По результатам проведённых замеров можно сделать вывод об исправности ДВД.

Итак, датчик является работоспособным при условии, если:

• При наличии избыточного давления в магистрали, омметр должен регистрировать сопротивление не ниже 100 кОм;
• При наличии недостаточного давления в системе, показания мультиметра не должны переваливать за отметку в 10 Ом.

Во всех остальных случаях, можно считать, что ДВД утратил свою работоспособность. Если же по результатам проведенного теста оказалось, что датчик рабочий, следует проверить датчик на «кз». Для этого одну клемму нужно кинуть на один из выводов ДВД, а второй прикоснуться к «массе» автомобиля.

При наличии недостаточного давления в представленной системе, рабочий датчик выдаст не менее 100 кОм. В противном случае можно делать вывод о том, что датчик вышел из строя.

Инструкция по замене

Если, вследствие вышеуказанных диагностических мероприятий, удалось выяснить, что датчик приказал долго жить, необходимо произвести его оперативную замену.

Стоит отметить, что для этого вовсе не обязательно обращаться в специализированные сервисы и автомастерские. Такую процедуру можно с успехом произвести в обычных гаражных условиях.

Алгоритм замены состоит из следующих этапов:

• Демонтаж элементов кузова, препятствующих доступу к датчику;
• Отключение подводных выводов датчика;
• Снятие датчика при заглушенном автомобиле;
• Подключение подводных выводов;
• Установка элементов кузова.

Сама по себе замена датчика не должна вызвать затруднений, но всё же необходимо придерживаться некоторых указаний рекомендательного характера.

Во-первых, при покупке нового неоригинального датчика необходимо убедиться в его соответствии заданным параметрам. Кроме этого, случается так, что новый ДВД, не всегда комплектуется уплотнительной манжетой. Поэтому, в данном случае необходимо позаботиться о её приобретении, так как есть вероятность, что старый уплотнитель попросту пришел в негодность.

Нередко случается так, что, при замене ДВД система кондиционирования восстанавливает свою работоспособность лишь частично. В таком случае, с большой долей вероятности можно утверждать о низком уровне хладагента в системе. Для решения подобной проблемы потребуется дозаправить систему в условиях специализированного автосервиса.

Обновлено 19.10.2022 г.

Преобразователь давления используется в промышленности для непрерывного измерения давления среды – жидкости, газа (в том числе кислорода) или пара. Полученное значение преобразуется в выходной сигнал – аналоговый или цифровой. Кроме того, при наличии индикатора, результат отображается на дисплее.

Варианты исполнения измерительных преобразователей давления

Запуск производства интеллектуальных датчиков «ЭМИС»-БАР» состоялся в конце 2018 года, что позволило заказчику унифицировать применяемое оборудование, а также открыло возможность комплексной покупки КИП и А данной торговой марки с получением дополнительных выгод.

Технические характеристики ДД «ЭМИС-БАР» соответствуют ведущим мировым образцам. Они обладают точностью от 0,04%, имеют диапазон в пределах от -0,5 до 40 МПа, способны работать при перегрузке до 60 МПа, а также имеют комбинированную взрывозащиту Exdia.

Всего представлено 20 моделей с различными вариантами присоединения к процессу, в том числе с возможностью нижнего подвода импульсных трубок.

Технические характеристики

*В зависимости от выбранного полного диапазона измерения. **В зависимости от заполняющей жидкости капиллярных линий.

Пьезорезистивные преобразователи

В преобразователях «ЭМИС»-БАР» реализован пьезорезистивный метод измерения. Давление подается на разделительную мембрану, затем передается через заполняющую жидкость в измерительную камеру и приводит к деформации измерительной мембраны из монокристаллического кремния, в которой сформированы полупроводниковые резисторы моста Уитстона. Деформация пьезорезистора, находящегося в плече моста, приводит к изменению его сопротивления и, как следствие, разбалансу измерительного моста. Напряжение разбаланса моста, зависящее от давления в измерительной камере преобразуется электронным блоком в сигнал соответствующего выходного интерфейса.

Схема сенсорного модуля

Мембрана

Разделительная мембрана может быть изготовлена из таких материалов, как нержавеющая сталь 316L, сплав Хастеллой НН-276, тантал, монель, 316L с золотым напылением и никель.

Кроме того, для защиты сенсора от агрессивной среды и экстремальных температур используется разделитель сред. В этом случае разделительная мембрана датчика может быть:

• открытой, что применимо для вязких жидкостей;
• выносной с прямым монтажом;
• на капиллярной линии.

Отметим, что степень влияния температуры на разделительную мембрану зависит от её толщины, типа и размера, а также от длины и диаметра капилляра. (1 метр капиллярной линии позволяет снизить температуру на 50 градусов). При этом датчик возможно устанавливать на сильноагрессивные среды, например, такие как соляная кислота.

Диапазоны измерения

Как было сказано выше, датчики давления «ЭМИС-БАР» имеют широкий диапазон, а также способны работать при высоких перегрузках. Минимальные и максимальные значения для каждой модели представлены тут.

Выходные сигналы преобразователей давления

Измерительные преобразователи давления «ЭМИС-БАР» имеют выходные сигналы – 4–20 мА + HART с DD-файлами (Device Desription). DD-файл предоставляются производителем бесплатно При наличии НАRT-протокола имеется возможность передачи информации в цифровом виде по двухпроводной линии связи совместно с токовым сигналом 4–20 мА. Принимать и обрабатывать цифровой сигнал возможно с помощью любого устройства, поддерживающего HART-протокол. Цифровой интерфейс служит для связи датчика с портативным коммуникатором, либо с ПК посредством стандартного интерфейса и дополнительного модема.

Компания «ЭМИС» является членом ассоциации производителей оборудования, поддерживающего протокол HART. Наличие данного протокола позволяет одновременно использовать обе системы управления: компьютер с HART-протоколом и портативный HART-коммуникатор.

Преобразователь давления ЭМИС способен распознавать и выполнять команды каждого из них. При этом управляющие устройства могут иметь различные адреса и обмениваться данными в режиме разделения времени канала связи. Настройку можно производить с любым HART-коммуникатором или ПО поддерживающим HART.

Также можно использовать технологию FDT (FIELD DEVICE TOOL). Для работы с данной спецификацией необходимо использовать программное обеспечение поддерживающее DTM (DEVICE TYPE MANAGER). Например, бесплатный пакет PACTware (Process Automation Configuration Tool). PACTware представляет собой программное обеспечение для настройки любых типов приборов независимо от их изготовителя или используемой шины. В сочетании с DTM (Device Type Manager), поставляемыми компанией «ЭМИС», данное программное обеспечение позволяет выполнять настройку оборудования. Таким образом, для обеспечения настройки приборов должны быть установлены как PACTware, так и соответствующие DTM.

В июле 2019 г. были проведены испытания средств измерения ТМ «ЭМИС» на совместимость с адаптером беспроводной сети Wireless HART. Результат испытаний показал возможность применения решения от «Pepperl+Fuchs» для всей линейки «ЭМИС»-БАР».

С помощью адаптера WHA-ADP2 возможна беспроводная передача всех параметров прибора, полученных по протоколу HART или токовой петле 4-20мА. Кроме того, адаптер позволяет осуществлять электрическое питание датчика от встроенной батареи, что делает такое техническое решение автономным.

В АСУ, в комплексах учета

Измерительные преобразователи давления применяются в составе автоматизированных систем управления технологическим процессом. При этом требуется максимально широкий диапазон измерений. При поступлении сигнала об отклонении от нормы, автоматика решает, как поступить. Возможно срабатывание выключателей и других регулирующих устройств.

Еще одной областью применения являются узлы учета энергоресурсов. В частности, «ЭМИС-БАР» в составе комплексов учета служат для приведения расхода среды к стандартным условиям.

Например, такое оборудование установлено на заводе “Трубодеталь”. «В период с июля 2018 года по февраль 2019 года службой КИПиА АО “Трубодеталь” был получен и установлен в опытную эксплуатацию на узел учета энергоресурсов датчик давления «ЭМИС-БАР» с полным диапазоном измерения от -0,1 до 1,6 МПа.

Особенно, хотелось бы отметить его стабильность и точность показаний, безусловную встраиваемость в архитектуру действующей на предприятии системы сбора технологических данных, высокую визуализацию, интуитивность и практическое удобство дисплея, а также эргономичность самого прибора и безотказность в условиях низких (до -44 градусов по Цельсию) температур окружающей среды», – написал в своем отзыве заказчик.

Всего на сегодняшний день преобразователи давления «ЭМИС-БАР» применяются более чем на 80 промышленных предприятиях страны. В их числе ведущие компании нефтегазовой отрасли, «Сургутская ГРЭС», «ММК» и другие. Самая крупная поставка состоялась в рамках переоснащения парка средств измерения ПАО «МОСЭНЕРГО»: на объектах компании установлены 400 датчиков, в том числе в составе узлов учета.

Приведенные выше характеристики датчиков давления«ЭМИС-БАР» и результаты реальной эксплуатации за год продаж вызвали гордость производителя и заслужили признание у заказчиков. Однако, ЗАО «ЭМИС» не планирует останавливаться на достигнутых результатах, создавая для своих заказчиков только лучшее.

Купить преобразователь давления и запустить его в эксплуатацию вы можете в кратчайшие сроки. Обращаем внимание, что в настоящее время действует складская программа, позволяющая гарантировать короткие сроки отгрузки для КИПиА торговой марки «ЭМИС» стандартного исполнения.

Цена на преобразователь давления зависит от варианта исполнения прибора. После подбора специалистами нужной модели на основе информации. указанной в опросном листе, вам будет направлено технико-коммерческое предложение

Принцип работы ультразвуковых датчиков уровня

Принцип работы УЗ-датчиков уровня основан на излучении звуковой волны в ультразвуковом диапазоне. Волна выходит из излучателя, отражается от поверхности вещества и возвращается в приемник. В расчёте уровня вещества (сыпучие материалы, жидкость) является основополагающим время полета акустической волны. Ультразвуковой прибор рассчитывает расстояние до вещества на основании измерения времени от передачи до приема сигнала и скорости звука в среде.

Как и все датчики, измеряющие уровень продукта, ультразвуковые подразделяются на два типа – уровнемеры и сигнализаторы. Различие двух типов состоит в том, что уровнемер выдает на выходе аналоговый сигнал, а сигнализатор – дискретный сигнал. Уровнемеры предназначены для постоянного отслеживания уровня жидких или сыпучих материалов, измерения их объема и веса. Сигнализаторы используются для контроля предельных значений уровня вещества в одной или нескольких заданных точках.

Применение ультразвуковых датчиков уровня

Ультразвуковые датчики уровня применимы как для жидких, так и для твёрдых (сыпучих) сред с определенными ограничениями, о которых мы поговорим ниже.

Эти устройства применимы для решения задач измерения/контроля уровня, а также определения сопутствующих величин (расход, объем, температура).

Бесконтактный метод измерения позволяет работать с агрессивными средами (нефтепродукты, кислоты, щелочи). УЗ-датчики уровня применяются в открытых и закрытых резервуарах.

Таким образом, ультразвуковые уровнемеры и сигнализаторы обладают целым рядом преимуществ:

• низкая цена в сравнении с другими типами бесконтактных датчиков;
• бесконтактный способ измерения (возможность работать с агрессивными и вязкими средами);
• надежность измерения независимо от свойств продукта: химических, физических;
• у некоторых моделей есть возможность автономной работы;
• небольшие габариты;
• многозадачность прибора (определение сопутствующих величин, удаленное информирование GPS, SMS, сигнализация).

Несмотря на это, существуют факторы, которые ограничивают их применение.

Давайте более подробно поговорим об особенностях применения УЗ-датчиков.

Нужно помнить, что чем выше частота УЗ-излучения, тем быстрее она затухает в воздушном пространстве. Поэтому приборы с высокочастотным излучением не могут обеспечивать большие расстояния измерения уровня. Частота излучения сильно зависит от размера самого чувствительного элемента. Чем выше частота, тем меньше элемент. Следовательно, миниатюрные или малогабаритные ультразвуковые датчики имеют ограниченное применение, так как у них снижена дальность обнаружения уровня.

Другим параметром, который влияет на дальность обнаружения уровня, является температура окружающей среды. При высоких температурах усиливается затухание УЗ-излучения. Поэтому производители вносят в конструкцию датчиков обязательную температурную компенсацию, то есть с помощью запрограммированного микропроцессора датчик корректирует результаты измерения в зависимости от изменения температуры окружающей среды.

Влажность также влияет на дальность распространения акустической волны. Данный параметр вносит ограничения по применению УЗ-датчиков для контроля уровня жидкости, которая имеет сильное испарение. Наличие пара сказывается на качестве измерения, в некоторых случаях делает его в принципе невозможным.

Также нужно учитывать такой параметр окружающей среды, как давление. Чем больше избыточное давление, тем сложнее ультразвуку преодолевать воздушное пространство. Следовательно, процесс измерения уровня жидкости в резервуаре с помощью ультразвукового датчика, которая находится под избыточным давлением, становится затруднительным.

При вычислении уровня сыпучих материалов, пыль, присутствующая в воздухе, сильно затрудняет процесс измерения. При достаточно высоком уровне запыленности ультразвуковая волна может постоянно отражаться от пылевого облака, что сделает процесс измерения уровня невозможным.

Использование ультразвуковых датчиков для измерения уровня сыпучих материалов ограничено, потому что неровная поверхность сыпучих веществ, постоянная запыленность резервуара, большой диапазон измерений влияют на точность данных ультразвуковых приборов. Для измерения уровня сыпучих веществ лучше использовать волноводные преобразователи уровня или радарные уровнемеры сыпучих материалов.

Не стоит забывать про диапазон излучения. Чем датчик более низкочастотный, тем меньше проблем он имеет с затуханием излучения.

Необходимо принять во внимание особенности распространения ультразвуковых волн, связанных с чувствительным элементом. Это главный элемент датчика. От того, как качественно акустические волны переходят в воздух, определяется точность измерений.

Выпадение росы, скопление конденсата на чувствительном элементе сказывается на работе ультразвукового датчика. Если поверхность чувствительного элемента покрыта на 100%, то работа прибора невозможна. Поэтому даже при слабых испарениях, которые не являются большой помехой для ведения измерений, чувствительный элемент устройства, находящийся в воздухе, из-за разницы температур покрывается конденсатом. Следовательно, измерения становятся невозможными.

Периодически производители анонсируют УЗ-датчики со специальной конструкцией: чувствительный элемент расположен вертикально, что уменьшает вероятность накоплений конденсата на самом сенсоре. Излучение распространяется вертикально за счет акустического отражающего экрана. Такие приборы не пользуются популярностью у потребителей, так как они не решают проблему со скоплением конденсата на чувствительном элементе датчика на 100%, а стоимость их довольно высока.

Рекомендации при выборе ультразвуковых датчиков уровня

Наиболее правильно и целесообразно применять ультразвуковые датчики уровня там, где условия близки к идеальным.

Так, УЗ-датчики часто применяются на очистных сооружениях, сточных водах. Так как прибор работает бесконтактно, на уровнемере не образуются отложения. Следовательно, ложные срабатывания из-за свойств измеряемой среды отсутствуют.

Применение ультразвукового датчика при измерении уровня зерна целесообразно при хранении и не частой загрузке/отгрузке, когда пылеобразование не постоянное.

Измерение уровня сыпучих продуктов с помощью ультразвука оправдано в небольших емкостях и открытых контейнерах. При высоком пылеобразовании лучше обратить внимание на другой тип измерения сыпучих материалов, например, радарный.

Наличие мешалок также может повлиять на измерения уровня вещества. При движении лопасти, когда уровень находится на середине, датчик может сработать на лопасть (ложное срабатывание). В большинстве ультразвуковых датчиков заложены специальные программные алгоритмы, которые позволяют отслеживать/игнорировать помехи в виде случайных сигналов.

Пенообразование – серьезный ограничитель использования УЗ-датчика для определения уровня. Интенсивное пенообразование препятствует отражению ультразвуковых волн из-за высокой пористости среды. Большая часть энергии волны затухает во внутренних полостях вещества. Поэтому ультразвуковые датчики уровня не применяются в работе с такими веществами как молоко, пиво, газировка.

Датчик применяется для обнаружения уровня как сыпучих веществ, так и жидкостей, снабжен встроенным блоком индикации.

В настоящее время рынок автоматики наполнен разнообразием моделей и типов ультразвуковых датчиков, которые имеют различную конструкцию и работают в разных частотах. При выборе подходящего датчика важно определиться с назначением, особенностями его применения.

Таким образом, учитывая бесконтактный принцип работы, точность измерения, компактность, надежную конструкцию (не имеет подвижных частей, не нуждается в частом обслуживании) ультразвуковые датчики нашли применение практически во всех сферах автоматизации.

Применение ультразвуковых датчиков уровня – это экономически выгодное решение для простых условий эксплуатации, где влияние негативных факторов окружающей среды на точность измерения минимально.

Чтобы не ошибиться с выбором модели ультразвукового датчика уровня, обратитесь за консультацией к нашим техническим специалистам. Инженеры помогут подобрать устройство, которое будет соответствовать вашим требованиям.

Проконтролировать степень нагрева любого объекта независимо от его агрегатного состояния помогают специальные устройства — датчики температуры. Их принцип работы и исполнение могут существенно отличаться. Это позволяет подобрать оптимальный вариант в зависимости от преследуемых целей. Зная для чего предназначено устройство, стоит разобраться, как подключить прибор, чтобы он позволил снимать показатели с заданной точностью.

Основные разновидности

Чтобы было проще выбрать подходящую модель, стоит рассмотреть основные виды датчиков температуры, разобраться с их устройством и конструктивными особенностями. Это позволит определиться с наилучшим решением для конкретной ситуации.

Термопара

В состав температурного датчика входят две проволоки, изготовленные из разных металлов. Концы этих проволочек образуют контакт, формируемый посредством скручивания, сваркой встык либо путем формирования узкого сварного шва. Этот контакт называют горячим спаем.

К свободным концам крепятся компенсационные провода, используемые для присоединения измерительного прибора либо автоматического устройства управления. Контакт, образующийся в этих точках соединения, называют холодным спаем.

Когда концы проводов оказываются в зонах, нагретых до различной температуры, внутри термодатчика формируется электрический ток. Его сила напрямую зависит от материалов, которые использовались при изготовлении термопары, и может варьироваться в широком диапазоне.

Наибольшее распространение получили термопары:

• Хромоалюминиевые;
• Железоникелевые;
• Медно-константановые и другие.

Внимание! Стоимость термопары напрямую зависит от вида материала, который использовался для изготовления проволок.

Термопара позволяют определять температуру с достаточно высокой точностью. Однако получить искомый параметры бывает достаточно сложно. Принцип работы датчика предполагает наличие разности температур между разъемами. Используется так называемый термоэлектрический эффект. Горячий спай должен находиться внутри вещества, степень нагрева которого предстоит проконтролировать. Холодный — в окружающей среде.

Терморезисторы

Для подобных приборов характерен более простой принцип работы. Они используют зависимость сопротивления материала от степени нагрева окружающего воздуха. Делятся на отрицательные (NTC) и положительные (PTC). Наибольшую точность демонстрируются температурные датчики, для изготовления которых использовалась платина.

Параметры работы терморезисторов определяются двумя характеристиками:

• базовое сопротивление;
• температура, при которой был найден первый параметр.

Согласно ГОСТ базовое сопротивление должно определяться при 0 °С с использованием нескольких номинальных сопротивлений и температурным коэффициентом, зависящим от значения сопротивления при искомой и нулевой температуре. Для расчета используется специальная формула.

В нормативном документе также можно найти табличное значение температурного коэффициента для термопар, изготовленных из никеля, платины и меди, и коэффициенты полинома, позволяющие рассчитать температуру объекта в зависимости от действительного значения сопротивления.

Проблемой терморезистора считается низкий температурный коэффициент сопротивления. Порядок использования напрямую зависит от комплектации конкретной модели. Базовые включаются в цепь с источника и контролируемого дифференциального напряжения. Для более точного определения предпочтительно использование аналого-цифровых преобразователей. При наличии в датчике аналогового выхода оцифровка значение осуществляется путем подключения терморезистора к преобразователю.

Комбинированные

В состав устройства входит несколько проводников, формирующих единое устройство. У некоторых моделей имеется встроенный цифровой интерфейс. К комбинированным датчикам прибегают, если надо подключить устройства параллельно. Такое устройство позволяет произвести расчеты с погрешностью в 2 °С. Однако необходимо оптимизировать интерфейс.

Цифровые

Имеют трехвыводную микросхему. Для считывания показателей используются несколько датчиков, работающих параллельно. Они снимают показания с достаточно высокой точностью. Около 0.5 °С. Могут эксплуатироваться в широком температурном диапазоне. Однако для получения искомого значения необходимо много времени, порядка 750 секунд. Уменьшить время можно путем регулировки параметров.

Бесконтактные

В состав устройства входит тонкая пленка, нагреваемая под воздействием инфракрасных лучей. Такие термодатчики устанавливаются внутрь пирометров, позволяющих определить степень нагрева объекта на расстоянии. Это актуально при измерении температуры тел, разогреваемых до достаточно высокой температуры. В такой ситуации использование контактных устройств становится невозможным. Однако точность показаний в этом случае остаточно низкая.

Существуют также бесконтактные датчики для измерения степени нагрева металла. Благодаря такому прибору, подключенному к специальному оборудованию, удается проконтролировать состояния сплава, нагретого до температуры более 1000 °С. Это подходящий вариант для литейных и прокатных предприятий, кузнечнопрессового производства и ряда специализированных предприятий, занимающихся выпуском огнеупорных материалов.

Кварцевые

Актуальны для объектов, уровень нагрева которых выходит за стандартные значения. Они востребованы, если температура колеблется в интервале от −80 °С до 250 °С. Их принцип работы основан на использовании частотной зависимости. Может выполнять несколько функций, зависящих от расположения среза по осям кристалла.

Для датчиков кварцевого типа характерна высокая стабильность, разрешение и точность определения искомого параметра. Считаются более предпочтительными при измерении искомого параметра. Чаще всего устанавливаются внутрь цифровых термометров.

Шумовые

Позволяет снять показания, используя разность потенциалов на резисторе. Последняя зависит от степени нагрева устройства. Для использования подобного прибора надо знать одну из температур. Сравнивая два полученных шума, от известной и найденной температуры, определяются искомый параметр.

Благодаря принципу работы такого датчика можно менять температуру в интервале от −270 °С до +1100 °С. При этом имеется возможность изменения показателей в термодинамике, однако реализовать данный способ на практике достаточно сложно.

Ядерного квадрупольного резонанса

Биметаллический терморегулятор использует момент ядра, образующегося при отклонении заряда от симметрии сферы и градиент поля тока решетки кристалла. На частоту влияет градиент поля решетки, который может меняться в достаточно широком диапазоне в зависимости от вещества. Чем выше степень нагрева объекта, тем выше частота.

ЯКР образует ампулу, внутрь которой помещено вещество. Она помещается внутрь обмотки индуктивности для дальнейшего соединения с контуром генератора. При совпадении частот энергия, излучаемая генератором, поглощается. Если измерения производятся на морозе, погрешность составляет 0.02 градуса. При нагреве до 27 °С точность измерения повышается. К преимуществам стоит отнести стабильность показателей. Однако преобразующая функция является нелинейной.

Объемные

Биметаллическое устройства в своей работе использует способность материала расширяться и сжиматься при изменении температуры. Диапазон действия напрямую зависит от стабильности материала. Температура может варьироваться от −60 °С до +400 °С. Погрешность варьируется в интервале 1–5 %.

Если устройство используется для измерения степени нагрева жидкости, точность измерения повышается и погрешность снижается до 1–3 %, зависит от среды. На интервал работы также влияет температура, при которой закипает либо замерзает жидкость.

Канальный

К данному типу относятся все цифровые модели, использующие для передачи сигнала каналы. Канальность устройства зависит от количества задействованных «магистралей». У одной модели может быть один канал, у другой три.

Назначение

Необходимость в использовании датчиков, контролирующих температурные параметры, может возникнуть в различных ситуациях. Это универсальные приборы используются повсеместно на предприятиях, где стабильность температурных параметров способно нанести вред качеству выпускаемой продукции либо повлиять на технические характеристики эксплуатируемого оборудования.

Их активно подключают на предприятиях нефтегазового и энергетического комплекса, обеспечивается реализация технологических процессов на литейном, машиностроительном, прокатном производстве, при изготовлении металлоконструкций и выполнении механической обработки. Они незаменимы в транспортной индустрии, на предприятиях пищевой промышленности, в фармацевтики, сельском хозяйстве.

И их помощью:

• контролирует протекание химических реакций;
• проводятся научные исследования;
• обеспечивается поддержание степени нагрева обрабатываемого изделия в заданном диапазоне;
• поддерживаются оптимальные температурные параметры в различных узлах автомобильного и железнодорожного транспорта;
• создаются нужные условия для обработки зерна и при производстве комбикорма;
• измеряется температура конкретного объекта с заданной точностью;
• реализуется обратная связь, благодаря которой удается избежать преждевременного выхода оборудования из строя.

Внимание! Термопары могут не только использоваться для контроля температуры, но и выступать в качестве источника энергии.

Как выбрать

Чтобы определиться с тем, какой датчик для измерения температуры нужен, стоит учесть ряд параметров. При правильном подборе, удастся обеспечить комфортную работу прибора. Внимания заслуживает:

• Рабочая температура. Устройства конкретного типа ориентированы на использование в определенном температурном диапазоне. При этом учитывается погрешность, с которой определяются результаты. При небольших перепадах, можно воспользоваться термисторами. Если эксплуатация будет производиться в достаточно жестких условиях, стоит выбрать приборы шумового типа;
• Условия проведения замеров. Схема подключения может отличаться. Одни устройства позволяют поместить термометр внутрь материала, другие допускают измерения только снаружи. Радиационные модели позволят снять показания через преграду. При наличии агрессивной среды предпочтительны модели в коррозионно-стойком корпусе либо выносные датчики бесконтактного типа;
• Время до замены либо калибровки. Зависит от условий работы. Датчик температуры воздуха может эксплуатироваться в обычных условиях, при повышенной влажности, пожароопасности, в условиях окислительной среды. Если калибровка невозможна, устройство придется заменить;
• Величина выходного сигнала. Его параметры должны соотноситься с возможностями электроприборов и учитывать порядок дальнейшей обработки. Параметры выходного сигнала зависят от показателей температуры, которые в дальнейшем будут преобразованы в энергию.
• Погрешность. Для измерения показателей с высокой точностью потребуется больше времени. Наибольшей точностью обладают цифровые модели датчиков, измеряющих температуру воздуха в помещении. Биметаллический термометр, использующий принцип ЯКР, позволяет снять показания быстрее прочих аналогов;
• Разрешение. Влияет на точность производимых измерений. При работе в малом режиме 0.5 °С, в максимальном — 0.625 °С;
• Напряжение. Сопротивление резистора существенно влияет на выходное напряжение. Последнее бывает линейным и нелинейным. Температура объекта влияет на эталонные величины, устанавливаемые на выводах термометра каждого датчика;
• Время сработки. Влияет на скорость получения замеров. Быстрые замеры получаются с большой погрешность. Если требуется точность, придется пренебречь временем срабатывания.

Где купить

Различные датчики всегда можно купить в близлежащем специализированном магазине. Но существует другой вариант, который недавно получил ещё и значительные улучшения. Долго ждать посылку из Китая больше не требуется: в интернет-магазине АлиЭкспресс появилась возможность отгрузки с перевалочных складов, расположенных в различных странах. Например, при заказе вы можете указать опцию «Доставка из Российской Федерации».

Переходите по ссылкам и выбирайте:

Порядок подключения

Схема подключения датчика температуры может существенно отличаться. Все зависит от того, какой разновидности отдано предпочтение. Прежде чем приступить к монтажу, надо определиться с требуемой точностью и назначением прибора. Если он будет использоваться для контроля температуры воздуха внутри помещения, потребуется одна схема. Если понадобиться измерить степень нагрева вещества, придется воспользоваться другой.

Как подключить кремниевый

Для подключения датчика температуры кремниевого типа может использоваться схема:

• 2-х проводная. Актуальна при отсутствии повышенных требований к высокой точности, так как в этом случае к измеренному сопротивлению добавляется сопротивление присоединенных проводов. Это существенно увеличивает величину дополнительной погрешности;
• 3-х проводная. Установка датчика температуры по данной схеме позволяет повысить точность. Такое подключение допускает измерение сопротивления проводов, а затем вычесть полученное значение из измеренного;
• 4-х проводная. По такой схеме устройство подключается таким образом, чтобы полностью исключить влияния подводящих проводов. Это позволяет избавиться от дополнительной ошибки и существенно повысить точность контроля.

Как подключить термопару

Для подключения холодных концов используются компенсационные провода либо монтаж производится напрямую к клеммам аналогового входа. При этом важно соблюдать полярность на входе в промышленный контроллер, используемый для программной компенсации температуры холодного спая и последующего расчета температуры в заданной точке.

Внутреннюю компенсацию выполняют с использованием температуры модуля, используемого для подключения термопары. Для точной внешней компенсации температуру холодного спая контролируют дополнительным термометром сопротивления, подключаемым к специальному входу.

Как воспользоваться бесконтактным устройством

У датчиков температуры бесконтактного типа есть особенность определения степени нагрева устройства. Непосредственное подключение в этом случае не требуется. Устройство приближается к контролируемому объекту и обеспечивается его совмещение с соответствующим датчиком. Это оказывает существенно влияние на конечный результат, который во многом зависит от опыта и знаний специалиста, производящего измерения. Если поменяем бесконтактное устройство на контактную модель, точность увеличится.

На схеме, приводимой в инструкции к конкретному устройству, указан порядок подключения и последующей эксплуатации датчика температуры. Прежде чем приступить к монтажным работам, стоит с ней тщательно ознакомиться, чтобы избежать типовых ошибок, допускаемых неопытными пользователями при самостоятельном выполнении монтажных работ.

Видео по теме

В процессе эксплуатации сложных и разветвлённых воздуховодов и трубопроводов из-за наличия многочисленных гидравлических сопротивлений и фитингов давление в различных участках сети изменяется. Чаще всего оно падает, что может вызывать технические и экологические проблемы (например, в сетях газораспределения). Своевременно проконтролировать и предупредить подобные явления призваны датчики (или реле) перепада давления.

Зачем необходим мониторинг перепада давлений

Датчик перепада давления, называемый ещё датчиком дифференциального давления, является составной частью различных приборов, которые измеряют поток, скорость и уровень жидкости или газа в промышленных или бытовых процессах.  Они крупнее и надежнее, чем полупроводниковые, но концепция та же: измерение разности давлений на диафрагме с использованием тензометрической сети с тонкопленочными резисторами или датчиками дифференциальной емкости.

Измерение расхода и давления является одним из наиболее распространенных приложений для дифференциальных датчиков.  Измеряя разницу в давлениях, когда жидкость или воздух транспортируются по трубе, можно рассчитать расход рабочей среды.

Информация о давлении воздуха также позволяет косвенно измерять другие переменные, такие как скорость воздушного потока.  Важно отметить, что для любого оборудования, использующего сжатый воздух, существует максимальный безопасный уровень, выше которого поток становится опасным. При внезапном высвобождении воздух может причинить разрушение использующих его устройств. Поэтому датчики давления воздуха так же важны, как узлы управления и коммутации, устанавливаемые в воздухораспределительных сетях. Вот несколько примеров:

• Способность сжатого воздуха для передачи высоких уровней энергии является решающей для управления транспортными средствами.  Ключевой проблемой при использовании такого рода энергии является безопасность при эксплуатации. Например, для поездов и транспортных средств большой грузоподъемности часто используются пневматические тормоза высокой эффективности и надёжности.  Для поддержания их безотказной работы необходимо контролировать уровни давления.
• Концентрированные, контролируемые, точные уровни мощности необходимы для таких устройств, как пневматические инструменты, которые используются в современной промышленности.
• В медицине системы, обеспечивающие помощь дыханию пациентов, зараженных короновирусом, требуют точных стабильных во времени значений воздушных потоков.  То же требование касается пневматических устройств, используемых в стоматологии.
• Рекомендуемые значения скоростей воздушного потока существуют для систем вентиляции и кондиционирования, которые устанавливаются в общественных зданиях и на промышленных предприятиях.  Если давление и, следовательно, поток упадут ниже идеального, датчики давления воздуха зарегистрируют это изменение, после чего могут быть выполнены корректировки, устраняющие причины неисправности.