Типы преобразователей давления

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 1 мая 2019 года; проверки требуют 16 правок.

Датчик давления — устройство, физические параметры которого изменяются в зависимости от давления измеряемой среды (жидкости, газа, пара). В датчиках давление измеряемой среды преобразуется в унифицированный пневматический, электрический цифровой код или сигналы.

Преобразователь давления — это прибор, который применяется для измерения давления в жидкостях и газах, а также для преобразования давления в электрический сигнал. Он является одним из важных элементов контрольно-измерительных систем в многих отраслях промышленности.

Основной принцип работы преобразователя давления заключается в том, что при воздействии давления на чувствительный элемент, происходит изменение его формы или объема. Это изменение пропорционально давлению, и передается в виде изменения параметров электрического сигнала на выходе прибора.

Преобразователи давления бывают разных типов, в зависимости от используемой технологии и задач, которые они решают. Некоторые из них могут измерять давление до тысячных долей атмосферного давления, другие — до высоких значений давления, например, в нефтяной промышленности.

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.

Датчики давления можно классифицировать по диапазонам измеряемого давления, диапазону рабочих температур и, что наиболее важно, по типу измеряемого давления. Датчики давления называются по-разному в зависимости от их назначения, но одна и та же реализация может использоваться под разными названиями.

Датчик абсолютного давления

Этот датчик измеряет давление относительно атмосферного давления. Манометр в автомобильных шинах является примером измерения избыточного давления; когда он показывает ноль, тогда давление, которое он измеряет, такое же, как давление окружающей среды. Большинство датчиков для измерения давления до 50 бар изготавливаются таким образом, поскольку в противном случае колебания атмосферного давления (погода) отражаются как погрешность в результате измерения.

Датчик вакуумного давления

Этот термин может вызвать путаницу. Его можно использовать для описания датчика, который измеряет давление только ниже атмосферного, показывая разницу между этим низким давлением и атмосферным давлением, но его также можно использовать для описания датчика, который измеряет абсолютное давление относительно вакуума.

Датчик перепада давления (Датчик дифференциального давления)

Преобразователи давления используются в широком спектре промышленных приложений и могут быть найдены в различных средах, включая газы и жидкости. Они преобразуют давление в электрический сигнал, который может быть прочитан приборами в системе управления.

Применение преобразователей давления включает измерение давления в газопроводах, трубопроводах и других технических системах. Они используются в автоматике, контроле качества, управлении производственными процессами, в системах безопасности и многих других областях.

Преобразователи давления масла широко применяются в машиностроительной промышленности для контроля давления масла в двигателях, гидравлических системах и других приложениях. Они обеспечивают точное измерение давления масла, что позволяет предотвращать проблемы с работой двигателя и улучшает его производительность.

Преобразователи давления также применяются в медицинских приборах для контроля давления крови. Они могут быть использованы для мониторинга кровяного давления у пациентов в больницах, а также для личного использования дома.

В общем, использование преобразователей давления позволяет добиться высокого уровня точности при измерении давления в разных средах. Это позволяет обеспечить безопасность и надежность технических систем, а также повысить эффективность их работы.

Датчик давления состоит из первичного преобразователя давления, в составе которого чувствительный элемент — приемник давления, схемы вторичной обработки сигнала, различных над конструкции корпусных деталей, в том числе для герметичного соединения датчика с объектом и защиты от внешних воздействий и устройства вывода информационного сигнала. Основными отличиями одних приборов от других являются пределы измерений, динамические и частотные диапазоны, точность регистрации давления, допустимые условия эксплуатации, массогабаритные характеристики, которые зависят от принципа преобразования давления в электрический сигнал: тензометрический, пьезорезистивный, ёмкостный, индуктивный, резонансный, ионизационный, пьезоэлектрический и другие.

Чувствительные элементы датчиков базируются на принципе изменения сопротивления при деформации тензорезисторов, приклеенных к упругому элементу, который деформируется под действием давления.

Основан на интегральных чувствительных элементах из монокристаллического кремния. Кремниевые преобразователи имеют высокую чувствительность благодаря изменению удельного объемного сопротивления полупроводника при деформировании давлением.

Для измерения давления чистых неагрессивных сред применяются так называемые Low cost — решения, основанные на использовании чувствительных элементов либо без защиты, либо с защитой силиконовым гелем.

Для измерения агрессивных сред и большинства промышленных применений используется преобразователь давления в герметичном металло-стеклянном корпусе, с разделительной диафрагмой из нержавеющей стали, передающей давление измеряемой среды посредством кремнийорганической жидкости.

“Сердцем” датчика давления является ёмкостная ячейка. Ёмкостный метод основан на зависимости изменения электрической ёмкости между обкладками конденсатора и измерительной мембраны от подаваемого давления. Основным преимуществом ёмкостного метода является защита от перегрузок (изм. мембрана при перегрузке ложится на стенки «обкладки» конденсатора, длительное время не подвергаясь деформации, при снятии перегрузки мембрана восстанавливает исходную форму, при этом дополнительная калибровка сенсора не требуется), также обеспечивается высокая стабильность метрологических характеристик, уменьшение влияния температурной погрешности за счет малого объема заполняющей жидкости непосредственно в ячейке.

В основе метода лежит изменение резонансной частоты колеблющегося упругого элемента при деформировании его силой или давлением. Это и объясняет высокую стабильность датчиков и высокие выходные характеристики прибора.

К недостаткам можно отнести индивидуальную характеристику преобразования давления, значительное время отклика, невозможность проводить измерения в агрессивных средах без потери точности показаний прибора.

Основан на регистрации вихревых токов (токов Фуко). Чувствительный элемент состоит из двух катушек, изолированных между собой металлическим экраном. Преобразователь измеряет смещение мембраны при отсутствии механического контакта. В катушках генерируется электрический сигнал переменного тока таким образом, что заряд и разряд катушек происходит через одинаковые промежутки времени. При отклонении мембраны создается ток в фиксированной основной катушке, что приводит к изменению индуктивности системы. Смещение характеристик основной катушки дает возможность преобразовать давление в стандартизованный сигнал, по своим параметрам прямо пропорциональный приложенному давлению.

В основе лежит принцип регистрации потока ионизированных частиц. Аналогом являются ламповые диоды.

Лампа оснащена двумя электродами: катодом и анодом, — а также нагревателем. В некоторых лампах последний отсутствует, что связано с использованием более совершенных материалов для электродов.

Преимуществом таких ламп является возможность регистрировать низкое давление — вплоть до глубокого вакуума с высокой точностью. Однако следует строго учитывать, что подобные приборы нельзя эксплуатировать, если давление в камере близко к атмосферному. Поэтому подобные преобразователи необходимо сочетать с другими датчиками давления, например, емкостными. Зависимость сигнала от давления является логарифмической.

В основе лежит прямой пьезоэлектрический эффект, при котором пьезоэлемент генерирует электрический сигнал, пропорциональный действующей на него силе или давлению. Пьезоэлектрические датчики используются для измерения быстроменяющихся акустических и импульсных давлений, обладают широкими динамическими и частотными диапазонами, имеют малую массу и габариты, высокую надежность и могут использоваться в жестких условиях эксплуатации.

Дополнительная информация о датчиках давления

В данном подразделе последовательно рассмотрены следующие вопросы:
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.

Методы измерения давления, принципы действия и конструкции датчиков

В общем, широком смысле датчик (англ. sensor (сенсор)) — это термин систем управления, обозначающий первичный преобразователь, как элемент измерительного (сигнального, регулирующего или управляющего) устройства системы, преобразующий на основе чувствительного элемента и вспомогательных систем контролируемую физическую величину в удобный для использования сигнал (обычно электрический, но иногда пневматический, гидравлический и т.п.).

Датчик давления состоит из первичного преобразователя, в составе которого чувствительный элемент — приемник давления с сенсором, схемы вторичной обработки сигнала, различных по конструкции корпусных деталей, в том числе для герметичного соединения датчика с объектом и защиты от внешних воздействий и устройства вывода информационного сигнала (обычно сальник или разъем).

Сенсор датчика давления — это устройство на базе чувствительного элемента (тензометрического, пьезометрического, емкостного, резонансного, индуктивного принципа действия), физические параметры которого изменяются в зависимости от давления измеряемой среды: жидкости, газа, пара. Давление измеряемой среды преобразуется измерительным и электронным блоками датчика (преобразователя) в разнообразные электрические сигналы (релейный, унифицированный выходной сигнал тока(мА), напряжения(В), индукции(мГн)) или цифровой выходной код (интерфейс RS232, RS485, USB, M-Bus или HART, ModBus-протоколы) или, гораздо реже, для использования на особо взрывоопасных объектах в пневматический сигнал (20-100кПа).

Основными отличиями одних измерительных приборов от других являются пределы (диапазоны) измерений, динамические и частотные диапазоны, точность регистрации давления (погрешность), допустимые условия эксплуатации (в зависимости от окружающей и измеряемой среды), массогабаритные характеристики, которые зависят от пыле-водо-взрыво-защищенности, вида и величины измеряемого давления и принципов его преобразования (типа сенсора) в выходной сигнал (например, для электрического сигнала — это тензометрический, пьезорезистивный, ёмкостный, индуктивный, резонансный, ионизационный, пьезоэлектрический и другие методы):

Тензометрический метод измерения

Чувствительные элементы тензометрических датчиков базируются на принципе изменения сопротивления при деформации тензорезисторов, приклеенных на диэлектрической подложке к упругому чувствительному элементу (обычно мембрана), который деформируется под действием измеряемого давления.

Пьезорезистивный метод измерения

Пьезорезистивный метод измерения основан на интегральных чувствительных элементах из монокристаллического кремния (Si). Кремниевые преобразователи имеют высокую чувствительность благодаря изменению удельного объемного сопротивления полупроводника при деформировании давлением.

Для измерения давления чистых неагрессивных сред применяются так называемые Low cost — решения, основанные на использовании чувствительных элементов либо без защиты, либо с защитой силиконовым гелем.

Ёмкостный метод измерения

При емкостном методе измерения «Сердцем» датчика давления является ёмкостная ячейка. Ёмкостный метод основан на зависимости изменения электрической ёмкости между обкладками конденсатора и измерительной мембраны от подаваемого Д.. Основным преимуществом ёмкостного метода является защита от перегрузок (измерительная мембрана при перегрузке просто ложится на стенки «обкладки» конденсатора, длительное время не подвергаясь деформации. При снятии перегрузки мембрана восстанавливает исходную форму, при этом дополнительная калибровка сенсора не требуется), а также обеспечивается высокая стабильность метрологических характеристик, уменьшение влияния температурной погрешности за счет малого объема заполняющей жидкости непосредственно в ячейке.

Резонансный метод измерения

В основе резонансного метода лежит изменение резонансной частоты колеблющегося упругого элемента при деформировании его силой или Д.. Это и объясняет высокую стабильность датчиков и высокие выходные характеристики прибора.

Индуктивный метод измерения

Индуктивный метод основан на регистрации вихревых токов (токов Фуко). Чувствительный элемент состоит из двух катушек, изолированных между собой металлическим экраном. Преобразователь измеряет смещение мембраны при отсутствии механического контакта. В катушках генерируется электрический сигнал переменного тока таким образом, что заряд и разряд катушек происходит через одинаковые промежутки времени. При отклонении мембраны создается ток в фиксированной основной катушке, что приводит к изменению индуктивности системы. Смещение характеристик основной катушки дает возможность преобразовать давление в стандартизованный сигнал, по своим параметрам прямо пропорциональный приложенной нагрузке.

Пьезоэлектрический метод измерения

В основе пьезоэлектрического метода лежит прямой пьезоэлектрический эффект, при котором пьезоэлемент генерирует электрический сигнал, пропорциональный действующей на него силе или Д.. Пьезоэлектрические датчики используются для измерения быстроменяющихся акустических и импульсных давлений, обладают широкими динамическими и частотными диапазонами, имеют малую массу и габариты, высокую надежность и могут использоваться даже в жестких условиях эксплуатации.

Ионизационный метод измерения

В основе ионизационного метода лежит принцип регистрации потока ионизированных частиц. Аналогом являются ламповые диоды.

Лампа оснащена двумя электродами: катодом и анодом, — а также нагревателем. В некоторых лампах последний отсутствует, что связано с использованием более совершенных материалов для электродов.

Преимуществом таких ламп является возможность регистрировать низкое давление — вплоть до глубокого вакуума с высокой точностью. Однако следует строго учитывать, что подобные приборы нельзя эксплуатировать, если давление в камере близко к атмосферному. Поэтому подобные преобразователи необходимо сочетать с другими датчиками Д., например, емкостными. К тому же, зависимость сигнала от измеряемого давления не является является линейной — она логарифмическая.

Из вышеизложенного становиться очевидно, что выбор датчика давления должен начинаться с выбора и анализа основных параметров, под которые подбирается метод измеряния (тензометрический, пьезорезистивный, ёмкостный, индуктивный, резонансный, пьезоэлектрический, ионизационный или иной).

Выбор вида выходного сигнала в зависимости от быстротечности процесса

Выбор выходного сигнала зависит от быстротечности изменений контролируемого процесса. Процессы (и соответствующие им выходные сигналы) могут быть как медленноменяющимися, так и быстропеременными. Именно быстропеременность давления зачастую является ключевым фактором при отказе от современных цифровых микропроцессорных датчиков в пользу, казалось бы, устаревших аналоговых преобразователей.

Спектр медленноменяющихся сигналов лежит в области низких частот. Для того, чтобы с высокой точностью оцифровать медленоменяющийся сигнал, необходимо подавить высокочастотную часть спектра, полностью состоящую из помех. Это особенно актуально в промышленных условиях.
Специально для медленноменяющихся сигналов используются интегрирующие аналого-цифровые преобразователи — АЦП*. Они проводят измерение не мгновенного значения сигнала (которое изменяется под действием помех), а интегрируют сигнальную функцию за заданный промежуток времени, который заведомо меньше постоянной времени процессов, происходящих в контролируемой среде, но заведомо больше периода самой низкочастотной помехи.

Для измерения переменных давлений применяют датчики с аналоговым выходным сигналом, например, 0—20мА, 4—20мА и 0—5В, 0,4—2В.

Пьезоэлектрические датчики применяются для измерения быстропеременных процессов в диапазоне частот от единиц Гц до сотен кГц.

Общие определения, разъяснения и понятия относящиеся к датчикам давления

Цифровые электроконтактные (сигнализирующие) манометры (например, ЭКМ-1005/ЭКМ-2005, ДМ5001/ДМ5002 и другие) являются, по-сути, преобразователями (датчиками) давления с индикатором и дискретным электроконтактным выходом (э/м реле) и предназначены для измерения и непрерывного преобразования значения избыточного (а также, иногда и абсолютного, дифференциального или вакуумметрического) давлений неагрессивных и умеренно агрессивных сред в электрический унифицированный выходной сигнал (4-20мА) с отображением информации о давлении на цифровом табло (ЖК или СД-дисплей), а так же для управления внешними электрическими цепями в системах автоматического контроля и управления технологических процессов (АСУТП).

Параметры сигнализирующего устройства для электроконтактных манометров ЭКМ и датчиков

Сигнализирующее устройство по подключению внешних цепей имеет четыре варианта исполнения по ГОСТ 2405-88:
исп. V (исп. 5) (базовое исполнение) — левый контакт размыкающий (min), правый замыкающий (max) – оба указателя синие (5 исп.).
исп. III (исп. 3) — два размыкающих контакта: левый указатель (min) — синий, правый (max) — красный (3 исп.).
исп. IV (исп. 4) — два замыкающих контакта: левый указатель (min) — красный, правый (max) — синий (4 исп.).
исп. VI (исп. 6) — левый контакт замыкающий (min), правый размыкающий (max) – оба указателя красные (6 исп.).
При выборе исполнения следует учитывать, что варианты определяются относительно начала диапазона измерения (относительно нормальных условий производства и хранения).

2 Дополнительное оборудование и арматура для датчиков давления и манометров

I. Присоединение к процессу (подвод давления на вход прибора):
1. Монтажная арматура: отборные устройства(ОУ) и закладные конструкции (ЗК): бобышки (адаптеры вварные), отводы прямые и угловые (в т.ч. петлевые трубки Перкинса) или импульсные трубки (линии), манифольды.
2. Краны манометровые (до 16/25бар) или клапаны/клапанные блоки (свыше 2,5МПа), клапаны нажимные и предохранительные.

3. Прокладки/уплотнения медные, фторопластовые, паранитовые и др.
4. Переходники (резьбы-М/G/K нар/вну), муфты, бочонки (материал сталь, латунь, нержавейка).
5. Демпферы (гасители пульсаций гидроударов, дроссели), охладители (отводы-радиаторы), разделители мембранные РМ, капиллярные линии — КЛ и соединительные рукава мод-55004.
6. КМЧ – комплект монтажных частей (скоба, кронштейн, крепеж для монтажа на трубе, плите и пр.).
7. КПЧ – комплект присоединительных частей (присоединители: фланцы, штуцера, гайки-М20х1,5/G1/2, ниппели (сталь, нерж.), крепеж, уплотнения).
8. Для дифманометров-расходомеров: диафрагмы ДБС, ДКС, ДФК; сосуды СК, СУ, СР, универсальные СКУР-100/250.
Внимание — для приборов измеряющих дифференцтальное (разность, перепад) давление (дифманометры — перепадомеры, расходомеры, уровнемеры) необходимо предусмотреть двойной комплект присоединительных частей — КПЧ (для подключения к «плюсовой» и «минусовой» камере соответственно).

II. На выходе из прибора (по сигнальной линии):
1. Вторичные приборы: индикаторы-измерители, регуляторы с выходом, контроллеры, коммуникаторы, регистраторы/самописцы и пр.
2. Блоки питания БП-36/24В, преобразования, корнеизвлечения и барьеры искрозащиты (взрывозащиты-Exi).
3. Кабель и провода монтажные.
4. Пульты или коммуникаторы (для настройки параметров, калибровки, выбора режимов работы), модемы, конфигурационное программное обеспечение ПО.

III. Вокруг прибора:
Защитные кожухи. Монтаж в специальные утепляющие пожаробезопасные пылевлагозащитные шкафы и чехлы, применение специальных обогревателей для КИПиА.

см. подробнее про дополнительное/вспомогательное оборудование ПД

3 Виды исполнений датчиков давления по взрывозащите

а) Взрывозащищенное исполнение (Exi, Вн: Exd/Exsd)
Exi — взрывозащищенное с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь «ia» и уровнем взрывозащиты «особо взрывобезопасный» (0); маркировка взрывозащиты «0ExiaIICT5X».

Вн: Exd/Exsd — взрывозащищенное с видами взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка» (d); «специальный» (S); уровнем взрывозащиты «взрывобезопасный» (1); маркировка по взрывозащите «1ExsdIIBT5X».

б) Невзрывозащищенное (общепромышленное исполнение — никак не обозначается при маркировке датчиков).

в) Исполнение повышенной надежности (для работы на объектах атомной энергетики — ОАЭ (АЭС и пр.)

4 Отличие интерфейсов RS485/RS422 от RS232 и USB

Важным элементом электронного блока современных цифровых датчиков давления является АЦП — Аналого-цифровой преобразователь (англ. Analog-to-digital converter, ADC) — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный бинарный код (цифровой сигнал), позволяющий микропроцессорному преобразователю иметь цифровой ЖК- или СД-индикатор, интерфейсы связи (RS485/RS232/USB и др.) и поддерживать протоколы управления и удаленного обмена данными (HART, ModBas и др.).

а) Интерфейс RS-485

Интерфейс RS-485 (англ. Recommended Standard 485), EIA-485 (англ. Electronic Industries Alliance-485) — стандарт физического уровня для асинхронного интерфейса. Регламентирует электрические параметры полудуплексной многоточечной дифференциальной линии связи типа «общая шина».

Стандарт RS-485 приобрел большую популярность и стал основой для создания целого семейства промышленных сетей, широко используемых в промышленной автоматизации.
В стандарте RS-485 для передачи и приёма данных используется одна витая пара проводов, иногда сопровождаемая экранирующей оплеткой или общим проводом.
Передача данных в RS485 осуществляется с помощью дифференциальных сигналов. Разница напряжений между проводниками одной полярности означает логическую единицу, разница другой полярности — ноль.

Так как интерфейсы RS485/422 реализованы на дифференциальных линиях связи, их помехозащищённость очень хорошая. Обычно применяется кабельное хозяйство с волновым сопротивлением 120 Ом. На концах линий обязательно ставятся согласующие резисторы. Линии RS485 могут быть длиной до 1 километра.

Интерфейс RS422 является «облегчённой» версией RS485. У него снижены выходные токи передатчиков и следовательно меньше нагрузочная способность. Для улучшения этих параметров применяются повторители данных.

Интерфейс RS485 реализуют магистральный принцип обмена данными. В нём может быть адресовано до 63 портов. Строго говоря, RS422 – радиальный интерфейс, но многие производители оборудования дополняют его возможностью магистрального подключения и частичной совместимостью с RS485 (со сниженными параметрами по нагрузочной способности).

б) Интерфейс RS232
Интерфейс RS232 построен на униполярных линиях передачи данных. Поэтому его производительность и максимальная длина кабеля невелики. RS232 применяется для подключения периферийного оборудования к управляющим компьютерам. RS232 является радиальным интерфейсом, поэтому понятие адреса в нём отсутствует. Эти факторы способствуют повышению эффективности работы интерфейса в системах сбора данных и с периферийным оборудованием.

в) Интерфейс USB
USB (ю-эс-би, англ. Universal Serial Bus — «универсальная последовательная шина») — последовательный интерфейс для подключения периферийных устройств к вычислительной технике. Интерфейс USB получил широчайшее распространение и фактически стал основным интерфейсом подключения периферии к бытовой цифровой технике.

Интерфейс USB позволяет не только обмениваться данными, но и обеспечивать электропитание периферийного устройства. Сетевая архитектура позволяет подключать большое количество периферии даже к устройству с одним разъёмом USB.

5 Про HART-протокол

HART-протокол (англ. Highway Addressable Remote Transducer Protocol) — цифровой промышленный протокол передачи данных, попытка внедрить информационные технологии на уровень полевых устройств.
Модулированный цифровой сигнал, позволяющий получить информацию о состоянии датчика или осуществить его настройку, накладывается на токовую несущую аналоговой токовой петли уровня 4—20мА. Таким образом, питание датчика, снятие его первичных показаний и вторичной информации осуществляется всего по двум проводам.
HART-протокол — это практически стандарт для современных промышленных датчиков. Приём сигнала о параметре и настройка датчика осуществляется с помощью HART-модема или HART-коммуникатора. К одной паре проводов может быть подключено несколько датчиков. По этим же проводам может передаваться сигнал 4—20мА.

HART-протокол был разработан в середине 1980-х годов американской компанией Rosemount. В начале 1990-х годов протокол был дополнен и стал открытым коммуникационным стандартом. Однако, полных официальных спецификаций протокола в открытом доступе нет — их необходимо заказывать за деньги на сайте фонда HART-коммуникаций. На март 2009 года доступна спецификация версии HART 7.2, поддерживающая технологию беспроводной передачи данных.

HART-протокол использует принцип частотной модуляции для обмена данными на скорости 1200 бод. Для передачи логической «1» HART использует один полный период частоты 1200 Гц, а для передачи логического «0» — два неполных периода 2200 Гц. HART-составляющая накладывается на токовую петлю 4—20мА. Поскольку среднее значение синусоиды за период равно «0», то HART-сигнал никак не влияет на аналоговый сигнал 4—20мА. HART-протокол построен по принципу «Ведущий — Ведомый», то есть полевое устройство отвечает по запросу системы. Протокол допускает наличие двух управляющих устройств (управляющая система и коммуникатор).

Существует два режима работы датчиков, поддерживающих обмен данными по HART протоколу:

Режим передачи цифровой информации одновременно с аналоговым сигналом — обычно в этом режиме датчик работает в аналоговых АСУ ТП, а обмен по HART-протоколу осуществляется посредством HART-коммуникатора или компьютера. При этом можно удаленно (расстояние до 3000 метров) осуществлять полную настройку и конфигурирование датчика. Оператору нет необходимости обходить все датчики на предприятии, он может их настроить непосредственно со своего рабочего места.

В многоточечном режиме — датчик давления передает и получает информацию только в цифровом виде.
Аналоговый выход автоматически фиксируется на минимальном значении (только питание устройства — 4 мА) и не содержит информации об измеряемой величине. Информация о переменных процесса считывается по HART-протоколу. К одной паре проводов может быть подключено до 15 датчиков. Их количество определяется длиной и качеством линии, а также мощностью блока питания датчиков. Все датчики в многоточечном режиме имеют свой уникальный адрес от 1 до 15, и обращение к каждому идет по соответствующему адресу. Коммуникатор или система управления определяет все датчики, подключенные к линии, и может работать с любым из них.

6 Отличие M-Bus от ModBus

Интерфейс M-Bus (Meter-Bus) — стандарт физического уровня для полевой шины на основе асинхронного интерфейса. Также под этим названием понимают коммуникационный протокол, используемый для связи устройств по этой шине. Интерфейс M-bus преимущественно применяется для приборов учета электрической энергии (электросчётчики), тепловой энергии (теплосчётчики), расходомеров воды и газа.

Протокол Modbus — открытый коммуникационный протокол, основанный на архитектуре ведущий-ведомый (master-slave). Широко применяется в промышленности для организации связи между электронными устройствами. Может использоваться для передачи данных через последовательные линии связи интерфейсы RS485, RS422, RS232, и сети TCP/IP (Modbus TCP). Также существуют нестандартные реализации, использующие UDP.

Не следует путать «MODBUS» и «MODBUS Plus». MODBUS Plus — приприетарный протокол принадлежащий Schneider Electric. Физический уровень уникальный, похож на Ethernet 10BASE-T, полудуплекс по одной витой паре, скорость 1 Мбит/с. Транспортный протокол — HDLC, поверх которого специфицировано расширение для передачи MODBUS PDU.

7 Предупреждение о воровстве контента статьи «Датчики давления»

Вышеприведенные материалы опубликованы с согласия правообладателя, любое копирование, в том числе и части текста возможно только с согласия правообладателя.

Заранее благодарим Вас за обращение в любое из предприятий группы компаний — ГК «Теплоприбор» (Теплоприборы, Промприбор, Теплоконтроль и другие) и обещаем приложить все усилия для оправдания Вашего доверия.

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 перенастраевыемые)
—  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 выше и в соответствующих разделах сайта..

Оглавление раздела технические преобразователи / датчики давления

I.  Описание, определения и основные характеристики датчиков давления.
1. Виды измеряемого датчиками давления.
2. Виды исполнения сенсора (чувствительного элемента) и материал мембраны.
3. Класс точности и выходные сигналы датчиков давления.
4. Условия эксплуатации в зависимости от измеряемой и окружающей среды.
5. Параметры питания и способы монтажа датчиков давления.
6. Общие рекомендации о том как правильно выбрать, заказать и купить датчик давления.

В настоящее время ожидается дополнение и переиздание авторской статьи «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) давления, в том числе и специальных нестандартных исполнений).

Вернуться в начало страницы.

Вопрос-ответ

Существует несколько типов преобразователей давления: мембранные, пьезорезистивные, емкостные, резонансные, оптические. Они отличаются по своему принципу действия и области применения.

Для чего используется преобразователь давления?

Преобразователь давления используется для измерения давления в различных системах и устройствах: воздухоснабжении, гидросистемах, в пищевой и химической промышленности, в автомобилях и самолетах. Также он используется для контроля давления в системах безопасности и контроля уровня жидкости.

Как работает мембранный преобразователь давления?

Мембранный преобразователь давления — это устройство, которое измеряет давление путем изменения формы мембраны, обычно изготовленной из металла. Мембрана находится между средой с давлением и датчиком. При увеличении давления на мембрану, она начинает деформироваться, и это деформирование замеряется датчиком. Значение давления определяется по изменению формы мембраны.

Какой принцип работы у пьезорезистивных преобразователей давления?

Пьезорезистивный датчик состоит из кристаллов, которые имеют свойство изменять свою электропроводность при деформации. При приложении давления к кристаллам они деформируются, что приводит к изменению электрического сопротивления кристаллов. Это изменение сопротивления измеряется как изменение напряжения. Зная это изменение напряжения и соответствующее ему изменение давления, можно определить значение давления.

Какие преимущества у оптических преобразователей давления?

Оптический датчик использует принцип изменения показателя преломления света при изменении давления. Преимуществом оптических датчиков является их высокая точность и стабильность показаний, высокое быстродействие и возможность работы в широком диапазоне температур и давлений. Они также не чувствительны к воздействию электромагнитных полей и радиочастотных помех.

Регистрация сигналов датчиков давления

Сигналы с датчиков давления могут быть как медленноменяющимися, так и быстропеременными. В первом случае их спектр лежит в области низких частот. Для того, чтобы с высокой точностью оцифровать такой сигнал, необходимо подавить высокочастотную часть спектра, полностью состоящую из помех. Это особенно актуально в промышленных условиях.

Специально для ввода медленноменяющихся сигналов используются интегрирующие АЦП. Они проводят измерение не мгновенного значения сигнала (которое изменяется под действием помех), а интегрируют сигнальную функцию за заданный промежуток времени, который заведомо меньше постоянной времени процессов, происходящих в контролируемой среде, но заведомо больше периода самой низкочастотной помехи.
Интегрирующие АЦП выпускают многие зарубежные фирмы (Texas Instruments, Analog Devices и др).

Для измерения переменных давлений применяют датчики с аналоговым выходным сигналом, например, 0—20, 4—20 мА и 0—5, 0,4—2 В.

Принцип работы преобразователя давления

Преобразователь давления – это устройство, которое используется для преобразования физической величины, измеряемой давления газа или жидкости, в электрический сигнал.

Основной принцип работы преобразователя заключается в использовании мембраны, которая реагирует на изменения давления внешней среды. Мембрана имеет обратную связь с устройством, которое измеряет изменения сопротивления, связанные с сжатием или растяжением металлических проводов внутри устройства.

Чем выше давление, тем ближе металлические провода к друг другу, и наоборот. Таким образом, измеренные сопротивления преобразуются в электрический сигнал, который затем может быть использован для управления системами автоматического контроля и управления, например для регулировки давления внутри трубопроводов.

Преобразователь давления может быть использован в разных отраслях промышленности, включая производство, нефтегазовую промышленность, энергетику и медицину.

Виды преобразователей давления

Существует множество различных видов преобразователей давления, в зависимости от их конструктивных особенностей и принципов работы. Рассмотрим некоторые из них:

Отличие от манометра

В отличие от датчика давления, манометр — прибор, предназначенный для измерения (а не просто преобразования) давления. В манометре от давления зависят показания прибора, которые могут быть считаны с его шкалы, дисплея или аналогичного устройства.

Определение преобразователя давления

Преобразователь давления — это устройство, которое конвертирует входной давление в соответствующий выходной сигнал, такой как электрический ток или напряжение. Он обеспечивает простой, надежный и точный способ измерения давления в различных промышленных и технических приложениях. Преобразователи давления часто используются в машиностроении, медицинской технике, авиации, нефтегазовой и других отраслях промышленности.

Преобразователь давления работает на принципе измерения переменного сопротивления, изменение которого зависит от давления. Он содержит датчик давления, который преобразует физическую величину давления в электрический сигнал. Сигнал проходит через цепь усиления, где его анализируют и преобразуют в нужную форму.

Преобразователи давления могут быть аналоговыми или цифровыми. Аналоговые преобразователи выдают выходной сигнал в виде аналоговой величины, такой как напряжение или ток. Цифровые преобразователи выдают цифровой сигнал, который может быть легко обработан и интерпретирован компьютерной системой.

Преобразователи давления доступны в различных конструкциях и размерах, что делает их удобными для различных приложений. Они также могут быть конфигурированы для работы на определенных диапазонах давления, что обеспечивает точное измерение в соответствии с требуемыми параметрами.