Пьезорезистивный датчик давления в баллоне

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.

Схемы изменения перепада давления воздуха

Основным способом измерения данного параметра считается оценка разности давлений между двумя точками (например, до и после фильтра) в системе подачи или кондиционирования воздуха. С этой целью эффект от перемещающегося по воздуховоду воздуха должен быть преобразован в соответствующий электрический сигнал. Используются следующие разновидности датчиков:

• Тензометрические (или резистивные).
• Ёмкостные.
• Индуктивные.

Тензометрический тип устройства

Принцип действия резистивного датчика основан на следующем. Диафрагма, контактирующая с воздухом, давление которого измеряется, деформируется при увеличении давления. При этом датчики, прикрепленные к бесконтактной поверхности диафрагмы, также деформируются.  Пьезорезистивный эффект, при котором сопротивление материала тензодатчика при деформации изменяется, преобразуется в электрический сигнал.

Одна сторона диафрагмы соединена с портом низкого давления, а другая сторона диафрагмы — с портом высокого давления.  Диафрагма изгибается и воспринимается преобразователем как электрический сигнал, который пропорционален разности соответствующих показателей потока.

Датчик перепада давления воздуха помещается в корпус, изготовленный из нержавеющей стали или других материалов, имеющих повышенную коррозионную стойкость.  Для систем вентиляции это обуславливается необходимостью работы с воздухом, имеющем повышенные показатели относительной влажности. Получаемый электрический сигнал пропускается через встроенный микропроцессор, который выдаёт аналоговый сигнал высокого разрешения (от 4 до 20 миллиампер), либо цифровой сигнал.  Конструктивной особенностью такого типа устройств является наличие двух резьбовых портов, предназначенных для «высокого» и «низкого» технологических подключений.  При этом верхнее резьбовое отверстие для электрического подключения обычно составляет 24 В постоянного тока.

Аналоговые и цифровые выходные сигналы передаются на управляющую панель, которая снабжается несколькими десятками (или даже сотнями) разъёмов, благодаря чему возможен компьютерный мониторинг текущего состояния прокачки воздуха в различных точках вентиляционной системы.

Ёмкостной тип устройства

Ёмкостной датчик функционирует так. Две ёмкостных контактных пластины отделены друг от друга небольшим зазором.  Одна из них неподвижна, а другая, находящаяся в контакте с воздухом, действует подобно гибкой диафрагме.  Повышение давления воздуха деформирует диафрагму, что сужает зазор и уменьшает ёмкость.  Изменение ёмкости преобразуется в электрический сигнал.

Поскольку датчики емкостного типа некоторое время сравнивают показания текущего давления воздуха относительно предварительно заданных его значений, они работают медленнее резистивных.

Индуктивный тип устройства

В индуктивных датчиках, оценивающих перепад давления, деформация диафрагмы преобразуется в линейное движение ферромагнитного сердечника с использованием принципа индуктивности.  Движение сердечника вызывает изменение индуцированного тока, который генерируется катушкой с питанием от переменного тока на другой вторичной измерительной катушке.  Это изменение, в свою очередь, преобразуется в электрический сигнал. Работа такого устройства ясна из рисунка.

Индуктивные датчики срабатывают быстрее ёмкостных, но конструктивно сложнее, и нуждаются во внешнем дополнительном питании.

Конструктивные элементы устройства

Независимо от способа преобразования и передачи управляющего сигнала, в дифференциальных датчиках можно выделить следующие части:

• Первичный элемент, посредством которого создаётся разность давлений. При этом расход воздуха в единицу времени изменяется. Наиболее распространёнными типами первичных элементов являются диафрагма, трубка Вентури, сопло или трубка Пито;
• Вторичный элемент — собственно датчик, при помощи которого максимально точно фиксируется перепад давлений, создаваемый первичным элементом.  В частности, важно, чтобы на измерение такого показателя не влияли изменения свойств воздуха, его температуры или другие параметры, например, температура окружающей среды;
• Корпус, главное назначение которого — обеспечить максимальную защиту устройства от вредного влияния внешних факторов, в том числе, и длительно действующих (например, влажности воздуха).

Часто сюда относят также комплект передающе-коммутационных проводов, по которым сигнал передаётся на панель управления.

Внешний вид устройства, предназначенного для установки в систему вентиляции, представлен на рисунке:

Как выбрать типоразмер устройства

Исходными данными для выбора служат следующие факторы:

• Желаемая точность в показаниях прибора.
• Минимальные габаритные размеры пространства, в котором предполагается установка.
• Внешние условия функционирования.
• Необходимое быстродействие.
• Требования к комплектации.
• Трудоёмкость регламентного обслуживания.

Общая схема системы вентиляции общественного или промышленного здания довольно сложна, и включает в себя использование приборов разного назначения.

Для них требуется широкий диапазон предельных значений давления, как правило, от 2500 Па до 250 Па, при периодически возникающих запросах до 25 Па.  Традиционные сенсорные изделия для поддержания необходимой производительности сенсора поддерживают только один калиброванный полный диапазон шкалы, что требует использования 3–5 или даже более отдельных систем для покрытия требуемого диапазона контролируемых величин.

Важно использовать по месту несколько систем, оснащённых рассматриваемыми датчиками, что позволяет пользователю изменять диапазоны измерений по мере необходимости. Это обеспечивает баланс воздушных потоков в помещениях и оптимизирует производительность для каждой отдельной системы воздуховодов здания.

Видео по теме

Современные силовые установки обеспечиваются электронными блоками управления, позволяющими отслеживать работу всех систем и вовремя получать информацию об их некорректной работе. Одним из устройств является и датчик абсолютного давления, сокращенно называемый ДАД. Он помогает обеспечивать стабильную работу силового агрегата, а собираемые данные передает на ЭБУ.

Во многих моделях автомобилей, оснащенных подобным прибором, найти его не составляет труда — датчик давления находится во впускном коллекторе мотора. Здесь он отвечает за получение информации об изменениях давления в тракте впуска. Электроника на основании получаемых с него данных проводит оптимизацию состава горючей смеси, которая отправляется в камеру сгорания.

Для чего требуется ДАД

Корректная работа небольшого прибора влияет на состав подаваемой в камеру давления горючей смеси. Датчик абсолютного давления во время измерения опирается на состояние вакуума, устанавливая его как абсолютное значение. Таков основной принцип его работы.

Когда информация поступает в электронный блок управления, происходит расчет оптимальной плотности воздуха и его расхода, а после этого подготавливается топливно-воздушная смесь. ЭБУ передает определенные команды, опираясь на полученные в ходе расчета показатели массы необходимого воздуха, происходит регулировка форсунок, отвечающих за впрыск топлива.

Датчики абсолютного давления стали заменой расходомеру, однако в некоторых моделях автотранспорта могут присутствовать оба прибора сразу.

Как работает ДАД

Благодаря получению показателей с датчика абсолютного давления электроника контролирует поступающий через дроссельную заслонку объем воздушной массы. Этот показатель нужен для формирования определенной импульсной команды, дающей рассчитать количество горючего.

Прибор представляет собой вакуумную камеру, из которой полностью удален воздух. Показатели давления во входном штуцере соотносятся с уровнем в этой камере, показатели сравниваются и разница определяет исходящую команду.

При этом выполняется ряд манипуляций:

• отличающаяся высокой степенью чувствительности диафрагма прибора деформируется из-за влияющего на нее давления впускного коллектора;
• деформация отвечает за колебания сопротивления тензорезисторов поверхностного положения. Этот эффект получи название «пьезорезисторный»;
• пропорционально изменениям сопротивления колеблется и напряжение, выходное лежит в интервале от одного до 5 В;
• поступающее напряжение и помогает сформировать команду-импульс, которая передается на форсунки. Так определяется давление на впускном клапане, оно пропорционально напряжению.

В итоге силовая установка получает определенную дозу топливно-воздушной смеси.

Расположение прибора

Разобравшись, что такое ДАД, необходимо определить, где искать его в машине. Такой тип устройства применяется только на автомобилях, которые оснащаются инжекторными двигателями, особенно если они имеют также компрессор и систему турбонаддува.

Часто прибор располагается на впускном коллекторе, кроме того, существуют модели, где он крепится непосредственно к кузову в моторном отсеке, а входной коллектор и штуцер соединяются гибким шлангом.

Даже если на авто нет датчика массового расхода воздуха, ДАД может устанавливаться и выполнять возложенные на него задачи.

Что указывает на поломку

Корректное функционирование прибора оказывает влияние на управление автомобилем и комфортную езду. Признаками неисправности датчика становится такая симптоматика, как:

• увеличение потребляемого горючего. Некорректные данные о давлении, поступающие на электронный блок управления, заставляют подавать более насыщенную топливную смесь, что влияет на расход топлива;
• в жаркий сезон выхлопы белесые;
• ухудшается динамика силового агрегата, прогрев никак не улучшает ситуацию;
• выхлоп ощутимо пахнет бензином;
• обороты на холостом ходу не снижаются значительное время;
• возникают шумы, двигатель гудит;
• переключение скоростей сопровождается рывками.

Подобные неприятные явления чаще всего указывают на неисправности датчика. В этом случае нужна диагностика.

Диагностические мероприятия

Как проверить датчик абсолютного давления и определить, что он работоспособен:

• для начала к соединяющему прибор и входной коллектор вакуумному шлангу подключают переходник для манометра;
• некоторое время силовому агрегату дают поработать на холостых оборотах. Если в коллекторе наблюдается разряжение — показатели ниже 529 мм, необходимо удостовериться, что на шланге нет повреждений, нет дефектов диафрагмы датчика;
• получив данные манометра, его отсоединяют, а вместо него устанавливают вакуумный насос. Создается разреженное состояние (55–56 мм), после чего откачивание прекращается. Если состояние удерживается около тридцати секунд, то датчик исправен, и проблемы с автомобилем кроются в чем-то другом. В противном случае необходимо заменить неисправное устройство.

Если прибор цифровой, диагностика происходит несколько иначе:

• тестер переводится в режим вольтметра, к нему подключается провод, установленный на выходной контакт диагностируемого прибора;
• запускается силовая установка. Если напряжение удерживается в позиции 2.5 В, то датчик исправен, если же оно отклоняется в одну или другую сторону, требует замены;
• в режиме тахометра и при отключенном вакуумном шланге плюсовый щуп подключается к сигнальному выводу, а минусовый к заземлению. Если причина неисправности не в ДАД, то тахометр покажет величину в 4400–4900 оборотов;
• после присоединения вакуумного насоса можно установить, есть ли изменения в показаниях, полученных тахометром. Если они есть, то следует подумать о замене.

Диагностические меры показывают, стоит ли готовиться к полной замене или достаточно провести чистку датчика.

Как почистить ДАД

Во время работы устройство постепенно зарастает грязью, снижающей чувствительность диафрагмы. Из-за этого могут наблюдаться симптомы, указывающие на неисправность ДАД. Чтобы очистить его от загрязнений, необходимо произвести демонтаж.

В зависимости от того, какой модели автомобиль, расположение датчика меняется. Если двигатель турбированный, то таковых может быть два, один из которых будет находиться на турбине, а второй на впускном коллекторе. Для крепления в любом случае будут использоваться болты — один или два в зависимости от конструкции.

Чтобы прочистить датчик, следует запастить карбклинерами или аналогичными чистящими средствами. Сначала приводится в порядок корпус, а затем осторожно очищаются и контакты. Наибольшее внимание уделяется уплотнительному кольцу и диафрагме. С ними требуется быть осторожным, главное — не допустить повреждений. Достаточно вбрызнуть некоторое количество чистящего состава, а затем вылить его с удаленными загрязнениями.

Очистка позволяет вернуть чувствительность сенсорам, и если проблема была только в загрязнении, диагностика покажет, что датчик в полном порядке, а двигатель будет работать в стандартном режиме. Если манипуляции не помогли, следует приобрести новый прибор на замену.

Где купить

Запчасти и другие изделия для автомобиля легко доступны для приобретения в автомагазинах вашего города. 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:

Принцип его работы заключается в том, что в трубопроводе создается препятствие потоку с помощью сужающего устройства. Поток жидкости или газа, проходя через этот участок трубопровода, меняет характеристику своего течения. Перед заужением давление возрастает, а сразу за ним оно понижается.

Как работает электрический датчик давления?

Датчики монтируются на ниппель колеса автомобиля, измеряют давление и температуру воздуха в шине и передают информацию о значении давления по радиоканалу на дисплей. При изменении давления в колесе система передает информацию звуковыми сигналами и отображает ее на дисплее.

Какие бывают датчики давления?

Существуют такие типы датчиков давления: емкостной, индуктивный, датчик магнетосопротивления (датчик Холла), пьезоэлектрический, тензодатчик, виброэлемент, и потенциометрический тип датчика.

https://youtube.com/watch?v=ejrXQ6zS73E

Какие бывают датчики давления в шинах?

В целом, можно выделить три вида датчиков давления в шинах:

датчик прямого измерения (устанавливается вместо вентиля), датчик косвенного измерения (используется блок АБС), цветовой индикатор (накручивается вместо колпачка вентиля и меняет цвет в зависимости от давления).

Для чего применяют ртутные датчики давления?

Решать задачи учета расхода измеряемой среды позволяет датчик дифференциального давления. Принцип его работы заключается в измерении разности давлений между двумя полостями – плюсовой и минусовой. Могут применяться для учета расхода, при помощи сужающих устройств.

Как работает датчик давления воды?

Что такое Прессостат в вентиляции?

Также работоспособность датчика давления масла можно проверить и другим методом. Так, нужно снять питающий провод с датчика и замкнуть его на «массу». Если датчик исправен, то сигнальная лампочка на приборной панели загораться не должна. В противном случае датчик неисправен.

Как определить неисправность масляного датчика?

Если индикатор давления масла продолжает гореть даже после доливания моторного масла до максимального уровня, это явный признак нарушения работы датчика. Включение и выключение индикатора во время движения автомобиля также говорит о высокой вероятности неисправности датчика.

Как понять что вышел из строя датчик давления масла?

Как проверить исправность датчика давления масла В штатном режиме аварийный датчик давления должен при включении зажигания загораться, а после запуска двигателя потухать. Если индикатор не загорается после включения зажигания, нужно проверить датчик – скорее всего, он неисправен.

Пьезоэлектрический датчик (ПД) — это устройство, используемое для обнаружения или измерения различных типов физических величин в окружающей среде. Входным сигналом может быть свет, тепло, движение, влажность, давление и вибрация.

Генерируемый выходной электрический сигнал, образуется пропорционально приложенному входному сигналу. Он передается по сети для дальнейшей обработки. В зависимости от измеряемого входного сигнала существуют различные типы датчиков.

Определение пьезоэлектрического датчика

Этот датчик работает по принципу пьезоэлектричества, когда при механическом давлении на материал, генерируется электрическая энергия. Не все материалы обладают пьезоэлектрическими характеристиками. Существуют несколько типов пьезоэлектрических материалов применяемых в ПД — это, в основном, природный монокристалл кварца и искусственно изготовленная пьезокерамика.

Кварц является доступным в природе минералом, поэтому такие пьезоэлектрические преобразователи, как правило, имеют невысокую стоимость. Турмалин — полудрагоценная форма кварца, обладает субмикросекундной чувствительностью и полезен при измерении очень быстрых переходных процессов. Может обеспечить как хорошую линейность, так и пониженную температурную чувствительность. Такие устройства применяются при высокоточных измерениях и имеют высокую стоимость.

Пьезоэлектрическим датчиком измеряются физические величины: ускорение и давление. Датчик давления, или пьезометрический датчик, и ускорения работают по одному и тому же принципу пьезоэлектричества. Различие между ними заключается в варианте воздействия на чувствительный элемент.

Принцип работы

Пьезоэлектрический кристалл помещается между двумя металлическими пластинами, которые находятся в идеальном равновесии, даже если они не расположены симметрично. Пластины прикладывают к материалу механическое напряжение или силу, в результате чего электрические заряды кристалла выходят из равновесия.

На его противоположных гранях создается избыточный положительный и отрицательный заряд. Металлическая пластина аккумулирует эти заряды, создавая напряжение и ток, тем самым преобразуется механическая энергия в пьезоэлектричество.

Важно! При приложении давления к мембране, пьезоэлектрический материал нагружается и начинает генерировать электрический ток с напряжением, пропорциональным входному давлению. Такие устройства также известны, как первичные преобразователи.

Технические характеристики пьезокерамического датчика

При определении пьезоэффекта важно понимать поведение кристаллов. Они могут работать от продольных или поперечных сил, и нечувствительны к электрическим полям и электромагнитному излучению. Они создают линейный отклик в очень широком диапазоне температур, что делает их идеальными измерительными устройствами для работы в суровых климатических условиях.

Основные характеристики пьезоэлектрических датчиков:

• Широкий диапазон измерения, могут определять давление от 0.7 кПа до 70 МПа.
• Чувствительность (S): характеризует изменения выходного сигнала ∆y к сигналу, вызвавшему изменение ∆x: S = ∆y/∆x.
• Надежность — способность ПД сохранять характеристики в определенных пределах в заданных условиях эксплуатации.
• Значение импеданса ≤500 Ом.
• Диапазон температур от −20 °C до + 60 °C.
• ПД имеют очень низкую температуру пайки.

Важно! Из-за своей высокой гибкости кварц является наиболее предпочтительным материалом в качестве ПД. Помимо этого, некоторые характеристики пьезоэлектрических первичных измерителей включают порог срабатывания, ошибки, время индикации.

Пьезокерамический датчик обладает рядом преимуществ, таких как:

• Высокой частотной характеристикой, что обеспечивает обнаружение даже слабых сигналов и в короткие промежутки времени.
• Высокая переходная характеристика — они могут обнаруживать события в микросекундах, а также выдавать линейный выходной сигнал.
• Высокая мощность, измеряемая электронной схемой.
• Небольшие размеры и прочная конструкция.

К недостаткам таких ПД относится их повышенная чувствительность к колебаниям температуры, что требует применения специальных кабелей и систем усиления.

Поскольку применения таких ПД в промышленности требует от них точности измерения, систему усиления сигнала моделируют под каждый измеряемый параметр. Например, если технологическое давление изменяется в широком диапазоне, предпочтительным выбором являются датчики давления с хорошей линейностью и низким гистерезисом.

Колебания окружающей температуры и температуры процесса вызывают ошибки в измерениях давления, особенно в среде с низким показателем или небольшим его перепадом. В таких случаях используют термокомпенсаторы.

Применение пьезоэлектрических датчиков

Пьезоэлектрический датчик может быть активным и пассивным. Первые используются для измерения давления, ускорения, температуры, уровня жидкости и могут выступать в качестве первичных датчиков для расходомеров и толщиномеров. Пассивные используются в микрофонах, акселерометрах и в музыкальных инструментах.

Пьезоэлектрические датчики также используются для ультразвуковой визуализации, оптических и микро движущихся измерений, электроакустики. Их применяют в различных секторах экономики, таких как здравоохранение, энергетика, газоснабжение, аэрокосмическая промышленность, бытовая электроника и ядерное приборостроение.

Поскольку пьезоэлектрические преобразователи не способны измерять статическое давление, они широко используются для оценки явлений динамического характера, связанных со взрывами, пульсациями или условиями динамически изменяемой среды в автомобильных и ракетных двигателях, компрессорах и других устройствах, работающих под давлением.

Датчики давления: Аналитический обзор, сравнение видов и рыночных цен, анализ характеристик и преимуществ, правила профессионального подбора моделей датчиков давления любого вида (избыточного, абсолютного, вакуумметрического, гидростатического и дифференциального (перепада-разности) давлений, в том числе и специальных нестандартных исполнений).

Датчик давления – это конструктивно обособленный первичный преобразователь давления (избыточного, дифференциального, абсолютного, вакуумметрического).
Измерительный преобразователь давления – это технический прибор с нормативными метрологическими характеристиками, служащий для преобразования давления в унифицированный выходной сигнал (электрический, пневматический) и/или цифровой код (HART-протокол, интерфейсы RS-232/485 и др.).

Специальное предложение — технические датчики давления — цена от 2200 рублей*
(цена указана на базовое исполнение без НДС, подробнее о скидках и акциях см. ниже).

В данном разделе представлен подробный обзор технических датчиков давления — преобразователей в унифицированный выходной сигнал (электрический или пневматический), применяемых в промышленности, энергетике, ТЭК и ЖКХ, но также рекомендуем ознакомиться и с
датчиками-реле давления (прессостаты с релейным выходом: замыкание/размыкание контакта при достижении заданного значения (уставки));
специализированными датчиками давления (например: высокотемпературных расплавов полимеров, сыпучих продуктов, для хладогентов и т.п.);
автомобильными датчиками давления (масла, топлива и воздуха в шинах);
миниатюрными датчиками для радиоэлектроники и медицины.

II. Дополнительная информация о датчиках давления:
1. Методы измерения давления, принципы действия и конструкции датчиков.
2. Выбор вида выходного сигнала (цифровой или аналоговый) в зависимости от быстротечности процесса.
3. Общие определения, разъяснения и понятия:
— Отличие датчика давления от манометра, ЭКМ и реле (сигнализатора).
— Дополнительное оборудование и арматура для манометров и датчиков давления.
— Виды исполнений по взрывозащите (Exi, Exd/Exs).
— Отличие интерфейсов RS485/RS422 от RS232 и USB.
— Про HART-протокол.
— Отличие M-Bus от ModBus.
— Предупреждение о воровстве контента.

Виды технических (промышленных) датчиков давления (избыточного, дифференциального(перепада), абсолютного, вакуумметрического (разряжения), далее, сокращенно — ДД) в зависимости от определяющих технических характеристик (конкретные марки датчиков можно посмотреть, перейдя по ссылке):
1. Датчики давления с унифицированным токовым сигналом (0-5мА,  4-20мА) и цифровой выходом (интерфейс, протокол)
—  Малогабаритные датчики и экономкласс (для ЖКХ)
—  Однопредельные датчики (однодиапазонные)
—  Многопредельные датчики (многодиапазонные перенастраиваемые)
—  С электроконтактным (релейным, дискретным) выходом — ЭКМ
—  С цифровым выходом (RS232, RS485, USB; ModBus, HART-протокол)
2. Датчики с выходом по напряжения постоянного тока (0-1,-5,-10В)
3. Датчики с выходом взаимной индуктивности 0-10мГн
4. Датчики с пневматическим выходным сигналом 20-100кПа
5. Датчики гидростатического давления (датчики уровня) погружные и врезные (с торцевой открытой мембраной).
6. Нестандартные специальные датчики давления
(перегрузка, нестандартный диапазон и/или выход, высокотемпературное и защищенное исполнение и т.п.).
Подробнее о датчиках давления, их видах, принципах действия, конструктивных исполнениях, а также о технических характеристиках, особенностях выбора (как правильно выбрать, заказать, купить датчик), комплектации, областях применения, выходных сигналах, о ценах (см. общий прайс-лист на датчики давления), наличию на складе или сроках изготовления см. ниже.

Описание, определения и основные характеристики датчиков давления

Датчик давления – это конструктивно обособленный первичный преобразователь давления.
Измерительный преобразователь давления – это технический прибор с нормативными метрологическими характеристиками, служащий для преобразования давления (далее Д.) в унифицированный выходной сигнал (электрический, пневматический) и/или цифровой код (HART-протокол, интерфейсы RS-232/485, USB и др.).

Конструктивная схема преобразователя (датчика) давления

Электрический измерительный преобразователь давления состоит из двух основных частей (блоков):

1 — Измерительного блока, основой которого является первичный измерительный преобразователь давления – чувствительный элемент (сенсор), преобразующий воздействующее на него давление в первичный сигнал (обычно слабый электрический).

2 — Электронного блока — блока усиления, который преобразует и усиливает первичный сигнал преобразователя до стандартных унифицированных токовых сигналов (мА, В, мГн и др.) и/или цифровых кодов (интерфейсы RS232, RS485, USB, M-Bus или протоколы ModBus, HART-протокол и др.), воспринимаемых системами автоматического регулирования и управления технологическими процессами (АСУТП).

Пневматический преобразователь/датчик давления (выход 20-100кПа) обычно состоит из пневмосилового преобразователя и измерительного блока. Принцип действия преобразователя основан на пневматической силовой компенсации усилия, развиваемого измеряемым перепадом давления на чувствительных элементах измерительного блока.

Виды измеряемого датчиками давления

В физике, Давление — это физическая величина, равная отношению силы давления (приложенной к данной поверхности), к площади этой поверхности (P=F/S). Давление (далее сокр.-Д.) — величина относительная, поэтому измеряемое Д. всегда определяется относительно другого — опорного Д.

Краткое определение видов давления (Д.) и вакуума:
Атмосферное (Ратм) — это Д. столба воздуха (атмосферы), примерно 101кПа или 760мм.рт.ст. (нормальное атмосферное Д.).
Абсолютное (Рабс) — это полное Д. с учетом атмосферного, отсчитываемое от абсолютного нуля.
Избыточное (Ризб) — это Д. сверх атмосферного, равное разности между абсолютным и атмосферным:
Ризб = Рабс – Ратм
Избыточное Д. отсчитывается от «условного нуля», за который принимается текущее атмосферное Д..
Вакуум (вакуумметрическое Д., разряжение) – разность между атмосферным и абсолютным Д.:
Рвакуум = Ратм – Рабс

Поэтому, в зависимости от измеряемого и опорного давления, также различают следующие виды датчиков/преобразователей давления (далее, сокращенно- ПД.):

АД — датчик абсолютного давл., измерение ведется относительно встроенной в прибор камеры вакуума (ПД-ДА).

ДИ — датчик избыточного давл., измерение ведется относительно внешнего атмосферного давления (ПД-ИД).

ДВ — датчик вакуумметрического давл. — разряжения,
измерение ведется относительно внешнего атмосферного давления (ПД-ДВ).

ДИВ — датчик избыточного давления и разряжения (плюс-минус),
измерение ведется относительно внешнего атмосферного давления (ПД-ДИВ).

ДД — дифференциальное (измеряют разность двух давлений: ΔP=P1-P2), датчики перепада могут применяться как дифманометр-перепадомер, уровнемер или расходомер (ПД-ДД).

ДГ — датчик гидростатического давл. столба жидкости на мембрану прибора, измерение ведется относительно атмосферного-Ратм или «давления наддува»-Рн поверх зеркала жидкости в резервуаре по формуле:
ΔP=Р — Рн, где Р=ρgh+Рн,
где ρ—плотность жидкости (кг/м3), g—ускорение свободного падения (примерно g=9,81м/с2, точно зависит от широты местности), h—высота столба жидкости (м).
Также допустимо обозначение ПД-ГД (но не путать с автономными тягонапоромерами-микроманометрами Зонд-10-ГД).

ДУ — буйковые преобразователи/датчики уровня — уровнемеры принцип действия которых основан на определении разности сил тяжести и гидростатической (Архимедовой) силы выталкивания из жидкости цилиндрического буйка.
см. Буйковые уровнемеры.

Виды конструктивного исполнения сенсора (чувствительного элемента)

По конструктивному исполнению чувствительного элемента (сенсора) различают следующие виды датчиков давления:
— тензометрические
— пьезометрические
— емкостные
— резонансные
— индуктивные
— пневмоконпенсационные (пневматические)
— и другие (подробное описание видов и принципов действия см. ниже).

По материалу мембраны
В зависимости от диапазона измерения и условий эксплуатации применяются мембраны, изготовленные из различных материалов:
— Металлическая мембрана: материал Титановый сплав (титан-Ti) или нержавеющая сталь (316L, сплав 36НХТЮ); металлические мембраны применяется в широком диапазоне измеряемых давлений, начиная от низких 6кПа(316L, тонкопленочная) и 100кПа (для титана-Ti) соответственно, до сверхвысоких Д. (400МПа и более).
Все металлические мембраны и применяемые с ними уплотнения (уплотнительные кольца) изготовлены из бензо-масло стойких материалов, однако для контроля едких сред (растворы кислот и щелочи) рекомендуется применетие датчиков с титановыми мембранами.
— Керамическая мембрана: материал Al2O3 — амфотерный оксид алюминия, керамическая тензорезистивная мембрана имеет относительно низкую стоимость, но может применяться только для измерения «среднего» диапазона давлений (от 160кПа(0,16МПа) до 2,5МПа(25Бар)), как жидкостей, так и газов и пара.
— Кремниевая мембрана: основной материал кремний (Si) — дорогая высокочувствительная мембрана (обладает очень хорошими характеристиками упругости, а ползучесть и гистерезис почти отсутствуют). Кремниевые мембраны применяются в основном для измерения низких давлений (от 0,1кПа до 60кПа) только сухих неагрессивных газов (азот, аргон) и газовых смесей (воздух, упаковочные газы и т.п.).

Погрешность измерения и класс точности датчиков давления

Пределы допускаемой основной погрешности датчиков давления (плюс-минус доля процента) от диапазона измерения:
— высокоточных  0,1%; 0,15%;
— точных — 0,2%; 0,25%;
— технических 0,4%; 0,5%; 1,0%.
Также датчики Д. могут иметь дополнительную погрешность от влияния внешних факторов: температуры и давл. окружающей среды (ОС), электрических и магнитных помех, нестабильности питания, сопротивления нагрузки, вибрации прочих внешних воздействий.

Выходные сигналы датчиков давления

б) Пневматический унифицированный выходной сигнал 20-100кПа
Пневматический выходной сигнал пневмокомпенсационного преобразователя в 20кПа соответствует нулю измеряемого, а 100кПа — максимуму измеряемого диапазона (перепада для дифманометров-перепадомеров, ДД-расходомеров, ДД-уровнемеров), причем в линии питания очищенным сжатым воздухом должно поддерживаться Д. не менее 140кПа с расходом до 5 литров в минуту (для этого применяются редукторы давления с фильтром РДФ-3.1(с манометром) и РДФ-3-2 (без манометра)).

Условия эксплуатации датчиков давления

Условия эксплуатации приборов основаны на отличии параметров измеряемой (ИС) и окружающей среды (ОС) рабочих условий от нормальных и стандартных (условий производства, хранения и т.п.), например:

— Диапазон измерения, возможность гидроудара
Компенсируется тех. характеристиками (расширенной перегрузочной способностью (допустимой перегрузкой) сенсора) или подавляются применением специальных технических средств — гасителей пульсаций (демпферы, сифонные петлевые импульсные трубки Перкинса и т.п.)).

— Температурные режимы измеряемой Тис и окружающей среды Тос
Запредельные значения температуры измеряемой среды (Тис) обычно компенсируются характеристиками (например, расширенные температурные диапазоны по климатике — Тос(-50+80С), или специальные, с высокотемпературным исполнением Тис свыше 150С измерительного блока моноблочной или раздельной конструкции), или применением охладителей (радиаторов), соединительных рукавов мод.-55004 или сифонные петлевых отборных устройств — трубок Перкинса).
Основные исполнения датчиков давления по устойчивости к климатическим воздействиям по ГОСТ-15150:
— УХЛ* — для умеренно-холодного климата (NF):  УХЛ3.1*(+5+50°С/+1+50°С) или расширенно УХЛ3.1**(-10+80°С);
— У* — для умеренного климата (N): У2*(-30+50°C) или расширенный диапазон У2**(-40+80°С);
— T* — для влажного тропического климата (T): Т3*(+5+50°С/+1+50С) или расширенный диапазон Т3**(-10+80°С).

— Степень пылеводозащиты (код IP)
Ingress Protection Rating (англ.) — степень защиты от проникновения, обеспечиваемая оболочкой (корпусом): обычно степень пылеводозащиты преобразователей составляет от IP54, вплоть до IP68 (максимальная защита для погружного исполнения).

— Высокая степень агрессивности ИС и ОС:
Компенсируется характеристиками датчика (см. специальные нестандартные исполнения: высокотемпературные (до 350°С), виброустойчивые, коррозионностойкие, кислотостойкие, абразивостойкие, гигиенические (для пищевых продуктов), обезжиренные (очистка под кислород) и прочие исполнения) или применением защитно-разделительных устройств (разделители мембранные, рукава соединительные, сосуды (разделительные, конденсационные, уравнительные).

— Степень взрывоопасности среды (измеряемой-ИС или окружающей ОС):
При эксплуатации оборудования во взрывоопасных условиях необходимо применять датчики давления, имеющие взрывозащищенное исполнение (Exi, Вн: Exd/Exsd)
«Ех» -Exi — искробезопасная электрическая цепь – «ia», уровень-О (OExiallCT5);,
«Вн» — Exd/Exsd (Вн) — взрывонепроницаемая оболочка – Exd (1ExdsllBT4/H2), «Специальный»(S) — Exs (1ExsdllBT5), уровень взрывозащиты — «взрывобезопасный» (1). При эксплуатации взрывозащищенных датчиков исполнение «взрывонепроницаемая оболочка (Exd)» может заменить собой «более простое» исполнение —  «искробезопасная электрическая (Exi)», но не наоборот.

Основные модели измерительных преобразователей — датчиков давления, помимо общепромышленного и взрывозащищенного исполнения, могут опционально под заказ иметь и другие специальные исполнения: для объектов повышенной надежности, объектов атомной энергетики (ОАЭ) — для эксплуатации на АЭС (код «А» или «АС») и/или очищенное — обезжиренное исполнение для измерения давления кислорода (O2 , код — «К» или «Кис»).

Параметры энергетического питания датчиков давления

Номинальные значения напряжения питания
Электрических преобразователей — обычно составляет
=36В постоянного тока (для датчиков с выходом 0-5мА),
=24В постоянного тока (для датчиков с выходом 4-20мА),
при этом питание взрывозащищенных приборов (Exi) должно осуществляться стабилизированным напряжением =24В через барьеры взрывозащиты (типа Корунд и др.).

Питание пневматических преобразователей (выход 20-100кПа) осуществляется от компрессора сжатым воздухом (напор 140кПа + 10%, расход воздуха до 5 литров в минуту) через редуктор давления с фильтром (типа РДФ-3-1 с манометром).

Способы монтажа и присоединения датчиков давления

— монтаж корпуса датчика:
— на трубе:
за штуцер (М20х1,5, G1/2 и т.п.)
на кронштейне (кронштейн притягивается к трубе скобой, код КМЧ — СК)
— на плите (код ПЛ)
— настенный монтаж
— на 35мм DIN-рейку
— щитовой монтаж (за отбортовку в вырез щита)
— стоечный монтаж
и прочие виды монтажа корпусов.

Общие рекомендации о том, как правильно выбрать, заказать и купить датчик давления

1. Определите вид измеряемого давления (избыточное, дифференциальное (перепад), абсолютное, вакуумметрическое (разряжение) или гидростатическое), которое будет контролировать преобразователь, сколько (один или несколько) и какие необходимо иметь диапазоны измерения, какой тип выходного сигнала — электрический (0-5/4-20мА, 0-5/10В, 0-10мГн, необходимость и наличие протоколов обмена данными и удаленного управления ModBus или HART-протокол) или пневматический (выход 20-100кПа для эксплуатации на особо взрывоопасных объектах).

2. Выберите, какой тип и модификация прибора Вам реально подходят, какие функциональные возможности и технические характеристики (класс точности, климатическое исполнение, наличие взрывозащиты (Exi/Exd), способы присоединения к процессу и монтажа корпуса и пр.) действительно необходимы ( (т.к. разного рода «излишества» и «проектные запасы», возможно, будут необоснованно увеличивать стоимость и срок изготовления).

3. Проверьте, достаточно ли технических характеристик и параметров для правильного правильного оформления заказа (см. соответствующие описания видов датчиков давления и их формы заказа).

4. Какое дополнительное оборудование (подробнее см. ниже) ещё необходимо (установочная, монтажная, защитная и запорная арматура и элементы (вентильные системы и клапанные блоки, краны, вентили, отводы, демпферы, разделители), вспомогательные блоки (в т.ч. блоки питания, преобразования сигналов, корнеизвлечения и искрозащиты), устройства, сосуды (уравнительные, разделительные, конденсационные), диафрагмы (для дифманометров-расходомеров), соединительные рукава и импульсные линии (трубки с фитингами) и т.п.).

Цена-Срок-Качество (товара и услуги (сервис)

5. Какую сумму за оборудование и дополнительные расходы (в т.ч. за тару-упаковку и доставку) Вы реально готовы заплатить (определите бюджет).

6. Компетентны ли Вы принимать решения о внесении изменений в проект, и могут ли Вам быть интересны предложения современных аналогов, имеющих более оптимальное соотношение ЦЕНА — КАЧЕСТВО — СРОК ПОСТАВКИ.

7. Какая форма оплаты и срок поставки для Вас приемлемы (учтите, что частичная предоплата или срочное ускоренное выполнение заказа («вне очереди») иногда могут привести к удорожанию продукции).

8. Каким способом Вам удобнее получить продукцию (самовывоз, доставка, отгрузка через транспортную кампанию или иное).

После этого оформляйте и присылайте нам заявку, отразив в ней как можно больше ответов на вышеуказанные вопросы.
В этом случае мы уверены, что наше предложение покажется Вам действительно интересным.