Датчики давления повышенной точности
Äàò÷èê äàâëåíèÿ. Ïðàâèëà âûáîðà äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ
 | ×òî íóæíî çíàòü ïðè âûáîðå äàò÷èêà äàâëåíèÿ?
|
1. Îñîáåííîñòè ïðèìåíåíèÿ äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ
Îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ (ïðåîáðàçîâàòåëåé äàâëåíèÿ) äîâîëüíî øèðîêè, íî, êàê ïðàâèëî, â êàæäîì êîíêðåòíîì ïðèìåíåíèè åñòü ñâîÿ ñïåöèôèêà, êîòîðàÿ äîëæíà áûòü ó÷òåíà â êîíñòðóêöèè äàò÷èêîâ.
 öåëîì âñå ïðèìåíåíèÿ ïðåîáðàçîâàòåëåé äàâëåíèÿ ìîæíî ðàçäåëèòü íà äâå îñíîâíûå ãðóïïû:
- Èçìåðåíèå ñîáñòâåííî äàâëåíèÿ (èëè ðàçðÿæåíèÿ) êàêîé-ëèáî ñðåäû â òðóáîïðîâîäå èëè òåõíîëîãè÷åñêîé óñòàíîâêå;
- Èçìåðåíèå óðîâíÿ æèäêîñòåé â åìêîñòÿõ (òàíêàõ) ïîñðåäñòâîì èçìåðåíèÿ äàâëåíèÿ ñòîëáà æèäêîñòè (ãèäðîñòàòè÷åñêèé äàò÷èê óðîâíÿ).
Ïðè ïîäáîðå äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ îáîèõ ãðóïï, íåîáõîäèìî óòî÷íÿòü ñëåäóþùèå îñîáåííîñòè ïðèìåíåíèÿ:
- Òðåáîâàíèÿ ïî ãèãèåíå: ïèùåâàÿ è ôàðìàöåâòè÷åñêàÿ ïðîìûøëåííîñòü ïðåäúÿâëÿþò âûñîêèå òðåáîâàíèÿ ê äàò÷èêàì äàâëåíèÿ ïî ñàíèòàðíîñòè êàê â ìåñòå êîíòàêòà ñ ïðîäóêòîì, òàê è ñíàðóæè (êàê ïðàâèëî, èñïîëíåíèå ïîëíîñòüþ èç íåðæàâåþùåé ñòàëè).  àññîðòèìåíòå ÎÎÎ «ÊÈÏ-Ñåðâèñ» ïðåäñòàâëåíû äàò÷èêè äàâëåíèÿ KLAY-INSTRUMENTS, êîòîðûå ñïåöèàëüíî ðàçðàáîòàíû äëÿ ïðèìåíåíèÿ â ìîëî÷íîé, ïèâîâàðåííîé è ïèùåâîé ïðîìûøëåííîñòè.
- Íàëè÷èå ñåðòèôèêàòîâ: çà÷àñòóþ, äëÿ ðàçëè÷íûõ ïðèìåíåíèé, ïîìèìî îáû÷íîãî ñåðòèôèêàòà ñîîòâåòñòâèÿ ÃÎÑÒ Ð (èëè äåêëàðàöèè ñîîòâåòñòâèÿ), òðåáóþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå ñåðòèôèêàòû. Íàïðèìåð, äëÿ ñèñòåì ó÷åòà íåîáõîäèì ñåðòèôèêàò îá óòâåðæäåíèè òèïà ñðåäñòâ èçìåðåíèÿ; äëÿ ïðèìåíåíèé äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ â ïèùåâîé ïðîìûøëåííîñòè òðåáóåòñÿ çàêëþ÷åíèå ÑÝÑ, äëÿ ïðèìåíåíèé íà îïàñíûõ ïðîèçâîäñòâàõ òðåáóåòñÿ ðàçðåøåíèå Ðîñòåõíàäçîðà è ò. ä.
- Òðåáîâàíèÿ ïî âçðûâîçàùèòå: íà âçðûâîîïàñíûõ ïðîèçâîäñòâàõ (íàïðèìåð, íåôòåãàçîâàÿ, õèìè÷åñêàÿ, ñïèðòîâàÿ ïðîìûøëåííîñòè) èñïîëüçóþòñÿ äàò÷èêè äàâëåíèÿ âî âçðûâîáåçîïàñíîì èñïîëíåíèè. Íàèáîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå äëÿ äàò÷èêîâ ïîëó÷èëè 2 âèäà âçðûâîçàùèòû èñêðîáåçîïàñíûå öåïè Ex ia è âçðûâîíåïðîíèöèàåìàÿ îáîëî÷êà Ex d, âûáîð êîòîðîãî îáóñëàâëèâàåòñÿ ñïåöèôèêîé ïðèìåíåíèÿ.
- Òèï èçìåðÿåìîé ñðåäû: åñëè èçìåðÿåìàÿ ñðåäà ÿâëÿåòñÿ âÿçêîé, àãðåññèâíîé, ñëàáîòåêó÷åé èëè îáëàäàåò êàêèìè-ëèáî äðóãèìè ñïåöèôè÷íûìè ñâîéñòâàìè (íàïðèìåð, íàëè÷èå ÷àñòèö ãðÿçè), ýòè îñîáåííîñòè òàêæå íåîáõîäèìî ó÷åñòü. Âîçìîæíî äëÿ äàííîãî ïðèìåíåíèÿ íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàíèå ìåìáðàííûõ äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ (îáîðóäîâàííûõ ðàçäåëèòåëüíîé ìåìáðàíîé), êîòîðûå îáåñïå÷èâàþò çàùèòó ÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà äàò÷èêà îò âîçäåéñòâèÿ àãðåññèâíûõ ñðåä.
- Íàëè÷èå âíåøíèõ âîçäåéñòâèé: íàëè÷èå âèáðàöèè, ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïîëåé èëè äðóãèõ ìåõàíè÷åñêèõ èëè ýëåêòðè÷åñêèõ âîçäåéñòâèé.
Ïðè ïîäáîðå äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ äëÿ ïðèìåíåíèé I-é ãðóïïû ïðè èçìåðåíèè äàâëåíèÿ áîëåå 1 áàð, òàêæå íóæíî ó÷èòûâàòü:
- Íàëè÷èå ãèäðîóäàðîâ â ñèñòåìå: åñëè â ñèñòåìå âîçìîæíî íàëè÷èå ãèäðîóäàðîâ, äàò÷èê äàâëåíèÿ íåîáõîäèìî ïîäîáðàòü ñ äîñòàòî÷íûì çàïàñîì ïî ïåðåãðóçêå (ïèêîâîìó äàâëåíèþ) èëè ïðèíÿòü ìåðû äëÿ êîìïåíñàöèè ãèäðîóäàðîâ (ãëóøèòåëè, ñïåöèàëüíûå äàò÷èêè è ò. ï.) íà îáúåêòå;
- Äîïîëíèòåëüíîå îáîðóäîâàíèå: êàê ïðàâèëî, ïðè èçìåðåíèè äàâëåíèÿ äàò÷èêè ìîíòèðóþòñÿ ïðè ïîìîùè 3-õîäîâûõ êðàíîâ, êðîìå òîãî, ïðè èçìåðåíèè äàâëåíèÿ ïàðà äàò÷èêè äàâëåíèÿ ðåêîìåíäóåòñÿ ïîäêëþ÷àòü ÷åðåç ñïåöèàëüíîå óñòðîéñòâî òðóáêó Ïåðêèíñà, êîòîðàÿ îáåñïå÷èâàåò óìåíüøåíèå òåìïåðàòóðû ñðåäû, äåéñòâóþùåé íà äàò÷èê äàâëåíèÿ.
Ïðè ïîäáîðå äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ äëÿ ïðèìåíåíèÿ â êà÷åñòâå ãèäðîñòàòè÷åñêèõ äàò÷èêîâ óðîâíÿ, íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü òîò ôàêò, ÷òî çíà÷åíèå äàâëåíèÿ ïðè îäíîé è òîé æå âûñîòå ñòîëáà æèäêîñòè ìîæåò ìåíÿòüñÿ ñ èçìåíåíèåì ïëîòíîñòè èçìåðÿåìîé ñðåäû.
2. Äèàïàçîí èçìåðåíèé
Äèàïàçîí èçìåðåíèé äàò÷èêà äàâëåíèÿ äèàïàçîí çíà÷åíèé äàâëåíèÿ, ïðè ïîäà÷å êîòîðîãî äàò÷èê áóäåò îñóùåñòâëÿòü èçìåðåíèÿ è ëèíåéíîå ïðåîáðàçîâàíèå èçìåðåííîãî çíà÷åíèÿ â óíèôèöèðîâàííûé âûõîäíîé ñèãíàë.
Äèàïàçîí èçìåðåíèé îïðåäåëÿåòñÿ íèæíèì è âåðõíèì ïðåäåëàìè èçìåðåíèé, êîòîðûå ñîîòâåòñòâóþò ìèíèìàëüíîìó è ìàêñèìàëüíîìó çíà÷åíèÿì èçìåðÿåìîãî äàâëåíèÿ. Ïðèìåðû äèàïàçîíîâ èçìåðåíèé: 0…1 áàð, 0…2,5 ÌÏà, 100…100 ÊÏà.
Ïðè ïîäáîðå äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü, ÷òî äàò÷èêè áûâàþò êàê ñ ôèêñèðîâàííûì äèàïàçîíîì èçìåðåíèé (íàïðèìåð, ïðåîáðàçîâàòåëè äàâëåíèÿ ÏÄ100), òàê è ñ íàñòðàèâàåìûì äèàïàçîíîì èçìåðåíèé (íàïðèìåð, äàò÷èêè äàâëåíèÿ KLAY-INSTRUMENTS). Ó äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ ñ ôèêñèðîâàííûì äèàïàçîíîì èçìåðåíèé çíà÷åíèÿ âûõîäíîãî ñèãíàëà æåñòêî ïðèâÿçàíû ê ïðåäåëàì èçìåðåíèé. Íàïðèìåð, äàò÷èê äàâëåíèÿ PTE5000 ïðè äàâëåíèè 0 ÌÏà áóäåò âûäàâàòü 4 ìÀ íà âûõîäå, à ïðè äàâëåíèè 0,6 ÌÏà áóäåò âûäàâàòü 20 ìÀ, òàê êàê îí æåñòêî íàñòðîåí íà äèàïàçîí 0…0,6 ÌÏà.  ñâîþ î÷åðåäü, äàò÷èê äàâëåíèÿ KLAY 8000-E-S èìååò íàñòðàèâàåìûé äèàïàçîí 01…4 áàð, ýòî çíà÷èò, ÷òî ïðè äàâëåíèè 0 áàð äàò÷èê áóäåò àíàëîãè÷íî âûäàâàòü 4 ìÀ, à 20 ìÀ äàò÷èê âûäàñò ïðè ëþáîì çíà÷åíèè èç äèàïàçîíà 1…4 áàð, êîòîðîå íàñòðàèâàåòñÿ ïîëüçîâàòåëåì ïðè ïîìîùè ñïåöèàëüíîãî ïîòåíöèîìåòðà «SPAN».
3. Òåìïåðàòóðà ïðîöåññà
Òåìïåðàòóðà èçìåðÿåìîé ñðåäû î÷åíü âàæíûé ïàðàìåòð ïðè âûáîðå äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ. Ïðè ïîäáîðå äàò÷èêà, íåîáõîäèìî ÷òîáû òåìïåðàòóðà ïðîöåññà íå âûõîäèëà çà ïðåäåëû äîïóñòèìîãî ðàáî÷åãî òåìïåðàòóðíîãî äèàïàçîíà.
 ïèùåâîé ïðîìûøëåííîñòè ïðîèñõîäÿò êðàòêîâðåìåííûå (îò 20 äî 40 ìèíóò) ïðîöåññû CIP è SIP-ìîéêè (ñàíèòàðíîé îáðàáîòêè), ïðè êîòîðûõ òåìïåðàòóðà ñðåäû ìîæåò äîñòèãàòü 145 °C. Äëÿ òàêèõ ïðèìåíåíèé ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü äàò÷èêè, óñòîé÷èâûå ê òàêîìó âðåìåííîìó âîçäåéñòâèþ âûñîêèõ òåìïåðàòóð, íàïðèìåð äàò÷èêè äàâëåíèÿ KLAY-INSTRUMENTS â èñïîëíåíèè SAN 8000-SAN è 2000-SAN.
Ïîêàçàíèÿ âñåõ äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ, èñïîëüçóþùèõ òåíçîðåçèñòèâíûé ïðèíöèï ïðåîáðàçîâàíèÿ, ñèëüíî çàâèñÿò îò òåìïåðàòóðû èçìåðÿåìîé ñðåäû, òàê êàê ñ èçìåíåíèåì òåìïåðàòóðû èçìåíÿåòñÿ è ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðîâ, ñîñòàâëÿþùèõ èçìåðèòåëüíóþ ñõåìó ñåíñîðà äàâëåíèÿ.
Äëÿ äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ ââîäèòñÿ ïîíÿòèå «òåìïåðàòóðíîé îøèáêè», êîòîðàÿ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äîïîëíèòåëüíóþ ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé íà êàæäûå 10 °C èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû èçìåðÿåìîé ñðåäû îòíîñèòåëüíî áàçîâîé òåìïåðàòóðû (êàê ïðàâèëî 20 °C). Òàêèì îáðàçîì, òåìïåðàòóðó ïðîöåññà íåîáõîäèìî çíàòü äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïîëíîé ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèé äàò÷èêà äàâëåíèÿ.
Äëÿ ñíèæåíèÿ âëèÿíèÿ òåìïåðàòóðû â èçìåðèòåëÿõ äàâëåíèÿ èñïîëüçóþò ðàçëè÷íûå ñõåìû òåìïåðàòóðíîé êîìïåíñàöèè.
Ïî èñïîëüçîâàíèþ òåðìîêîìïåíñàöèè âñå äàò÷èêè äàâëåíèÿ ìîæíî ðàçäåëèòü íà òðè ãðóïïû:
- Áþäæåòíûå äàò÷èêè äàâëåíèÿ, íå èñïîëüçóþùèå ñõåìû òåðìîêîìïåíñàöèè;
- Äàò÷èêè ñðåäíåãî öåíîâîãî äèàïàçîíà, èñïîëüçóþùèå ïàññèâíûå ñõåìû òåðìîêîìïåíñàöèè;
- Äàò÷èêè äàâëåíèÿ âûñîêîãî óðîâíÿ, äëÿ ñèñòåì òðåáîâàòåëüíûõ ê òî÷íîñòè èçìåðåíèÿ, êîòîðûå èñïîëüçóþò ñõåìû àêòèâíîé òåìïåðàòóðíîé êîìïåíñàöèè.
Äëÿ èçìåðåíèÿ äàâëåíèÿ ñðåä ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðîé áîëåå 100 °C èñïîëüçóþòñÿ ñïåöèàëüíûå âûñîêîòåìïåðàòóðíûå äàò÷èêè äàâëåíèÿ, ïîçâîëÿþùèå èçìåðÿòü äàâëåíèå ñðåä ñ òåìïåðàòóðîé âïëîòü äî 250 °C. Êàê ïðàâèëî òàêèå äàò÷èêè îáîðóäîâàíû ðàäèàòîðîì îõëàæäåíèÿ è/èëè èìåþò ñïåöèàëüíûé êîíñòðóêòèâ, ïîçâîëÿþùèé âûíåñòè ÷àñòü äàò÷èêà ñ ýëåêòðîíèêîé â çîíó ñ äîïóñòèìîé ðàáî÷åé òåìïåðàòóðîé.
4. Òèï ñîåäèíåíèÿ äàò÷èêà ñ ïðîöåññîì
Òèï ñîåäèíåíèÿ äàò÷èêà ñ ïðîöåññîì òèï ìåõàíè÷åñêîãî âêëþ÷åíèÿ äàò÷èêà äàâëåíèÿ â ïðîöåññ, äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ èçìåðåíèé.
Íàèáîëåå ïîïóëÿðíûìè ñîåäèíåíèÿìè äëÿ ïðåîáðàçîâàòåëåé äàâëåíèÿ îáùåïðîìûøëåííîãî èñïîëíåíèÿ ÿâëÿþòñÿ ðåçüáîâûå ñîåäèíåíèÿ G1/2″ DIN 16288 è M20x1,5.
Ïðè ïîäáîðå äàò÷èêà òèï ñîåäèíåíèÿ íåîáõîäèìî óòî÷íÿòü äëÿ îáåñïå÷åíèÿ óäîáñòâà ìîíòàæà â ñóùåñòâóþùóþ ñèñòåìó áåç îñóùåñòâëåíèÿ äîïîëíèòåëüíûõ ðàáîò (ñâàðêà, íàðåçêà äðóãîãî òèïà ðåçüáû è ò. ï.)
Íàèáîëåå ðàçíîîáðàçíûìè ïî òèïàì èñïîëüçóåìûõ ñîåäèíåíèé ñ ïðîöåññîì ÿâëÿþòñÿ ïèùåâàÿ, öåëëþëîçíî-áóìàæíàÿ è õèìè÷åñêàÿ ïðîìûøëåííîñòè. Ê ïðèìåðó, äàò÷èêè äàâëåíèÿ KLAY-INSTRUMENTS, êîòîðûå ñïåöèàëüíî ðàçðàáîòàíû äëÿ ýòèõ îòðàñëåé, ìîãóò áûòü èçãîòîâëåíû ñ áîëåå ÷åì 50 ðàçëè÷íûìè âàðèàíòàìè âêëþ÷åíèÿ â ïðîöåññ.
Âûáîð òèïà ñîåäèíåíèÿ íàèáîëåå àêòóàëåí äëÿ ïèùåâîé ïðîìûøëåííîñòè, ò. ê. íàðÿäó ñ óäîáñòâîì, ñîåäèíåíèå â ïåðâóþ î÷åðåäü äîëæíî îáåñïå÷èâàòü «ñàíèòàðíîñòü» è îòñóòñòâèå «ìåðòâûõ çîí» äëÿ ïðîöåññà ñàíèòàðíîé îáðàáîòêè. Äëÿ äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ ðàáîòû â êîíòàêòå ñ ïèùåâûìè ïðîäóêòàìè, ñóùåñòâóþò ñïåöèàëüíûå ñåðòèôèêàòû, ïîäòâåðæäàþùèå èõ «ñàíèòàðíîñòü» – Åâðîïåéñêèé ñåðòèôèêàò EHEDG (European Hygienic Equipment Design Group) è Àìåðèêàíñêèé ñåðòèôèêàò 3A Sanitary Standards.  Ðîññèè äëÿ äàò÷èêîâ, êîíòàêòèðóþùèõ ñ ïèùåâûìè ñðåäàìè, íåîáõîäèìî íàëè÷èå Ñàíèòàðíî- ýïèäåìèîëîãè÷åñêîãî çàêëþ÷åíèÿ.  àññîðòèìåíòå ÎÎÎ «ÊÈÏ-Ñåðâèñ» òðåáîâàíèÿì äàííûõ ñåðòèôèêàòîâ óäîâëåòâîðÿþò äàò÷èêè ñåðèé 8000-SAN è 2000-SAN êîìïàíèè KLAY-INSTRUMENTS.
5. Ïàðàìåòðû îêðóæàþùåé ñðåäû
Ïðè ïîäáîðå ïðåîáðàçîâàòåëåé äàâëåíèÿ ñëåäóåò ó÷èòûâàòü ñëåäóþùèå ïàðàìåòðû îêðóæàþùåé ñðåäû:
- Òåìïåðàòóðà îêðóæàþùåé ñðåäû;
- Âëàæíîñòü îêðóæàþùåé ñðåäû;
- Íàëè÷èå àãðåññèâíûõ ñðåä;
Âñå ïàðàìåòðû îêðóæàþùåé ñðåäû äîëæíû íàõîäèòüñÿ â äîïóñòèìûõ ïðåäåëàõ äëÿ âûáèðàåìîãî äàò÷èêà äàâëåíèÿ.
 ñëó÷àå íàëè÷èÿ â îêðóæàþùåé ñðåäå àãðåññèâíûõ âåùåñòâ, ìíîãèå ïðîèçâîäèòåëè äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ (â òîì ÷èñëå KLAY-INSTRUMENTS BV) ïðåäëàãàþò ñïåöèàëüíûå èñïîëíåíèÿ, óñòîé÷èâûå ê õèìè÷åñêèì âîçäåéñòâèÿì.
Ïðè ðàáîòå â óñëîâèÿõ ïîâûøåííîé âëàæíîñòè ïðè ÷àñòûõ ïåðåïàäàõ òåìïåðàòóðû äàò÷èêè äàâëåíèÿ ìíîãèõ ïðîèçâîäèòåëåé ñòàëêèâàþòñÿ ñ ïðîáëåìîé êîððîçèè ñåíñîðà äàâëåíèÿ. Îñíîâíàÿ ïðè÷èíà êîððîçèè ñåíñîðà äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ îáðàçîâàíèå êîíäåíñàòà.
Äàò÷èêàì èçáûòî÷íîãî äàâëåíèÿ, äëÿ èçìåðåíèÿ îòíîñèòåëüíîãî äàâëåíèÿ, íåîáõîäèìà ñâÿçü ñåíñîðà ñ àòìîñôåðîé. Ó íåäîðîãèõ äàò÷èêîâ ñåíñîð ñâÿçàí ñ àòìîñôåðîé çà ñ÷åò íå ãåðìåòè÷íîñòè êîðïóñà (êîííåêòîð IP65); âëàæíûé âîçäóõ, ïðè òàêîé êîíñòðóêöèè, ïîñëå ïîïàäàíèÿ âíóòðü äàò÷èêà êîíäåíñèðóåòñÿ ïðè ïîíèæåíèè òåìïåðàòóðû, òåì ñàìûì ïîñòåïåííî âûçûâàÿ êîððîçèþ èçìåðèòåëüíîãî ýëåìåíòà.
Äëÿ ïðèìåíåíèÿ â ïðîöåññàõ, ãäå îáû÷íûå äàò÷èêè äàâëåíèÿ âûõîäÿò èç ñòðîÿ èç-çà êîððîçèè ñåíñîðà, èäåàëüíî ïîäõîäÿò ïðîìûøëåííûå äàò÷èêè äàâëåíèÿ KLAY-INSTRUMENTS. Ó ïðåîáðàçîâàòåëåé äàâëåíèÿ KLAY ñâÿçü ñåíñîðà ñ àòìîñôåðîé îñóùåñòâëÿåòñÿ ÷åðåç ñïåöèàëüíóþ «äûøàùóþ» ìåìáðàíó èç ìàòåðèàëà Gore-Tex, êîòîðàÿ ïðåïÿòñòâóåò ïðîíèêíîâåíèþ âëàãè âíóòðü äàò÷èêà.
Êðîìå òîãî, êîíòàêòû ñåíñîðà âñåõ äàò÷èêîâ KLAY ïî óìîë÷àíèþ çàëèòû ñïåöèàëüíûì ñèíòåòè÷åñêèì êîìïàóíäîì äëÿ äîïîëíèòåëüíîé çàùèòû äàò÷èêà îò êîððîçèè.
6. Òèï âûõîäíîãî ñèãíàëà äàò÷èêà äàâëåíèÿ
Ñàìûì ðàñïðîñòðàíåííûì àíàëîãîâûì âûõîäíûì ñèãíàëîì äëÿ äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ ÿâëÿåòñÿ óíèôèöèðîâàííûé òîêîâûé ñèãíàë 4…20 ìÀ.
Ïðàêòè÷åñêè âñåãäà 4 ìÀ ñîîòâåòñòâóþò íèæíåìó çíà÷åíèþ äèàïàçîíà èçìåðåíèé, à 20 ìÀ – âåðõíåìó, íî èíîãäà âñòðå÷àåòñÿ ðåâåðñèâíûé ñèãíàë (êàê ïðàâèëî íà âàêóóìíûõ äèàïàçîíàõ). Òàêæå â ïðîìûøëåííîñòè âñòðå÷àþòñÿ äàò÷èêè äàâëåíèÿ ñ äðóãèìè òèïàìè àíàëîãîâîãî âûõîäíîãî ñèãíàëà, íàïðèìåð: 0…1 Â, 0…10 Â, 0…20 ìÀ, 0…5 ìÀ, 0…5 Â.
 íîìåíêëàòóðå äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ, ñêëàäèðóåìûõ ÎÎÎ «ÊÈÏ-Ñåðâèñ», ïðèñóòñòâóþò òîëüêî äàò÷èêè ñ âûõîäíûì ñèãíàëîì 4…20 ìÀ. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ äðóãîãî òèïà âûõîäíîãî ñèãíàëà èç 4…20 ìÀ ìîæíî èñïîëüçîâàòü óíèâåðñàëüíûé ïðåîáðàçîâàòåëü ñèãíàëîâ Seneca Z109 REG2, êîòîðûé îñóùåñòâëÿåò âçàèìíîå ïðåîáðàçîâàíèå ïðàêòè÷åñêè âñåõ òèïîâ óíèôèöèðîâàííûõ ñèãíàëîâ ïî òîêó è íàïðÿæåíèþ, ïðè ýòîì îáåñïå÷èâàÿ ãàëüâàíè÷åñêóþ ðàçâÿçêó.
Èíòåëëåêòóàëüíûå äàò÷èêè äàâëåíèÿ, ïîìèìî îñíîâíîãî ñèãíàëà 4…20 ìÀ, ìîãóò áûòü èçãîòîâëåíû â èñïîëíåíèè ñ ïîääåðæêîé ïðîòîêîëà HART, êîòîðûé ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ íàñòðîéêè èëè ïîëó÷åíèÿ èíôîðìàöèè î ñîñòîÿíèè äàò÷èêà è äîïîëíèòåëüíîé èíôîðìàöèè.
Ïîìèìî àíàëîãîâîãî âûõîäíîãî ñèãíàëà, èíòåëëåêòóàëüíûå äàò÷èêè äàâëåíèÿ òàêæå áûâàþò ñ öèôðîâûì âûõîäíûì ñèãíàëîì. Ýòî äàò÷èêè ñ âûõîäîì ïî ïðîòîêîëó Profibus PA, êîòîðûé èñïîëüçóåò â ñâîèõ óñòðîéñòâàõ êîìïàíèÿ SIEMENS.
7. Òðåáóåìàÿ òî÷íîñòü èçìåðåíèé
Ïðè ðàñ÷åòå ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèé äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ, íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü, ÷òî ïîìèìî îñíîâíîé ïîãðåøíîñòè ñóùåñòâóåò äîïîëíèòåëüíàÿ ïîãðåøíîñòü.
Îñíîâíàÿ ïîãðåøíîñòü – çíà÷åíèå ïîãðåøíîñòè äàò÷èêà äàâëåíèÿ îòíîñèòåëüíî äèàïàçîíà èçìåðåíèé, çàÿâëåííàÿ çàâîäîì èçãîòîâèòåëåì äëÿ íîðìàëüíûõ óñëîâèé ýêñïëóàòàöèè. Êàê ïðàâèëî, ïîä íîðìàëüíûìè óñëîâèÿìè ýêñïëóàòàöèè ïîíèìàþò ñëåäóþùèå óñëîâèÿ:
- Òåìïåðàòóðà îêðóæàþùåé è ðàáî÷åé ñðåäû – 20 °C;
- Äàâëåíèå ðàáî÷åé ñðåäû – â ïðåäåëàõ äèàïàçîíà èçìåðåíèé äàò÷èêà;
- Íîðìàëüíîå àòìîñôåðíîå äàâëåíèå;
- Îòñòóñòâèå òóðáóëåíòíîñòè ïîòîêà èëè äðóãèõ ÿâëåíèé, â ìåñòå óñòàíîâêè äàò÷èêà, ñïîñîáíûõ ïîâëèÿòü íà ïîêàçàíèÿ.
Äîïîëíèòåëüíàÿ ïîãðåøíîñòü çíà÷åíèå ïîãðåøíîñòè, âûçâàííîå îòêëîíåíèåì óñëîâèé ýêñïëóàòàöèè îò íîðìàëüíûõ, ââèäó îñîáåííîñòåé äàííîãî êîíêðåòíîãî ïðèìåíåíèÿ. Îäíîé èç îñíîâíûõ ñîñòàâëÿþùèõ äîïîëíèòåëüíîé ïîãðåøíîñòè ÿâëÿåòñÿ òåìïåðàòóðíàÿ ïîãðåøíîñòü, êîòîðàÿ óêàçûâàåòñÿ â òåõíè÷åñêîé äîêóìåíòàöèè ê äàò÷èêàì äàâëåíèÿ è ìîæåò áûòü ðàññ÷èòàíà äëÿ êîíêðåòíîãî çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóðû ðàáî÷åé ñðåäû.
Òàêæå äîïîëíèòåëüíóþ ïîãðåøíîñòü ìîæåò âûçûâàòü òóðáóëåíòíîñòü ïîòîêà èçìåðÿåìîé ñðåäû, èçìåíåíèå ïëîòíîñòè ñðåäû ïðè ãèäðîñòàòè÷åñêîì èçìåðåíèè óðîâíÿ, äèíàìè÷åñêèå íàãðóçêè íà îáîðóäîâàíèå âî âðåìÿ ïåðåìåùåíèÿ â ïðîñòðàíñòâå (ñóäíà, òðàíñïîðò è ò. ä.) è äðóãèå âîçìîæíûå ôàêòîðû.
Ïðè ðàñ÷åòå ïîãðåøíîñòè èçìåðèòåëüíîé ñèñòåìû â öåëîì íóæíî òàêæå ó÷èòûâàòü êëàññ òî÷íîñòè èçìåðèòåëüíîãî ïðèáîðà èíäèêàòîðà.
 êà÷åñòâå ïðèìåðà, ðàññ÷èòàåì ïîëíóþ ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé äëÿ ñëåäóþùåé ñèñòåìû:
Äàíî:
- Äàò÷èê äàâëåíèÿ KLAY-Instruments8000-SAN-F-M(25) óñòàíîâëåí íà òðóáîïðîâîäå ñ ïðîäóêòîì;
- Ìàêñèìàëüíîå äàâëåíèå ïðîäóêòà – 4 áàð, òàêèì îáðàçîì äàò÷èê íàñòðîåí íà äèàïàçîí 0…4 áàð;
- Ìàêñèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà ïðîäóêòà – 60 °C;
- Òóðáóëåíòíîñòü ïîòîêà è äðóãèå ôàêòîðû íà òî÷íîñòü íå âëèÿþò.
Ðåøåíèå:
- Ïî ïàñïîðòíûì äàííûì, íàõîäèì, ÷òî îñíîâíàÿ ïîãðåøíîñòü äàò÷èêà 8000-SAN-F-(M25) ñîñòàâëÿåò 0,2 %
- Òåìïåðàòóðíàÿ ïîãðåøíîñòü ïî ïàñïîðòó ðàâíà 0,015 %/°C, òàêèì îáðàçîì òåìïåðàòóðíàÿ îøèáêà ïðè 60 °C ðàâíà 0,015 %/°C õ (60 °C 20 °C) = 0,6 %
- 0,2% + 0,6% + 0,25% = 1,05% – ïîëíàÿ îòíîñèòåëüíàÿ ïîãðåøíîñòü;
- 1,05% õ 4 áàð = 0,042 áàð – àáñîëþòíàÿ ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé äàííîé ñèñòåìû.
Источник
Е.Е.Бушев, Ю.А.Васьков, Г.А.Емельянов, М.М.Пушкарев, В.М.Стучебников
(ПГ МИДА, 2009 год)
Датчики давления составляют важную часть систем контроля и учета энергоносителей (газа, нефти, горячей и холодной воды и т.д.), получающих все более широкое распространение. Вместе с тем, требования к датчикам давления в различных системах контроля различные, что необходимо учитывать при их разработке и производстве. Так, коммерческий учет энергоносителей (особенно газа и нефти) предъявляет постоянно возрастающие требования к точности систем и, как следствие, к входящим в их состав датчикам. Расширяющаяся сфера применения потребовала создания систем с автономными источниками питания и, следовательно, датчиков с низким напряжением питания и с минимальным энергопотреблением (см., например, [1]). С другой стороны, контроль и учет теплоносителей (прежде всего, в системах ЖКХ) на первое место выдвигает надежность и минимальную стоимость датчиков даже ценой снижения их точности.
На предприятиях Промышленной группы «Микроэлектронные датчики» за последнее время проведены определенные работы с датчиками давления на основе структур «кремний на сапфире» (КНС) в указанных направлениях: повышение точности и снижение энергопотребления, а также уменьшение трудоемкости и соответственно стоимости датчиков.
Как хорошо известно, точность измерения давления тензорезисторными преобразователями (ТП) определяется нелинейностью, вариацией, стабильностью и влиянием внешних факторов, из которых главным является температура измеряемой и окружающей сред. При этом если нелинейность и температурная зависимость выходного сигнала могут быть в значительной степени скорректированы средствами электроники, то вариация и нестабильность (повторяемость) преобразователей определяются исключительно их конструкцией и технологией изготовления. В литературе иногда высказывается мнение, что ТП давления на основе структур КНС принципиально имеют большую вариацию и нестабильность, обусловленные «неоднородностью конструкции и жесткой связью мембраны с конструктивными элементами датчика» [2]. Однако, основываясь на многолетнем опыте разработок таких ТП давления в ПГ МИДА, в последние годы было показано, что, подбирая титановые сплавы с нужными свойствами, оптимизируя топологию тензочувствительной схемы и проводя стабилизацию параметров ТП (в основном температурным и механическим циклированием), можно уверенно получать тензопреобразователи давления с суммарной вариацией и повторяемостью не более 0,01% от диапазона изменения выходного сигнала; при этом нелинейность преобразования не превышает 0,05% и может быть уменьшена обработкой выходного сигнала соответствующей электронной схемой. Такие ТП могут быть использованы также в калибраторах давления для полевого контроля рабочих средств измерения.
Что касается коррекции температурной погрешности преобразования датчиков давления, то в ПГ МИДА разработаны как пассивный (с использованием прецизионных резисторов, не зависящих от температуры), так и активный (с помощью цифровой обработки сигнала) методы. Первый из них позволяет получать датчики давления (МИДА-13П) с зоной температурной погрешности в диапазоне -40…+80 оС не более 1,5-2% (рис.1); при использовании второго метода зона температурной погрешности датчиков (МИДА-13ПВ и МИДА-ДИ-13ПК) уменьшается почти на порядок. Основная погрешность датчиков давления МИДА-13П составляет 0,1-0,2%; класс точности (0,15-0,5%) определяется в основном дополнительной температурной погрешностью.
Рис.1. Типичная температурная зависимость погрешности начального выходного сигнала (▲) и чувствительности (Δ) датчика давления МИДА-ДИ-13П.
В датчиках МИДА-13ПВ для снижения температурной погрешности используется аналоговая усилительная схема с цифровой коррекцией коэффициента усиления и начального смещения (начального выходного сигнала и чувствительности датчика). Для получения информации о температуре используется температурная зависимость сопротивления мостовой тензосхемы. Напряжение, пропорциональное сопротивлению моста, непрерывно измеряется и преобразуется в управляющий сигнал, корректирующий коэффициент усиления и начальное смещение усилителя таким образом, чтобы выходной сигнал датчика при всех значениях измеряемого давления минимально зависел от температуры. Калибровка корректирующей схемы производится при трех значениях температуры – минимальной, максимальной и средней рабочей, а корректирующие коэффициенты рассчитываются исходя из предположения параболической температурной зависимости выходного сигнала. Результат показан на рис.2. Видно, что зона погрешности как начального выходного сигнала, так и чувствительности датчика не превышает 0,2% в диапазоне температур -40…+80 оС, что позволяет выпускать датчики давления МИДА-13ПВ с суммарной погрешностью измерения 0,25-0,5%. Видно также, что при дальнейшем повышении точности измерения для аппроксимации температурных зависимостей следует использовать полином более высокой степени, что, впрочем, приведет к существенному повышению трудоемкости процесса калибровки датчиков. Важно отметить, что для компенсации температурной погрешности используется значение температуры самого чувствительного элемента, что исключает необходимость дополнительных датчиков температуры и позволяет располагать электронную схему на удалении от преобразователя.
Рис.2. Типичная температурная зависимость погрешности начального выходного сигнала (▲)и чувствительности (Δ)датчика давления МИДА-ДИ-13ПВ.
Разработка датчиков давления с минимальным энергопотреблением ведется по нескольким направлениям. Так, в рамках датчиков серии МИДА-13П разработан и выпускается датчик с минимальным напряжением питания 3,6 В и выходным сигналом 0,4-2,0 В. Уменьшение напряжения питания тензометрической мостовой схемы и применение микромощных активных компонентов в усилительном тракте позволило довести собственный ток потребления датчика до 2 мА. При этом сохранены такие свойства датчиков МИДА-13П, как максимальное напряжение питания 36 В, наличие защиты от переполюсовки питания и наличие регулировок «нуля» и «диапазона». Несмотря на существенно пониженное напряжение питания тензометрического моста, точностные характеристики датчика находятся в пределах, нормированных для серии датчиков МИДА-13П, что обеспечено применением в электронной схеме современных прецизионных элементов.
Другим датчиком с малым энергопотреблением стал аналог датчика МИДА-13ПВ с аналоговым усилительным трактом и цифровой коррекцией усиления и начального смещения с низковольтным питанием и выходным сигналом в виде напряжения постоянного тока. При напряжении питания 5 В датчик имеет выходной сигнал 0,5-4,5 В. Ток, потребляемый датчиком от источника питания, не более 3 мА. Дополнительное снижение энергопотребления возможно при периодической подаче питания на датчик. Сигнал на выходе датчика появляется не более чем через 70 мс после подачи питания. Как вариант, возможен логометрический метод измерения, когда выходной сигнал датчика изменяется пропорционально изменению напряжения питания. Такое решение позволяет отказаться от прецизионного источника опорного напряжения в системном аналого-цифровом преобразователе, используя в качестве опорного напряжения напряжение питания датчика или его часть, и тем самым повысить точность системы в целом. Опытные образцы таких датчиков с успехом опробованы в аппаратуре потенциального потребителя. Температурная погрешность и другие точностные характеристики энергосберегающего датчика аналогичны датчику МИДА-13ПВ.
В ПГ МИДА разработан также энергосберегающий датчик с цифровой обработкой сигнала ТП и с цифровым выходом. Достоинствами датчиков с цифровой обработкой являются высокая точность измерений, возможность дополнительной математической обработки сигнала, выдача информации в желаемых единицах измеряемого давления, а цифровой выход позволяет организовать работу датчика по запросу. Датчик питается от источника напряжения 2,7-3,6 В. После получения запроса происходит измерение давления, обработка данных и выдача информации. Ток потребления в режиме измерения не превышает 1,5 мА. После этого датчик переходит в состояние «сна» с током потребления не более 1 мкА до следующего запроса. Время, необходимое датчику на измерение давления и выдачу информации, не превышает 50 мс после приема запроса на измерение. При таком режиме работы датчик может продолжительное время работать от химического источника тока напряжением 3В. Датчик может работать в двухпроводной локальной сети; при использовании адаптера UART- RS485 возможно построение сети из 255 датчиков. На рис.3 показаны температурные зависимости начального выходного сигнала и чувствительности энергосберегающего датчика давления с цифровым выходом.
Рис.3. Типичная температурная зависимость погрешности начального выходного сигнала (▲)и чувствительности (Δ)датчика давления с цифровым выходным сигналом.
Наконец, разработаны и освоены в серийном производстве датчики давления МИДА-ДИ-13П-М, предназначенные специально для применения в системах контроля расхода теплоносителей в ЖКХ. Датчики имеют ограниченный ряд верхних пределов (от 0,6 МПа до 2,5 МПа) и выходной сигнал 4-20 мА. Температура измеряемой воды может достигать 130 оС. Особенностью датчиков является сохранение точности измерений (0,5%) во всем рабочем интервале температур; при этом их стоимость снижена почти вдвое по сравнению с серийными датчиками МИДА-ДИ-13П при сохранении стандартных габаритных и присоединительных размеров.
Источник
