Принцип работы датчиков давления: схема, устройство, применение

Обновлено 05.10.2022 г.

В современной промышленности не обойтись без точных приборов измерения, которые служат для учета расхода различных жидкостей, а также газа, газовых смесей и пара. Помимо расходомеров с разными принципами действия, широко применяются электронные датчики давления. Они являются неотъемлемой частью измерительных комплексов, а также входят в состав теплосчетчиков, используются в системах автоматизированного контроля технологических процессов. Датчики давления востребованы в энергетике, пищевой промышленности, нефтяной и газовых отраслях и других сферах производства.

Это устройство для измерения и преобразования давления среды - жидкости, газа или пара. Полученное значение выводится на дисплей или передается в виде аналогового или цифрового выходного сигнала.

Принцип работы зависит от типа измеряемого давления, которое может быть абсолютным, избыточным и дифференциальным.

Типы датчиков давления

Так, в пищевом и химическом производстве широкое применение получил интеллектуальный датчик абсолютного давления, осуществляющий измерение относительно абсолютного вакуума. Отметим, что именно такое измерение применяется в узлах учета газа, пара и тепловой энергии для приведения расхода к стандартным условиям.

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. Сужающее устройство в трубопроводе представляет собой местное сопротивление, при прохождении через которое изменяется характер течения потока. Непосредственно перед сужающим устройством давление среды возрастает, а после него – снижается. Чем больше разница на входе и выходе сужающего устройства, тем больше расход среды, протекающей по трубе.

Кроме того, такой датчик позволяет производить учет объема жидкости не только в трубе, но и в емкости при помощи измерения давления столба жидкости на плюсовую мембрану и, при необходимости, измерения минусовой полостью давления под куполом емкости, для исключения влияния насыщенных паров. Такой метод называют гидростатическим.

В системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами не обойтись без такого прибора, как датчик избыточного давления. Он может использоваться в составе водяных систем теплоснабжения, а также входить в комплектацию узлов коммерческого и технологического учета жидкостей, газа и пара.

Промышленные датчики давления «ЭМИС-БАР», продуктовая линейка

Промышленные датчики давления «ЭМИС-БАР» представлены в различных вариантах исполнения, что позволяет сделать оптимальный выбор, в зависимости от поставленных задач и условий эксплуатации, в том числе при работе на низкотемпературных, высокотемпературных и агрессивных средах.

Они способны осуществлять непрерывное измерение абсолютного, избыточного, дифференциального и гидростатического давления, определять разрежение жидких и газообразных сред, насыщенного и перегретого пара.

Несколько вариантов исполнения позволяет сделать оптимальный выбор, в зависимости от поставленных задач и условий эксплуатации, в том числе при работе на низкотемпературных, высокотемпературных и агрессивных средах.

Стоит отметить, что у заказчика имеется возможность выбора материалов изготовления разделительной мембраны и корпуса электронного блока, типа, материала и размера фланца, типа и материала кронштейна. Также на выбор представлены несколько вариантов длины погружной части разделительной мембраны плюсовой полости.

Остановимся более подробно на технических характеристиках и модификациях.

Устройство прибора

1. 1. Корпус;
2. 2. Крышки корпуса, передняя крышка чаще всего служит экраном дисплея;
3. 3. RFI- и EMI-фильтры– служат для гашения электромагнитных и радиопомех;
4. 4. Электронный блок – модуль процессора;
5. 5. Модуль дисплея – может отсутствовать;
6. 6. Приемник давления – имеет различный внешний вид, в зависимости от типа;
7. 7. Фланцы и метизы – для фланцевого исполнения;
8. 8. Клеммная колодка;
9. 9. Кнопки настройки.

В качестве сенсора используется монокристаллическая кремниевая мембрана с расположенными на ней пьезорезисторами. При этом мембрана, подложка и резистор выполнены из одного материала – кремния. Для защиты сенсора возможно исполнение с разделительной мембраной и заполняющей жидкостью.

Устройство сенсорного модуля

Сенсорный модуль состоит из:

• штуцера;
• разделительной мембраны;
• сенсора;
• камеры;

Сигнал с сенсора по гермовводам передается в модуль электроники.
Имеется внутреннее программное обеспечение с возможностью самодиагностики. Настройка основных параметров может осуществляться с помощью кнопок ввода, расположенных на устройстве. Также настройка всех параметров возможна через протокол HART. При этом цифровой HART-сигнал накладывается на аналоговый, не оказывая влияния на его постоянную составляющую.

Функции меню:

• настройка шкалы измерения с подачей опорного давления;
• настройка времени демпфирования;
• настройка шкалы измерения без подачи опорного давления;
• установка нуля;
• установка фиксированного значения тока выходного сигнала;
• установка аварийных значений тока;
• блокировка управления с кнопок;
• функция корнеизвлечения для преобразователей дифференциального давления;
• выбор единиц измерения.

Сертификация

Приборы «ЭМИС» - БАР» внесены в Госреестр средств измерения (№2219), имеют сертификат соответствия ТР ТС 012/2011 «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах», всю необходимую разрешительную документацию, а также дополнительные сертификаты:

• Сертификат соответствия ТР ТС 032/2013 "О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением".
• Декларация о соответствии ТР ТС 032/2013 "О безопасности машин и оборудования".
• Декларация о соответствии ТР ТС 020/2011 "Электромагнитная совместимость технических средств".
• Сертификат соответствия «Применение в средах, содержащих сероводород».
• Экспертное заключение по результатам санитарно-эпидемиологической экспертизы.
• Право интеллектуальной собственности разработчика защищено патентом РФ № 186107.
• Сертификат соответствия "Функциональная безопасность SIL2, SIL3";
• EMC - Электромагнитная совместимость;
• Свидетельство о типовом одобрении Российского Морского Регистра Судоходства;
• «Интергазсерт»;
• «ATEX»;
• «РусХлорСерт».

Выпускаются с возможностью фланцевого и штуцерного соединения. На выбор заказчика есть несколько материалов мембраны, полости камеры и корпуса электронного блока, а также типа заполняющей жидкости.

Узнать подробнее

Имеют несколько вариантов исполнения:
• с фланцевым присоединением
• со штуцерным присоединением
• с открытой мембраной
• с выносной разделительной мембраной

Данные спецификации представлены с фланцевым креплением и с выносными разделительными мембранами. Модели 186,187, 188 являются преобразователями разрежения.

Спецификация 163 – с плоской мембраной, 164 – с погружной мембраной. Они применяются для точного определения уровня жидкости в различных емкостях и резервуарах.

Для использования на морских судах, все элементы конструкции прибора выполняются из нержавеющей стали в соответствии с требованиями Российского Морского Регистра Судоходства (далее РМРС).

Также нержавеющая сталь применяется при изготовлении преобразователей, предназначенных для эксплуатации в подземных выработках шахт, рудников и их наземных строениях, опасных по рудничному газу.

Промышленные датчики давления «ЭМИС-БАР» имеют несколько вариантов взрывозащиты, в том числе рудничную, что отражено в описании типа СИ. При этом взрывозащищенность приборов сохраняется при температуре окружающей среды от -60°С до +85° С.

Температура измеряемой среды стандартно для всех исполнений преобразователей составляет от -40 до +120, однако при использовании дополнительного оборудования: охладителей, разделителей сред мембранных, отборных устройств, возможно увеличение температуры измеряемой среды.

Разделитель сред предназначен для защиты чувствительного элемента измерительного прибора от воздействия, так называемых «проблемных» сред: агрессивных, сильновязких, загрязненных, застывающих, полимеризующихся и/или сред с высокой температурой.

Основные виды:

• Штуцерный (резьбовое присоединение);
• Фланцевый;
• С выносной разделительной мембраной;
• С открытой разделительной мембраной, присоединение к процессу резьбовое;
• Гигиенические присоединения к процессу.

Промышленные датчики давления в комплектации с охладителями и/или отборными устройствами могут применяться на высокотемпературных средах. При этом для приборов штуцерного типа присоединения к процессу возможно одновременное применение охладителей и отборного устройства, для фланцевых датчиков допускается использование только охладителей. Кроме того, снизить температуру измеряемой среды позволяет капиллярная линия (1 метр линии дает понижение на 50°).

Преимущества

Каждый из представленных приборов обладает высокой точностью измерений на уровне лучших мировых образцов. При специальном заказе основная приведенная погрешность составляет 0,04%. Также они отличаются долговременной стабильностью - не более 0,1% в течение 5 лет (или 0,02% в течение года).

Их ключевыми особенностями являются широкий диапазон измерения (от -0,5 до 69 МПа), способность работать в условиях перегрузки до 105 МПа и расширенная самодиагностика.

Имеется возможность настройки (в том числе калибровки нуля) с кнопок непосредственно во взрывоопасной зоне, без нарушения взрывозащиты корпуса, а также обеспечена работа с фирменным программным обеспечением «ЭМИС» - Интегратор». Межповерочный интервал составляет 5 лет.

В 2018 году, в целях проведения ОПИ, «ЭМИС-БАР» были поставлены на объект УРМЦ «Газпром – Трансгаз – Екатеринбург». В своем отзыве заказчик отмечает, что за время опытно-промышленных испытаний они показали себя надёжным средством измерения, отвечающим всем техническим требованиям и в полной мере обеспечивающим заявленные метрологические и технико-эксплуатационные параметры. Приборы показали высокую стабильность при различных температурных режимах и в разных погодных условиях, высокую визуализацию, интуитивность и практическое удобство дисплея.

Также положительные характеристики ИД «ЭМИС-БАР» получили по результатам работы на «Березниковском содовом заводе», где измеряемой средой стала фильтровая жидкость карбоколонны. «Интерфейс настройки прибора интуитивный и понятный. Материал корпуса соответствует заявленному в паспорте. Несмотря на наличие в фильтровой жидкости агрессивных примесей, отложений и коррозии на сенсоре не было. Метрологические характеристики после 6 месяцев работы соответствуют заявленным. Диапазон напряжения питания может быть от 12 до 36 вольт, при этом влияния на работу прибора данный разбег по питанию не оказывает», - отмечает в отзыве заказчик.

Стоит отметить, что измерители «ЭМИС-БАР» являются частью комплексов учета энергоносителей и теплосчетчиков. Сейчас комплексы можно приобрести с расширенной гарантией до 3 лет, по Вашему запросу.

На рисунке комплекс учета «ЭМИС»-Эско 2210»

Необходимо добавить, что с появлением в продуктовой линейке «ЭМИС» датчиков давления, для заказчиков открылись возможности унификации применяемого оборудования и получения дополнительных выгод при комплексной покупке средств измерения нашей торговой марки!

Если у Вас существует потребность в приобретении продукции, на нашем сайте Вы можете оставить заявку или заполнить опросный лист и отправить его на адрес sales@emis-kip.ru.