Преобразователи или датчики избыточного давления необходимы во многих отраслях промышленности. Они позволяют контролировать большинства технологических процессов. Сложно представить современную теплоэнергетику и водоснабжение без таких измерительных приборов.
Физическая сущность давления
Распределенная сила, с которой одно тело воздействует на другое, находящееся с ним в контакте. Для жидкости или газа оно является одним из основных параметров состояния. Единицами измерения давления являются:
• паскаль;
• килограмм∙сил/см2 или килограмм сил/м2;
• pound-force per square inch (фунт-сила на квадратный дюйм).
Для лабораторных расчетов чаще всего используются Па, КПа или МПа, тогда как килограмм∙сил/см2 или атмосферы (технические) можно увидеть в производстве. Дюймы-силы на квадратный дюйм используются странами с английской метрической системой, поэтому цифровые приборы, произведенные ими часто имеют шкалу измерения в psi.
Виды преобразователей
Устройство преобразователей давления разнообразно, выделяют пять основных видов приборов:
1. механические;
2. с преобразователем дифференциально-трансформаторного типа;
3. с компенсацией магнитными потоками;
4. с силовой компенсацией;
5. тензопреобразователи.
Механические
Когда говорят о механических измерителях давления, чаще всего подразумевают деформационные манометры. Рабочая среда или среды, в случае измерения разности давлений, воздействуют непосредственно на чувствительный элемент, по изменению характеристик которого и определяется измеряемая величина.
По элементу, который подвергается воздействию среды с избыточным давлением, различают следующие виды манометров:
• пружинные;
• сильфонные;
• мембранные.
Благодаря простоте устройства и дешевизне они получили широкое распространения, особенно как манометры прямого действия, независящие от подачи электроэнергии.
Устанавливаемые на трубопроводы и сосуды высокого давления, пружинные манометры основаны на изменении размера трубчатой пружины. Стрелка на дисковой шкале показывает значение давления рабочей среды. Существуют модификации данной конструкции. Дополнительные стрелки с электрическими контактами позволяют устройству сигнализировать о выходе измеряемой величины из рабочего диапазона.
В сильфонных преобразователях чувствительным элементом является кремнеорганическая жидкость в специальном закрытом чувствительном элементе. К нему подводятся две трубки, связанные уравнительный линией, это позволяет измерять не только избыточное давление, но и разницу. Перемещение штока под действием гидравлической жидкости и используется для передачи информации о величине измеряемого параметра. При этом сильфонный манометр может комплектоваться различными передающими и отображающими устройствами, как прямыми шкалами, так и цифровыми.
Преобразователь давления с мембранным чувствительным элементом используется для измерения напора. Чаще всего в теплоэнергетике применяются устройства с мембранными коробками. Ими измеряют, например, избыточное давление воздуха, подающегося дутьевыми вентиляторами в топки котлов. Для отображения значение измеряемой величины может быть использовано как механическое, так и цифровое устройство.
Электрические преобразователи
Дифференциально-трансформаторные преобразователи используются для передачи сигнала от чувствительного элемента к регистрирующему прибору. Они давно известны и зарекомендовали себя как простые и надежные устройства. По этой причине они повсеместно распространены.
Чувствительный элемент передает изменения давления ферромагнитному сердечнику, который создает электрическое напряжение в двух вторичных обмотках. Его можно передать на достаточно большое расстояние к вторичному прибору. В нем расположен подобный преобразователь, который позволяет отслеживать давление.
В пьезоэлектрических приборах, а также в тензопреобразователях используется принцип зависимости электрических свойств чувствительного элемента от давления рабочей среды. Особым образом изготовленные пластинки из кристаллов кремния при действии на него давления вырабатывает электрическое напряжение. При этом, при действии статического давления, это напряжение рассеивается, поэтому пьезоэлектрические преобразователи используются только для измерения на двигателях и насосах.
В тензопреобразователях чувствительным элементом является мембрана с размещенными на ней резисторами, сопротивления которых меняется при приложении к мембране избыточного давления. Цифровой блок интерпретирует изменения электрических параметров чувствительного элемента и определяет значение избыточного давления с высокой точностью. Недостатком этого вида устройств является наличие значительного температурного коэффициента. Электрическая схема прибора включает специальный терморезистор, сопротивление которого зависит от температуры и не зависит от давления.
Для работы в интеллектуальных системах управления производственными процессами электрические преобразователи комплектуются микропроцессорными преобразователями аналогового сигнала. Цифровой сигнал такого преобразователя позволяет построить схему дистанционного управления, например, на электростанции.
Точное измерения избыточного давления обеспечивает емкостной преобразователь. Рабочая среда воздействует на разделительные мембраны, между которыми находится заполненная нейтральной жидкостью полость с чувствительной мембраной. Она является подвижной обкладкой дифференциального конденсатора, изменение размеров которого позволяет измерить изменение давления рабочей среды.
Подобный механизм преобразования демонстрируют также манометры, построенные на базе кристаллического резонатора или манганиновой проволочной катушки, чьи электрические характеристики изменяются под действием приложенной к ней силе.
Промышленное применение датчиков давления
Для измерения избыточного давления рабочей среды в трубопроводах используются механические приборы, которые надежны и не зависят от наличия электрического тока. По ним определяют характеристики рабочей среды «по месту». Более совершенные электрические приборы используются для построения мнемосхем и дистанционного управления трубопроводной арматурой или агрегатами. Обычно они работают в паре с механическими.
Без надежных преобразователей давления эксплуатация сетей тепло и водоснабжения невозможна.
Добавить комментарий