Отзывы о товаре

Сертификаты

Обзоры

Цены и наличие товара во всех магазинах и складах обновляются 1 раз в час. При достаточном количестве товара в нужном вам магазине вы можете купить его без предзаказа.

Цена в магазинах — розничная цена товара в торговых залах магазинов без предварительного заказа.

Срок перемещения товара с удаленного склада на склад интернет-магазина.

Представленные данные о запчастях на этой странице несут исключительно информационный характер.

ef5e5457cda4f47122b322940b7ea600

Добавление в корзину

Доступно для заказа:

Кратность для заказа:

Отменить

Товар успешно добавлен в корзину

!

В вашей корзине на сумму

Закрыть

устройство, принцип работы и проверка

Как известно, система смазки двигателя выполняет важнейшие функции, исключая сухое трение и обеспечивая охлаждение в местах контакта сопряженных деталей. Также моторное масло смывает продукты механического износа  и всевозможные отложения с поверхностей. Как правило, основным показателем исправной системы смазки является герметичность и способность поддерживать необходимое давление масла в двигателе.

Именно по этой причине на большинстве авто есть указатель давления масла на панели приборов. В случае неполадок на указатель в салоне посылает сигнал аварийный датчик давления масла. Далее мы рассмотрим, где стоит датчик давления масла, какие датчики бывают, а также как проверить датчик давления масла в двигателе.

Содержание статьи

Масляный датчик: как устроен и работает

Начнем с того, что уровень масла всегда должен быть не выше и не ниже нормы. Также важно убедиться, чтобы само масло было в нормальном состоянии, подходило для двигателя по вязкости и другим характеристикам. Давление  масла тоже должно быть в пределах нормы.

Только в этом случае силовой агрегат получает возможность достаточно долго работать с минимальным износом и потерями на трение. Однако если по каким-либо причинам  работа масляной системы нарушается, это может привести к быстрому выходу двигателя из строя.

В отдельных случаях мотор может заклинить, что весьма опасно, если машина находится в движении. Чтобы своевременно предупредить водителя о том, что давление масла упало, устанавливается специальный датчик.

При этом бывает и так, что с системой смазки и двигателем все в порядке, однако датчик сигнализирует о том, что с давлением проблемы.  Другими словами, на панели горит лампочка давления масла. Так или иначе, чтобы точно определить причину, нужно знать, как выполняется проверка и замена датчика давления масла.

• Итак, на тех или иных ДВС указанный датчик стоит в разных местах. Например, на ВАЗ-2112 с 16-клапанным мотором датчик давления масла   расположен с левой стороны двигателя на торце корпуса возле подшипников распредвала. Чтобы точно определить место установки и где находится датчик давления масла, нужно изучить мануал конкретного авто.

Идем далее. Что касается видов датчиков, можно выделить:

• электронный датчик давления масла;
• механический датчик давления масла;

Первый вариант часто называется аварийным, так как он работает по принципу «есть давление» или «нет давления». При этом точных данных устройство не дает.

Как правило, основной его задачей является только информирование о том, что в двигателе давление масла упало до критической отметки и мотор нужно срочно глушить.

Само собой, минусом такого датчика является то, что зачастую даже если водитель успевает быстро заметить загорание лампочки и заглушить двигатель, без последствий для ДВС это не обходится.  

Также добавим, что некоторые авто имеют сразу два датчика, то есть решения обоих типов. Это позволяет точно определить давление масла, а также вовремя среагировать на сигнал, который посылает датчик аварийного давления масла, если давление критически низкое.

• Если рассматривать принцип работы датчика масла, тогда электронный аналог намного проще, чем механический. С одной стороны, это означает более высокую надежность, хотя с другой именно такое решение не способно отобразить точные данные по давлению.

Конструктивно электронный датчик масла включает в себя:

1. корпус;
2. мембрану;
3. контакты;
4. толкатель.

Указанный датчик подключен к электрической цепи,  куда также интегрирована лампочка-индикатор аварийного давления. Когда мотор заглушен, мембрана выпрямлена и толкатель задвинут, а контакты замкнуты. Если в это время подать питание на датчик, лампочка аварийного давления масла загорится, что обычно водители наблюдают во время пуска двигателя.

После того, как мотор начал работать и маслонасос создал нужное давление, указанное давление масла продавливает мембрану, которая контактирует с толкателем. Толкатель попросту размыкает контакты, лампочка масла на панели приборов гаснет. Если же давление неожиданно упадет ниже допустимого, контакты замкнутся и загорится аварийный индикатор. То же самое произойдет, если неисправен датчик.

• Механический датчик давления масла сложнее, в его устройстве можно выделить: корпус, мембрану, толкатель, ползунок, а также нихромовую обмотку и дополнительные элементы.

Работает такой датчик подобно электронному, то есть масло давит на мембрану, которая двигает толкатель. Далее от толкателя усилие передается на механизм, меняющий сопротивление. Благодаря такой работе данные по давлению поступают на стрелочный указатель на панели приборов.

При этом показания более точные, а сами данные будут отличаться в зависимости от того, в каком положении находится ползунок на пластине с нихромовой обмоткой. В результате водитель может не только заметить критическое снижение давления, но и вовремя обнаружить, что мотор работает в условиях масляного голодания или сниженного давления смазки.

Датчик масла: проверка своими руками

Чтобы проверить датчик давления масла, нужно определиться с тем, какой именно тип устройства стоит на машине.  Если решение электронное, тогда следует знать, как проверить электронный датчик давления масла. Для проверки нужен насос с манометром, резиновый шланг и тестер — мультиметр.

Чтобы провести диагностику, датчик масляный снимается с автомобиля, после чего мультиметром проверяется его цепь на предмет обрыва.  Далее к датчику подключается насос, а также мультиметр.

Оптимально использовать насос с манометром, чтобы не превысить максимальное давление, так как в этом случае повышаются риски выхода датчика из строя.  Соединив все элементы, насосом нужно создать небольшое давление, чтобы мембрана прогнулась и сдвинула толкатель. На мультиметре стрелка должна показать бесконечность. После нужно насосом подать давление, которое приближено к максимуму для конкретного датчика.

Также нужно рассмотреть, как проверить механический датчик давления масла.  Сразу отметим, принцип проверки не отличается от диагностики электронного аналога.  Единственное, нужно снять как сам датчик, так и стрелочный индикатор.

Далее насос подключается через резиновый шланг к датчику масла, соединение необходимо реализовать максимально герметично. Далее остается только подавать разное давление, проверяя показания по манометру на насосе.

В процессе проверки при подаче того или иного давления значения фиксируются, после чего нужно сверять их с показателями сопротивления. После того, как несколько показаний будут отмечены, их сравнивают с таблицей оптимальных значений.

При этом такая таблица для разных авто будет отличаться. По этой причине следует заранее изучить техническую документацию к авто, задать вопрос специалистам или изучить профильные форумы.

Результатом рассмотренных выше действий становится возможность оценить как общую работоспособность датчика давления масла, так и определить точность его показаний и т.д. Кстати, даже если датчик рабочий, однако его показания отличаются от нормы, это является основанием для полной замены устройства.

Подведем итоги

С учетом приведенной выше информации становится понятно, что на многих автомобилях аварийный датчик давления масла срабатывает только тогда, когда давление сильно упало, причем до критически низкой отметки.

Что касается механического аналога, данный вариант позволяет гибко контролировать давление во время работы ДВС. По этой причине в ряде случаев владельцы устанавливают датчик давления масла механический вместо электронного устройства.

Так или иначе, важно следить не только за уровнем масла в двигателе, но и за давлением. Другими словами, даже если масло залито в достаточном количестве, низкое давление все равно приведет к серьезным поломкам и быстрому износу силовой установки.

Чтобы этого не произошло, нужно использовать только рекомендуемые для двигателя моторные масла, поддерживать масляную систему в чистоте, а также периодически проверять состояние системы смазки двигателя, куда входит и проверка датчиков, производительности масляного насоса и т.д.

Именно такой подход позволяет своевременно выявить проблемы на начальной стадии, а также избежать серьезных поломок ДВС, требующих сложного и дорогого  ремонта в рамках их устранения. 

Читайте также

Датчики давления. Виды и работа. Как выбрать и применение

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.

Классификация и принцип работы

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.

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.

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 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.

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.

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

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.

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.

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.

• 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:

Датчик давления воды в системе водоснабжения: устройство, монтаж, регулировка

Для того чтобы параметры работы автономных систем водоснабжения (в частности, давление в трубопроводе) могли регулироваться автоматически, используют различные технические устройства, одним из которых является датчик давления воды. Этот элемент систем водоснабжения, в которые вода подается из скважин посредством насосных станций, позволяет не только контролировать параметры таких систем, но и управлять их работой. Датчик давления воды в системе водоснабжения позволяет в автоматическом режиме, без участия человека, включать и отключать насосные станции.

Реле давления предназначено для автоматической регулировки включения и отключения подачи воды в систему водоснабжения

Алгоритм работы и назначение

Датчик для регулирования давления воды (реле, сенсор давления) работает по следующему алгоритму:

• В тот момент, когда открываются краны и объем жидкости в гидроаккумуляторе уменьшается, в водопроводе снижается давление воды.
• Когда давление в системе водоснабжения достигает минимально допустимого значения, контакты датчика, регулирующего данный параметр, замыкаются.
• Замыкание контактов датчика давления приводит к запуску насоса, который отвечает за подачу воды из скважины.
• При закачивании воды из скважины давление в водопроводе начинает возрастать.
• После того как давление воды в водопроводе достигнет максимально допустимого значения, контакты датчика размыкаются, что приводит к отключению насосного оборудования.

Работая в подобном режиме, датчики давления воды позволяют сохранять напор жидкости в водопроводе на постоянном уровне. Если не использовать такое устройство в трубопроводе, то насос, подающий воду, придется включать и отключать вручную. Это не только не позволит поддерживать давление воды в системе на постоянном уровне, но и может привести к возникновению гидравлических ударов и работе насосного оборудования в холостом режиме.

Блок автоматики, состоящий из реле давления, манометра и фитинга

Сенсоры давления воды, установленные на одном из узлов системы водоснабжения, выполняют еще одну важную функцию – сигнализируют о текущем давлении и выводят данные о его значении на контрольные приборы, простейшим из которых является манометр.

Таким образом, устанавливая датчик давления воды (электронный или механический), обеспечивают стабильность работы водопровода, а также защищают элементы его оснащения от негативных факторов, таких, например, как гидравлические удары и работа насоса «всухую».

Конструктивные особенности

Как уже говорилось выше, существуют как механические, так и электронные реле давления воды. У тех и у других основным рабочим органом является мембрана, выступающая в роли одной из стенок их внутренней емкости, в которую поступает вода. Отклоняясь под напором воды, мембрана воздействует на остальные элементы датчика, в итоге и происходит срабатывание устройства.

Устройство мембранного датчика давления

Элементами, на которые воздействует отклоняющаяся мембрана, в механических датчиках являются контакты, которые при смыкании или размыкании включают и отключают насосное оборудование. Электронный датчик давления работает по несколько иному принципу. Деформация мембраны в таком устройстве преобразуется в управляющий электрический аналоговый сигнал, который затем усиливается, подвергается оцифровке и поступает в блок автоматической регулировки работы трубопровода.

Механические датчики давления, которые также называют контактными, используются чаще, чем электронные. Объясняется это как простотой конструкции такого устройства, так и его более доступной стоимостью. В частности, регулярно осуществляют установку механических датчиков давления воды в системах отопления и водоснабжения бытового типа.

Устройство бытового реле давления воды

Конструкцию механического датчика составляют:

• патрубок, при помощи которого осуществляется подсоединение устройства к элементам трубопровода;
• мембрана;
• контактная группа;
• две пружины разного диаметра, посредством которых выставляется уровень наибольшего и минимального давления, при котором устройство должно срабатывать.

Датчик давления в разобранном виде

Пружина большего диаметра, устанавливаемая в датчики механического типа, определяет уровень давления воды в трубопроводе, при котором устройство сработает и отключит подающий насос. Вторая пружина отвечает за нижний предел срабатывания датчика, а если выразиться точнее, то диапазон значений, при выходе за который датчик сработает на включение и запустит насос, подающий воду в трубопровод.

Конструкция механических датчиков предусматривает возможность регулировать степень сжатия обеих пружин. При сжатии пружины большего диаметра увеличивается значение давления воды, при котором устройство будет срабатывать. Если сильнее сжать пружину меньшего диаметра, то увеличится разность давлений между уровнями срабатывания.

Принцип регулировки механического датчика давления

Рекомендации по установке

Если вы решили установить датчик давления своими руками, сначала ознакомьтесь с информацией о том, как это правильно сделать. Обычно в качестве места для установки датчика или реле давления выбирают ту часть водопровода, которая расположена после насоса и гидроаккумулятора, перед фильтрующими элементами. Объясняется это тем, что данная часть водопровода характеризуется меньшими скачками давления. Следует также иметь в виду, что эксплуатация многих моделей датчиков контроля давления воды допускается только внутри помещений. Это обязательно указывается в инструкции к таким устройствам.

Для установки датчиков применяются специальные тройники-разветвители, которые позволяют при помощи одного монтажного элемента подключить к водопроводу сам датчик, гидроаккумулятор и манометр. При установке датчика, кроме тройника, может потребоваться дополнительный переходник, о приобретении которого следует позаботиться предварительно. В любом случае схема подключения к водопроводу реле определяется конструктивным исполнением и техническими характеристиками последнего.

Схема водоснабжения из скважины

Отдельные модели датчиков, помещаемые во влагозащищенный корпус, могут устанавливаться непосредственно на водяном насосе с помощью специального штуцера. Датчики данного типа благодаря такому конструктивному исполнению успешно эксплуатируются вместе с насосным оборудованием внутри кессона или даже скважины.

После того как механическая часть процесса установки реле или датчика давления воды выполнена, необходимо подключить соответствующие контактные группы к насосу и заземлить устройство. Выбирая электрокабели для подключения таких датчиков, следует в первую очередь учитывать мощность насоса, функционирующего в системе. Так, при использовании насосного оборудования, мощность которого составляет 2 кВт, следует применять кабели сечением не менее 2 мм².

Схема подключения реле давления

После того как вы установили реле давления воды своими руками и выполнили все необходимые подключения, можно включить насос и проверить работоспособность всей системы. О том, что она функционирует нормально, будет свидетельствовать увеличение давления в ней, что можно определить по показаниям манометра.

Самостоятельная настройка

Несмотря на то, что в большинстве случаев рабочие параметры реле перепада давления уже настроены производителями, могут возникнуть ситуации, когда процедуру регулировки требуется выполнить своими руками. Оптимальная разница между значениями давления воды в трубопроводе, при которых должен включаться и отключаться насос, должна составлять 1 атм. При этом нижний предел, при котором срабатывает датчик, устанавливается таким образом, чтобы он был на 0,2–0,5 бар меньше давления, которое может выдержать используемый насос.

Перед тем как своими руками начать выполнять регулировку рабочих параметров датчика или реле, необходимо проверить уровень давления в гидроаккумуляторе. Для этого надо выполнить следующие действия:

• Отключить все элементы системы от сети и слить воду.
• Снять боковую крышку гидроаккумулятора и проверить уровень давления в нем, для чего можно использовать автомобильный компрессор, оснащенный манометром.
• Если уровень давления меньше, чем 1,5 атм, необходимо повысить его, включив подающий насос.
• При слишком высоком уровне давления его необходимо понизить, нажав на ниппель.

Диаграмма регулировки реле давления воды

После такой проверки можно приступать к регулировке датчика, которая выполняется в следующей последовательности:

1. Все элементы системы отключают от электрического питания и из нее сливают воду.
2. После слива воды убеждаются, что манометр показывает нулевое значение.
3. Затем включают насос и начинают заполнять систему водой.
4. При выключении насосного оборудования фиксируют на манометре значение, при котором это произошло.
5. После этого начинают сливать воду и при включении насоса также фиксируют уровень давления.
6. Отключают элементы системы от электрического питания и снимают крышку датчика.
7. Ослабляют гайку, при помощи которой регулируется степень сжатия пружины небольшого диаметра.
8. Используя гайку для сжатия пружины большого диаметра, устанавливают уровень минимального давления, при котором датчик будет срабатывать. При этом следует иметь в виду, что сжатие данной пружины увеличивает этот параметр, а ее ослабление – уменьшает.
9. Опять наполняют систему водой, затем начинают сливать ее и фиксируют уровень давления, при котором насос включится.
10. Если это значение не соответствует требуемым параметрам, необходимо еще раз отрегулировать степень сжатия пружины большого диаметра.
11. Изменяя степень сжатия пружины небольшого диаметра, устанавливают максимальный порог давления воды, при котором насос будет отключаться. При сжатии такой пружины разница между порогами срабатывания насоса увеличивается, а при ее ослаблении – уменьшается.
12. Включают насос, наполняющий систему водой, и фиксируют уровень давления, при котором он отключится.
13. Если уровень давления, при котором насос отключается, не соответствует требуемым параметрам, повторно регулируют степень сжатия пружины небольшого диаметра. Выполнять такую процедуру следует до тех пор, пока требуемая разница давлений, при которых насос включается и отключается, не будет достигнута.

Регулировочные элементы реле давления RD-2

Самостоятельно регулируя механический датчик давления, можно изменить рабочие параметры такого устройства, которые были выставлены производителем. Поступая таким образом, можно, например, уменьшить количество включений насоса. В то же время следует иметь в виду, что перепад давления воды в системе в этом случае может увеличиться, что негативным образом отражается на надежности элементов трубопровода.

Выполняя самостоятельную регулировку датчика, следует учитывать технические характеристики используемого насосного оборудования.

Чтобы компенсировать потери давления воды в трубопроводе, насос должен создавать избыток давления величиной в 0,5 бар. В противном случае можно столкнуться с тем, что насос будет работать с перегрузкой, а это приведет к его быстрому выходу из строя. Даже если для систем водоснабжения или обогрева жилья используется датчик с заводскими настройками, надо хотя бы ежегодно проверять параметры его работы и при необходимости выполнять его регулировку.

Многие домашние мастера, руководствуясь естественным желанием сэкономить, устанавливают на системы водоснабжения самодельный датчик давления воды. В подобных случаях всегда следует иметь в виду, что обеспечить требуемую надежность работы водопровода в состоянии только устройства, изготовленные в заводских условиях. Использовать для оснащения водопроводов реле давления, изготовленное своими руками, конечно, можно, но делать это лучше в тех случаях, когда к параметрам работы такой системы и к ее надежности не предъявляются слишком высокие требования.

Механические элементы давления | Введение в непрерывное измерение давления

относятся сильфон , диафрагма и трубка Бурдона . Каждое из этих устройств преобразует давление жидкости в силу. Если его не удерживать, естественные упругие свойства элемента будут производить движение, пропорциональное приложенному давлению.

Сильфоны напоминают гармошку, сделанную из металла вместо ткани.Повышение давления внутри сильфона вызывает его удлинение. Фотография сильфона представлена ​​здесь:

Диафрагма — это не что иное, как тонкий диск из материала, который выгибается наружу под действием давления жидкости. Многие диафрагмы изготовлены из металла, что придает им пружинные свойства. Некоторые диафрагмы намеренно изготовлены из материалов с небольшой прочностью, так что эффект пружины незначителен. Они называются провисающими диафрагмами и используются вместе с внешними механизмами (например,грамм. пружины), создавая необходимую сдерживающую силу, чтобы предотвратить повреждение от приложенного давления.

На следующей фотографии показан механизм небольшого манометра с латунной диафрагмой в качестве чувствительного элемента:

Когда давление прикладывается к задней части диафрагмы, она расширяется вверх (от стола, на котором она стоит, как показано на фотографии), в результате чего небольшой вал начинает вращаться. Это вращательное движение передается рычагу, который тянет за собой крошечную звенящую цепочку, обернутую вокруг оси указателя, заставляя ее вращаться и перемещать стрелку указателя по шкале датчика.И стрелка, и шкала на этом механизме датчика были удалены для облегчения обзора диафрагмы и механизма.

Трубки Бурдона изготовлены из пружинных металлических сплавов, изогнутых в форме круга. Под воздействием внутреннего давления трубка Бурдона «пытается» выпрямиться до своей первоначальной формы перед сгибанием во время изготовления.

В большинстве манометров в качестве чувствительного элемента используется трубка Бурдона. В большинстве датчиков давления в качестве чувствительного элемента используется диафрагма.Трубки Бурдона могут быть выполнены в форме спирали или спиральной формы для большего движения (и, следовательно, большей разрешающей способности).

Нагнетательный элемент с трубкой Бурдона — это очень прочная и проверенная временем конструкция. На иллюстрации, взятой со страницы 471 тома 1 журнала Cassier’s Magazine , опубликованного в 1891 году, показан типичный C-образный механизм манометра с трубкой Бурдона с шестернями и указывающей иглой:

Если внимательно присмотреться к обозначенным компонентам этого механизма, мы видим круговую «шестерню», касающуюся изогнутого «сектора».Обе эти шестерни находятся в зацеплении друг с другом, но, как это типично для механических чертежей, отдельные зубья зацепляющих шестерен не показаны.

Это полезное мысленное упражнение — представить, как компоненты этого манометра движутся под действием повышающегося давления жидкости. Трубка Бурдона выпрямится, в результате чего ее конец будет выдвигаться наружу от центра (вверх и вправо), а ее гнездо останется неподвижным (прикрепленным к корпусу датчика). Это тянет за рычаг, который, в свою очередь, заставляет секторную шестерню вращаться против часовой стрелки на своей оси подшипника (эта ось закреплена на опорной пластине калибра).Это заставляет ведущую шестерню вращаться по часовой стрелке, приводя в движение иглу («указательную стрелку») также по часовой стрелке, так что кончик иглы поднимается вверх по числовой шкале, напечатанной на лицевой стороне датчика.

Фотография механизма манометра с С-образной трубкой (сделанная с задней стороны манометра, за стрелкой и шкалой) показывает его механическую работу:

Темная С-образная трубка — это чувствительный элемент трубки Бурдона, а блестящие металлические части — это рычажный механизм, рычаг и редуктор.

На следующей фотографии показана спиральная трубка Бурдона , разработанная для обеспечения более широкого диапазона движений, чем трубка Бурдона С-образной формы:

Следует отметить, что сильфоны, диафрагмы и трубки Бурдона могут использоваться для измерения перепада и / или абсолютного давления в дополнение к манометрическому давлению. Все, что необходимо для этих других функций, — это подвергнуть другую сторону каждого чувствительного элемента давления либо другому приложенному давлению (в случае дифференциального измерения), либо вакуумной камере (в случае измерения абсолютного давления).

Следующий набор иллюстраций показывает, как сильфоны, диафрагмы и трубки Бурдона могут использоваться в качестве чувствительных элементов дифференциального давления:

Задача при этом, конечно же, состоит в том, как передать механическое движение чувствительного к давлению элемента к внешнему механизму (например, стрелке), сохраняя при этом хорошее уплотнение под давлением. В механизмах манометрического давления это не проблема, потому что одна сторона чувствительного к давлению элемента в любом случае должна подвергаться воздействию атмосферного давления, и поэтому эта сторона всегда доступна для механического соединения.

Манометр дифференциального давления показан на следующей фотографии. Два порта давления четко видны по обе стороны от манометра:

, какие бывают типы?

Существует огромное количество конструкций датчиков давления, доступных для использования в любом количестве промышленных или лабораторных приложений. К ним, среди прочего, относятся промышленный датчик давления, датчик давления жидкости и датчик микродавления.

Преобразователи давления могут быть разных форм и размеров, но большинство преобразователей имеют центр цилиндрической формы, в котором находится диафрагма и измерительная камера давления, а также порт давления на одном конце, который обычно представляет собой резьбу, болты, зазубрины установленный или открытый, а на другом конце место для передачи сигнала.

Механические методы измерения давления известны веками. U-образные манометры были одними из первых индикаторов давления.Изначально эти трубки были стеклянными, и при необходимости к ним добавляли весы. Но манометры большие, громоздкие и плохо подходят для интеграции в автоматические контуры управления. Поэтому манометры обычно находятся в лаборатории или используются в качестве местных индикаторов. В зависимости от используемого эталонного давления они могут указывать абсолютное, избыточное и дифференциальное давление.

Датчики перепада давления часто используются при измерении расхода, когда они предназначены для измерения перепада давления через трубку Вентури, диафрагму или другой тип первичного элемента.Обнаруженный перепад давления связан со скоростью потока и, следовательно, с объемным расходом. Многие особенности современных преобразователей давления заимствованы из преобразователя дифференциального давления. Фактически, можно считать датчик дифференциального давления моделью для всех датчиков давления.

«Манометрическое» давление определяется относительно атмосферных условий. В тех частях мира, где по-прежнему используются английские единицы измерения, манометрическое давление указывается добавлением буквы «g» в дескриптор единиц.Поэтому единица давления «фунты на квадратный дюйм манометра» сокращенно обозначается фунтами на квадратный дюйм. При использовании единиц СИ к используемым единицам уместно добавлять «манометр», например «Па». Когда давление измеряется в абсолютных единицах, эталоном является полный вакуум, а аббревиатура «фунты на квадратный дюйм абсолютных» — фунты на квадратный дюйм.

Часто термины «манометр», «датчик», «преобразователь» и «преобразователь» используются как синонимы. Термин «манометр» обычно относится к автономному индикатору, который преобразует измеренное рабочее давление в механическое движение стрелки.Преобразователь давления может объединять чувствительный элемент датчика с механически-электрическим или механико-пневматическим преобразователем и источником питания. Преобразователь давления — это стандартизированный пакет для измерения давления, состоящий из трех основных компонентов: преобразователя давления, его источника питания и формирователя / ретранслятора сигнала, который преобразует сигнал преобразователя в стандартизованный выходной сигнал. Датчики давления
могут передавать интересующие измерения давления с помощью аналогового пневматического (3-15 фунтов на кв. Дюйм), аналогового электронного (4-20 мА постоянного тока) или цифрового электронного сигнала.Когда преобразователи напрямую связаны с системами сбора цифровых данных и расположены на некотором расстоянии от оборудования сбора данных, предпочтительны сигналы высокого выходного напряжения. Эти сигналы должны быть защищены от электромагнитных и радиочастотных помех (EMI / RFI) при перемещении на большие расстояния.
Термины, связанные с характеристиками датчика давления, также требуют определения. Точность преобразователя — это степень соответствия измеренного значения давления принятому стандарту.Обычно он выражается в процентах либо от полной шкалы, либо от фактических показаний прибора. В случае устройств с процентом полной шкалы погрешность увеличивается по мере уменьшения абсолютного значения измерения. Повторяемость означает близкое соответствие между рядом последовательных измерений давления одной и той же переменной. Линейность — это мера того, насколько хорошо выходной сигнал преобразователя линейно увеличивается с увеличением давления. Ошибка гистерезиса описывает явление, при котором одно и то же технологическое давление приводит к разным выходным сигналам в зависимости от того, приближается ли давление к более низкому или более высокому давлению.

В первых манометрах в качестве датчиков использовались гибкие элементы. При изменении давления гибкий элемент перемещался, и это движение использовалось для вращения указателя перед циферблатом. В этих механических датчиках давления трубка Бурдона, диафрагма или сильфон измеряли рабочее давление и вызывали соответствующее движение.
Трубка Бурдона имеет С-образную форму и овальное поперечное сечение, при этом один конец трубки подсоединен к рабочему давлению (рис. 3-1A).Другой конец опломбирован и подключен к механизму указателя или передатчика. Для увеличения чувствительности элементы трубки Бурдона можно удлинить в виде спиралей или спиральных катушек (рисунки 3-1B и 3-1C). Это увеличивает их эффективную угловую длину и, следовательно, увеличивает перемещение на их конце, что, в свою очередь, увеличивает разрешение преобразователя.

Семейство гибких сенсорных элементов давления также включает сильфон и диафрагмы (Рисунок 3-2). Мембраны популярны, потому что они требуют меньше места и потому, что движения (или силы), которые они создают, достаточно для работы электронных преобразователей.Они также доступны в широком диапазоне материалов для измерения давления в агрессивных средах.
После 1920-х годов развивались системы автоматического управления, и к 1950-м годам датчики давления и централизованные диспетчерские стали обычным явлением. Следовательно, свободный конец трубки Бурдона (сильфон или диафрагма) больше не нужно было подключать к местному указателю, а служил для преобразования технологического давления в передаваемый (электрический или пневматический) сигнал. Сначала механическое соединение было подключено к пневматическому датчику давления, который обычно генерировал выходной сигнал 3–15 фунтов на кв. Дюйм для передачи на расстояния в несколько сотен футов или даже дальше с помощью ретрансляторов усилителя.Позже, по мере развития твердотельной электроники и увеличения расстояний передачи, датчики давления стали электронными. Ранние разработки генерировали выходы постоянного напряжения (10-50 мВ; 1-5 В; 0-100 мВ), но позже были стандартизированы как выходные сигналы постоянного тока 4-20 мА.
Из-за присущих устройствам механического уравновешивания движения ограничений сначала были введены уравновешивающие силы, а затем твердотельные датчики давления. Первые тензометрические датчики на несвязанной проволоке были представлены в конце 1930-х годов.В этом устройстве проволочная нить прикрепляется к конструкции, находящейся под напряжением, и измеряется сопротивление в напряженной проволоке. Эта конструкция изначально была нестабильной и не могла поддерживать калибровку. Также были проблемы с ухудшением связи между проволочной нитью и диафрагмой и с гистерезисом, вызванным термоупругой деформацией в проволоке.

Поиск улучшенного датчика для измерения деформации и давления сначала привел к появлению клееных тонкопленочных и, наконец, диффузионных полупроводниковых тензодатчиков.Впервые они были разработаны для автомобильной промышленности, но вскоре после этого перешли в общую область измерения и передачи давления во всех промышленных и научных приложениях. Полупроводниковые датчики давления чувствительны, недороги, точны и воспроизводимы. (Подробнее о работе тензодатчиков см. В главе 2.)
Многие пневматические датчики давления все еще работают, особенно в нефтехимической промышленности. Но поскольку системы управления продолжают становиться все более централизованными и компьютеризированными, эти устройства были заменены аналоговыми электронными, а в последнее время — цифровыми электронными передатчиками.

Типы преобразователей
На рис. 3 представлена ​​общая ориентация для ученого или инженера, который может столкнуться с задачей выбора датчика давления из множества доступных конструкций. В этой таблице показаны диапазоны вакуума и измерения давления, которые могут определять различные типы датчиков, а также используемые типы внутренних эталонов (вакуум или атмосферное давление), если таковые имеются.
Поскольку электронные датчики давления этого типа являются наиболее полезными для промышленных и лабораторных приложений сбора данных и управления, принципы работы, а также плюсы и минусы каждого из них более подробно рассматриваются в этом разделе.

Технологии в датчиках давления

Тензодатчик

Датчики давления тензометрического типа широко используются, особенно для измерения давления в узком диапазоне и для измерения дифференциального давления. Эти устройства могут определять избыточное давление, если порт низкого давления остается открытым для атмосферы, или перепад давления, если он подключен к двум рабочим давлениям.Если сторона низкого давления представляет собой герметичный опорный вакуум, датчик будет действовать как датчик абсолютного давления.

Тензометрические преобразователи доступны для диапазонов давления от 3 дюймов водяного столба до 200 000 фунтов на кв. Дюйм (1400 МПа). Погрешность составляет от 0,1% до 0,25% от полной шкалы. Дополнительными источниками ошибок могут быть дрейф 0,25% полной шкалы за шесть месяцев и влияние температуры 0,25% полной шкалы на 1000 ° F.

Емкостные преобразователи давления

Изначально емкостные преобразователи давления были разработаны для использования в исследованиях низкого вакуума.Изменение емкости происходит из-за движения диафрагменного элемента. В зависимости от типа давления емкостный датчик может быть датчиком абсолютного, манометрического или дифференциального давления.

Емкостные преобразователи давления широко распространены отчасти из-за их широкого диапазона значений — от высокого вакуума в микронном диапазоне до 10 000 фунтов на кв. Дюйм (70 МПа). Можно легко измерить разность давлений до 0,01 дюйма водяного столба. И, по сравнению с тензодатчиками, они не сильно дрейфуют.Доступны более качественные конструкции с точностью до 0,1% от показания или 0,01% от полной шкалы. Типичный температурный эффект составляет 0,25% от полной шкалы на 1000 ° F.

Датчики емкостного типа часто используются в качестве вторичных эталонов, особенно в приложениях с низким дифференциальным и низким абсолютным давлением. Они также довольно чувствительны, потому что расстояние, которое должна физически пройти диафрагма, составляет всего несколько микрон. Новые емкостные преобразователи давления более устойчивы к коррозии и менее чувствительны к паразитной емкости и эффектам вибрации, которые раньше вызывали «дрожание при считывании» в старых конструкциях.

Нержавеющая сталь является наиболее распространенным материалом для диафрагмы, но для работы в коррозионных средах сплавы стали с высоким содержанием никеля, такие как инконель или хастеллой, дают лучшие характеристики. Тантал также используется для высококоррозионных и высокотемпературных применений. В особом случае серебряные диафрагмы могут использоваться для измерения давления хлора, фтора и других галогенов в их элементарном состоянии.

Потенциометрические преобразователи давления

Потенциометрический датчик давления обеспечивает простой способ получения электронного выходного сигнала механического манометра.Устройство состоит из прецизионного потенциометра, рычаг стеклоочистителя которого механически связан с элементом Бурдона или сильфона. Перемещение рычага стеклоочистителя через потенциометр преобразует механически обнаруженное отклонение датчика в измерение сопротивления с использованием схемы моста Уитстона.

Механическая природа рычагов, соединяющих рычаг стеклоочистителя с трубкой Бурдона, сильфоном или диафрагменным элементом, вносит неизбежные ошибки в этот тип измерения. Температурные эффекты вызывают дополнительные ошибки из-за различий в коэффициентах теплового расширения металлических компонентов системы.Ошибки также будут возникать из-за механического износа компонентов и контактов.

Потенциометрические преобразователи можно сделать очень маленькими и устанавливать в очень тесных помещениях, например, внутри корпуса 4,5-дюймового. манометр с круговой шкалой. Они также обеспечивают мощный выходной сигнал, который можно прочитать без дополнительного усиления. Это позволяет использовать их в приложениях с низким энергопотреблением. Также они недорогие. Потенциометрические преобразователи могут определять давление от 5 до 10 000 фунтов на кв. Дюйм (от 35 кПа до 70 МПа).Их точность составляет от 0,5% до 1% от полной шкалы, не включая дрейф и влияние температуры.

Резонансные проволочные преобразователи давления

Датчик давления с резонансной проволокой был представлен в конце 1970-х годов. В этой конструкции провод захватывается статическим элементом на одном конце и чувствительной диафрагмой на другом. Схема генератора заставляет провод колебаться на его резонансной частоте. Изменение технологического давления изменяет натяжение проволоки, что, в свою очередь, изменяет резонансную частоту проволоки.Схема цифрового счетчика обнаруживает сдвиг. Поскольку это изменение частоты может быть обнаружено довольно точно, этот тип преобразователя может использоваться для приложений с низким перепадом давления, а также для определения абсолютного и манометрического давления.

Наиболее значительным преимуществом резонансного проволочного преобразователя давления является то, что он генерирует цифровой сигнал и, следовательно, может быть отправлен непосредственно на стабильные кварцевые часы в микропроцессоре. Ограничения включают чувствительность к изменению температуры, нелинейный выходной сигнал и некоторую чувствительность к ударам и вибрации.Эти ограничения обычно сводятся к минимуму за счет использования микропроцессора для компенсации нелинейностей, а также изменений температуры окружающей среды и технологического процесса.

Резонансные проволочные преобразователи могут определять абсолютное давление от 10 мм рт. Ст., Перепад давления до 750 дюймов водяного столба и манометрическое давление до 6000 фунтов на кв. Дюйм (42 МПа). Типичная точность составляет 0,1% от калиброванного диапазона, с шестимесячным отклонением 0,1% и температурным эффектом 0,2% на 1000 ° F.

Механические датчики давления ~ Изучение контрольно-измерительной техники

Давление определяется как сила на единицу площади и может измеряться в таких единицах, как фунты на квадратный дюйм (фунты на квадратный дюйм), дюймы водяного столба, миллиметры ртутного столба, паскаль (Па или Н / м²) или бар.До введения единиц СИ «полоса» была довольно распространенным явлением.

Эта полоса эквивалентна 100 000 Н / м², которые использовались в системе СИ для измерения. Для упрощения единиц измерения Н / м² было принято называть Паскаль, сокращенно Па.

Давление довольно часто измеряется в килопаскалах (кПа), что составляет 1000 паскалей, что эквивалентно 0,145 фунтов на квадратный дюйм.

Абсолютное, избыточное и дифференциальное давление :

Давление меняется в зависимости от высоты над уровнем моря, атмосферного давления и других условий.Таким образом, измерение давления является относительным, а измерения давления указываются как манометрические или абсолютные.

Манометрическое давление — это единица измерения, с которой мы сталкиваемся в повседневной работе (например, номинальное давление шин выражается в избыточном давлении). Устройство манометрического давления покажет нулевое давление при сбросе до атмосферного (т. Е. Манометрическое давление относится к атмосферному давлению). Избыточное давление обозначается буквой (g) в конце единицы измерения давления, например, кПа (изб.)

Абсолютное давление включает в себя влияние атмосферного давления на манометрическое давление.Обозначается буквой (а) в конце единицы измерения давления, например, кПа (а). Индикатор абсолютного давления будет указывать на атмосферное давление при полном сбросе в атмосферу — он не будет указывать на ноль шкалы.

Абсолютное давление = избыточное давление + атмосферное давление

Большинство измерений давления в установке являются манометрическими. Абсолютные измерения обычно используются там, где давление ниже атмосферного. Если манометр используется для измерения разницы между двумя давлениями, тогда это становится перепадом давления.

Механические датчики давления:

Целью измерения давления является создание индикации шкалы, операции управления или стандартного (4-20 мА) электронного сигнала, который представляет давление в процессе. Для этого большинство датчиков давления преобразуют давление в физическое движение, пропорциональное приложенному давлению. Наиболее распространенные механические датчики давления или первичные элементы давления:

1) Трубка Бурдона

2) Спиральные и спиральные трубки

3) Сильфоны и капсюли

4) Диафрагма

5) Пружина и поршень

Трубка Бурдона :

Трубки Бурдона представляют собой трубки круглой формы с овальным поперечным сечением.Трубка Бурдона работает по простому принципу: изогнутая трубка меняет свою форму под воздействием изменений внутреннего и внешнего давления. Когда давление прилагается изнутри, трубка выпрямляется и возвращается к своей первоначальной форме, когда давление сбрасывается.

Наконечник трубки перемещается при изменении внутреннего давления и легко переводится стрелкой на шкалу. Соединительная перемычка используется для передачи движения наконечника в сектор редукторного движения. Стрелка вращается через зубчатую шестерню за счет зубчатого сектора.Механизм измерения давления с трубкой Бурдона показан ниже:

Основным преимуществом трубки Бурдона является то, что она имеет широкий рабочий диапазон (в зависимости от материала трубки). Этот тип измерения давления может использоваться для диапазонов положительного или отрицательного давления, хотя точность измерения ухудшается в вакууме. Манометры с трубкой Бурдона
— самые популярные на любом технологическом предприятии. Некоторые преимущества манометров с трубкой Бурдона:

Спиральные и спиральные трубки :

Каждый обеспечивает больший ход наконечника для данного приложения давления.Когда один конец запломбирован, давление, оказываемое на трубку, заставляет трубку выпрямляться. Степень выпрямления или разматывания зависит от приложенного давления. Эти два подхода используют принцип Бурдона. Разматывающаяся часть трубки механически связана со стрелкой, которая показывает приложенное давление на шкале.

Спиральная трубка подходит для диапазонов давления до 30 000 кПа, а спиральная труба — для диапазонов до 500 000 кПа. Чувствительные элементы давления различаются в зависимости от диапазона рабочего давления и типа процесса.Винтовые и спиральные элементы в спиральных и спиральных трубчатых измерительных элементах показаны ниже:

Сильфон и капсулы :
Сильфон состоит из нескольких капсул. Капсула состоит из двух извитых мембран круглой формы (обычно из нержавеющей стали), плотно прилегающих к окружности. Элементы сильфонного типа состоят из трубчатых мембран, свернутых по окружности (см. Схему ниже). Мембрана прикрепляется одним концом к источнику, а другим концом — к показывающему устройству или инструменту.Сильфонный элемент может обеспечивать большой диапазон движения (ход) в направлении стрелки при приложении давления. Сильфоны и одиночные капсулы используются во многих инструментах. Они очень полезны для измерения малых давлений.

Мембраны :

Многие датчики давления зависят от отклонения диафрагмы при измерении. Мембрана представляет собой гибкий диск, который может быть плоским или с концентрическими гофрами и изготовлен из листового металла с высокими допусками.Мембрана может использоваться как средство изоляции технологических жидкостей или для приложений с высоким давлением. Это также полезно для измерения давления с помощью электрических преобразователей.

Диафрагмы хорошо отработаны и зарекомендовали себя. Современные конструкции имеют незначительные проблемы с гистерезисом, трением и калибровкой при использовании с интеллектуальными приборами. Они широко используются в установках кондиционирования воздуха и для включения / выключения. Ниже представлена ​​принципиальная схема системы мембранного датчика давления:

Пружина и поршень :

Здесь давление действует непосредственно на поршень и сжимает пружину.Положение поршня напрямую связано с давлением. Окно во внешнем корпусе позволяет отображать давление. Этот тип обычно используется в гидравлике, где требуется способность выдерживать удары, вибрацию и резкие перепады давления (противоударный манометр).

Движение поршня может быть связано с вторичным устройством для преобразования его движения в электрический сигнал. Механизм датчика давления поршня / пружины показан ниже:

Элементы измерения давления | Справочник инженеров-проектировщиков

Измерение давления обычно начинается с преобразования силы, оказываемой средой под давлением — газом или жидкостью — в физическое смещение.Это можно использовать для перемещения указателя относительно откалиброванной шкалы или для того, чтобы вызвать электрически измеряемую реакцию, такую ​​как изменение сопротивления или емкости, пропорциональное давлению.

Чувствительная к давлению мембрана, капсула, трубка Бурдона и расширяющийся сильфон — проверенные механизмы преобразования давления в рабочий объем.

Диафрагмы для измерения давления

Как они работают

Чувствительная к давлению диафрагма представляет собой круглую пластину, закрепленную по краю и открытую для рабочей среды с одной стороны (см. Диаграмму ниже).На противоположной стороне может быть герметичная камера, в случае датчика абсолютного давления, или она может быть вентилируемой в случае манометра или дифференциального датчика.

Поперечное сечение отклонения чувствительной к давлению диафрагмы под действием приложенного давления

При приложении давления через среду диафрагма отклоняется до степени, пропорциональной величине давления. Это отклонение можно использовать для изменения емкости или сопротивления.

В емкостном датчике диафрагма представляет собой один электрод конденсатора, который имеет неподвижную пластину в качестве второго электрода. Отклонение диафрагмы, связанное с давлением, уменьшает расстояние между электродами, вызывая изменение емкости, пропорциональное приложенному давлению.

В качестве альтернативы, сеть резистивных элементов прикреплена к поверхности диафрагмы. Это могут быть фольговые тензодатчики, прикрепленные к поверхности, или металлические резисторы, нанесенные с помощью тонкопленочного напыления или толстопленочного процесса, в зависимости от материала диафрагмы.Отклонение диафрагмы под давлением заставляет эти элементы растягиваться и изменять их сопротивление.

Резисторы размещаются в местах, подверженных как сжимающей, так и растягивающей силе (см. Диаграмму справа), чтобы максимизировать изменение сопротивления и, таким образом, повысить разрешение. Мостовое соединение Уитстона исключает смещения и отклонения результатов измерений.

Диафрагма может быть металлической или керамической. Металлическая диафрагма часто изготавливается из нержавеющей стали или титана, что обеспечивает совместимость с различными средами под давлением. Эти типы мембран могут выдерживать широкий диапазон приложенных давлений, а также высокие номинальные значения испытательного давления и давления разрыва.

обеспечивают широкую совместимость с различными типами сред, работающих под давлением, и хорошую устойчивость к коррозии при относительно низкой стоимости. С другой стороны, диапазон измерения, номинальное давление и разрывное давление обычно ниже.

Другой тип так называемого датчика с провисающей диафрагмой может использоваться для измерения очень малых давлений. Материал диафрагмы обычно представляет собой синтетический неэластичный материал, такой как полиэтилен, или натуральный материал, такой как шелк. Неэластичный характер материала требует, чтобы внешние пружины противодействовали диафрагме, чтобы обеспечить калибровку и точность работы.

Датчики мембранного типа используются в различных отраслях промышленности. Необходимо соблюдать осторожность в таких областях применения, как приготовление пищи или производство фармацевтических препаратов, чтобы обеспечить надлежащую очистку оборудования и предотвратить заражение микробами или бактериями.

Могут использоваться маслонаполненные датчики, которые имеют заполненную маслом полость между мембраной датчика и внешней мембраной, которая установлена ​​заподлицо со стенкой резервуара, содержащего среду под давлением, чтобы обеспечить тщательную очистку.

Эта диафрагма должна быть чрезвычайно эластичной, чтобы полностью передавать приложенное давление на внутреннюю чувствительную диафрагму. Температурные характеристики масла могут повлиять на точность измерения, а вероятность утечки может привести к загрязнению рабочей среды под давлением.В качестве альтернативы датчик может быть сконструирован с полностью заподлицо чувствительной диафрагмой, которая предназначена для прямого контакта со средой под давлением.

Пьезорезистивные датчики давления и датчики давления MEMS обычно имеют кремниевую диафрагму и резисторы, изготовленные как часть одной конструкции. Диафрагма стандартного пьезорезистивного датчика изготовлена ​​из кремния. Для датчика MEMS структура диафрагмы / резистора создается путем селективного легирования и травления в рамках стандартного процесса изготовления MEMS.

Преимущества и недостатки

Чувствительные к давлению мембраны имеют простую конструкцию и их легко уменьшить в размерах. Прецизионные резисторы требуют лишь небольшого отклонения, что сводит к минимуму усталость диафрагмы. Датчики с изоляцией от среды поддерживают высокую точность. А датчики на основе диафрагмы могут измерять более низкое давление, чем трубка Бурдона.

Выбор материалов для изготовления диафрагмы обеспечивает широкую совместимость со средами. Металлические диафрагмы могут измерять высокое давление.А пьезоэлектрические датчики позволяют производить измерения в широком диапазоне.

Одним из потенциальных недостатков является то, что обычные, т.е. не-MEMS, диафрагмы имеют ограниченные возможности измерения низкого давления.

Капсулы для измерения давления

Как они работают

Чувствительный к давлению капсюль адаптирует принцип измерения диафрагмы для измерения низких давлений, для которых в противном случае потребовалась бы непрактично большая и тонкая диафрагма.

Капсула состоит из двух диафрагм, приваренных по краям, чтобы рабочая среда под давлением воздействовала на обе одновременно.Полученная в результате конструкция демонстрирует вдвое больший рабочий объем относительно приложенного давления по сравнению с одинарной диафрагмой.

Измерение давления может быть выполнено с использованием одной капсулы, как показано на первой диаграмме ниже, или с использованием стопки капсул, как показано на второй диаграмме. Некоторые капсулы также имеют профилирование (например, гофры, показанные ниже справа) для оптимизации линейности и механической прочности.

Преимущества и недостатки

Стабильность, простота и небольшие размеры — основные преимущества капсулы для измерения давления, а также ее способность измерять более низкое давление по сравнению с мембранным датчиком аналогичного размера.

Однако капсула не самосливается, поэтому она не подходит для измерения давления в жидких средах.

Трубки Бурдона

Как они работают

Трубка Бурдона может быть c-образной или спиральной с овальным поперечным сечением. Когда рабочая среда входит в трубку, давление действует, чтобы изменить овал в сторону круглого поперечного сечения. Эффект этого искажения заставляет трубку двигаться — открывая c-образную форму или расширяя спираль. Закрытый конец трубки прикреплен к механизму, так что смещение заставляет стрелку индикатора отклоняться.Прогиб можно измерить по шкале, откалиброванной для представления давления, оказываемого средой.

На схемах ниже показан принцип работы c-образной и спиральной трубки Бурдона соответственно. В качестве альтернативы механизм перемещения может быть прикреплен к потенциометру для получения электрического представления давления.

В зависимости от требований к применению, таких как коррозионная стойкость, стоимость, размер, диапазон измерения, испытательное давление и разрывное давление, трубка может быть изготовлена ​​из металла, такого как медь, латунь, алюминий, или никелевого сплава, такого как монель.

Преимущества и недостатки

Принцип работы трубки Бурдона хорошо изучен, а технологии изготовления трубок отработаны.

Однако минимальное измеряемое давление составляет около 600 мбар. Кроме того, миниатюризация может быть затруднена, а жидкая среда под давлением не может полностью стекать из трубки.Дренаж может не быть проблемой, если среда инертна. Однако другие типы сред могут разлагаться или затвердевать, что ухудшает функцию или точность и, возможно, загрязняет свежие среды.

Чувствительные элементы сильфона

Как они работают

Чувствительный элемент сильфона — это контейнер, который расширяется в ответ на силу, прилагаемую находящейся под давлением средой.Сильфон обычно изготавливается из металла, такого как фосфорная бронза, латунь, бериллиевая медь или нержавеющая сталь. Он может быть изготовлен из цельного материала, прокатан из трубы или изготовлен из серии сварных кольцевых колец.

Внутренняя или внешняя пружина усиливает реакцию сильфона на положительные и отрицательные изменения давления. В результате характеристики отклонения представляют собой комбинацию механических свойств сильфона и пружины.

Присоединенное механическое движение преобразует расширение и сжатие сильфона из-за изменения давления среды в пропорциональное отклонение стрелки, чтобы указать давление на калиброванной шкале (см. Диаграмму справа).В этом смысле сильфон очень похож на трубку Бурдона. В качестве альтернативы механизм может быть присоединен к потенциометру для получения электрического аналога приложенного давления.

Преимущества и недостатки

Преимущества сильфонного датчика включают простоту, низкую стоимость и возможность прямого подключения к указателю. Движение и указатель могут быть спроектированы так, чтобы давать большое изменение показаний относительно изменения единицы давления, что приводит к высокому разрешению.

Сильфон должен работать в пределах упругости, определяемой материалом и конструкцией. И механизм может со временем уставать. Как и в случае с капсулами, дренаж может быть проблемой, которая может затруднить использование жидких сред. Однако сильфон можно заполнить инертной жидкостью, например маслом, а открытый конец заглушить диафрагмой, чтобы создать элемент, пригодный для контроля давления жидкости.

Современные датчики давления для автомобильных, медицинских, промышленных, бытовых и строительных приложений обычно используют диафрагменные или капсульные элементы из-за факторов, включая ограниченное пространство, требования к измеряемому давлению и долговечность.Понимание того, как они работают, должно позволить вам принять обоснованное решение о типе элемента, который потребуется вашему датчику.

В главе 2 мы рассмотрим, как датчики давления используются в некоторых из самых инновационных приложений на сегодняшний день. Если вы хотите узнать больше о том, как элементы измерения давления используются в различных типах сенсорной техники, ознакомьтесь с последующими главами приведенного ниже руководства. Кроме того, если у вас мало времени, полное руководство доступно в виде загружаемого PDF-файла здесь.

: типы, характеристики, применение

используются для различных промышленных и специальных приложений контроля давления. Механические или аналоговые манометры имеют аналоговую поверхность, на которой показания давления отображаются с помощью шкалы. Манометры могут использоваться для визуального контроля давления воздуха и газа для компрессоров, вакуумного оборудования, технологических линий и специальных резервуаров, таких как медицинские газовые баллоны и огнетушители.В дополнение к визуальной индикации некоторые манометры сконфигурированы для обеспечения электрического вывода отображаемого давления и контроля других переменных, таких как температура.

Типы

Для получения более подробной информации о типах манометров см. Руководство по техническим характеристикам датчиков давления в Engineering 360.

Абсолютное давление Датчики измеряют давление в системе относительно абсолютного вакуума. Эти датчики включают в себя полностью откачанные и герметичные элементы, которые служат эталоном вакуума.Входное давление подается через единственный порт.

Дифференциальное давление измеряется путем считывания разницы между входами двух или более уровней давления. Датчик должен иметь два отдельных порта давления; более высокое из двух давлений прикладывается через порт высокого давления, а меньшее — через порт низкого давления. Обычно он измеряется в фунтах на квадратный дюйм (psi).

Манометрические датчики — наиболее распространенный тип датчиков давления. Давление измеряется относительно атмосферного давления в данном месте.Среднее атмосферное давление на уровне моря составляет 1013,25 мбар, но изменения погоды и высоты напрямую влияют на выходной сигнал датчика давления. В этом устройстве входное давление подается через порт высокого давления, а давление окружающей среды — через открытый порт низкого давления.

Датчики вакуума — это манометрические датчики, используемые для измерения давления ниже локального атмосферного давления. Вакуум — это объем пространства, в котором практически нет материи. Датчики вакуума делятся на различные диапазоны низкого, высокого и сверхвысокого вакуума.

Герметичные манометрические датчики измеряют давление относительно одной атмосферы на уровне моря (14,7 фунта на квадратный дюйм). Датчики абсолютного давления также имеют герметичный элемент, который измеряет давление относительно вакуума.

Один и тот же датчик может использоваться для всех трех типов измерения давления; отличаются только ссылки.

Манометр смешанного давления может отображать положительные и отрицательные показания давления.

Жидкостное заполнение Манометры заполнены жидкостью, например глицерином или силиконовым маслом, чтобы защитить манометр от вредного воздействия вибрации и пульсации.Их лучше всего использовать, когда система будет находиться под положительным и отрицательным давлением (требуется составной манометр), потому что сухой манометр быстрее изнашивается под нагрузкой и когда система подвергается сильной вибрации. Выбор манометра, заполненного жидкостью, дает несколько преимуществ; жидкость стабилизирует указатель, что облегчает считывание показаний манометра, и смазывает внутренние части манометра, чтобы они служили дольше.

Технические характеристики

Диапазон рабочего давления — это максимально допустимое давление, при котором система или часть оборудования предназначены для безопасной работы.Крайние значения этого диапазона следует определять в соответствии с ожидаемым диапазоном давления, в котором устройство должно работать.

Диаметр шкалы — диаметр манометра. Размер циферблата обычно определяется требованиями читаемости; больше для удаленного считывания и меньше, когда манометр находится близко к оператору. Как правило, требование более высокой точности диктует больший размер шкалы для отображения читаемых небольших приращений шкалы давления.

Различные диаметры циферблата

Размер напорного патрубка — это размер напорного патрубка.1/4 дюйма NPT будет представлен как 0,25 дюйма.

Точность определяется как разница (ошибка) между истинным значением и указанным значением, выраженная в процентах от диапазона. Он включает в себя комбинированные отклонения, вызванные методом, наблюдателем, оборудованием и окружающей средой. Поскольку точность манометра тесно связана с ценой, рассмотрите приложение, чтобы определить необходимую точность. Приложения, требующие менее точных показаний, например, в бассейне на заднем дворе, могут использовать точность «3-2-3», что означает, что датчики имеют точность плюс-минус 3% в нижней трети и верхней трети своего диапазона и в пределах 2% в средней трети.Уровни манометра могут иметь точность 0,25%.

Диапазон вакуума — это диапазон давлений от самого низкого давления вакуума до самого высокого давления вакуума (например, от 0 до 30 дюймов ртутного столба в переменном токе).

Рабочая температура важно учитывать. Покупатели должны знать о температуре окружающей среды и среды, в которой находится датчик. Если датчик не скомпенсирован правильно, показания могут резко измениться.

Место установки

Место установки манометра может варьироваться в зависимости от типа манометра.Выбор типа крепления зависит от области применения и среды, в которой будет использоваться датчик.

Нижняя часть — Иногда ее называют креплением на штоке, при этом крепление находится в нижней части манометра.

Задняя часть — Заднее крепление можно найти в центре или в нижней части задней части датчика. Крепежное соединение будет выступать из задней части манометра.

Фланец — Манометр устанавливается с помощью фланца вокруг лицевой или задней части манометра

Технические характеристики весов Критерии

Тип весов

Шкала расположена на лицевой стороне аналогового манометра.Шкала может помочь определить точность, а меньшие шкалы позволяют получать более точные показания. Лицевая сторона манометра может иметь одинарную или двойную шкалу.

• Единая шкала манометров имеет одну шкалу (один набор единиц) на лицевой стороне.

• Двойная шкала Манометры имеют две шкалы (два набора единиц) на лицевой стороне. Это обычно наблюдается в составных манометрах.

Сенсорная техника

Для получения более подробной информации о сенсорных технологиях посетите Руководство по техническим характеристикам сенсора давления на Engineering360.

Механическое отклонение использует упругий или гибкий элемент для механического отклонения при изменении давления, например диафрагму, трубку Бурдона или сильфон.

Поршневая технология использует герметичный поршень / цилиндр для измерения изменений давления.

Тензодатчики (чувствительные к деформации переменные резисторы) прикреплены к частям конструкции, которые деформируются при изменении давления. Тензодатчики прочны, точны и стабильны, они могут работать в условиях сильных ударов и вибрации, а также в различных средах под давлением.

Пьезоэлектрические датчики давления измеряют динамическое и квазистатическое давление. Двунаправленные преобразователи состоят из металлизированного кварца или керамических материалов, которые обладают естественными электрическими свойствами. Они способны преобразовывать напряжение в электрический потенциал и наоборот. Датчики можно использовать только для переменного давления. Они очень прочные, но требуют схемы усиления, которая может быть восприимчива к ударам и вибрации.

Полупроводниковые пьезоэлектрические датчики основаны на полупроводниковой технологии.Изменение сопротивления происходит не только из-за изменения длины и ширины (как в случае тензодатчика), но и из-за сдвига электрических зарядов внутри резистора. Это очень чувствительные устройства.

Переменная емкость Приборы для измерения давления используют изменение емкости в результате движения диафрагменного элемента для измерения давления. В зависимости от типа давления емкостный датчик может быть датчиком абсолютного, манометрического или дифференциального давления.В устройстве используется тонкая диафрагма в качестве одной пластины конденсатора. Приложенное давление вызывает отклонение диафрагмы и изменение емкости. Отклонение диафрагмы вызывает изменение емкости, которое обнаруживается мостовой схемой.

Медиа

Аналоговые манометры следует выбирать с учетом среды и условий эксплуатации. При выборе манометра следует учитывать агрессивную среду, в которой он должен работать. Измеряемая среда должна быть совместима со смачиваемыми частями прибора для измерения давления.Неправильное применение может привести к повреждению аналогового манометра, что приведет к поломке или травме персонала или повреждению имущества. В систему могут быть добавлены мембранные разделители (также называемые изоляторами манометров) для защиты манометра от коррозионного воздействия и предотвращения засорения вязкой или грязной средой аналоговых манометров с трубкой Бурдона.

Список литературы

Дейл Фостер-младший — Как купить манометр

Изображение кредита:

Клиппард Миниматик | Sensorsmag | neptechinc.com

Типы датчиков давления — Руководство

Датчики давления — это инструменты или устройства, которые преобразуют величину физического давления, оказываемого на датчик, в выходной сигнал, который можно использовать для определения количественного значения давления.Доступно множество различных типов датчиков давления, которые работают одинаково, но основаны на различных базовых технологиях для перевода между давлением и выходным сигналом. В этой статье будут рассмотрены наиболее распространенные типы датчиков давления, описаны принципы работы датчиков давления, рассмотрены общие спецификации, связанные с датчиками давления, и представлены примеры приложений.

Следует отметить одно отличие: датчики давления отличаются от манометров.Манометры по своей конструкции обеспечивают прямое считывание значения давления, называемого манометрическим давлением. Это может быть аналоговый (механический) дисплей с использованием стрелки и градуированной шкалы или прямой цифровой дисплей показаний давления. С другой стороны, датчики давления не обеспечивают непосредственно считываемый выходной сигнал давления, а вместо этого генерируют значение выходного сигнала, которое пропорционально показанию давления, но которое сначала необходимо подготовить и обработать, чтобы преобразовать уровень выходного сигнала в калиброванное считывание давления.

Чтобы узнать больше о других типах датчиков, см. Наши соответствующие руководства, которые охватывают различные типы датчиков или использование датчиков для расширения возможностей Интернета вещей (IoT). Чтобы узнать больше о других устройствах для измерения давления, см. Наши соответствующие руководства по манометрам и цифровым манометрам.

Датчики давления, преобразователи давления и преобразователи давления

Есть несколько общих терминов, связанных с устройствами измерения давления, которые часто используются как взаимозаменяемые.Эти термины — датчики давления, датчики давления и датчики давления. Производители и поставщики этих устройств могут использовать один или несколько из этих терминов для описания своих продуктовых предложений. Как правило, основное различие между этими терминами связано с генерируемым электрическим выходным сигналом и выходным интерфейсом устройства. Имейте в виду, что у разных поставщиков есть различия в том, как классифицировать их устройства.

Один из способов понять разницу между датчиками давления и датчиками давления.Датчики давления и датчики давления не имеют встроенной электроники, обеспечивающей формирование сигнала и усиленный выходной сигнал, в отличие от двух других.

Датчики давления, хотя и используются как общий термин для всех этих трех типов устройств, обычно вырабатывают выходной сигнал в милливольтах. Относительно низкое выходное напряжение в сочетании с потерями сопротивления, которые возникают в проводке, означает, что длина проводов должна быть небольшой, что ограничивает использование устройств примерно 10-20 футами от электроники, прежде чем возникнут слишком большие потери сигнала.Выходной сигнал будет пропорционален напряжению питания, используемому с датчиком. Так, например, датчик, который генерирует выходной сигнал 10 мВ / В, используемый с источником питания 5 В постоянного тока, будет генерировать выходной сигнал в диапазоне от 0 до 50 мВ по величине. Милливольтные выходы позволяют инженеру спроектировать преобразование сигнала в соответствии с требованиями приложения и помогают снизить как стоимость, так и размер корпуса датчика. Ограничения этих устройств заключаются в том, что необходимо использовать регулируемые источники питания, так как выходная мощность во всем диапазоне пропорциональна напряжению питания.Кроме того, низкий выходной сигнал означает, что эти устройства менее подходят для использования в электрически зашумленной среде. Иллюстрация полумостовой схемы с выходным напряжением в милливольтах показана на рисунке 1 ниже.

Рисунок 1. Датчик давления с тензометрическим датчиком с использованием моста Уитстона

Изображение предоставлено: https://www.avnet.com/wps/portal/abacus/solutions/technologies/sensors/pressure-sensors/output-signals

генерируют более высокий уровень выходного напряжения или частоты за счет наличия дополнительных встроенных возможностей усиления сигнала для повышения амплитуды выходного сигнала, скажем, до 5 В или 10 В, и частотного выхода до 1-6 кГц.Повышенная мощность сигнала позволяет использовать датчики давления на большем расстоянии от электроники, скажем, в 20 футах. Эти устройства используют более высокий уровень напряжения питания, например 8–28 В постоянного тока. Более высокое выходное напряжение снижает потребление тока, что позволяет использовать датчики давления в приложениях, где оборудование работает от батарей.

В то время как датчики давления и преобразователи давления генерируют выходной сигнал напряжения, датчики давления вырабатывают выходной ток с низким сопротивлением, обычно используемый в качестве аналоговых сигналов 4–20 мА в 2-проводной или 4-проводной конфигурации.Датчики давления обладают хорошей устойчивостью к электрическим помехам (EMI / RFI) и поэтому подходят для приложений, где необходимо передавать сигналы на большие расстояния. Эти устройства не требуют регулируемых источников питания, но более высокий выходной ток и потребляемая мощность делают их непригодными для приложений с батарейным питанием, когда устройства работают при полном или близком к нему давлении.

Для простоты в этой статье мы будем использовать общий термин датчики давления, а не делать четкие представления датчиков давления и датчиков давления.

Терминология по давлению

В этом разделе представлена ​​основная терминология, относящаяся к датчикам давления.

• Манометрическое давление — это измерение давления относительно давления окружающей среды. Типичным примером этого является использование манометра для измерения давления воздуха в автомобильной шине. Если манометр показывает 35 фунтов на квадратный дюйм, это означает, что давление в шинах на 35 фунтов на квадратный дюйм выше местного давления окружающей среды.
• Абсолютное давление — это измерение, производимое относительно чистого вакуума, например космического вакуума.Этот тип измерения давления важен в аэрокосмической технике, поскольку давление воздуха изменяется с высотой.
• Дифференциальное давление — это измерение разности давлений между двумя значениями давления, следовательно, измерение того, насколько они отличаются друг от друга, а не их величины относительно атмосферного давления или другого эталонного давления.
• Вакуумное давление — это измерение давления, значение которого находится в отрицательном направлении по отношению к атмосферному давлению.

На рисунке 2 ниже эти термины показаны на диаграмме, показывающей относительные отношения между каждым из них.

Рисунок 2: Взаимосвязь различных измерений давления

Изображение предоставлено: https://www.engineeringtoolbox.com

Технологии измерения давления

Для измерения давления используются шесть основных датчиков давления. Это:

• Потенциометрические датчики давления
• Индуктивные датчики давления
• Датчики давления емкостные
• Пьезоэлектрические датчики давления
• Тензометрические датчики давления
• Датчики давления с переменным сопротивлением

Потенциометрические датчики давления используют трубку Бурдона, капсулу или сильфон, которые приводят в движение рычаг стеклоочистителя, обеспечивая относительно нормальные измерения давления.

Индуктивные датчики давления используют линейный регулируемый дифференциальный трансформатор (LVDT) для изменения степени индуктивной связи, которая возникает между первичной и вторичной обмотками трансформатора.

Емкостные датчики давления используют диафрагму, которая отклоняется под действием приложенного давления, что приводит к изменению значения емкости, которая затем может быть откалибрована для получения показаний давления.

Пьезоэлектрические датчики давления основаны на способности таких материалов, как керамика или металлизированный кварц, генерировать электрический потенциал, когда материал подвергается механической нагрузке.

Тензометрические датчики давления основаны на измерении изменения сопротивления, которое происходит в таком материале, как силикон, когда он подвергается механической нагрузке, известному как пьезорезистивный эффект.

Датчики давления с переменным сопротивлением используют диафрагму, которая находится в магнитной цепи. Когда к датчику прикладывается давление, отклонение диафрагмы вызывает изменение сопротивления контура, и это изменение можно измерить и использовать в качестве индикатора приложенного давления.

Типы датчиков давления

С помощью датчика давления можно проводить измерения давления для определения диапазона различных значений и различных типов давления в зависимости от того, выполняется ли измерение давления относительно атмосферы, условий вакуума или других эталонных уровней давления. Датчики давления — это инструменты, которые могут быть спроектированы и настроены для определения давления по этим переменным. Датчики абсолютного давления предназначены для измерения давления относительно вакуума, и в них используется эталонный вакуум, заключенный внутри самого датчика.Эти датчики также могут измерять атмосферное давление. Точно так же датчик избыточного давления определяет значения, относящиеся к атмосферному давлению, и часть устройства обычно находится в условиях окружающей среды. Это устройство можно использовать для измерения артериального давления.

Важным аспектом промышленных процессов определения давления является сравнение нескольких уровней давления. Для этих приложений используются датчики перепада давления, которые могут быть проблемными из-за наличия как минимум двух различных давлений на одной механической конструкции.Датчики перепада давления имеют относительно сложную конструкцию, поскольку они часто необходимы для измерения мельчайших перепадов давления при больших статических давлениях. Принципы трансдукции и механического измерения давления являются общими для большинства стандартных датчиков давления, независимо от их категории как приборы дифференциального, абсолютного или манометрического давления. Ниже мы рассмотрим наиболее распространенный тип датчиков давления.

Датчики анероидного барометра

Барометр-анероид состоит из полого металлического корпуса с гибкими поверхностями сверху и снизу.Каков принцип работы датчика атмосферного давления? Изменения атмосферного давления заставляют этот металлический корпус менять форму, а механические рычаги усиливают деформацию, чтобы обеспечить более заметные результаты. Уровень деформации также можно повысить, изготовив датчик в сильфонной конструкции. Рычаги обычно прикреплены к циферблату со стрелкой, который переводит деформацию под давлением в масштабированные измерения или на барограф, который регистрирует изменение давления во времени. Датчики-анероидные барометры компактны и долговечны, в их работе не используется жидкость.Однако масса элементов измерения давления ограничивает скорость отклика устройства, что делает его менее эффективным для проектов измерения динамического давления.

Датчики манометра

Манометр — это датчик давления жидкости, имеющий относительно простую конструкцию и более высокий уровень точности, чем у большинства барометров-анероидов. Он выполняет измерения, регистрируя влияние давления на столб жидкости. Наиболее распространенной формой манометра является U-образная модель, в которой давление прикладывается к одной стороне трубки, вытесняя жидкость и вызывая падение уровня жидкости на одном конце и соответствующее повышение на другом.Уровень давления обозначается разницей в высоте между двумя концами трубки, и измерение производится по шкале, встроенной в устройство.

Точность считывания можно повысить, наклонив одну из ножек манометра. Также можно прикрепить резервуар для жидкости, чтобы сделать уменьшение высоты одной из ножек незначительным. Манометры могут быть эффективными в качестве манометрических датчиков, если одна ветвь U-образной трубки выходит в атмосферу, и они могут функционировать как дифференциальные датчики, когда давление прикладывается к обеим ногам.Однако они эффективны только в определенном диапазоне давления и, как и барометры-анероиды, имеют низкую скорость отклика, что неадекватно для измерения динамического давления.

Датчики давления с трубкой Бурдона

Хотя они работают в соответствии с теми же основными принципами, что и анероидные барометры, в трубках Бурдона вместо полой капсулы используется спиральный или С-образный чувствительный элемент. Один конец трубки Бурдона зафиксирован в соединении с давлением, а другой конец закрыт.Каждая трубка имеет эллиптическое поперечное сечение, которое заставляет трубку выпрямляться при приложении большего давления. Инструмент будет продолжать выпрямляться до тех пор, пока давление жидкости не сравняется с упругим сопротивлением трубки. По этой причине разные материалы трубок связаны с разными диапазонами давления. Зубчатый механизм прикреплен к закрытому концу трубки и перемещает указатель по шкале с градуировкой для получения показаний. Устройства с трубкой Бурдона обычно используются в качестве датчиков избыточного давления и дифференциальных датчиков, когда две трубки соединены с одним указателем.Как правило, спиральная трубка более компактна и обеспечивает более надежную работу, чем С-образный чувствительный элемент.

Вакуумные датчики давления

Давление вакуума ниже атмосферного, и его может быть сложно обнаружить механическими методами. Датчики Пирани обычно используются для измерений в диапазоне низкого вакуума. Эти датчики основаны на нагретом проводе, электрическое сопротивление которого зависит от температуры. Когда вакуумное давление увеличивается, конвекция уменьшается, а температура проволоки повышается.Электрическое сопротивление увеличивается пропорционально и калибруется по давлению, чтобы обеспечить эффективное измерение вакуума.

Ионные датчики или датчики с холодным катодом обычно используются для приложений с более высоким вакуумом. Эти инструменты основаны на нити накала, которая генерирует электронную эмиссию. Электроны переходят на сетку, где они могут сталкиваться с молекулами газа, тем самым вызывая их ионизацию. Устройство для сбора заряженных частиц притягивает заряженные ионы, и количество накапливаемых им ионов напрямую соответствует количеству молекул в вакууме, обеспечивая, таким образом, точное считывание давления в вакууме.

Герметичные датчики давления

Герметичные датчики давления используются, когда необходимо получить измерение давления относительно эталонного значения (например, атмосферного давления на уровне моря), но когда невозможно открыть датчик непосредственно для этого эталонного давления. Например, на подводных транспортных средствах герметичный датчик давления может использоваться для определения глубины транспортного средства путем измерения давления окружающей среды и сравнения его с атмосферным давлением, имеющимся в герметичном устройстве.

Характеристики датчика давления

обычно имеют размер и характеристики, определяемые несколькими общими параметрами, которые показаны ниже. Обратите внимание, что спецификации для этих устройств могут отличаться от производителя к производителю, а также обратите внимание, что характеристики могут отличаться в зависимости от конкретного типа датчика давления, полученного от источника. Базовое понимание этих спецификаций упростит процесс поиска или определения одного из этих датчиков.

• Тип датчика — отражает тип давления, на которое рассчитан датчик. Это может включать абсолютное давление, сложное давление, дифференциальное давление, манометрическое давление или вакуумное давление.
• Диапазон рабочего давления — обеспечивает диапазон давлений, в котором датчик может работать и генерировать выходной сигнал.
• Максимальное давление — абсолютное максимальное значение давления, при котором устройство может надежно работать без повреждения датчика.Превышение максимального давления может привести к отказу устройства или неточному выходному сигналу.
• Полная шкала — это разница между максимальным давлением, которое может измерять датчик, и нулевым давлением.
• Тип выхода — описывает общий характер характеристик выходного сигнала датчика давления. Примеры включают аналоговый ток, аналоговое напряжение, частоту или другие форматы.
• Уровень выходного сигнала — диапазон выходного сигнала, например 0-25 мВ, связанный с датчиком давления в пределах его рабочего диапазона.Для выходных электрических сигналов это обычно будет диапазон милливольт или вольт или диапазон выходного тока в миллиамперах.
• Точность — мера отклонения между уровнем давления, определенным выходным сигналом датчика, и истинным значением давления. Точность часто выражается как диапазон единиц давления +/- (например, фунты на квадратный дюйм или миллибар) или как ошибка +/- в процентах. Точность датчиков давления обычно определяется по прямой, наилучшим образом подходящей для значений выходных сигналов, по отношению к различным показаниям приложенного давления.
• Разрешение — представляет собой наименьшую разницу выходного сигнала, которую может различить датчик.
• Дрейф — мера постепенного изменения откалиброванного состояния датчика с течением времени.
• Напряжение питания — величина источника напряжения, необходимого для питания датчика давления, измеряется в вольтах, чаще всего выражается как допустимый диапазон входного напряжения.
• Диапазон рабочих температур — крайние значения температуры (высокие и низкие), при которых датчик рассчитан на надежную работу и выдачу выходного сигнала.

Применение датчиков давления

находят широкое применение в ряде рынков, включая медицину, общепромышленность, автомобилестроение, HVAC и энергетику. Важно понимать, что, хотя эти устройства измеряют давление, их можно использовать для выполнения других важных измерений, поскольку существует взаимосвязь между зарегистрированным давлением и значениями этих других параметров.

Некоторые примеры использования датчика давления приведены ниже:

• В автомобильных тормозных системах датчики давления могут использоваться для обнаружения неисправностей в гидравлических тормозах, которые могут повлиять на их работоспособность.
• В автомобильных двигателях используются датчики давления для оптимизации топливно-воздушной смеси при изменении условий движения и для контроля уровня давления масла в работающем двигателе.
• Датчики давления в автомобилях могут использоваться для обнаружения столкновений и активации устройств безопасности, таких как подушки безопасности.
• В аппаратах ИВЛ датчики давления используются для контроля давления кислорода и для контроля смеси воздуха и кислорода, подаваемой пациенту.
• Гипербарические камеры используют датчики давления для отслеживания и контроля давления, применяемого в процессе лечения.
• Датчики давления используются в приборах спирометрии, которые измеряют емкость легких пациентов.
• Автоматические системы доставки лекарств, которые вводят лекарство пациенту в виде жидкости для внутривенного вливания, используют датчики давления для доставки нужной дозировки в нужное время суток.
• В системах HVAC датчики давления могут использоваться для контроля состояния воздушных фильтров. Поскольку фильтры забиваются твердыми частицами, перепад давления на фильтре возрастает и может быть обнаружен.
• Скорость воздушного потока можно контролировать с помощью датчиков давления, поскольку скорость воздушного потока пропорциональна разности давлений.
• В промышленных процессах датчики давления могут обнаруживать засорение фильтра в технологическом потоке, оценивая разницу между давлением на входе и выходе.
• Уровни жидкости в баке можно эффективно контролировать с помощью датчиков давления, размещенных на дне бака. По мере снижения уровня жидкости в резервуаре давление напора (вызванное весом объема жидкости над датчиком) также уменьшается.Это измерение является прямым индикатором количества жидкости в резервуаре и не зависит от формы резервуара, а зависит исключительно от высоты жидкости. Здесь датчики давления представляют собой альтернативу другим формам датчиков уровня жидкости.
• Улучшенное местоположение GPS обеспечивается датчиками давления. Измерение высоты может быть выполнено путем определения барометрического давления из-за взаимосвязи между барометрическим давлением и высотой в атмосфере.
• В высокоэффективных стиральных машинах могут использоваться датчики давления для определения объема воды, который следует добавить для очистки партии грязной одежды, что позволяет максимально эффективно использовать природные ресурсы.
• Датчики давления используются в носимых устройствах для наблюдения за пациентами и пожилыми людьми в условиях ухода за больными, определения того, когда могло произойти падение, и уведомления персонала или члена семьи. Измеряя небольшие изменения давления воздуха порядка 2 миллибар, эти датчики могут обнаруживать изменение высоты на расстоянии порядка 10 см.

Сводка

В этой статье представлен обзор датчиков давления, включая их описание, типы, основные характеристики и примеры применения.Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг.

Источники:

1. https://www.avnet.com/
2. https://www.variohm.com/news-media/technical-blog-archive/working-principle-of-a-pressure-sensor
3. https://www.hbm.com/
4. https://www.te.com/usa-en/products/sensors/pressure-sensors/pressure-transducers/pressure-sensor-vs-transducer-vs-transmitter.HTML
5. https://allsensors.com/applications/medical-pressure-sensor-applications
6. https://meritsensor.com/applications/

Прочие датчики изделия

Прочие «виды» статей

Больше от Instruments & Controls

, типы, функции, применение

Реле давления — одно из наиболее распространенных измерительных устройств, используемых сегодня в промышленных приложениях, в насосах, оборудовании HVAC и гидравлических системах.Эти устройства гарантируют, что процессы имеют достаточное давление для правильной работы.