Преобразователь (датчик) давления - виды и применение

Преобразователь давления (датчик давления) – это техническое устройство, деятельность которого направлена на постоянное измерение давления в различных средах с последующим преобразованием полученной величины в стандартизированное значение напряжения или тока.

Под давлением понимается некая сила, оказываемая на единицу площади.

Паскаль (ПА) – это унифицированная единица измерения давления.

Классификация преобразователей

Классификация преобразователей давления строится на основе вида измеряемого давления. В связи с этим выделяются определенные группы устройства.

Преобразователи избыточного давления

Данный тип преобразователей считается одним из самых популярных и востребованных. Это обусловлено прямым назначением устройства. Оно измеряет давления в различных сферах относительно давления атмосферы. 

Фото - преобразователь избыточного давления

Весомым преимуществом датчиков избыточного давления является их относительно невысокая стоимость.

Это позволяет использовать устройства в большинстве основных отраслей: системы отопления, пищевая промышленность, жилищно-комунальное хозяйство, энергетика, системы водоочищения и водоснабжения, системы кондиционирования и др. 

Востребованность этого вида датчика также объясняется его универсальной конструкцией и возможностью измерения давления в водной среде. 

Преобразователи абсолютного давления

Направления функционирования данного типа – это учет давления, которое создается средой относительно абсолютного разряжения. Чаще всего такие преобразователи можно встретить в химической и медицинской промышленности.

Фото - преобразователь абсолютного давления

Узкая сфера применения объясняется усложненной конструкцией, которая заключается в стальной корпус. Нержавеющая сталь – максимально благоприятный металл для использования в химической отрасти. Отсюда стоимость такого устройства значительно выше, чем у преобразователей избыточного давления.

В настоящее время выпускаются серии датчиков, модификация которых позволяет использовать их для контроля уровня иных видов давления.

Преобразователи вакуумметрического давления

Функционирование этого вида устройства ориентировано на измерение уровня разряженного воздуха (вакуума) относительного давления в атмосфере.

Фото - преобразователь вакуумметрического давления

Самые распространенные отрасли применения данного типа – пищевая промышленность и автомобилестроение.

Также их используют при металлургическом литье под вакуумом. 

Преобразователи гидростатического давления

Подобные устройства можно отнести к разновидности преобразователей избыточного давления.

Они способны измерять давление гидростатического уровня в некристализирующихся жидкостях, газах, неагрессивных средах.

Фото - преобразователь гидростатического давления

Основной сферой использования таких датчиков является система очистки и подачи воды. То есть они незаменимы в водоканальных и водонапорных системах, очистных сооружениях и др. 

Устройство датчиков давления

Устройство датчиков разных типов и производителей несколько отличаются друг от друга. Однако в настоящее время разработана унифицированная схема преобразователей с ее основными элементами. См. рис. 1. 

Рис.1 - Схема устройства датчиков давления

Исходя из рисунка, видно, что стандартная конструкция преобразователей давления состоит из следующих элементов:

1. Кабельный ввод. В этом месте к устройству подсоединяется электрический кабель для подачи напряжения. Учитывая различные области применения устройств, в том числе и водную среду, кабельный ввод должен быть максимально защищен от попадания влаги. Для его герметизации устанавливается сальник PG9. Это самый частотный вариант изоляции ввода, однако, применяют сальники типа PG16, M20x1,5 и др. 
2. Клеммы. Этот элемент предназначен для фиксации электрического кабеля внутри преобразователя. Без использования клемм невозможно надежно подключить питание к датчику. Большинство моделей предполагают систему подключения в два провода, сигнал на выходе которых составляет 4…20 мА.
3. Плата питания. Данная часть конструкции обеспечивает питание электрической энергией всех электронных составляющих преобразователя. Также этот элемент предполагает защиту устройства от случайных искр внутри. 
4. Корпус электроники. Это элемент, в котором располагаются электронные элементы датчика. Таким корпусом обладают дорогостоящие модели преобразователей. Это говорит о высоком качестве и надежности устройства. Более бюджетные модели имеют единый корпус, в котором располагаются элементы электроники и остальные составляющие. 
5. Преобразовательная плата. Данная часть считается сердцем преобразователей любого типа. Ее основная функция заключается в преобразовании первичного сигнала устройства в заданный электрический сигнал или сигнал тока. 
6. Корпус датчика. Составляющая часть датчика, в котором располагаются все элементы, в том числе и корпус электроники с преобразовательной платой и платой питания. 
7. Провода и атмосферная трубка. Провода используются в устройстве для подачи напряжения и распространения электрической энергии. Обычно они представляют  собой кабельный шлейф. Его ширина и количество дорожек зависит от типа датчика его модели и сферы применения.
   Атмосферная трубка предназначается для соединения сенсора давления с атмосферным давлением. Как правило, она имеет вывод из корпуса устройства. Наличие такой трубки встречается в датчиках избыточного и вакуумного типа. 
8. Технологическое соединение. С помощью этого элемента осуществляется непосредственное присоединение датчика к другому аппарату, трубопроводу, резервуара и т.д.
   Разновидностями технологических соединений являются: резьбовое, фланцевое соединение, санитарное соединение (молочная гайка) и др. 
9. Сенсор давления. Этот компонент датчика считается наиболее важным и сложным в плане устройства и функционирования. Иное название сенсора – первичный преобразователь. Его главная функция – преобразование оказываемого давления в электрический сигнал, который проходит дальнейший процесс унификации на преобразовательной плате. 

Разновидности сенсоров преобразователей давления

В настоящее время разработано и практикуется 4 вида сенсоров, которые используются всеми известными производителями преобразователей давления. 

1. Толстопленочные сенсоры на металлической/керамической мембране. Этот вид считается бюджетным, поэтому устанавливается в большинство моделей датчиков, которые применяются в неагрессивных средах. Основными особенностями данного типа являются: 

• Низкая стоимость.
• Возможность учета давления только от 1бар и более.
• Невысокая точность срабатывания.
• Отсутствие термокомпенсации.

2. Тонкопленочные сенсоры на стальной мембране. Данный тип используется в датчиках, которые предназначены для функционирования в средах повышенного давления (от 100бар). Они отличаются высокой четкостью срабатывания. Обладают следующими характеристиками: 

• Высокая точность срабатывания.
• Применение при высоких давлениях. 
• Отсутствие термокомпенсации.

3. Керамические сенсоры. Такие сенсоры устанавливаются на преобразователи давления для неагрессивных сред. Важно учитывать область применения, так как керамика может использоваться далеко не во всех областях. Применять датчик с таким сенсором нельзя, например, в пищевой промышленности или для измерения давления в вязких средах. Данную разновидность датчика применяют все ведущие производители. Основными особенностями являются: 

• Использование для низких и высоких давлений. 
• Высокая точность срабатывания. 
• Текстурная поверхность корпуса. 

4. Кремниевые сенсоры. Отличительной особенностью этих датчиков является наличие защитной мембраны из нержавеющей стали. Ее наличие позволяет использовать сенсор в датчиках любого типа. То есть он может сверхточно выполнять свою функцию в любых средах, в том числе и в вязких. Главные особенности: 

• Высокая точность срабатывания. 
• Использование для низких и высоких давлений. 

Таким образом, выбор преобразователя давления должен основываться на том, в какой области он будет применяться, какой сенсор в нем используется и к каким нагрузкам готово устройство.