Датчики давления (ДД) – это приборы, преобразующие давление измеряемой среды в электрический сигнал для дальнейшего управления процессами. Обсудим подробно тематику ДД, предоставим практические рекомендации по выбору подходящего датчика для различных нужд.
Принцип действия ДД
В основе работы любого ДД лежит преобразование физического воздействия давления в электрический сигнал. Типичный процесс обычно включает в себя следующие этапы:
- Измерение рабочих параметров. ДД контактирует со средой, анализирует давление. Это может происходить через мембрану, сильфон, трубку Бурдона или что-то еще.
- Преобразование механического воздействия. В ходе воздействия чувствительный элемент ДД деформируется, перемещается или изменяет свои физические свойства.
- Преобразование параметров в электрический сигнал. Деформационные процессы, перемещение или изменение свойств чувствительного элемента преобразуется в электрический сигнал. Среди них – сопротивление, емкость, индуктивность, напряжение.
- Обработка, представление сигнала. Данные обрабатываются встроенной электроникой, калибруются и преобразуются в стандартный выходной сигнал, например, напряжение (0-5 В, 0-10 В), ток (4-20 мА) цифровой сигнал (Modbus, HART).
Виды ДД
Существует множество видов ДД, которые используют свой уникальный принцип работы, подходят для определенных условий эксплуатации. Рассмотрим наиболее распространенные виды:
Тензометрические ДД
Измеряют электрическое сопротивления тензорезисторов – специальных резисторов, чувствительных к деформации посредством давления. Тензорезисторы наклеиваются на мембрану, а та в свою очередь деформируется от давления. Хороши тем, что выпускаются в компактном формате, подходят для широкого применения.
Пьезорезистивные ДД
Работают на пьезорезистивном эффекте. В этом случае сопротивление полупроводникового материала изменяется под воздействием механического напряжения. Среди преимуществ этого вида ДД – высокая чувствительность измерений, компактные размеры, доступность.
Емкостные ДД
Измеряют емкость конденсатора посредством давления. Мембрана ДД является одной из обкладок конденсатора, и ее деформация изменяет расстояние между обкладками, что приводит к изменению емкости. Такие ДД устойчивы к вибрациям, подходят для применения в широких температурных условиях.
Индуктивные ДД
Замеряют индуктивность катушки под воздействием давления. Мембрана перемещает сердечник катушки, что изменяет ее индуктивность. Среди явных преимуществ – высокая надежность, возможность работы в агрессивных средах.
Пьезоэлектрические ДД
Работа базируется на пьезоэлектрическом эффекте, при котором некоторые материалы (например, кварц) создают электрический заряд при механическом напряжении. Дают скорое время отклика, рассчитаны на сложные условия эксплуатации. Используются для измерения динамического давления, например, в двигателях внутреннего сгорания, системах контроля вибраций.
ДД с трубкой Бурдона
Используют изогнутую трубку, которая выпрямляется при изменении давления. Степень выпрямления пропорциональна давлению. Зарекомендовали себя за счет простоты конструкции, надежности измерений, низкой стоимости.
Как выбрать ДД: ключевые параметры и факторы
Перед покупкой принимайте во внимание следующие параметры и факторы:
- Измерительный интервал. Оцените минимальные и максимальные пороги давления. Выбирайте ДД с диапазоном ожидаемого давления больше на 12-30% для обеспечения запаса прочности.
- Рабочая среда. Учитывайте химический состав рабочей среды. Некоторые среды бывают коррозионными, требуют от прибора устойчивости к коррозии.
- Погрешность работы. Определите требуемую точность измерения. Обычно эта величина выражается в процентах от диапазона измерения (%FS – Full Scale). Чем выше точность, тем дороже обойдется ДД.
- Рабочая температура. Учитывайте диапазон рабочих температур, в котором будет эксплуатироваться ДД. Выбирайте прибор с подходящим температурным интервалом, чтобы избежать ошибок или повреждения датчика.
- Размер и монтаж. Учитывайте размеры ДД, способ его монтажа.
- Время отклика. Если требуется быстрое измерение давления – купите ДД с коротким временем отклика.
Следите за обновлениями блога компании Эиком. Будет еще много полезной и интересной информации.