Впи это метрология

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИБОРОВ:

1. ДИАПАЗОН ИЗМЕРЕНИЯ – это диапазон измерения давления, в котором нормируются метрологические характеристики. Диапазон измерений для краткости часто называют термином “шкала”. Диапазон измерения ограничен верхним (ВПИ) и нижним (НПИ) пределами. Многие современные циф­ровые средства измерения позволяют перенастраивать свой предел измерения. Такие приборы называют многопредельными. Для них важной характеристикой являются пределы перенастройки диапазона измерений, ограниченные нижним пределом перенастройки НПП и верхним пределом перенастройки ВПП.

2. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:   • предел основной приведенной погрешности (ОПП) – это относительная погрешность средств измерения, выраженная абсолютной погрешностью средства измерения к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений. Эта погрешность нормируется в нормальных условиях эксплуатации (температура 293К, статическое давление равно 0, отсутствует дрейф, перегрузка и другие возмущающие факторы).   пределы дополнительных погрешностей, таких как влияние температуры, статического давления, односторонней перегрузки и т. п.   стабильность – предел изменения метрологических характеристик за установленный период времени.     Предел основной погрешности в основном диапазоне перенастройки шкалы нормируется в % шкалы. Способы выражения остальных метрологических характеристик определяются изготовителем прибора.

3. РАБОЧИЕ УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ И НАДЕЖНОСТЬ – это условия, при которых гарантируется работоспособность прибора и нормируются его метрологические характеристики:   пределы статического давления,      характер измеряемой среды,   диапазоны напряжений питания.

Важным условием применения современных датчиков давления является их надежность. Она определяется временем, при котором прибор сохраняет свою работоспособность и метрологические характеристики.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ:

Все методы измерения давления классифицируют по способу передачи давления на измерительный элемент. Различают:   • прямые (жидкостные, грузопоршневые). В них измеряемое давление воздействует непосредственно на измеритель. В приборах, изготовленных по этому принципу, давление уравновешивается массой столба жидкости (жидкостные манометры) или поршнем с грузом (грузопоршневые). Эти приборы используются в лабораторных усло­виях и в качестве эталонных средств измерения.   • косвенные (деформационно-механические, электромеханические и электронные). В приборах этого типа измерений давление воздействует на передающий элемент, который преобразует его в электрический сигнал или изменяет положение стрелки прибора.

Про анемометры:  Sick gtb10 p4211

КОСВЕННЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ:

• механические, деформационные:Принцип действия деформационного манометра основан на зависимости деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы от измеряемого давления (ГОСТ 8.7271-77).В деформационных манометрах упругими чувствительными элементами являются: трубчатая пружина, мембрана или мембранная коробка, сильфон.Упругие чувствительные элементы широко применяются не только в деформационных манометрах, но и в электронных. Рабочее давление воздействует на упругий элемент (мембрану), которая через разделительную жидкость воздействует на электронный компонент прибора.К основным метрологическим характеристикам упругих чувствительных элементов относятся: рабочий ход элемента, нелинейность упругой характеристики, гистерезис, чувствительность, изменение начального положения, постоянство упругой характеристики.К достоинствам этих приборов относят их невысокую стоимость, простоту конструкции, отсутствие источника питания. К недостаткам: невысокую точность измерения, отсутствие выходного электрического сигнала.Данные приборы используются в основном для индикации давления по месту измерения.

• электромеханические:Принцип работы электромеханических приборов базируется на преобразовании перемещения чувствительного элемента в электрический сигнал. По сути, измеритель представляет собой механический манометр, соединенный с неким плунжером. Плунжер взаимодействует с электрическим полем, и его перемещение вызывает изменение этого поля.Все недостатки механических методов измерения присущи и этому методу. Плюс недостатки электрокинематической связи. К достоинствам можно отнести преобразование давления в электрический сигнал.На данный момент такие приборы сняты с производства. Их заменяют современные электронные датчики давления, которые обладают лучшими метрологическими характеристиками.

• электронные:Электронный принцип измерения основан на изменении электрических характеристик чувствительного элемента. Приборы, действующие по этому принципу, преобразуют рабочее давление в выходной электрический сигнал. Главное отличие электронного принципа измерения от электромеханического – чрезвычайно малая деформация чувствительных элементов. Чувствительный элемент, часто называемый сенсором, определяет в основном технические характеристики измерительного прибора. В свою очередь, на технические характеристики сенсора, включая чувствительность, величину гистерезиса, нелинейность основной зависимости, оказывает влияние заложеный принцип преобразования.

Общая схема работы электронного преобразователя давления

• чувствительный элемент (сенсор), преобразующий давление в одну из электрических величин;   узел приема давления, служащий для передачи давления от измеряемой среды сенсору, а также для его защиты от воздействия измеряемой среды и перегрузки;   микропроцессорный электронный модуль, измеряющий сигнал сенсора, выполняющий его линеаризацию, коррекцию влияния паразитных факторов и преобразующий полученный результат в выходной сигнал. Кроме того, электронные модули современных датчиков давления выполняют еще целый ряд функций, таких как самодиагностика, местная индикация результатов измерений, коммуникация по цифровым протоколам, местная и дистанционная перенастройка диапазона измерений (“нуля” и “шкалы”) и т. д.

Главным элементом, определяющим метрологические и важнейшие технические характеристики датчика, является сенсор.

Параметры сенсора:    • принцип действия (физическое явление, на котором основано преобразование разности давлений в выходной сигнал сенсора);   чувствительность (относительное изменение выходного сигнала сенсора при изменении разности давлений от нуля до ВПП);   рабочий диапазон условий эксплуатации: давления и температуры;   нелинейность (максимальное относительное отклонение статической характеристики сенсора от линейной);      влияние температуры (максимальное относительное изменение статической характеристики при изменении температуры на определенную величину);   влияние статического давления (максимальное относительное изменение статической характеристики сенсора при изменении статического давления на определенную величину);   стабильность (максимальное относительное изменение статической характеристики сенсора за определенный промежуток времени).

Все характеристики сенсора определяются в первую очередь его принципом действия и в существенно меньшей степени совершенством технологии изготовления. На сегодняшний день в серийно выпускаемых датчиках разности давлений применяются четыре основных принципа измерения: тензорезистивный, пьезорезистивный, емкостный и резонансный.

Перепады давления известны с тех пор, как начали свое существования трубопроводы, заполненные жидкостями. Еще в I веке до н.э. римский архитектор Марк Витрувий Поллион выражал недовольство данным явлением. В свинцовых и каменных трубах римской системы водоснабжения могли образовываться чрезвычайно сильные скачки давления, способные превращать в крошку даже каменные блоки. Для предотвращения разрушений Витрувий рекомендовал подавать воду в трубы медленно, избегая введения слишком больших количеств и укрепляя трубопровод на местах изгибов с помощью стяжек или кладки песчаника.

В последнее время последствия от перепадов давления в трубах стали более серьезными в связи с возросшей пропускной способностью. К примеру, 4 июля 2009 года в Гамбурге в результате падения напряжения вышли из строя 14 водопроводных станций. Внезапный отказ в работе насосов станций спровоцировал скачок давления, который распространился по системе трубопроводов как ударная волна и привел ее к критическому состоянию. После восстановления напряжения и постепенного возобновления работы станций возросшее давление в трубах окончательно разрушило все ранее поврежденные участки. Около 100 000 человек, проживающих в Гамбурге, в течение многих часов оставались без воды.

Вред от скачков напряжения

Размеры автономных систем сложно сравнить с масштабами гамбургской системы водоснабжения, но влияние перепадов давления в этом случае так же серьезно: трубопроводы могут лопаться, крепления и другие элементы системы могут быть сломаны, также могут быть повреждены насосы и фундамент. Неприятными последствиями становятся дорогостоящий ремонт, простои оборудования, приводящие к остановке производства. Кроме того, существует вероятность наличия скрытых повреждений трубопровода. Поэтому такие системы оборудуются компенсаторами и датчиками давления. Однако этого может быть недостаточно, поскольку такая комбинация не подходит для отслеживания сильных перепадов давления и записи данных о них.

Причиной появления перепадов давления является резкий подъем давления движущейся жидкости вследствие действия инерционных сил. Так как вода практически неспособна к сжатию, ее давление повышается особенно быстро. Этот эффект схож с ударом твердого предмета о стену с полной силой. В большинстве случаев скачков давления не избежать, поскольку, независимо от того, жидкость ли течет в трубах или газ, клапаны не могут закрываться бесконечно долго. Таким образом, остается только минимизировать сильное воздействие такого рода перепадов с помощью установки компенсаторов давления в системах трубопроводов.

Непредсказуемые риски в связи с пиками избыточного давления

Компенсаторы давления сами по себе являются недостаточной мерой предотвращения повреждений систем водоснабжения. Хотя предохранительные клапаны компенсаторов и реагируют на превышение определенного лимита давления, они действуют слишком медленно для перепадов, которые могут возникать за миллисекунды. В связи с этим для контроля системы рационально использовать специальный манометр, например, манометр серии LEO 5 от KELLER. Этот прибор проводит измерение давления с частотой до 5 000 циклов в секунду, обнаруживая любые пиковые значения давления с высокой временной разрешающей способностью. С помощью функции анализа данных с отображением изменений давления в течение необходимого количества дней, часов, минут или секунд могут быть легко изучены возможные причины перепадов давления. Например, в одном случае было определено, что в системе водоснабжения пресной водой скачки давления появляются в результате работы противопожарной службы (см. график “Измерение пикового избыточного давления”).

Манометр серии LEO 5 компании KELLER из линейки приборов последнего поколения совмещает в себе точность сенсоров, быструю обработку сигнала с высоким разрешением, запись пиковых значений давления и функцию памяти с временной отметкой. Все это заключено в прочный корпус из нержавеющей стали с защитным стеклом. С большого ЖК-дисплея удобно считывать показания при любом освещении благодаря 16-миллиметровым цифрам и подсветке экрана. Емкостные сенсорные клавиши обеспечивают навигацию в меню.

Эффективная защита от повреждений благодаря постоянному мониторингу

В специальном режиме анализа пиковых значений давления манометр проводит измерения с частотой 5 кГц с дальнейшей обработкой сигнала 16-разрядным аналого-цифровым преобразователем. В стандартном режиме измерений с точным контролем предельного значения давление измеряется и отображается дважды в секунду с помощью 20-разрадяного АЦП. Наименьший настраиваемый интервал измерений составляет одну секунду. В общей сложности память манометра KELLER вмещает в себя более 50 000 значений пикового давления, включая данные о температуре и времени. С помощью кабеля USB устройство можно подключить к ПК и осуществить настройку, а так же выгрузить данные в бесплатном программном обеспечении “Logger 5”. Записанные результаты измерений могут быть отображены в виде графика, проанализированы и обработаны.

Манометры серии LEO 5 выпускаются с различными диапазонами измерения давления: от 3 до 1000 бар. Суммарная погрешность в диапазоне от 0 °C до 50 °C составляет 0,1 %ВПИ. В нормальных температурных условиях некоторые модели манометров могут достигать значение погрешности ± 0,01 %ВПИ, что делает их эталонными приборами.

Также манометр LEO 5 может быть оснащен интерфейсом Bluetooth, который позволяет использовать устройство в труднодоступных местах. Настройка параметров и передача данных осуществляются через интерфейсы USB или Bluetooth, также, при необходимости, с их помощью может быть установлена нестандартная версия программного обеспечения.

Гибкая и безопасная технология измерения

Манометр LEO 5 имеет высокий класс защиты – IP 66, в то время как обычно степень защиты промышленных систем находится на уровне IP 54 и ниже. Интерфейс позволяет считывать текущие и сохраненные в памяти прибора показания (значения  давления, в том числе пикового, температуры, интервалы измерений). Встроенная аккумуляторная батарея заряжается через кабель USB, обеспечивая автономную работу устройства. Заряда батареи в среднем хватает на месяц работы в стандартном режиме измерений и примерно на две недели в режиме измерения пиковых значений.

Удаленный доступ также важен, особенно в эпоху Индустрии 4.0 и Интернета вещей. Для подобных применений существует усовершенствованная версия манометра LEO 5 с встроенным модулем LoRa, обеспечивающим безопасную двустороннюю связь.

Благодаря модульной конструкции электроники и последовательному интерфейсу система легко подстраивается под запросы пользователя и требования к измерениям.

Все манометры компании KELLER могут быть перенастроены для соответствия любым стандартам, выбранным пользователем, путем корректировки усиления и нулевой точки с помощью программного обеспечения для калибровки.

К примеру, устройство может быть адаптировано под потребности пользователя посредством использования специальной резьбы, выбора определенных диапазонов температуры и давления либо модификации корпуса или встроенного ПО, что способствует легкому внедрению прибора в систему.

Манометр LEO 5:

1) стандартное исполнение; 2) разнесенное исполнение; 3) С Bluetooth-интерфейсом

Повышение уровня безопасности, снижение затрат

Трубопроводы, наполненные газом или жидкостью, играют ключевую роль в промышленности. Вне зависимости от того, применяются ли они для транспортировки жидкостей и их распределения, используются ли для сжатого воздуха и гидравлики или просто для подачи воды на предприятиях, всегда остается риск возникновения колебаний динамического давления, вызванных резкими изменениями расхода потока вследствие ежедневной эксплуатации.

Манометр LEO 5 обеспечивает безопасность, сохраняя Ваши средства. Вам больше не понадобится нести расходы на дополнительные испытания, когда использование стандартных систем не позволяет определить причины возникновения перепадов давления, или существенные затраты, связанные с простоями производства и ремонтом оборудования после аварий из-за скачков давления. Также у Вас появится возможность проводить техническое обслуживание, ориентируясь на полученные результаты измерений пиковых значений давления, которые могут быть полезными для прогнозирования возможного выхода из строя оборудования в ближайшем будущем. Вот почему средства, вложенные в использование манометра LEO 5, быстро окупаются независимо от сферы использования.

Аксессуары для манометра LEO 5: резиновый кожух (на изображении), кейс для транспортировки, сумка для транспортировки, запасные батареи, различные адаптеры.

Давление, эта важнейшая после температуры физическая величина, является определяющей во многих технологических процессах.

Преобразователи давления предназначены для измерений и непрерывного преобразования давления в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, напряжения или в цифровой сигнал.

Используются датчики в регуляторах и других устройствах автоматики в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в системах водообработки, отопления, вентиляции и кондиционирования; гидравлических системах, холодильной технике, расходомерах и счетчиках; дизельных двигателях; тормозных системах; уровнемерах, в испытательных стендах и т.д.

Индустриальные измерения и контрольно-измерительная аппаратура применяются во всех областях промышленности — от атомной до пищевой и фармакологической; соответственно, везде нужны и преобразователи давления и преобразователи уровня.

Принцип действия датчиков основан на упругой деформации чувствительного элемента (сенсора), на который нанесены полупроводниковые тензорезисторы, включенные по схеме моста Уинстона. Измеряемое давление подводится через штуцер в рабочую полость датчика и вызывает деформацию диафрагмы. Это приводит к изменению геометрии резисторов, находящихся с ней в тесной механической связи и изменению их сопротивления. Происходит преобразование приложенного давления (механический вход) в изменение сопротивления (электрический выход).

Мы предлагаем следующий алгоритм, чтобы правильно подобрать датчик для Вашего применения:

1. Тип измеряемого давления

Преобразователи давления измеряют разность двух давлений, воздействующих на измерительную мембрану (чувствительный элемент) датчика. Одно из этих давлений — измеряемое, второе — опорное, то есть то давление, относительно которого происходит отсчет измеряемого. В зависимости от вида опорного давления все датчики разделяются на следующие виды:

Практически все наши преобразователи давления имеют модификации для измерения как абсолютного так и избыточного (в том числе разряжения) давлений. Подробнее Вы можете ознакомиться в разделе продукция/преобразователи давления.

Преобразователи абсолютного давленияПредназначены для измерения величины абсолютного давления жидких и газообразных сред. Опорное давление — вакуум. Воздух из внутренней полости чувствительного элемента датчика откачан. Например, барометр –частный случай датчика абсолютного давления.

Преобразователи избыточного (относительного) давленияПредназначены для измерения величины избыточного давления жидких и газообразных сред. Опорное давление — атмосферное; таким образом, одна сторона мембраны соединена с атмосферой.

Преобразователи дифференциального (разности, перепада) давленияПредназначены для измерения разности давления среды и используются для измерения расхода жидкостей, газа, пара, уровня жидкости. Давление подается на обе стороны мембраны, а выходной сигнал зависит от разности давлений.

В нашей линейке предствалены датчики

Преобразователи гидростатического давления (преобразователи уровня)Предназначены для преобразования гидростатического давления контролируемой среды в сигнал постоянного тока. Измеряют давление столба жидкости, зависящее только от его высоты и от плотности самой жидкости. Изменение атмосферного давления компенсируется при помощи капиллярной (дыхательной трубки)

Преобразователи вакууметрического давления (разряжения)Предназначены для измерения величины вакуумметрического давления жидких и газообразных сред. Опорное давление в этих датчиках также атмосферное. Однако, в отличие от датчиков избыточного давления, измеряемое давление меньше атмосферного, т.е. существует разрежение относительно атмосферы.

2. Среда использования датчика

Для надежной работы датчиков необходимо выбирать материалы элементов, контактирующих с измеряемой средой (мембран, фланцев, кабеля и уплотнительных колец) химически стойкими к этим средам. Например, для различных сред эксплуатации материалом мембран сенсоров может быть нержавеющая сталь, титан, титановый сплав, хастеллой, керамика, Kynar и др. Материал кабеля особенно актуален для погружных гидростатических датчиков давления. Для питьевой воды идеально подойдет полиэтиленовый PE кабель, для не агрессивных промышленных сред полиуретановый PUR. Если же Вы собираетесь использовать датчик в топливе или агрессивной жидкости, то оптимальным решением будет термопластичный эластомер (Hytrel) или тефлон (PTFE). Все эти материалы мы используем и предлагаем в своих модификациях датчиков Келлер.

3. Климатическое исполнение

Преобразователи давления также отличаются по климатическому исполнению. Следует обращать внимание на климатические условия (температура окружающей среды, влажность, прямое попадание воды и солнечных лучей) в месте установки датчика. Они должны соответствовать тем, на которые он рассчитан. Причем очень важно различать две температуры, которые могут оказывать влияние на наш датчик: температура окружающей среды и температура измеряемой среды. Наши преобразователи давления могут работать в условиях окружающей и измеряемой среды от -55 до 150С. Специальные исполнения преобразователей давления способны работать при температурах среды до +300С.

4. Выходной сигнал

Рассмотрим основные типы:

Тип выходного сигнала прежде всего зависит от уже имеющегося оборудования и стоящей перед Вами задачи. Для этого необходимо изучить входы, которые имеют используемые контроллеры, приборы, машины или регуляторы. Все перечисленные сигналы мы используем в наших датчиках давления, а также и многие другие.

Для автономных приборов мы бы посоветовали использовать датчики с цифровым интерфейсом I2C с данными датчиками Вы можете ознакомиться здесь. Если же Вам не удобно работать с цифровым выходом, то лучше использовать датчики с минимальным напряжением питания например 3,5V — это датчики 33X или 5V — это датчики 21Y.

5. Точность измерений

На рисунке представлен датчик без температурной компенсации и с температурной компенсацией осуществляемой по специальным алгоритмам микропроцессором в преобразователях давления Келлер.

Особое внимание следует уделять стабильности датчиков давления. Ведь даже очень точный датчик спустя нескольких часов работы при температурных циклах в широком диапазоне начинает давать дополнительную погрешность более 0,5%ВПИ. Что говорить, если эти циклы будут продолжаться месяцами и даже годами!

Некоторые виды датчиков давления имеют взрывозащищенное исполнение. Эти модели могут успешно использоваться для определения давления на взрывоопасных объектах с присутствием взрывчатых и легко воспламеняющихся газов и жидкостей. В линейке Келлер представлены как преобразователи с искробезопасной цепью, так и преобразователи со взрывонепроницаемой оболочкой.

Преобразователи давления относятся к измерительной технике и должны проходить обязательные сертификационные испытания. После этого они утверждаются и вносятся в Госреестр средств измерений.

Надеемся, что данный материал поможет Вам лучше ориентироваться при выборе преобразователей давления.

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий