Что такое датчик давления
Датчик давления – прибор, определяющий показатели давления в среде пара, газа или жидкости. Полученные показатели преобразовываются в код или сигнал пневмонического, или электрического типа.
Сегодня датчики этого типа, имеют широкую область применения и используются в нефтяной и газовой промышленности, коммунальном хозяйстве и водоснабжении, судоходном и автомобильном транспорте, а также в пищевой, химической, металлургической и других областях.
Классификация датчиков давления
Давление – физическая единица, играющая важную роль в большинстве промышленных процессах. Этот показатель, определяет силу, которая действует на конкретную площадь. Существуют такие виды давления для измерений:
- Абсолютное. Давление атмосферы вместе с избыточным давлением;
- Избыточное. Представляет собой разность между показателями абсолютного давления с аналогичными показателями окружающей среды.
- Дифференциальное. Разница давления между двумя координатами.
Для проведения измерений каждого типа существует отдельные виды датчиков: дифференциальный, абсолютный и относительный.
Особенности выбора датчика давления
Чтобы система, которую контролируют давлением, была высокоэффективной и функционировала корректно, необходимо, купить датчик давления, который будет адаптирован к условиям эксплуатации.
Также устройство сможет выдавать точные показатели продолжительное время без необходимости частого техобслуживания и замены. При выборе крайне важно учитывать основные факторы, обеспечивающие пригодность устройства в конкретной сфере эксплуатации:
- диапазон рабочего давления;
- чувствительность и точность прибора;
- тип измеряемой среды, ее физические и химические характеристики;
- эксплуатационные условия (температура, загазованность, влажность, запыленность и т.д.)
Виды измерения давления
Сегодня измерить давление можно применив один из нескольких методов. Помимо визуального замера высоты измеримого вещества в резервуаре, используется электрический метод и упругая деформация.
Способ, основанный на принципе деформации, построен на законе Гука, гласящем, что степень деформирования определяет силу прикладываемого давления. Данный тип замеров использует три вида датчика:
- Сильфоны.
- Трубки Бурдона.
- Диафрагмы.
Метод электрического измерения заключается во влиянии колебаний размера на электросопротивление проводника. Приборы, принцип которых основан на сопротивлении называются тензодатчики.
Существуют и другие типы электрических датчиков, к примеру, индуктивные, емкостные, пьезометрические и т.д.
Как работают датчики давления?
Из-за различных условий измерения, диапазонов и материалов, используемых в датчиках, датчики давления имеют разнообразные конструкции. Часто давление можно превратить в некую промежуточную форму, такую как смещение, определив величину отклонения на диафрагме, расположенной на одной линии с жидкостью. Затем датчик преобразует это смещение в выходной электрический сигнал, например напряжение или ток. Учитывая известную площадь диафрагмы, можно рассчитать давление. Датчики давления имеют шкалу, обеспечивающую метод преобразования в инженерные единицы измерения.
Три самых универсальных типа датчиков давления – это резистивные (на основе тензодатчиков), емкостные и пьезоэлектрические датчики.
Датчики на базе моста сопротивления
Из всех датчиков давления, датчики с мостом Уитстона (на основе тензорезистора) наиболее распространены, поскольку они предлагают решения, соответствующие различным ограничениям точности, размера, прочности и стоимости. Датчики на базе мостов могут измерять абсолютное, избыточное или дифференциальное давление, как в высоком, так и низком диапазоне. Они используют тензодатчик для обнаружения деформации диафрагмы, на которую действует применяемое давление.
Когда изменение давления приводит к отклонению диафрагмы, соответствующее изменение сопротивления отображается на тензодатчике, которую можно измерить с помощью кондиционированной системы сбора данных. Фоллийные тензодатчики можно прикрепить непосредственно к диафрагме или к механически соединенному с диафрагмой элементу. Иногда также используются кремниевые тензодатчики. Для этого метода вы травите резисторы на основе кремния и используете трансмиссионную жидкость для передачи давления от диафрагмы к подложке.
Ёмкостные датчики давления
Датчик давления с переменной емкостью измеряет изменение емкости между металлической диафрагмой и металлической неподвижной пластиной. Емкость между двумя металлическими пластинами изменяется, если расстояние между двумя пластинами изменяется вследствие приложенного давления.
Пьезоэлектрические датчики давления
Пьезоэлектрические датчики полагаются на электрические свойства кристаллов кварца, а не преобразователь на базе резистивного моста. Эти кристаллы, когда деформируются, генерируют электрический заряд. Электроды передают заряд от кристаллов к усилителю, встроенному в датчик. Эти датчики не нуждаются в внешнем источнике возбуждения, но они чувствительны к ударам и вибрации.
Кондиционированные датчики давления
Датчики, содержащие интегральные схемы, такие как усилители, называются усиленными датчиками. Эти типы датчиков могут быть изготовлены с использованием мостовых, емкостных или пьезоэлектрических преобразователей. В случае усиленного датчика на основе моста, сам блок обеспечивает резисторы и усиление, необходимое для измерения давления непосредственно с помощью устройства сбора данных. Хотя возбуждение все равно должно быть обеспечено, точность возбуждения менее важна.