Устройство и принцип работы датчиков давления, расхода и уровня

На главнуюКарта сайтаОбратная связь

О компании О компанииЭТАЛОН-ПРИБОРКомплексная промышленная автоматизация технологических процессов       Производство ПроизводствоПроизводство и внедрениеавтоматизированных технологических агрегатов       Проекты АСУТП Проекты АСУТППроектирование и внедрение АСУТП      Поставка КИПиАИзмерение давленияОднопредельныедатчики давленияПеренастраиваемыедатчики давленияРазделителиИзмерение уровняКондуктивные релеуровняВибрационные релеуровняТермодифференциальное реле уровняЕмкостные релеуровняЕмкостной сигнализатор уровнямодели VEGACAPГидростатическиеуровнемерыУльтразвуковыеуровнемеры и релеуровняРадарные уровнемерыМикроволновыесигнализаторы уровняМикроволновые сигнализаторыуровня модели VEGAMIPИмпульсныеуровнемерыМонтажныепринадлежности дляуровнемеровМонтажные принадлежности дляуровнемеровИзмерение расходаИзмерение расходаметодом переменногоперепада давленияЭлектромагнитныерасходомерыВихревые расходомерыРасходомер-счетчик модели DYУльтразвуковыерасходомерыРасходомер-счетчик модели UFM3030Расходомер-счетчик моделиOPTISONIC6300Кориолисовыемассовые расходомерыРасходомеры-счетчики серииRotamassРотаметрыРотаметр-счетчик модели RAMCРеле потокаРеле потока модели DWM 1000Реле потока модели VS5100Контрольфизико-химическихпараметровЖидкостный анализГазовый анализКонтроль влажностиИзмерение давления итемпературымеханическимисредствамиМанометрыОбщепромышленные, модель111.10/111.12Общепромышленные, для монтажав панель, модель 111.16Коррозионностойкие, модель131.11Общепромышленные, модель 212.20Виброустойчивыеобщепромышленные, модель213.40Виброустойчивыеобщепромышленные, модель213.53Коррозионностойкий, модель 232.30, 233.30Коррозионностойкий, модель232.50, 233.50Повышенной точности, модель312.20С защитой от перегрузок,модель 422.12, 423.12С пластинчатой пружиной,модель 432.50, 433.50Низкопредельные, повышеннойточности, модель 610.20Низкопредельные, общегоназначения, модель 611.10Низкопредельные, модель 611.13Низкопредельные, модель 612.20Низкопредельные, модель 632.50Дифференциальные, модель700.01/700.02Манометры модели 700.02Дифференциальные, модель702.01Дифференциальные, модель711.11Дифференциальные, модель711.12Дифференциальные, модель732.14Дифференциальные, модель732.51Дифференциальные,коррозионностойкие модель736.51Принадлежности для манометровРазделителиТермометрыВторичноеоборудованиеОтображение ирегистрация данныхРегулированиеПреобразованиесигналовЭлектропитаниеИПДTRIO POWERSTEP POWERS8VSВзрывозащитаПолезная информация Полезная информацияЭТАЛОН-ПРИБОРПолезная информация       Контакты КонтактыЭТАЛОН-ПРИБОРКонтакты

Датчики давления.Большая часть датчиков давле­ния строятся на принципе преобразования давления в механическое перемещение. Не считая механических систем, в которые входят мем­браны и трубчатые пружины, для измерения давления применяются также электронные и термические системы.

К датчикам давления с механическими воспринимающими органами относятся:

1)  жидкостные датчики давления(U-образные системы),

2)  поршневые системы,

3) пружинные системы: а) мембранные (плоские, бугристые, мягенькие); б) сильфоны; в) манометрические трубчатые пружины.

Разглядим устройство неких более нередко встречающихся датчиков давления.

Более обширно используются пружинные датчики давления.

Действие их основано на возникнове­нии упругой деформации пру­жины, являющейся чувстви­тельным элементом прибора. Деформация появляется при измене­нии давления снутри либо снаружи пружины. Изменение формы элемента передается на подвижную часть прибора со стрелкой, перемещающейся по шкале, при снятии давления чувствительный элемент воспринимает первоначальную форму.

В технических манометрах и вакуумметрах обычно применяются упругие пружины: одновитковые, многовитковые, плоские мембраны и сильфоны (гармониковые мембраны).

На рис. 1показаны виды пружинных датчиков давления.

Одновитковая трубчатая пружина(а)согнута по дуге практически в форме окружности примерно на 270°. В сечении пружина имеет вид эллипса. Изготовляется она из латуни (либо стали – для огромных давлений).

Один конец пружины запаян и является свободным. 2-ой конец пружины неподвижен и к нему подводится измеряемое давлениер. Давление вызывает деформацию пружины и переме­щение ее свободного конца.

Раскручивание пружины происходит по последующей причине. При увеличении внутреннего давления эллиптическое сечение стре­мится принять круглую форму, т.

е. малая ось эллипса начинает возрастать, а большая уменьшаться. В итоге появляются напряжения, которые будут раскручивать трубчатую пружину.

Свободный конец пружины при всем этом будет передвигаться пропор­ционально давлению снутри ее. Таким макаром, измеряемое дав­ление преобразуется в механическое перемещение свободного конца пружины. Величина этого перемещения обычно составляет 5—7 мм.

Многовитковая трубчатая пружина(б)имеет 6-9 витков поперечником около 30мм.Перемещение свободногоконцапружины существенно больше (до 15мм),чем у одновитковой пружины.

Еще огромным является тут и тяговое усилие. Обычно датчики в виде одновитковой трубчатой пружины используются в показываю­щих устройствах, а датчики в виде многовитковых трубчатых пружин – в самопишущих. Это разъясняется тем, что в самопишущих при­борах датчик должен владеть огромным усилием, достаточным для преодоления трения не только лишь в сочленениях передаточно-множительного механизма, да и трения пера о бумагу.

Плоская гофрированная мембрана(в)употребляется либо в от­дельности, либо в коробке из 2-ух гофрированных мембран. Приме­няется также мягенькая мембрана из плоской прорезиненной ткани, соединенной с плоской калиброванной пружиной.

Гармониковая мембрана — сильфон(г)представляет собой цилиндрическую коробку со стенами, имеющими равномерные поперечные складки (гофры). Измеряемое давление подается вовнутрь сильфона либо снаружи его.

По сопоставлению с плоской мембраной и мембранной коробкой гармоникообразная мембрана обладает большей чувствитель­ностью.

Сильфонные приборы предназначаются для измерения и записи лишнего давления и разрежения. Не считая того, эти приборы ис­пользуются в качестве вторичных устройств к устройствам, снаб­женным приспособлением для пневматической передачи показаний на расстояние.

Пружинные датчики давления в схемах автоматизации преобра­зуют механическое перемещение в электронный сигнал при по­мощи индуктивного, реостатного либо контактного датчиков.

На рис.

2приведена схема датчика давления типа МЭД. Давление, воспринимаемое трубчатой манометрической пружи­ной 1, преобразуется в перемещение конца манометрической труб­ки. Это перемещение передается плунжеру трансформаторного датчика2.Вторичным приборомявляется прибортипа ЭПИД.

Датчики расходабывают механические, тепловые, ионизационные, индукционные, акустические.

Механические датчики расходаделятся на датчики пере­менного и неизменного перепада, также датчики со сливным от­верстием.

Датчики расхода переменного перепада действуют по принципу появления перепада давления в сужающем устройстве, которое устанавливается на пути передвигающейся среды. Пере­пад давления является тут функцией расхода. Сужающее устройство является воспринимающим органом датчика расхода.

Датчики расхода неизменного перепада (ротаметры) употребляют сужающие органы для регулирования сечения с целью поддерживать неизменным пере­пад давления.

На рис.

3приведена схема ротаметра с индуктивным датчиком. Ротаметр состоит из ко­нической трубки1и поплавка2.При движении воды либо газа в кольцевом зазоре меж поплавком и стенами трубки создается перепад давления, который делает силу, действующую навстречу силе веса поплавка. Положение поплавка в конической трубке определяется величиной расхода.

Ротаметры производятся как показывающие приборы и как дат­чики.

Обмотка индуктивного датчика помещена снаружи на трубке сопла. Металлический поплавок является сердечником катушки 3 индуктивного датчика. При изменении расхода поплавок переме­щается и изменяет индуктивность катушки, таким макаром, расход преобразуется в электронный сигнал.

Датчики уровня. Очень всераспространенными являютсяпоплавковые датчики.Поплавковый датчик состоит из поплавка – органа, воспринимающего уровень воды; проме­жуточного органа – механической связи, модифицирующей и пере­дающей механическое воздействие выходному органу, представ­ляющему собой датчик перемещения.

Датчики уровня могут быть основаны на измерении веса и гидростатического давления воды, на использовании электронных параметров воды (конфигурации сопротивления, ем­кости, индуктивности).

_____________________________

Придется покопаться в памяти и вспомнить: как отыскать диагональ параллелепипеда.

_____________________________

Российская индустрия выпускает датчики уровня раз­личных типов.

На рис. 4приведена схема поплавкового дат­чика уровня с реостатным датчиком R на выходе. По свидетельствам милливольтметраmVсудят об уровне водыНв сосуде.

Датчики давления являются устройством, выдающим сигналы на выходе, зависящие от давления измеряемой среды. Сегодня не обходятся без точных датчиков определения давления. Они применяются в автоматизированных системах всех отраслей промышленности.

Многие датчики давления функционируют на преобразовании давления в движение механической части. Кроме механических элементов (трубчатые пружины, мембраны) для замеров используются тепловые и электрические системы. Электронные элементы дают возможность осуществить производство датчиков давления на электронных элементах.

Датчик давления состоит из:

Первоначальный преобразователь вместе с чувствительным элементом.Корпус датчика, имеющий разные конструкции.Электрическая схема.

Классификация и принцип работы

Волоконно-оптические

Этот тип датчиков считается самым точным в работе, которая не имеет большой зависимости от изменений температуры. Элементом точной чувствительности действует оптический волновод. Давление в волоконно-оптических приборах определяется путем поляризации света, прошедшего по элементу чувствительности, и колебаниям амплитуды.

Оптоэлектронные датчики давления

Датчики давления состоит из нескольких слоев, через которые проходит свет.

Один слой меняет свойства от величины давления среды. Меняются 2 параметра: величина преломления и размер слоя. Методы изображены на рисунках.

При изменении свойств будет изменяться характеристика света, проходящего через слои.

Фотоэлемент производит регистрацию изменений. Преимуществом оптоэлектронных приборов стала высокая точность.Датчики легко определяют давление, имеют повышенное разрешение, чувствительность, стабильны к действию температуры.Перспективность оптоэлектронных приборов обуславливается работой на интерференции света, использованием интерферометра для замера малых перемещений. Основные составляющие элементы датчика – кристалл оптического анализатора с диафрагмой, фотодиод и детектор.

Детектор составляют три светодиода.К 2-м фотодиодам прикреплены оптические фильтры, которые имеют отличия по толщине. Фильтры состоят из кремниевых зеркал, имеющих отражение от лицевой части поверхности, которые имеют слой оксида кремния. Поверхность напылена слоем алюминия малой толщины.Световой преобразователь подобен емкостному датчику.Его диафрагма смоделирована способом травления, которая покрыта металлическим тонким слоем.

Стеклянная пластина снизу покрыта металлическим слоем. Между подложкой и стеклом есть промежуток, образованный двумя прокладками.Два металлических слоя образуют интерферометр с изменяемым воздушным промежутком. В его состав вошли: зеркало на стекле стационарного вида и меняющее положение зеркало на мембране.

На подобной основе изготавливают чувствительные датчики размером 0,55 мм. Они легко проходят через ушко иглы.Оптическое волокно взаимосвязано с сенсором.

В нем с помощью управления микропроцессора подключается монохроматический свет, который вводится в волокно.Делается замер интенсивности обратного света, по калибровке рассчитывается наружное давление и результат показывается на экране. Сенсоры используют в медицине для проверки давления внутри черепа, измерения кровяного давления в артериях легких. Другими методами в легкие добраться невозможно.

Магнитные

Магнитные датчики давления еще называют индуктивными.

Элементом чувствительности служит Е-пластина, в центре расположена катушка, и проводящая мембрана. Она расположена на малом расстоянии от конца пластины. При подсоединении обмотки образуется магнитный поток, он идет через пластину, промежуток воздуха и мембрану.

Магнитная проницаемость воздуха в зазоре в 1000 раз слабее мембраны и пластины.

Малое изменение параметра зазора приводит к значительному изменению индуктивности.При воздействии давления мембрана изгибается, сопротивление катушки меняется.Преобразователь переводит изменение в сигнал тока. Измерительный рабочий элемент преобразователя сделан по схеме моста, обмотка включена в плечо. АЦП подает сигнал от элемента измерения в виде сигнала от давления.

Емкостные

Датчики давления самой простой конструкции, состоящий из плоских электродов (2 шт.) с зазором. Электрод сделан мембраной, на нее давит измеряемое давление.

Меняется размер зазора. Такой вид датчика образует конденсатор с меняющимся зазором. Величина емкости конденсатора меняется при изменении промежутка от пластин или от электродов в данном случае.

Для определения очень небольших изменений давления приборы наиболее применимы и эффективны.

Они дают возможность произвести замеры избыточного давления в различной среде. На предприятиях при выполнении технологических процессов, в которых задействованы системы воздушного и гидравлического оборудования, в насосах, компрессорах, на станках емкостные датчики нашли широкое применение. Датчик емкостного вида имеет конструкцию, которая имеет стойкость к вибрациям, скачкам температуры, защищена от химической и электромагнитной среды.

Ртутные

Также простая конструкция прибора.

Действует по закону о сообщающихся сосудах. На одну емкость давит давление, которое нужно измерить. По величине другого сосуда – определяется давление.

Пьезоэлектрические

Элементом чувствительности в этом датчике служит пьезоэлемент. Это вещество, создающее электрический сигнал во время деформации. Такое свойство называется прямым пьезоэффектом.

В измеряемой области находится пьезоэлемент, который образует ток, прямо зависящий от значения давления. Сигнал в датчике из пьезоматериала образуется только при деформации. При неизменном давлении нет деформации, поэтому датчик годен только для проведения замеров среды с быстро изменяемым давлением.

Если давление не будет изменяться, то не будет деформации, пьезоэлектрик не сгенерирует сигнал.

Пьезоэлектрики нашли использование в первичных преобразователях потока водяных вихревых счетчиков, и других сред.

Их устанавливают парами в трубу с проходом в несколько сотен мм за предметом обтекания. Фиксируют вихри. Количество и частота вихрей прямо зависят от скорости потока и расхода по объему.

Пьезорезонансные

В отличие от вышеописанного вида датчика здесь применяется обратный пьезоэффект, то есть, форма материала пьезоэлемента изменяется от тока подачи.

Применяется резонатор в виде пластины из пьезоматериала. На пластину с двух сторон нанесены электроды. На них подключается по очереди напряжение питания с разным знаком, пластина производит изгиб в обе стороны в зависимости от полярности поданного напряжения и частоты.

Если воздействовать на пластину силой, чувствительной мембраной к давлению, то резонатор изменит частоту колебаний. Частота резонатора укажет значение давления на мембрану, которая оказывает давление на резонатор.

На рисунке изображен пьезорезонансный датчик с абсолютным давлением, который сделан герметичной камерой 1. Она достигается корпусом 2, основанием 6, мембраной 10.Мембрана крепится на электронную сварку к корпусу.

Держатели закреплены на основании перемычками. Силочувствительный резонатор удерживает держатель.Мембрана 10 давит на втулку 13 и шарик 6, который закреплен в держателе. Шарик давит на чувствительный резонатор 5.

Проводка закреплена на основании 6, необходима для слияния резонаторов с генераторами.Сигнал на выходе абсолютного давления образуется по схеме путем разности генераторных частот. Датчик находится в активном термостате 18 с неизменной температурой 40 градусов. Давления для измерения поступает через штуцер 12.

Резистивные

Другим названием этот датчик называется тензорезистор. Это элемент, который меняет собственное сопротивление при деформации.

Такие тензорезисторы монтируют на мембрану, которая чувствительна к изменяющемуся давлению. В результате при приложении силы на мембрану происходит ее изгиб, из-за этого изгибаются тензорезисторы, которые на ней закреплены. На тензорезисторах меняется сопротивление и значение тока цепи.

Растяжение элементов из проводников на каждом тензорезисторе ведет к увеличению длины и снижению сечения. В итоге сопротивление повышается.При сжатии процесс происходит наоборот.

Изменения сопротивления незначительные, поэтому для обработки сигнала применяются усилители. Деформация переделывается в изменение сопротивления проводника или полупроводника, а затем в сигнал тока.Тензорезисторы выполнены в виде проводящего зигзагообразного элемента, или из полупроводника, который расположен на гибкой подложке, приклеенной к мембране. Подложка сделана из слюды, полимерной пленки или бумаги.

Элемент проводника – из полупроводника, тонкой проволоки или фольги, напыленных на металл в вакуумном состоянии.Чувствительный элемент соединяют с цепью измерения выводами из проволоки или площадками контактов. Тензорезисторы чаще имеют размер площади до 10 мм2. Они более подходят для замера давления, веса, силы нажатия.

Советы по выбору и приобретению датчиков давления

Тип давления.

Важно определить, что вы будете измерять. Есть несколько типов давления: барометрическое, избыточное, вакуумное, относительное, абсолютное.Интервал разбега давления.Класс защиты датчика. Для разных условий работы определены свои степени защиты от пыли и влаги.Термокомпенсация.

Эффекты температуры: например, расширение предметов, создают значительные помехи на результат измерения датчика. Если температура всегда изменяется в среде, то нужна термокомпенсация. Про границы температур тоже нельзя забывать.Вид материала.

Свойства материала играют значительную роль для агрессивных условий.Тип сигнала выхода. Бывают цифровой вид и аналоговый. Нужно также учесть интервалы выхода сигнала, количество проводов.

Похожие темы:

Иногда многим людям может потребоваться измерить давление. Для этого необходимо использовать датчики давления. Их принцип работы основан на преобразовании давления в механическое перемещение.

Кроме, механических систем, для измерения давления также могут использоваться механические и тепловые системы.

Датчики давления

Механические датчики давления состоят из:

Жидкостных датчиков давления.Поршневых систем.Пружинных систем.

Теперь пришло время рассмотреть датчики движения, которые встречаются наиболее часто. Наиболее часто на сегодняшний день используют пружинные датчики давления. Их действие будет основано на том, что возникновении упругой деформации пружины, которая считается пружинным элементом прибора.

При изменении давления будет возникать деформация внутри и снаружи. Изменение формы определенного элемента будет передаваться на подвижную часть прибора со стрелкой. При снятии давления элемент примет прежнюю форму.

В технических манометрах чаще всего применяются упругие пружины:

Одновитковые.Многовитковые.Плоские мембраны.Сильфоны.

Раскручивание пружины будет происходить из-за того, что при увеличении внутреннего давления эллиптическое сечение будет стремиться принять круглую форму. В результате этого могут возникать напряжения, которые будут раскручивать пружину.

Свободный конец будет перемещаться прямопропорционально давлению внутри ее. Таким образом, можно сказать о том, что измеряемое давление будет преобразовываться в механическое перемещение свободного конца пружины. Величина такого перемещения чаще всего будет составлять 5-7 мм.

Многовитковая трубчатая пружина будет иметь 6-9 витков. Перемещение свободного конца пружины значительно больше, чем у одновитковой пружины.

Обычно датчики в виде одновитковой пружины могут применяться в показывающих приборах. В большинстве случаев это будет связано с тем, что в самопишущих приборах датчик должен иметь большое усилие, которого хватит для преодоления трения. В нашем разделе также есть статья о том, как работает тензодатчик.

Плоская гофрированная мембрана будет использоваться отдельно. При необходимости также можно применять плоскую прорезиненную ткань, которая будет плотно соединена с плоской калиброванной пружиной. Гармоникообразная мембрана отличается от других, так как имеет наибольшую чувствительность.

Сильфонные приборы предназначаются для измерения и записи избыточного давления в схемах автоматизации. Кроме этого, подобные устройства также можно использовать в качестве вторичных приборов к устройствам, которые имеют приспособление для пневматической передачи показаний на расстояние. Пружинные датчики давления в схемах позволяют преобразовывать механическое перемещение в электрический сигнал с помощью индуктивного или контактного датчика.

На рисунке выше представлена схема датчика давления типа МЭД. Здесь сначала давление будет восприниматься трубчатой манометрической пружиной.

В дальнейшем оно будет преобразовываться в перемещение конца манометрической трубки. Это перемещение также может передаваться плунжеру трансформаторного датчика. Вторичным приборов в этой конструкции считается устройство типа ЭПИД.

Специалисты сообщают, что датчики расхода на сегодняшний день могут быть:

Механические.Термические.Ионизационные.Индукционные.Акустические.

Важно знать! Механические датчики расхода разделяются на датчики переменного и постоянного перепада. Также могут быть датчики со сливным отверстием.

Датчики расхода будут действовать по принципу возникновения перепада давления в сужающем устройстве. Перепад давления в этом случае является функцией расхода.

Сужающее устройство считается воспринимающим органом датчика расхода. Датчики расхода постоянного перепада (ротаметры) используются для регулирования сечения с целью поддерживания постоянным перепада давления. Если будет интересно, тогда можете прочесть про принцип работы термопары.

На рисунке, который расположен выше вам предоставлена схема ротаметра с индуктивным датчиком. Ротаметр состоит из:

Конической трубки.Поплавка.

Во время движения жидкости или газа в кольцевом зазоре между поплавком и трубками будет создаваться перепад давления, который в дальнейшем будет создавать силу, действующую навстречу силе веса поплавка, который здесь расположен. Ротаметры на сегодняшний день могут выполняться, как показывающие приборы и как датчики.

Обмотка индуктивного датчика располагается на трубке сопла. Железный поплавок в свою очередь будет являться сердечником катушки индуктивного датчика. При изменении расхода поплавок может перемещаться и соответственно изменять индуктивность катушки.

Датчики уровня

В последнее время наиболее распространенными устройствами считаются поплавковые датчики.

Поплавковый датчик будет состоять из: поплавка, промежуточного и выходного органа. Поплавок – это орган, который позволяет воспринимать уровень жидкости. Преобразующий орган позволяет механическое воздействие выходному органу.

Датчики уровня могут быть основаны на измерении веса и гидростатического давления, а также на использовании электрических свойств жидкости.

Отечественная промышленность старается выпускать датчики давления разнообразного типа. Теперь вы точно знаете, принцип работы датчиков давления, расхода и уровня. Надеемся, что эта информация была полезной и интересной.

электромагнитное реле.

Источники:

• www.etalon-chel.ru
• elektrica.info
• electrosam.ru
• dekormyhome.ru