Преобразователи давления (датчики давления)

см. Каталог Датчики-преобразователи давления технические для промышленности, энергетики и ЖКХ.
Спецпредложение на датчики с выходом 4-20мА:
Однодиапазонный преобразователь избыточного давления — цена от 2200 рублей!
(цена указана на базовое исполнение без НДС, подробнее о скидках и акциях, условиях и сроках действия см. ниже).

В данном разделе представлены датчики-преобразователи давления: избыточного, абсолютного, вакуумметрического (разряжения), гидростатического давления и разности (перепада) - дифференциального давления в унифицированный выходной сигнал одного из нижеуказанных видов:

1. Преобразователи давления в сигнал постоянного тока 4-20мА, 0-5мА и цифровые сигналы (HART и др. протоколы): ПД-Р, Сапфир-22-МПС, АИР, Метран, КРТ, Зонд-10/20, МС-20, Корунд, ДМ5007, МИДА, МТ100, ПД-1, ПД100, DMP, DMK, DMD, ДДМ, ДМТ, МПЭ, ДМЭ-МИ, СДВ-И, АДМ, Курант, 415М, ЭнИ-100 и другие датчики.

2. Преобразователи давления в сигнал напряжения постоянного тока 0-1,5,10В: Зонд-10/20, ИПД, Мида-ПИ(ПА), DMP-330,-331 и другие датчики.

3. Преобразователи давления в пневматический выходной сигнал 20-100кПа: ДПП-2(1), ДМПК-100, 13ДД11, 13ДИ13, 13ДИ30, ГСП: НСП, МСП, ПЭ, ДПЭ-4 и др. пневматические датчики.

4. Преобразователи давления в сигнал взаимной индуктивности 0-10мГн:  датчики  индуктивные ДМ-3583М, ДКО-3702, ДД-41003(4), ДИ(ДИВ)-41001(2), МЭД.

5. Преобразователи гидростатического давления (уровня): погружные кабельные уровнемеры Зонд-10ГД, Корунд-ДИГ, УГЦ-1, LMP, LMK, ALZ; врезные резьбовые Зонд-10, LMP, LMK-331 и фланцевые Сапфир-22-ДГ.

Также рекомендуем ознакомиться со всей номенклатурой датчиков/преобразователей давления, в т.ч. специального назначения (высокотемпературные, для вязких и сыпучих продуктов и т.п.), автомобильными и техническими датчиками-реле (сигнализаторами) давления и  цифровыми электро-контактными манометрами ЭКМ.
Также рекомендуем прочитать статью «Сравнительный обзор видов, характеристик и рыночных цен на датчики давления».

Определения и основные характеристики преобразователей (датчиков) давления

Измерительный преобразователь давления – это технический прибор с нормативными метрологическими характеристиками, служащий для преобразования измеряемого давления в унифицированный выходной сигнал (электрический, пневматический) и/или цифровой код (HART-протокол, интерфейсы RS-232/485 и др.).
Датчик давления – это конструктивно обособленный первичный преобразователь давления (избыточного, дифференциального, абсолютного, вакуумметрического, гидростатического).

Электрический измерительный преобразователь давления - это датчик, питание, которого осуществляется электроэнергией, а выходным сигналом является электрическая величина (ток, напряжение, индуктивность), состоит из двух основных частей (блоков):

А) Измерительный блок, основой которого является первичный измерительный преобразователь давления – чувствительный элемент (сенсор), преобразующий воздействующее на него давление в первичный сигнал (обычно слабый электрический).

Б) Электроный блок — блока усиления, который преобразует и усиливает первичный сигнал преобразователя до стандартных унифицированных токовых сигналов (мА, В, мГн и др.) и/или цифровых кодов (интерфейсы RS232, RS485, USB, M-Bus или протоколы ModBus, HART-протокол и др.), воспринимаемых системами автоматического регулирования и управления технологическими процессами (АСУТП).

Пневматический преобразователь давления (выход 20-100кПа) обычно состоит из пневмосилового преобразователя и измерительного блока. Принцип действия пневмокомпенсационного преобразователя основан на пневматической силовой компенсации усилия, развиваемого измеряемым перепадом давления на чувствительных элементах измерительного блока.

Виды измеряемого давления и его преобразователей (датчиков)

Краткое определение видов давления (далее Д.) и вакуума:
- Атмосферное (Ратм) — это Д. столба воздуха (атмосферы), примерно 101кПа или 760мм.рт.ст. (нормальное атмосферное Д.).
- Абсолютное (Рабс) — это полное Д. с учетом атмосферного, отсчитываемое от абсолютного нуля.
- Избыточное (Ризб) — это Д. сверх атмосферного, равное разности между абсолютным и атмосферным:
   Ризб = Рабс – Ратм
   Избыточное Д. отсчитывается от «условного нуля», за который принимается текущее атмосферное Д..
- Вакуум (вакуумметрическое Д., разряжение) – разность между атмосферным и абсолютным Д.: Рвакуум = Ратм – Рабс

Поэтому, в зависимости от измеряемого и опорного давления также различают следующие виды датчиков/преобразователей давления (далее, сокращенно- ПД.):

"АД" — датчик-преобразователь абсолютного давления, измерение ведется относительно встроенной в прибор камеры вакуума (сокр.- ПД-ДА).

"ДИ" — датчик-преобразователь избыточного давления, измерение ведется относительно внешнего атмосферного давления (сокр.- ПД-ИД).

"ДВ" — датчик-преобразователь вакуумметрического давления (разряжения в «минус»), измерение ведется относительно внешнего атмосферного давления в сторону понижения к абсолютному нулю (сокр.- ПД-ДВ).

"ДИВ" — датчик преобразователь избыточного давления и разряжения одновременно (плюс-минус), измерение ведется относительно внешнего атмосферного давления (сокр.- ПД-ДИВ +-).

"ДД" — дифференциальные преобразователи перепада (разности) давлений (такие датчики измеряют разность двух давлений: ΔP=P1-P2 и могут применяться, как дифманометр-перепадомер, уровнемер или расходомер, работая в том числе и под избыточным рабочим Д. (сокр.- ПД-ДД).

"ДГ" — преобразователь гидростатического давления столба жидкости на мембрану прибора, измерение ведется относительно атмосферного-Ратм или «давления наддува»-Рн поверх зеркала жидкости в резервуаре по формуле:
ΔP = Р — Рн, где Р=ρgh+Рн,
где ρ—плотность жидкости (масса-кг/ объем-м3), g—ускорение свободного падения (в среднем примерно g=9,81м/с2, точно зависит от широты местности), h—высота столба жидкости (м).
Также допустимо обозначение гидростатического датчика-преобразователя — ПД-ГД (но не путать с автономными (энергонезависимыми) малогабаритными тягонапоромерами-микроманометрами Зонд-10-ГД).

"ДУ" — буйковые преобразователи уровня — уровнемеры. Принцип действия таких уровнемеров основан на определении разности сил тяжести и гидростатической (Архимедовой) силы выталкивания из жидкости цилиндрического полого буйка положительной плавучести — см. Буйковые уровнемеры.

По конструктивному исполнению чувствительного элемента (сенсора) различают преобразователи давления:

- тензометрические
- пьезометрические
- емкостные
- резонансные
- индуктивные
- пневмоконпенсационные (пневматические)
- и другие датчики.
(основные методы преобразования, их достоинства и недостатки описаны в соответствующих разделах).

Погрешность измерения и класс точности преобразователей (датчиков) давления

Пределы допускаемой основной погрешности датчиков — преобразователей давления плюс-минус 0,1%; 0,15% (высокоточные); 0,2%; 0,25% (точные); 0,4%; 0,5%; 1,0%; 1,5%(технические) от диапазона измерений. Также преобразователи Д. могут иметь дополнительную погрешность от влияния внешних факторов: температуры и давл. окружающей среды (ОС), электрических помех, нестабильности питания, сопротивления нагрузки, вибрации прочих внешних воздействий.

Выходные сигналы преобразователей (датчиков) давления

Выходными сигналами измерительных преобразователей — датчиков давления могут быть:
1. Электрические унифицированные сигналы:
— токовые сигналы:
     прямые: 0-5мА, 0-20мА, 4-20мА;
     обратные (инверсивные): 5-0, 20-0, 20-4мА (используются в уровнемерах).
— сигналы напряжения постоянного тока: 0-10В, 0-5В, 0-1В и др.;
— сигналы напряжения переменного тока;
— частотные сигналы;
— индуктивные 0+10мГн или -10мГн…0…+10мГн;
— цифровой код:
протоколы стандартов ModBus, HART-протокола и других,
интерфейсы RS232, RS485, USB, M-Bus и др.
 

2. Пневматический унифицированный сигнал 20-100кПа
Давление на выходе 20кПа соответствует нулю измеряемого, а 100кПа — максимуму измеряемого диапазона (перепада для ДД), причем в линии питания очищенным сжатым воздухом должно поддерживаться Д. не менее 140кПа с расходом воздуха не менее 5 литров в минуту (для этого применяются специальные редуктора Д. с фильтром РДФ-3.1(с манометром) и РДФ-3-2 (без манометра).

Условия эксплуатации датчиков-преобразователей давления

Условия эксплуатации измерительных приборов основаны на отличии параметров измеряемой (ИС) и окружающей среды (ОС) рабочих условий от нормальных и стандартных (условий производства, хранения и т.п.), например:

— Диапазон измерения, возможность гидроудара:
Компенсируется тех. характеристиками преобразователя (расширенной перегрузочной способностью (допустимой перегрузкой) сенсора) или подавляются применением специальных технических средств — гасителей пульсаций (демпферы, сифонные петлевые импульсные трубки Перкинса и т.п.)).

— Температурные режимы измеряемой Тис и окружающей среды Тос:
Компенсируются характеристиками (расширенные температурные диапазоны по климатике — Тос(-50+80С), или высокотемпературным исполнением Тис свыше 150С измерительного блока преобразователя моноблочной или раздельной конструкции),
или применением перед преобразователем охладителей (радиаторов), соединительных рукавов мод.-55004 или сифонные петлевых отборных устройств Перкинса).

— Степень пылеводозащиты (код IP):
Ingress Protection Rating (англ.) — степень защиты от проникновения, обеспечиваемая оболочкой (корпусом): обычно степень пылеводозащиты преобразователей составляет от IP54, вплоть до IP68 (максимальная защита для полностью погружного исполнения).

— Высокая степень агрессивности ИС и ОС:
Компенсируется характеристиками преобразователя (см. специальные нестандартные исполнения: высокотемпературные (до 350°С), виброустойчивые, коррозионностойкие, кислотостойкие, абразивостойкие, гигиенические (для пищевых продуктов) и прочие исполнения) или применением защитно-разделительных устройств (разделители мембранные, рукава соединительные, сосуды (разделительные, конденсационные, уравнительные).

— Степень взрывоопасности среды (измеряемой-ИС или окружающей ОС):
При эксплуатации оборудования во взрывоопасных условиях необходимо применять датчики — преобразователи давления, имеющие взрывозащищенное исполнение (Exi, Вн: Exd/Exsd)
— Exi — искробезопасная электрическая цепь,
— Exd/Exsd (Вн) — взрывонепроницаемая оболочка (включает в себя Exi).

Параметры энергетического питания датчиков-преобразователей давления

Номинальные значения напряжения питания
Электрических преобразователей давления — обычно составляет
=36В постоянного тока (для датчиков с выходом 0-5мА),
=24В постоянного тока (для датчиков с выходом 4-20мА),
причем питание взрывозащищенных приборов (Exi) должно осуществляться стабилизированным напряжением =24В через барьеры искрозащиты/взрывозащиты (типа Корунд, БРИЗ, Искра и др.).
Минимальное значение напряжения питания для большинства датчиков составляет 9В, а максимальное может доходить до 42В.

Пневматических преобразователей (выход 20-100кПа) — давление сжатого воздуха, поступающего от компрессора через редуктор с фильтром (типа РДФ-3.1,-3.2):
140кПа + 10%, расход воздуха до 5 литров в минуту.

Способы монтажа и присоединения датчиков-преобразователей давления

— присоединение датчика к процессу (трубопроводу, импульсной линии):
может осуществляться через монтажный штуцер (резьба М20х1,5, М12х1,5, G1/2, G1/4 и др.) или с помощью монтажных фланцев с приварными ниппелями, быстросъемных разъемов и прочих присоединительных элементов;

— присоединение датчика к линии питания и/или съема сигнала:
для электрических преобразователей обычно используются сальниковый ввод, с заделанным кабельным выводом, зажимная цаега или специальные разъемы (типа DIN-43650 и др);
для пневматических датчиков — штуцерное присоединение, гайка с ниппелем.

— монтаж корпуса датчика возможен:
— на трубе:
     за штуцер (М20х1,5, G1/2 и т.п.)
     на кронштейне (кронштейн притягивается к трубе скобой, код КМЧ — СК)
— на плите (код ПЛ)
— настенный монтаж
— на 35мм DIN-рейку
— щитовой монтаж (за отбортовку в вырез щита)
— стоечный монтаж,
а также возможны и другие редко встречающиеся виды монтажа корпусов приборов.

Дополнительная информация о датчиках/преобразователях давления и принципах их действия

Датчик давления — это конструктивно обособленный преобразователь давления, физические параметры которого изменяются в зависимости от давления измеряемой среды: жидкости, газа, пара (далее, сокр.- ДД). В датчиках давление измеряемой среды преобразуется в унифицированный пневматический (20-100кПа) или разнообразные электрические сигналы (релейный, тока(мА), напряжения(В), индукции(мГн)) или цифровой код (интерфейс RS232, RS485, USB, M-Bus или HART, ModBus-протоколы).

Конструкция и принципы действия преобразователя давления

Датчик давления (далее сокр.-ДД) 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).

Основными отличиями одних 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 защищенности, вида и величины измеряемого давления и принципов его преобразования в выходной сигнал (например для электрического сигнала — это тензометрический, пьезорезистивный, ёмкостный, индуктивный, резонансный, ионизационный, пьезоэлектрический и другие методы):

Тензометрический метод измерения
Чувствительные элементы тензометрических преобразователей 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.

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.

Ёмкостный метод измерения
При емкостном методе измерения «Сердцем» сенсора 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), 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.

К недостаткам можно отнести индивидуальную характеристику преобразования давления, значительное время отклика, невозможность проводить измерения в агрессивных средах без потери точности показаний 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 преобразователи 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 линейной — она логарифмическая.

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

Методы регистрации сигналов преобразователей давления

Сигналы с датчиков-преобразователей 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 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-преобразователи с аналоговым выходным сигналом, например, 0—20мА, 4—20мА и 0—5В, 0,4—2В.

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

Определения, разъяснения и понятия о преобразователях

* — АЦП — Аналого-цифровой преобразователь (англ. Analog-to-digital converter, ADC) — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный бинарный код (цифровой сигнал).

Отличие датчика от манометра
В отличие от датчика-преобразователя в выходной сигнал, манометр — прибор, предназначенный для измерения (а не просто преобразования) давления. В манометре от давления зависят показания прибора, которые могут быть считанны с его шкалы, цифрового дисплея, барографа или аналогичного устройства.
 

Оглавление раздела:

В данном разделе представлены датчики-преобразователи давления: избыточного, абсолютного, вакуумметрического (разряжения), гидростатического и разности (перепада) - дифференциального давления в унифицированный выходной сигнал одного из нижеуказанных видов:

1. Преобразователи давления в сигнал постоянного тока 4-20мА, 0-5мА и цифровые сигналы (HART и др. протоколы): ПД-Р, Сапфир-22-МПС, АИР, Метран, КРТ, Зонд-10/20, МС-20, Корунд, ДМ5007, МИДА, МТ100, ПД-1, ПД100, DMP, DMK, DMD, ДДМ, ДМТ, МПЭ, ДМЭ-МИ, СДВ-И, АДМ, Курант, 415М, ЭнИ-100 и другие датчики.

2. Преобразователи давления в сигнал напряжения постоянного тока 0-1,5,10В: Зонд-10/20, ИПД, Мида-ПИ(ПА), DMP-330,-331 и другие датчики.

3. Преобразователи давления в пневматический выходной сигнал 20-100кПа: ДПП-2(1), ДМПК-100, 13ДД11, 13ДИ13, 13ДИ30, ГСП: НСП, МСП, ПЭ, ДПЭ-4 и др. пневматические датчики.

4. Преобразователи давления в сигнал взаимной индуктивности 0-10мГн:  датчики  индуктивные ДМ-3583М, ДКО-3702, ДД-41003(4), ДИ(ДИВ)-41001(2), МЭД.

5. Преобразователи гидростатического давления (уровня): погружные кабельные уровнемеры Зонд-10ГД, Корунд-ДИГ, УГЦ-1, LMP, LMK, ALZ; врезные резьбовые Зонд-10, LMP, LMK-331 и фланцевые Сапфир-22-ДГ.

Также рекомендуем ознакомиться со всей номенклатурой датчиков/преобразователей давления, в т.ч. специального назначения (высокотемпературные, для вязких и сыпучих продуктов и т.п.), автомобильными и техническими датчиками-реле (сигнализаторами) давления и  цифровыми электро-контактными манометрами ЭКМ.
Также рекомендуем прочитать статью «Сравнительный обзор видов, характеристик и рыночных цен на датчики давления».

Copyright © ТЕПЛОПРИБОР 2009 все права защищены, текст зашифрован, копирование отслеживается;
Авторский текст опубликован с разрешения правообладателя.
ГК Теплоприбор/Промприбор — производство и продажа КИПиА / Приборы и системы контроля техпроцессов / Преобразователи (датчики) давления избыточного, абсолютного, дифференциального (разницы перепада), вакуумметрического-разряжения, гидростатического давл. См. техописание/характеристики, прайс-лист (оптовая цена), форму заказа (как выбрать, заказать и купить) по цене производителя в наличии и под заказ со склада в Москве; способы доставки и отгрузки (ТК Деловые Линии и другими) по всей территории РФ. Дополнительную информацию см. официальный сайт ГК Теплоприбор.

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.

Вернуться в начало описания и переходу в Каталог датчиков.