Разновидности датчиков давления

Расчет среднего суточного расхода газа, измеряемого расходомером с диафрагмой

Средний суточный расход газа равен 1893000 м3/сут.

Заключение

В первой части моей курсовой работы описывается назначение, устройство и принцип действия датчика давления Метран-55,  который предназначен для работы в различных отраслях промышленности, системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование измеряемых величин — давления избыточного, абсолютного, разрежения, давления-разрежения нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.

Датчик находит широкое применение в нефтегазовых отраслях промышленности.

Принцип действия датчика основан на изменении сопротивления тензопреобразователя, на мембрану которого действует измеряемое давление. Тензорезисторы соединены в мостовую схему. Деформация измерительной мембраны вызывает изменение сопротивления тензорезистора и разбаланс мостовой схемы.

Электрический сигнал, образующийся при разбалансе мостовой схемы, подается в электронный преобразователь 3. Электронный преобразователь преобразует электрический сигнал от тензопреобразователя в стандартный токовый выходной сигнал.

В расчетной части мною был произведен расчет среднесуточного расхода природного газа, замеряемого расходомером переменного перепада давления с сужающим устройством в виде диафрагмы. Расчет основан на уравнении энергии потока несжимаемой жидкости.

Список использованной литературы

1. Датчики давления МЕТРАН-55. Руководство по эксплуатации. СПГК.5175.000.00 РЭ. Версия 1.1.

2. Датчик давления МЕТРАН. Паспорт. СПГК.1528.000 ПС. Версия 1.1.

3. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие/ Под ред. А.С.Клюева.- 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1990. — 464с.:ил.

4. Р.Я. Исакович. Технологические измерения и приборы.- М.: Недра, 1970.-488с.

Приложение 1

Рис.5. Схема условного обозначения датчика

Приложение 2

Рис.6. Коды расшифровок для условного обозначения датчика

Приложение 3

Рис.7. Габаритные и присоединительные размеры датчиков

Емкостный датчик

Мембрана подвергается воздействию измеряемой среды и располагается напротив одной или нескольких неподвижных пластин с зазором. При перемещении мембраны емкость между пластинами изменяется. Мембраны могут быть металлическими или керамическими. Емкостные приборы потребляют относительно небольшой ток, поэтому могут использоваться в беспроводных приложениях с питанием от батареи. Присущая им возможность измерения температуры часто может использоваться для получения дополнительного показателя измеряемого процесса.

• Гистерезис (приводит к появлению «набора» показаний для одного и того же значения давления);
• Долговечность (может выдержать много циклов измерения высокого/низкого давления);
• Стабильность (сохраняет калибровку);
• Защита от электромагнитных помех (невосприимчивость к локальным радиопомехам);
• Температурный диапазон (работа при экстремальных значениях температуры измеряемой жидкости/окружающей среды);
• Вибро- и ударопрочность (устойчивость к вибрации, ударам, скачкам давления и т.д.);
• Практические границы диапазона (подходящие для измеряемого давления);
• Диагностика отказов (наглядность при возникновении, возможность прерывания или загрязнения измеряемого потока);
• Безопасность (наличие сертификата для применения в опасных зонах);
• Потребление энергии (возможность питания от батареи);
• Выходной сигнал (формат, аналоговый/ цифровой);
• Материалы конструкции (диапазон температур, стойкость к коррозии);
• Масса;
• Стоимость.

Некоторые из этих показателей поддаются измерению и указываются в документации изготовителей, другие определить достаточно трудно. Например, для каждого датчика в каталоге будут указаны точность или температурный диапазон, но стабильность показаний или прочность гораздо сложнее определить в каких-либо цифровых показателях, позволяющих сравнивать различные приборы. Некоторые из этих коэффициентов непосредственно связаны с технологией преобразователя. Другие зависят от электроники, выполняющей обработку сигнала или конструкции корпуса датчика.

Практически все электронные технологии работают по принципу измерения перемещения мембраны, вызванного давлением с одной стороны. Датчики дифференциального давления имеют две мембраны или одну, перемещающуюся в обе стороны. Форма и компоновка мембран зависит от производителя, так же как и способы измерения перемещения.

Чаще всего используются емкостная, пьезоэлектрическая и тензорезистивная технологии, реже применяются приборы на основе резонансной частоты, электромеханические, магнитные и прочие. Каждая технология имеет свои специфические преимущества и ограничения.

Пьезоэлектрические датчики

Пьезоэлектрические датчики обеспечивают динамическое измерение давления (рис. «Пьезоэлектрический датчик давления» ). В элек­тронно управляемых дизельных топливных насосах высокого давления для определения начала и конца впрыска (подачи топлива) датчиком регистрируются только изменения давления в секции насоса. Тонкая промежу­точная диафрагма используется для прямой или косвенной передачи давления на цилин­дрический или прямоугольный пьезокера­мический элемент. Поскольку здесь особой точности не требуется, погрешностями от гистерезиса, старения и тепловыми пренебрегают. Предварительный усилитель с вы­соким сопротивлением на выходе часто уста­навливается в герметизированном корпусе. Это позволяет уменьшить влияние источника сигнала на работу датчика для предупрежде­ния частичного шунтирования и появления ошибок в измерениях.

Датчики высокого давления с металлической диафрагмой

Предназначены для работы в условиях чрез­вычайно высоких давлений, например, в на­порных магистралях впрыска в дизельных системах «Common Rail» для управления изо­лированной системой. Здесь диафрагмы из высококачественной пружинной стали с тен­зометрическим выводом обеспечивают го­раздо лучшие характеристики, чем системы, предназначенные для контроля давления во впускных трубопроводах. Такие датчики:

• Имеют простую и недорогую систему изо­ляции среды измерения;
• Отличаются от кремниевых датчиков большей стойкостью к разрыву в области эффективного диапазона;
• Легко устанавливаются в металлические корпусы.

Устройства, содержащие изолированный на­пыленный (осажденный из паровой фазы) металлический тонкопленочный тензометр (К = 2) и поликремниевый тензометр (К = 40), представляют собой долговечные высокоточ­ные датчики (рис. «Датчик высокого давления с металлической диафрагмой, измерительный элемент» ). Элементы усиления, ка­либровки и компенсации могут сочетаться с микросхемой ASIC, установленной в корпусе датчика с необходимым экранированием электромагнитных воздействий (рис. «Датчик высокого давления с металлической диафрагмой, конструкция» ).

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Электрические преобразователи

     Дифференциально-трансформаторные преобразователи используются для передачи сигнала от чувствительного элемента к регистрирующему прибору. Они давно известны и зарекомендовали себя как простые и надежные устройства. По этой причине они повсеместно распространены.

     Чувствительный элемент передает изменения давления ферромагнитному сердечнику, который создает электрическое напряжение в двух вторичных обмотках. Его можно передать на достаточно большое расстояние к вторичному прибору. В нем расположен подобный преобразователь, который позволяет отслеживать давление.

     В пьезоэлектрических приборах, а также в тензопреобразователях используется принцип зависимости электрических свойств чувствительного элемента от давления рабочей среды. Особым образом изготовленные пластинки из кристаллов кремния при действии на него давления вырабатывает электрическое напряжение. При этом, при действии статического давления, это напряжение рассеивается, поэтому пьезоэлектрические преобразователи используются только для измерения на двигателях и насосах.

      В тензопреобразователях чувствительным элементом является мембрана с размещенными на ней резисторами, сопротивления которых меняется при приложении к мембране избыточного давления. Цифровой блок интерпретирует изменения электрических параметров чувствительного элемента и определяет значение избыточного давления с высокой точностью. Недостатком этого вида устройств является наличие значительного температурного коэффициента. Электрическая схема прибора включает специальный терморезистор, сопротивление которого зависит от температуры и не зависит от давления.

     Для работы в интеллектуальных системах управления производственными процессами электрические преобразователи комплектуются микропроцессорными преобразователями аналогового сигнала. Цифровой сигнал такого преобразователя позволяет построить схему дистанционного управления, например, на электростанции.

     Точное измерения избыточного давления обеспечивает емкостной преобразователь. Рабочая среда воздействует на разделительные мембраны, между которыми находится заполненная нейтральной жидкостью полость с чувствительной мембраной. Она является подвижной обкладкой дифференциального конденсатора, изменение размеров которого позволяет измерить изменение давления рабочей среды.

Подобный механизм преобразования демонстрируют также манометры, построенные на базе кристаллического резонатора или манганиновой проволочной катушки, чьи электрические характеристики изменяются под действием приложенной к ней силе.

Пьезорезонансные

В отличие от вышеописанного вида датчика здесь применяется обратный пьезоэффект, то есть, форма материала пьезоэлемента изменяется от тока подачи.

Применяется резонатор в виде пластины из пьезоматериала. На пластину с двух сторон нанесены электроды. На них подключается по очереди напряжение питания с разным знаком, пластина производит изгиб в обе стороны в зависимости от полярности поданного напряжения и частоты.

Если воздействовать на пластину силой, чувствительной мембраной к давлению, то резонатор изменит частоту колебаний. Частота резонатора укажет значение давления на мембрану, которая оказывает давление на резонатор.

На рисунке изображен пьезорезонансный датчик с абсолютным давлением, который сделан герметичной камерой 1. Она достигается корпусом 2, основанием 6, мембраной 10.Мембрана крепится на электронную сварку к корпусу.

Держатели закреплены на основании перемычками. Силочувствительный резонатор удерживает держатель.Мембрана 10 давит на втулку 13 и шарик 6, который закреплен в держателе. Шарик давит на чувствительный резонатор 5.

Проводка закреплена на основании 6, необходима для слияния резонаторов с генераторами.Сигнал на выходе абсолютного давления образуется по схеме путем разности генераторных частот. Датчик находится в активном термостате 18 с неизменной температурой 40 градусов. Давления для измерения поступает через штуцер 12.

Преобразователь давления. Общая информация

Датчик давления общепромышленный PTE5000 Датчик давления общепромышленный CER-1 Преобразователь абсолютного давления. Датчики Klay.

Преобразователь давления — измерительный прибор, предназначенный для непрерывного измерения давления различных сред и последующего преобразования измеренного значения в унифицированный выходной сигнал по току или напряжению. Преобразователи давления часто называют датчиками давления. Давление определяется как единица силы создаваемая на единицу площади поверхности. В системе СИ единицей измерения давления является Паскаль (Па). Один Паскаль равен силе в один Ньютон, приложенной на площадь в один квадратный метр (Па = Н / м2). В зависимости от вида измеряемого давления, преобразователи давления делятся на: Преобразователи избыточного давления Данные преобразователи измеряют давление, создаваемое какой-либо средой относительно атмосферного давления. Этот тип преобразователей давления является самым распространенным и применяется практически во всех отраслях промышленности: ЖКХ, энергетика, водоподготовка, водоочистка, системы отопления, кондиционирования и вентиляции, пищевая промышленность, химия и др. Для измерения избыточного давления воды, пара, нейтральных жидкостей и газов ООО «КИП-Сервис» предлагает датчик давления общепромышленного назначения PTE5000. Данные датчики широко применяются российскими предприятиями для измерения давления воды в системах котельной автоматики, системах водоснабжения и водоотведения, ЖКХ и других системах, где на первом плане стоит невысокая стоимость оборудования. Преобразователи абсолютного давления Данные преобразователи измеряют давление, создаваемое какой—либо средой относительно абсолютного разряжения (вакуума). Эти датчики давления не так широко распространены, и используются в основном в химической промышленности. В ассортименте датчиков ООО «КИП-Сервис» преобразователи абсолютного давления представлены серией преобразователей давления CER-8000 и CER-2000 голландской фирмы KLAY-INSTRUMENTS BV, выполненные в корпусе из нержавеющей стали, что актуально именно для химической промышленности. Следует отметить, что данные серии датчиков давления, в зависимости от модификации, могут применяться для измерения и других видов давления. Преобразователи вакууметрического давления (разряжения) Эти датчики измеряют уровень разряжения (вакуума) относительно атмосферного давления. На сегодняшний день вакуумные процессы находят широкое применение в таких отраслях, как пищевая промышленность (вакуумная упаковка, вакуумный транспорт), металлургическая промышленность и производство РТИ (литье под вакуумом), автомобилестроение и др. Преобразователи гидростатического давления (гидростатические уровнемеры) Данные преобразователи представляют собой разновидность датчиков избыточного даавления, в том случае, когда последние применяются для измерения гидростатического уровня жидкостей. Преобразователь фактически измеряет давление столба жидкости над ним. Для применения в водоканалах и системах водоочистки в номенклатуре ООО «КИП-Сервис» представлены погружные гидростатические датчики уровня Hydrobar производства фирмы KLAY-INSTRUMENTS BV. Как было сказано выше, единицей измерения давления в системе СИ является «Паскаль» (Па). На практике в промышленности широко применяются и другие единицы измерения, кроме «Па» наиболее распространенными являются «bar» (бар), «м.в.с.» (метр водяного столба) и «кгс/см2» (килограмм-сила на сантиметр квадратный), а также производные этих единиц: «мбар» (миллибар), «кПа» (килопаскаль), «МПа» (мегапаскаль). Ниже приведена таблица перевода популярных единиц измерения давления:

Единицы	Па	кПа	МПа	кгс/м2	кгс/см2	мм рт.ст.	мм вод.ст.	бар
1 Па	1	10–3	10–6	0,101 971 6	10,197 16 х 10–6	0,007 500 62	0,101 971 6	0,000 01
1 кПа	1 000	1	10–3	101,971 6	0,010 197 16	7,500 62	101,971 6	0,01
1 МПа	1 000 000	1 000	1	101 971,6	10,197 16	7 500,62	101 971,6	10
1 кгс/м2	9,806 65	9,806 65 х 10–3	9,806 65 х 10–6	1	0,000 1	0,073 555 9	1	98,066 5 х 10–6
1 кгс/см2	98 066,5	98,066 5	0,098 066 5	10 000	1	735,559	10 000	0,980 665
1 мм рт.ст. (при 0 °C)	133,322 4	0,133 322 4	0,000 133 322 4	13,595 1	0,001 359 51	1	13,595 1	0,001 332 24
1 мм вод.ст. (при 0 °C)	9,806 65	9,807 750 х 10–3	9,806 65 х 10–6	1	0,000 1	0,073 555 9	1	98,066 5 х 10–6
1 бар	100 000	100	0,1	10 197,16	1,019 716	750,062	10 197,16	1

Класификация

Класификация по типу измеряемого давления

• Датчики абсолютного давления — предназначены 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;
• Датчики избыточного давления — предназначены для измерения величины избыточного давления жидких и газообразных сред. Опорное давление — атмосферное; таким образом, одна сторона мембраны соединена с атмосферой.
• Датчики дифференциального давления — предназначены 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.
• Датчики гидростатического давления — 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.
• Датчики вакууметрического давления (разрежение) — 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.
• Датчики избыточного давления-разрежения — представляют собой сочетание датчиков избыточного и вакуумметрического давлений, т.е. измеряют как давление, так и разрежение.

Класификация по принципу действия

• Датчики прямого действия — преобразуют внешнее воздействие непосредственно в электрический сигнал, используя соответствующее физическое явление;
• Составные датчики давления — включают несколько преобразователей энергии.

Класификация по принципу преобразования давления в электрический сигнал

• Тензорезистивный датчик давления;
• Пьезорезистивный датчик давления;
• Ёмкостной датчик давления;
• Резонансный датчик давления;
• Индуктивный датчик давления;
• Ионизационный датчик давления;
• Пьезоэлектрический датчик давления

Поймайте того, кто крадёт ваш телефон

Существует множество приложений, позволяющих отследить потерянный или похищенный телефон, но те, что используют встроенную камеру, способны причинить похитителю больше всего неудобств.

Бесплатное приложение Lockwatch для Android в случае ввода неправильного пароля для входа в систему снимает злоумышленника и отправляет вам электронное письмо с его фотографией и координатами GPS. Приложение запускается автоматически, а съёмка производится беззвучно фронтальной камерой, так что взломщик не узнает о том, что уже «спалился».

Ещё одно аналогичное приложение — GotYa! — вместе с фотографией похитителя пришлёт вам ссылку на Google Maps, но за него придётся заплатить разработчикам 80 рублей.

Как работают датчики давления в шинах

Устанавливаясь на воздуховод, датчики получают возможность замерять давление в шинах. Различаются они способами передачи информации водителю на следующие типы:

• Механические. Это самые простые и дешевые датчики, которые всегда являются наружными. Они вкручиваются вместо колпачков и позволяют водителю визуально следить за давлением. В зависимости от того, какое давление установлено в шине, водитель будет видеть зеленый, желтый или красный индикатор. При этом такие датчики следует подбирать, в зависимости от того, какое давление является рекомендованным для конкретного автомобиля.

  Механические датчики имеют простую конструкцию, за счет чего производители могут продавать их по доступной цене. Перед поездкой водителю достаточно пройтись вокруг машины и убедиться, что везде датчик давления показывает зеленую зону, что говорит о том, что шины не следует подкачивать. Однако если такие датчики заметят злоумышленники, они их смогут с легкостью украсть.

• Электронные низкого ценового сегмента. Бывают как внешние (в большинстве случаев), так и внутренние. Они отличаются от механических вариантов тем, что в них устанавливаются электронные чипы, которые передают информацию на индикаторное устройство, идущее в комплекте. На нем отображается, соответствует давление рекомендованному или нет. В версиях чуть более дорогих, на индикаторном устройстве указывается конкретное давление в каждой из шин.

  Внешние электронные датчики чаще всего выглядят как обычные колпачки, за счет чего они не привлекают внимания воров. Но при этом во время движения на них все еще воздействует центробежная сила, из-за чего возникает риск повреждения устройства.

• Электронные высокого ценового сегмента. Самые продвинутые датчики давления в шинах выпускаются только в варианте с внутренним креплением. Они имеют высокую стоимость и хорошую функциональность. Датчики устанавливаются на воздуховод диска, после чего их необходимо синхронизировать со смартфоном или электронной системой автомобиля (если в ней предусмотрена такая функциональность). По беспроводному протоколу передается точная информация о давлении в каждой из шин. Часто такие датчики также замеряют температуру, скорость вращения и другие параметры.

  Подобные датчики удобны в использовании и долговечны, но имеют высокую стоимость, а также их сложно установить самостоятельно, поскольку требуется снимать шины с дисков. Чаще всего датчики работают от небольших батареек, которых хватает на несколько лет использования.

Стоимость датчиков давления в шинах серьезно разнится. Самые бюджетные варианты стоят несколько сотен рублей за комплект, а самые дорогие обойдутся водителю в десятки тысяч рублей.

(428 голос., средний: 4,59 из 5)

Как проверить электронный датчик давления масла?

Для проверки ДДМ электронного вида потребуются: насос с манометром и мультиметр. Перед испытанием нужно очистить контакты датчика от окисления, налётов грязи, иначе работа не даст результата. Отверстие, в котором располагается деталь, требуется на время исследования заткнуть чистой ветошью. Таким образом можно исключить попадания в систему посторонних предметов, сора, исключить масляные подтёки.

Проверка происходит в следующем порядке:

1. Нужно демонтировать датчик с авто.
2. Установить измерительный прибор в режим «диагностика цепи» для определения её разрыва. Один из проводов тестера следует подсоединить к центральному контакту измерителя, второй – «посадить» на массу. Это может быть болт корпуса, не испачканный в краске или технической жидкости, часть силового агрегата.
3. Произвести соединение насоса с датчиком. От герметичности соединения деталей зависит точность проводимых замеров.
4. При помощи насоса подать минимальное давление (около 1 атм.), приводящее в работу устройство. Шкала тестера в этом случае показывает, что цепь замкнута. Если такого не произошло, мембрана датчика не сработала, следует повторить попытку. При повторении отрицательного результата провести замену ДДМ.

Убедившись в работоспособности произвести демонтаж временной конструкции, и установить изделие обратно в ГБЦ.

Возможен и другой вариант проверки: имитация рабочей ситуации. В данном случае вместо мультиметра используется индикатор. В качестве источника питания следует использовать автомобильный аккумулятор, для подачи давления потребуется компрессор или насос с манометром.

Различия по использованию

По характеру измеряемого параметра различают следующие разновидности датчиков:

• абсолютного давления;
• избыточного давления;
• дифференциальные.

Измерение давления чаще всего требуется для задания общих режимов работы оборудования: включения или выключения подающих насосов, системы подогрева и множества других управляемых автоматикой процессов. Простые по конструкции устройства прошлых лет измеряли перепад показателя по отношению к атмосферному, что не всегда удовлетворяло требованиям точности. Это связано с тем, что величина, с которой атмосфера давит на поверхность, может ощутимо меняться (в истории зафиксированы измерения от 641 до 816 мм ртутного столба).

Датчик абсолютного давления

Чтобы избежать ошибок из-за влияния погоды, более современные приборы способны отсекать влияние атмосферы. Они регистрируют измеряемую величину по отношению к глубокому вакууму. Такой сенсор называют абсолютным. Полученные от него показания чаще всего применяют для последующей цифровой обработки, чтобы расчетным путем привести характеристику давления к стандартным условиям. Это необходимо для правильной фиксации расхода тепловой энергии или газа в системах учета.

Датчик избыточного давления

Более простые в устройстве датчики избыточного давления учитывают суммарный показатель абсолютного и атмосферного. Без них не обойтись в коммунальном хозяйстве, в производственных или коммерческих устройствах, регистрирующих расход жидкости или газа. Другая область применения простых и надежных измерителей избыточного давления — устройства аварийной сигнализации о превышении допустимого уровня.

Дифференциальный датчик

Датчик дифференциального типа определяет разницу давлений в двух раздельных полостях. Обычно такие приборы установлены в приборе, который постоянно контролирует расход вещества, протекающего по трубе, без использования вращающихся деталей. Его принцип действия основан на эффекте увеличения давления потока перед сужением диаметра и уменьшения после него. Чем такая разница выше, тем больше и протекающий по трубе поток.

Одна из возможных схем подключения этих устройств приведена на рисунке.

Диапазон измеряемой величины

Поскольку интервал показателя давления весьма широк, то инженерам требуются сенсоры, способные качественно измерять параметры в интересующем диапазоне. Изготовить прибор, одинаково хорошо и с удовлетворительной чувствительностью применимый как в глубоком вакууме, так и на промышленном компрессоре высокого уровня сжатия, на практике невозможно. Поэтому существуют отдельные датчики: вакуумные, низкого и высокого давления. В числовом выражении:

• вакуумные датчики — для измерения низкого (1 мм. рт. ст.) или высокого (105 мм. рт. ст.) вакуума;
• датчики низкого давления — от атмосферного до величин порядка 10 Па (встречается также другое название: форвакуумные);
• датчики высокого давления — измеряют параметр выше 1 атм., также делятся на диапазоны по возрастанию компрессии.

Датчики низкого давления широко применяют в научном и лабораторном оборудовании, в медицине, в промышленности, производящей электронные компоненты и сверхчистые вещества.

По типу контролируемой среды

Потребность узнать степень сжатия или разрежения рабочей среды может возникнуть для самых разных веществ или агрегатных состояний. Чтобы обеспечить долгий срок службы и достаточную точность показаний, регистрирующие приборы также делают с учетом условий, в которых им предстоит работать.

Обычно это:

• датчики давления воздуха — замеряют показатель сжатия газообразной среды в широком интервале величин;
• топливные — устанавливают в системе питания двигателей, например, в топливной рампе инжекторного мотора с целью оптимизировать состав и количество горючей смеси в цилиндрах;
• водяные — для трубопроводов и магистралей в коммунальном хозяйстве, для установки на насосной станции;
• для агрессивных сред — в защищенном исполнении используют в химическом производстве, при перекачке нефти и газа.