Датчик давления и преобразователь давления в чем разница
Тема: Типы давления
Опции темы
Отображение
— какими датчиками ОВЕН каждое из давлений измеряется?
— применение преобразователей давления в различных процессах промышленности (и не только)
Автор: Антон Колеров, продукт-менеджер по датчикам давления
Ниже та же статья для тех, кто хочет почитать ее прямо здесь
Что такое давление?
Давление – это физическая величина, равная отношению силы давления движущихся молекул вещества к площади поверхности. Разделяют давление твёрдых и текучих сред. И именно для измерения давления сплошных текучих сред (жидкостей и газов) используются преобразователи (датчики) давления.
Особенности измерения давления текучих сред
Давления текучих сред измеряются относительно двух различных уровней (опорных точек):
• уровень абсолютного вакуума – состояние среды, из которого удалены все молекулы и атомы (состояние вещества в космосе);
• уровень текущего атмосферного (барометрического) давления – давление на открытом воздухе в данной местности. Этот уровень постоянно меняется из-за метеорологических процессов.
Типы давлений в измеряемых датчиками процессах
Давление абсолютное (ДА) – это давление, отсчитываемое от точки абсолютного нуля («космического» вакуума). Измеряется крайне редко в силу сложной технической реализации, как правило, в лабораторных или сверхвысокоточных установках.
Примеры точек измерения ДА:
· установка по верификации авиационных двигателей;
· сублимационная сушка;
· узел коммерческого учёта газа.
Для измерения абсолютного давления в подобных процессах обычно используют преобразователи давления ОВЕН ПД100И-ДА модели 1х1. Наиболее применяемая модификация – ОВЕН ПД100И-ДА1,0-111-0,25. 
Давление избыточное (ДИ) – это давление, отсчитываемое от текущего атмосферного давления в сторону увеличения. Избыточное давление указывает, насколько давление внутри процесса больше атмосферного. Избыточное давление – самое распространённое.
Примеры точек измерения ДИ:
· давление в подающем трубопроводе в ИТП, ЦТП, котельной;
· давление воды после насоса «подъёма» воды на водоканале;
· давление до и после редуктора в газораспределительном узле ГРП / ГРЩ.
Для измерения избыточного давления в гидро- и пневмосистемах, системах водоподготовки, котельной автоматике и объектах газового хозяйства применяются датчики ОВЕН ПД100-ДИ модели 1х1, которые характеризуются повышенной точностью измерения и устойчивостью к гидроударам. Наиболее востребованная модификация – ОВЕН ПД100-ДИ1,0-111-0,5.
Давление дифференциальное (ДД) или «перепад» – это разница давлений между двумя произвольными точками (местами) в измеряемом процессе, как правило, отсчитываемое от точки с меньшим абсолютным давлением в сторону большего.
Примеры точек измерения ДД:
· уровень жидкостей в герметичных ёмкостях с избыточным давлением;
· засорение вентиляционного фильтра и контроль работы вентилятора;
· контроль износа подшипника ротационного счётчика газа.
Для измерения перепада давления или расхода измеряемой среды применяются преобразователи давления ОВЕН ПД200-ДД модели 155. Наиболее востребованная модификация ОВЕН ПД200-ДД0,007-155-0,1-2-Н.
Давление вакуумметрическое (ДВ) или «разрежение» («тягометрия») – это давление, отсчитываемое от текущего атмосферного давления в сторону уменьшения.
Примеры точек измерения ДВ:
· разрежение в топке котла котельной;
· давление в испытательной вакуум-камере.
Для данных измерений применяют преобразователи ОВЕН ПД100И-ДВ модели 121 с высокочувствительным сенсором. Присоединение «торцевая мембрана» позволяет производить измерение сильнозагрязнённых и вязких сред. Наиболее востребованная модификация – ОВЕН ПД100И-ДВ0,1-121-0,5.
Давление избыточно-вакуумметрическое (ДИВ) или «тягонапорометрия» – это давление, средняя точка (12 мА) характеристики которого соответствует текущему атмосферному давлению. Одним датчиком измеряется как разрежение (4 мА), так и избыточное давление (20 мА) относительно средней точки.
Примеры точек измерения ДИВ:
· давление в дымоходе котельной;
· дымосос литейной печи;
· давление в «чистом» помещении.
Для данных измерений применяют преобразователи ОВЕН ПД100И-ДИВ модели 811. Они измеряют низкие давления неагрессивных газов, в том числе печных и горючих. Самая востребованная модификация ОВЕН ПД100И-ДИВ0,0005-811-1,5. 
Давление гидростатическое (ДГ) – это избыточное давление столба жидкости над точкой погружения датчика, отсчитываемое от текущего атмосферного.
Примеры точек измерения ДГ:
· уровень воды над насосом в скважине водозабора;
· уровень воды в сточной ёмкости водоканала;
· уровень воды в водонапорной башне Рожновского.
Для измерений уровня жидкости используют датчики ОВЕН ПД100И-ДГмодели 167 с измерительной мембраной из нержавеющей стали и встроенным гидрометрическим кабелем. Данная модель имеет степень пылевлагозащиты IP68. Самая применяемая модификация ОВЕН ПД100И-ДГ0,04-167-0,5.10.
Преобразователь давления. Общая информация
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 несколько видов.
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 давления, 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).
| Единицы | Па | кПа | МПа | кгс/см² | мм рт.ст. | мм вод.ст. | бар |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 Па | 1 | 10 –3 | 10 –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 | 0,010 197 16 | 7,500 62 | 101,971 6 | 0,01 |
| 1 МПа | 1 000 000 | 1 000 | 1 | 10,197 16 | 7 500,62 | 101 971,6 | 10 |
| 1 кгс/м 2 | 9,806 65 | 9,806 65 х 10 –3 | 9,806 65 х 10 –6 | 0,000 1 | 0,073 555 9 | 1 | 98,066 5 х 10 –6 |
| 1 кгс/см 2 | 98 066,5 | 98,066 5 | 0,098 066 5 | 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 | 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 | 0,000 1 | 0,073 555 9 | 1 | 98,066 5 х 10 –6 |
| 1 бар | 100 000 | 100 | 0,1 | 1,019 716 | 750,062 | 10 197,16 | 1 |
Конструкция преобразователей давления
На рисунке снизу приведена общая схема конструкции преобразователей давления. В зависимости от типа датчика, производителя прибора и особенностей применения, конструкция может меняться. Данная схема предназначена для ознакомления с основными элементами типового измерительного преобразователя давления.
На рынке существует 4 основных типа сенсоров, основанных на тензорезистивном методе преобразования, которые используют все существующие производители преобразователей давления. Рассмотрим каждый тип отдельно.
Типы сенсоров
1. Толстопленочные сенсоры на металлической/керамической мембране
Данный тип тензорезистивных сенсоров является самых дешевым, и, как следствие, широко используется для производства недорогих преобразователей давления неагрессивных сред (вода, воздух, пар).
Толстопленочные сенсоры обладают следующими особенностями:
2. Тонкопленочные сенсоры на стальной мембране
Тонкопленочные сенсоры на стальной мембране были разработаны специально для применения в составе преобразователей высокого (более 100 бар) давления. Они обеспечивают хорошую линейность и повторяемость при работе с высокими значениями давления.
Особенности тонкопленочных сенсоров:
3. Керамические тензорезистивные сенсоры
Данный вид сенсоров используется для высокоточного измерения давления сред, не агрессивных к материалу керамики (как правило Al2O3), кроме пищевых продуктов (т. к. необходимо использование уплотнителя сенсора) и вязких сред. Данный тип сенсоров используют практически все ведущие производители преобразователей давления.
4. Кремниевые тензорезистивные сенсоры
Кремниевые тензорезистивные сенсоры широко применяются всеми ведущими производителями преобразователей давления в сочетании с защитной разделительной мембраной из нержавеющей стали (или других химически стойких сплавов) для высокоточного измерения давления различных сред. Использование сварной разделительной мембраны из нерж. стали позволяет применять данный тип сенсоров в пищевой промышленности и для вязких сред.
Руководитель отдела маркетинга ООО «КИП-Сервис»
Стариков И.И.
Как правильно выбрать преобразователь давления
Давление, эта важнейшая после температуры физическая величина, является определяющей во многих технологических процессах.
Преобразователи давления предназначены для измерений и непрерывного преобразования давления в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, напряжения или в цифровой сигнал.
Используются датчики в регуляторах и других устройствах автоматики в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в системах водообработки, отопления, вентиляции и кондиционирования; гидравлических системах, холодильной технике, расходомерах и счетчиках; дизельных двигателях; тормозных системах; уровнемерах, в испытательных стендах и т.д.
Индустриальные измерения и контрольно-измерительная аппаратура применяются во всех областях промышленности — от атомной до пищевой и фармакологической; соответственно, везде нужны и преобразователи давления и преобразователи уровня.
Принцип действия датчиков основан на упругой деформации чувствительного элемента (сенсора), на который нанесены полупроводниковые тензорезисторы, включенные по схеме моста Уинстона. Измеряемое давление подводится через штуцер в рабочую полость датчика и вызывает деформацию диафрагмы. Это приводит к изменению геометрии резисторов, находящихся с ней в тесной механической связи и изменению их сопротивления. Происходит преобразование приложенного давления (механический вход) в изменение сопротивления (электрический выход).
Мы предлагаем следующий алгоритм, чтобы правильно подобрать датчик для Вашего применения:
1. Тип измеряемого давления
Преобразователи давления измеряют разность двух давлений, воздействующих на измерительную мембрану (чувствительный элемент) датчика. Одно из этих давлений — измеряемое, второе — опорное, то есть то давление, относительно которого происходит отсчет измеряемого. В зависимости от вида опорного давления все датчики разделяются на следующие виды:
Практически все наши преобразователи давления имеют модификации для измерения как абсолютного так и избыточного (в том числе разряжения) давлений. Подробнее Вы можете ознакомиться в разделе продукция/преобразователи давления.
Преобразователи 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.
Преобразователи избыточного (относительного) давления
Предназначены для измерения величины избыточного давления жидких и газообразных сред. Опорное давление — атмосферное; таким образом, одна сторона мембраны соединена с атмосферой.
Преобразователи дифференциального (разности, перепада) 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.
В нашей линейке предствалены датчики
Преобразователи гидростатического давления (преобразователи уровня)
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. Изменение атмосферного давления компенсируется при помощи капиллярной (дыхательной трубки)
Преобразователи вакууметрического давления (разряжения)
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.
2. Среда использования датчика
Для надежной работы датчиков необходимо выбирать материалы элементов, контактирующих с измеряемой средой (мембран, фланцев, кабеля и уплотнительных колец) химически стойкими к этим средам. Например, для различных сред эксплуатации материалом мембран сенсоров может быть нержавеющая сталь, титан, титановый сплав, хастеллой, керамика, Kynar и др. Материал кабеля особенно актуален для погружных гидростатических датчиков давления. Для питьевой воды идеально подойдет полиэтиленовый PE кабель, для не агрессивных промышленных сред полиуретановый PUR. Если же Вы собираетесь использовать датчик в топливе или агрессивной жидкости, то оптимальным решением будет термопластичный эластомер (Hytrel) или тефлон (PTFE). Все эти материалы мы используем и предлагаем в своих модификациях датчиков Келлер.
3. Климатическое исполнение
4. Выходной сигнал
Рассмотрим основные типы:
Тип выходного сигнала прежде всего зависит от уже имеющегося оборудования и стоящей перед Вами задачи. Для этого необходимо изучить входы, которые имеют используемые контроллеры, приборы, машины или регуляторы. Все перечисленные сигналы мы используем в наших датчиках давления, а также и многие другие.
Для автономных приборов мы бы посоветовали использовать датчики с цифровым интерфейсом I2C с данными датчиками Вы можете ознакомиться здесь. Если же Вам не удобно работать с цифровым выходом, то лучше использовать датчики с минимальным напряжением питания например 3,5V — это датчики 33X или 5V — это датчики 21Y.
5. Точность измерений
Преобразователи давления имеют различные метрологические характеристики (классы точности) – обычно от 0,05% до 0,5%. Особо точные датчики используются на важных объектах в различных отраслях промышленности. Опционально датчики серии 33x могут иметь основную погрешность до 0,01% ВПИ (доступно только для диапазонов >10 бар).
На рисунке представлен датчик без температурной компенсации и с температурной компенсацией осуществляемой по специальным алгоритмам микропроцессором в преобразователях давления Келлер.
Особое внимание следует уделять стабильности датчиков давления. Ведь даже очень точный датчик спустя нескольких часов работы при температурных циклах в широком диапазоне начинает давать дополнительную погрешность более 0,5%ВПИ. Что говорить, если эти циклы будут продолжаться месяцами и даже годами!
Некоторые виды датчиков давления имеют взрывозащищенное исполнение. Эти модели могут успешно использоваться для определения давления на взрывоопасных объектах с присутствием взрывчатых и легко воспламеняющихся газов и жидкостей. В линейке Келлер представлены как преобразователи с искробезопасной цепью, так и преобразователи со взрывонепроницаемой оболочкой.
Преобразователи давления относятся к измерительной технике и должны проходить обязательные сертификационные испытания. После этого они утверждаются и вносятся в Госреестр средств измерений.
Надеемся, что данный материал поможет Вам лучше ориентироваться при выборе преобразователей давления.
Как правильно подобрать преобразователь (датчик) давления
Одной из наиболее важных физических величин после температуры является давление. Именно эта физическая величина во многих технологических процессах является определяющей. Преобразователи давления используются для выполнения измерений и постоянного преобразования давления в унифицированный выходной сигнал напряжения, постоянного тока или в цифровой сигнал.
Применяются датчики давления в различных регуляторах и других автоматических устройствах в системах автоматического регулирования, контроля и управления технологическими процессами в системах отопления, водообработки, кондиционирования и вентиляции; холодильной технике, гидравлических системах, счетчиках и расходомерах; тормозных системах; дизельных двигателях; уровнемерах, в разнообразных испытательных стендах и т.д.
В данной статье предлагается нижеописанный алгоритм, который поможет правильно выбрать датчик давления для определенного его использования:
Тип давления, которое требуется измерить
Подавляющее большинство преобразователей давления имеют специальные модификации для выполнения измерения как избыточного, так и абсолютного давлений, в том числе давления разряжения.
Преобразователи абсолютного давления
Этот тип преобразователей предназначен для выполнения измерений величины абсолютного давления газообразных и жидких сред. В роли опорного давления выступает вакуум. Воздух, который находится во внутренней полости чувствительного элемента датчика, откачивается. К примеру, барометр является частным случаем датчика абсолютного давления.
Преобразователи относительного или избыточного давления
Этот тип преобразователей давления предназначены для выполнения измерений величины избыточного давления газообразных и жидких сред. Опорное давление, по сути, является тем же атмосферным давлением; таким образом, одна из сторон мембраны соединяется с атмосферной средой.
Преобразователи перепада или разности давления или дифференциального давления
Этот тип преобразователей предназначен для выполнения измерений разности давления среды и применяется для выполнения измерений расхода пара, газа, жидкостей и их уровня. Давление подается на одну и другую стороны мембраны, и именно от разности давления зависит сигнал, который получается на выходе.
Преобразователи гидростатического давления или, как их еще называют, преобразователи уровня
Этот тип преобразователей предназначен для выполнения преобразований гидростатического давления среды, которую контролируют, в сигналы постоянного тока. Проводят измерения давления столба жидкости, которое зависит только от высоты этого столба жидкости и от плотности самой данной жидкости. Дыхательная или, иными словами, капиллярная трубка компенсирует изменения атмосферного давления.
Преобразователи вакууметрического давления или преобразователи разряжения
Этот тип преобразователей предназначен для выполнения измерений величины вакуумметрического давления газообразных и жидких сред. Опорное давление в данных датчиках также является атмосферным. Но следует знать, что в отличие от датчиков избыточного давления, измеряемое давление здесь меньше атмосферного, то есть существует разряжение относительно атмосферы.
Преобразователи избыточного давления-разряжения
Среда, в которой будет использоваться датчик
Для того, чтобы работа датчика была надежной, требуется выбирать такие материалы элементов, которые контактируют с средой измерения, например, кабеля, фланцев, мембран и уплотнительных колец, которые являются химически устойчивыми к этим средам. К примеру, для разнообразных сред эксплуатации материалом для мембран сенсоров может служить керамика, титановый сплав, чистый титан, нержавеющая сталь, хастеллой и другие разнообразные материалы. Материал кабеля наиболее важен для датчиков давления, которые классифицируются как погружные гидростатические. Например, для питьевой воды отличным вариантом будет выступать полиэтиленовый PE кабель, для неагрессивных же сред в промышленности отлично подойдет полиуретановый PUR кабель. Если же пользователь собирается применять датчик давления в агрессивной среде или в топливе, то наиболее правильным решением будет являться термопластичный эластомер или тефлон.
Ниже будут рассмотрены главные типы:
Итак, подытожим, вид используемого сигнала на выходе в первую очередь зависит от оборудования, которое уже имеется в наличии, и от задачи, которая стоит перед пользователем. Для этого требуется в полной мере изучить входы, которыми оснащены имеющееся оборудование: машины, приборы, регуляторы или контроллеры.
Преобразователи давления обладают различными метрологическими характеристиками, то есть классами точности. Обычно эти показатели лавируют от 0,05 % и до 0,5 %. Наиболее точные датчики давления применяются на самых важных объектах в разнообразных промышленных отраслях.
Особое внимание необходимо посвятить вопросу стабильности работы датчиков давления. Следует помнить, что даже датчик с очень высоким показателем точности после нескольких часов беспрерывной работы при температурных циклах с широким диапазоном изменения температур начнет давать дополнительную погрешность, которая будет более 0,5% от верхнего предела диапазона измерения (ВПИ).
Некоторые типы датчиков давления выполнены во взрывозащищенном исполнение. Эти модификации могут успешно применяться для определения давления на различных взрывоопасных объектах, на которых присутствуют легко воспламеняющиеся и взрывчатые жидкости и газы.
Следует помнить, что преобразователи давления относят к измерительной технике. ПО этой причине они должны проходить в полной мере все обязательные сертификационные испытания. После выполнения этой процедуры они утверждаются и вносятся в Госреестр средств измерений.