Всё просто, но есть некоторые нюансы. Например, условно возьмем два датчика на одинаковое давление, в одинаковом корпусе, с одинокой резьбой и так далее. Один датчик будет стоить определенную сумму, другой — в 5, а то и в 10 раз дороже. Почему? Всё зависит от условий эксплуатации. Выбор датчика зависит от того куда он устанавливаться. Рассмотрим теоретическую часть, условия эксплуатации и практическое применение.
Для выбора промышленного датчика давления нужно определить:
- Измеряемое давление.
- Измеряемую среду (газы, пар, вода и т. д.).
- Температуру.
- Внешние условия эксплуатации. Монтируется в помещении или на улице, есть ли влажность и т.д.
- Нужна ли устойчивость к гидроударам.
- Требованиям взрывозащиты . Необходимо для котельных, газорегуляторных пунктов и других опасных производственных объектов.
- Нужна ли гос. поверка. Для многих производств — обязательна нужна! Если вы дома собираете насосную станцию вам поверка не нужна и периодичность поверки тоже вам не важна.
- Класс точности. Обычно везде высокий класс точности, зависит от применения — места установки.
Датчик давления — устройство, физические параметры которого изменяются в зависимости от давления измеряемой среды (жидкости, газа, пара). Типичный датчик давления состоит из корпуса внутри которого сенсор, на выходе датчика - аналоговый сигнал 4-20 мА.
Начнём с давления. Барометрическое давление (атмосферное) — это абсолютное давление земной атмосферы. Название получило от измерительного прибора — барометра, который определяет атмосферное давление в определённый момент времени при определённой температуре и на определённой высоте над уровнем моря. Вокруг нас как и внутри человеческого тела примерно 1 бар — внесистемная единица измерения давления, примерно равная одной атмосфере. 1 бар = 0,986923 атм.
По виду измеряемого давления датчики делятся на:
Датчик вакуумметрического давления (ДВ) измеряет давление меньше атмосферного. Давление в отрицательных значениях.
Датчик абсолютного давления (ДА) измеряет давление относительно абсолютного вакуума.
Датчик избыточного давления (ДИ) измеряет разницу между давлением среды и атмосферным.
Датчик дифференциального давления (ДД) измеряет разницу давлений между двумя точками или средами.
Датчик относительного давления (ДГ) измеряют давление относительно окружающей среды или соседнего пространства.
На практике чаще всего используются датчики избыточного давления (ДИ), вакуумметрического (ДВ) и избыточно-вакуумметрическое (ДИВ). В некоторых случаях используются датчики дифференциального давления (ДД) и абсолютного давления (ДА).
На самих датчиках давления указывается давление в МПа, но в быту чаще всего используют бары и атмосферы, которые практически равны: 1 бар ≈ 1 атм ≈ 0,1 МПа. Для упрощения понимания будем использовать бары. Например, нам нужен датчик для сетевой холодной воды с давлением в 4 бар. Можно выбрать на 0...6 или на 0...10 бар. На 6 будет работать точнее, но нужно учесть, что максимально давление в системе не должно превышать 6 бар! Рассмотрим как будет работать наш датчик. При давлении 0 бар будет выдавать 4 мА на выходе, а при давлении 6 бар – будет выдавать 20 мА, так как он жестко настроен на диапазон 0…6 бар. Наше измеряемое давление сетевой воды будет в диапазоне. Если поставить датчик на 0...10, 0...16, 0...25 бар и т.д наше давление в 4 бар тоже как бы в диапазоне, но из-за того что наш датчик выдаёт сигнал в виде токовой петли точность измерения снизится. Диапазон значений: 4 мА соответствует минимальному или нулевому значению сигнала, 20 мА — максимальному. Преобразователь формирует ток в диапазоне 4–20 мА, пропорциональный измеряемому давлению, и чем выше максимальное давление, тем более «размытой» будет реакция на изменение давления в нужном нам диапазоне в 4 бара.
Вывод такой, что нужно выбирать датчик с небольшим запасом по давлению, Но если возможно даже кратковременное увеличение давления выше измеряемого, то это максимальное давление должно тоже входить в диапазон. Перед установкой преобразователя необходимо убедиться, что рабочий диапазон давлений на технологическом объекте находится внутри диапазона измерения преобразователя. Несоблюдение данного указания может привести к серьезному повреждению или поломке оборудования.
Рассмотрим измеряемая среду и температуру. Для так скажем «простых» сред — жидкостей, газов и даже пара, можно использовать датчик давления с керамической измерительной мембраной у них максимальная измеряемая температура до 135 °С.. Но керамика боится гидроударов, поэтому если есть гидроудары нужно рассматривать датчики с другими измерительными мембранами. Если выбрать другой датчик без керамики, например, с сенсором типа КНК у которого чувствительный элемент в изготовленный по технологии «кремний-на-кремнии», то максимальная измеряемая температура будет уже меньше до 100 °С.
Если измеряемая среда - пар (температура больше 100 °С), датчик давления можно установить трубку Перкинса (сильфонную трубку) которая предназначена для защиты датчика преобразователя давления или манометра от воздействий измеряемой среды. Давление в трубке такое же как в измеряемой среде, температура будет ниже.
Трубку Перкинса используется для пассивного охлаждения рабочей среды перед измерительным прибором, поэтому значительного снижения температуры ждать от неё не стоит, но срок службы датчика будет выше. Следовательно где это возможно приваривается бобышка с внутренней резьбой G1/2, в бобышку устанавливается трубка Перкинса у которой с обоих сторон наружная резьба G1/2, потом трехходовой кран, а уже в кран вкручивается датчик давления.
Если используется трехходовой кран у которого с одной стороны сантехническая резьба 1/2, а с другой стороны метрическая М20х1,5 датчик давления подключается к метрической М20. Промышленные датчики давления бывают с разной резьбой M24×1,5, M20×1,5, G1/2 или G1/4, на практике чаще всего встречаются с резьбой M20×1,5.
Если установили Трубку Перкинса, но температура среды всё равно выше 130 °С тогда нужно использовать мембранные разделители сред предназначены для защиты датчиков давления, манометров и других приборов от контакта с агрессивными, несущими взвешенные частицы измеряемыми средами. Защита устройства осуществляется путем передачи давления к измерительному прибору через разделительную мембрану и нейтральную жидкость. Если использовать разделитель с мембраной из фторопласта, то можно максимальная температура измеряемой среды уже до 150 °С.
Само решение использования разделителя сред больше про сама разделение — защиты чувствительных элементов манометров, датчиков и других средств измерения (СИ) от воздействия агрессивных, загрязнённых, высоковязких или кристаллизующихся сред, нежели про увеличение максимальной температуры. На практике в большинстве случаев если высокая температуре (например, рабочая среда — пар) используются трубки Перкинса. Исходя из конкретной задачи можно выбрать, что будет предпочтительнее трубка или мембранный разделители сред.
Для измерения уровня жидкости используется погружной гидростатический датчик давления столба жидкости с повышенным IP. Его можно целиком погрузить в жидкость. Для сильнозагрязнённых, высоковязких, коксующиеся сред используются датчики с торцевой открытой мембраной. В котельных, газорегуляторных пунктах и других взрывоопасных установках используются датчики с соответствующими требованиям взрывозащиты, на корпусе латинскими буквами указывается Ex. Датчику всё равно что измерять давление воздуха, воды или любой другой измеряемой среды, но для каждой среды есть свои исполнения. Для сильнозагрязнённых — датчики с торцевой открытой мембраной, для природного газа — взрывозащищенные и искробезопасные и так далее.
Классы точности:
1,0 (предел допускаемой основной погрешности — ±1,0%) — технологический учёт, системы мониторинга;
0,5 (предел допускаемой основной погрешности — ±0,5%) — общепромышленные измерения, технологический контроль;
0,25 (предел допускаемой основной погрешности — ±0,25%) — контроль давления в технологических процессах нефтегазовой отрасли;
0,1 (предел допускаемой основной погрешности — ±0,1%) — эталонные установки, прецизионные измерения, метрологические лаборатории;
На практике чаще встречаются 0,5 или 0,25 . Более высокий класс точности 0,25 — всегда дороже. Но даже с классом точности 1 сама точность датчика будет 99 %, что хватает для большинства задач.
Подытожим. Сперва выбираем тип давления – избыточное или вакуумметрическое и т. д. Потом шкалу давления. Должен быть небольшой запас по давлению и чтобы максимальное возможное давление тоже было в диапазоне. Далее – измеряемая среда, оцениваем, с чем будет работать датчик и какая температура среды. Отталкиваясь от измеряемой среды и условий эксплуатации, выбираем резьбу подсоединения, класс точности и, при необходимости, дополнительные опции – заводскую поверку, стойкость к влаге, искробезопасную цепь и так далее.