Датчик давления как работает: Как правильно выбрать преобразователь давления

  • 03.01.1981

Содержание

Как правильно выбрать преобразователь давления

Давление, эта важнейшая после температуры физическая величина, является определяющей во многих технологических процессах.

Преобразователи давления предназначены для измерений и непрерывного преобразования давления в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, напряжения или в цифровой сигнал.

Используются датчики в регуляторах и других устройствах автоматики в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в системах водообработки, отопления, вентиляции и кондиционирования; гидравлических системах, холодильной технике, расходомерах и счетчиках; дизельных двигателях; тормозных системах; уровнемерах, в испытательных стендах и т.д.

Индустриальные измерения и контрольно-измерительная аппаратура применяются во всех областях промышленности — от атомной до пищевой и фармакологической; соответственно, везде нужны и преобразователи давления и преобразователи уровня.

Принцип действия датчиков основан на упругой деформации чувствительного элемента (сенсора), на который нанесены полупроводниковые тензорезисторы, включенные по схеме моста Уинстона. Измеряемое давление подводится через штуцер в рабочую полость датчика и вызывает деформацию диафрагмы. Это приводит к изменению геометрии резисторов, находящихся с ней в тесной механической связи и изменению их сопротивления. Происходит преобразование приложенного давления (механический вход) в изменение сопротивления (электрический выход).

Мы предлагаем следующий алгоритм, чтобы правильно подобрать датчик для Вашего применения:

1. Тип измеряемого давления

Преобразователи давления измеряют разность двух давлений, воздействующих на измерительную мембрану (чувствительный элемент) датчика. Одно из этих давлений — измеряемое, второе — опорное, то есть то давление, относительно которого происходит отсчет измеряемого. В зависимости от вида опорного давления все датчики разделяются на следующие виды:

Практически все наши преобразователи давления имеют модификации для измерения как абсолютного так и избыточного (в том числе разряжения) давлений. Подробнее Вы можете ознакомиться в разделе продукция/преобразователи давления.

Преобразователи абсолютного давления
Предназначены для измерения величины абсолютного давления жидких и газообразных сред. Опорное давление — вакуум. Воздух из внутренней полости чувствительного элемента датчика откачан. Например, барометр –частный случай датчика абсолютного давления.

Минимальный доступный у нас для заказа диапазон абсолютного давления с погрешностью 0,1%ВПИ — это 0…50мбар (0…5кПа). Описание на датчик 41X Вы можете увидеть здесь.

Преобразователи избыточного (относительного) давления
Предназначены для измерения величины избыточного давления жидких и газообразных сред. Опорное давление — атмосферное; таким образом, одна сторона мембраны соединена с атмосферой.

Преобразователи дифференциального (разности, перепада) давления
Предназначены для измерения разности давления среды и используются для измерения расхода жидкостей, газа, пара, уровня жидкости. Давление подается на обе стороны мембраны, а выходной сигнал зависит от разности давлений.

В нашей линейке предствалены датчики

  • PD-33X — отличительной особенностью является высокая точность измерения перепада давления, а также возможность исполнения для значений опорного давления до 600бар. При этом измеряемый перепад может составлять всего 0…0,2 бар
  • PRD-33X — эти датчики уникальны способностью выдерживать перегрузки по давления и с положительной и с отрицательной стороны. При диапазоне измерений 0…0,350мбар перегрузка может составлять 35 бар!
  • PD-39X — эти датчики давления имеют особенную конструкцию с двумя сенсорами абсолютного давления. Это обеспечивает повышенную надежность и стойкость к перегрузкам, однако применимы данные датчики только в условиях, когда перепад давления одного порядка с опорным давлением в линии.
  • PD-41X — это сверхчувствительные датчики для измерения перепада давления. минимальный диапазон — это 0…0,5кПа.
    Это идеальное решения для измерения малых скоростей потока. Дифференциальный преобразователь PD-41X подходит только для неагрессивных газов.

Преобразователи гидростатического давления (преобразователи уровня)
Предназначены для преобразования гидростатического давления контролируемой среды в сигнал постоянного тока. Измеряют давление столба жидкости, зависящее только от его высоты и от плотности самой жидкости. Изменение атмосферного давления компенсируется при помощи капиллярной (дыхательной трубки)

Преобразователи вакууметрического давления (разряжения)
Предназначены для измерения величины вакуумметрического давления жидких и газообразных сред. Опорное давление в этих датчиках также атмосферное. Однако, в отличие от датчиков избыточного давления, измеряемое давление меньше атмосферного, т.е. существует разрежение относительно атмосферы.

Преобразователи избыточного давления-разряжения
Представляют собой сочетание датчиков избыточного и вакуумметрического давлений, т. е. измеряют как давление, так и разрежение, например -1…6 бар. У нас Вы можете заказать абсолютно любой такой диапазон в пределах максимального диапазона измерений конкретного датчика.

2. Среда использования датчика

Для надежной работы датчиков необходимо выбирать материалы элементов, контактирующих с измеряемой средой (мембран, фланцев, кабеля и уплотнительных колец) химически стойкими к этим средам. Например, для различных сред эксплуатации материалом мембран сенсоров может быть нержавеющая сталь, титан, титановый сплав, хастеллой, керамика, Kynar и др. Материал кабеля особенно актуален для погружных гидростатических датчиков давления. Для питьевой воды идеально подойдет полиэтиленовый PE кабель, для не агрессивных промышленных сред полиуретановый PUR. Если же Вы собираетесь использовать датчик в топливе или агрессивной жидкости, то оптимальным решением будет термопластичный эластомер (Hytrel) или тефлон (PTFE). Все эти материалы мы используем и предлагаем в своих модификациях датчиков Келлер.

3. Климатическое исполнение

Преобразователи давления также отличаются по климатическому исполнению. Следует обращать внимание на климатические условия (температура окружающей среды, влажность, прямое попадание воды и солнечных лучей) в месте установки датчика. Они должны соответствовать тем, на которые он рассчитан. Причем очень важно различать две температуры, которые могут оказывать влияние на наш датчик: температура окружающей среды и температура измеряемой среды. Наши преобразователи давления могут работать в условиях окружающей и измеряемой среды от -55 до 150С. Специальные исполнения преобразователей давления способны работать при температурах среды до +300С.

4. Выходной сигнал

Рассмотрим основные типы:

  • Аналоговый выходной сигнал. На выходе из датчика мы имеем непрерывный линейный сигнал по току или по напряжению, который мы можем регистрировать самыми простыми приборами, даже обычным бытовым тестером. 4…20 mA — это самый распространенный выходной сигнал для датчиков во всем мире, также популярными аналоговыми сигналами являются 0…10В, 0,5…4,5В и другие.
  • Цифровой выходной сигнал. На сегодняшний день существует огромное множество различных цифровых сигналов и отдельно останавливаться на них мы не будем. Пожалуй, самым широко используемым является интерфейс RS485 протокол MODBUS. Это открытый протокол, который позволяет объединить в систему до 128 устройств с максимальным расстоянием между ними 1300м.
  • Ратиометрический выходной сигнал. Этот сигнал используется пока достаточно редко, особенно в нашей стране, но с каждым днем он набирает все большую популярность. Особенностью ратиометрического выходного сигнала является зависимость значения сигнала от напряжения питания. Т.е. мы можем говорить, что этот сигнал является безразмерным и представляет собой ничто иное как процентное отношение сигнала питания. Обычно, про датчик с ратиометрическим выходным сигналом говорят 0,5…4,5В ратиометрический (ratiometric), на самом же деле 0,5…4,5В мы имеем только при условии стабильного напряжения питания 5В, поэтому правильно с физической точки зрения говорить: 0,5В/5В…4,5В/5В.
    Если же напряжение питания изменится, то пропорционально ему изменится и выходной сигнал.

Тип выходного сигнала прежде всего зависит от уже имеющегося оборудования и стоящей перед Вами задачи. Для этого необходимо изучить входы, которые имеют используемые контроллеры, приборы, машины или регуляторы. Все перечисленные сигналы мы используем в наших датчиках давления, а также и многие другие.

Для автономных приборов мы бы посоветовали использовать датчики с цифровым интерфейсом I2C с данными датчиками Вы можете ознакомиться здесь. Если же Вам не удобно работать с цифровым выходом, то лучше использовать датчики с минимальным напряжением питания например 3,5V — это датчики 33X или 5V — это датчики 21Y.

5. Точность измерений

Преобразователи давления имеют различные метрологические характеристики (классы точности) – обычно от 0,05% до 0,5%. Особо точные датчики используются на важных объектах в различных отраслях промышленности. Опционально датчики серии 33x могут иметь основную погрешность до 0,01% ВПИ (доступно только для диапазонов >10 бар).

На рисунке представлен датчик без температурной компенсации и с температурной компенсацией осуществляемой по специальным алгоритмам микропроцессором в преобразователях давления Келлер.

Особое внимание следует уделять стабильности датчиков давления. Ведь даже очень точный датчик спустя нескольких часов работы при температурных циклах в широком диапазоне начинает давать дополнительную погрешность более 0,5%ВПИ. Что говорить, если эти циклы будут продолжаться месяцами и даже годами!

Некоторые виды датчиков давления имеют взрывозащищенное исполнение. Эти модели могут успешно использоваться для определения давления на взрывоопасных объектах с присутствием взрывчатых и легко воспламеняющихся газов и жидкостей. В линейке Келлер представлены как преобразователи с искробезопасной цепью, так и преобразователи со взрывонепроницаемой оболочкой.

Преобразователи давления относятся к измерительной технике и должны проходить обязательные сертификационные испытания. После этого они утверждаются и вносятся в Госреестр средств измерений.

Надеемся, что данный материал поможет Вам лучше ориентироваться при выборе преобразователей давления.

Вы также можете подобрать решение, которое будет актуально именно для Вашей задачи с помощью наших специалистов. Заявку на подбор можно отправить любым удобным Вам способом: через форму обратной связи, по электронной почте [email protected] или же по телефону 8 (800) 777 18 50. 

Принцип работы датчика давления воды

Датчик давления — это устройство, у которого физические параметры изменяются в зависимости от давления измеряемой среды, это могут быть газы, жидкости, пар. При изменении измеряемой среды, в которой находиться датчик давления, меняется и его выходные унифицированный пневматический, электрический сигналы или цифровой код.

Принципы использования датчика давления

Устройство состоит из первичного преобразователя давления, в составе которого чувствительный элемент и приемник давления, схемы вторичной обработки сигнала, различных по конструкции корпусных деталей и устройства вывода.

Основным отличием каждого датчика давления является точность регистрации давления (Диапазоны измерения от 0 … 6 бар до 0 … 60 бар), которая зависит от принципа преобразования давления в электрический сигнал: пьезорезистивный, тензометрический, емкостной, индуктивный, резонансный, ионизационный.

Методы преобразования давления в электрический сигнал
  • тензометрический

Чувствительные элементы датчиков базируются на принципе измерения деформации тензорезисторов, припаянных к титановой мембране, которая деформируется под действием давления.

  • пьезорезистивный

Основаны на интегральных чувствительных элементах из монокристаллического кремния. Кремниевые преобразователи имеют высокую временную и температурную стабильности. Для измерения давления чистых неагрессивных сред применяются, так называемые, Low cost — решения, основанные на использовании чувствительных элементов либо без защиты, либо с защитой силиконовым гелем. Для измерения агрессивных сред и большинства промышленных применений используется преобразователь давления в герметичном металло-стеклянном корпусе, с разделительной диафрагмой из нержавеющей стали, передающей давление измеряемой среды посредством кремнийорганической жидкости.

Ёмкостные преобразователи используют метод изменения ёмкости конденсатора при изменении расстояния между обкладками. Известны керамические или кремниевые ёмкостные первичные преобразователи давления и преобразователи, выполненные с использованием упругой металлической мембраны. При изменении давления мембрана с электродом деформируется и происходит изменение емкости. В элементе из керамики или кремния, пространство между обкладками обычно заполнено маслом или другой органической жидкостью. Недостаток — нелинейная зависимость емкости от приложенного давления.

Резонансный метод — это волновые процессы: акустические или электромагнитные. Это и объясняет высокую стабильность датчиков и высокие выходные характеристики прибора. К недостаткам можно отнести индивидуальную характеристику преобразования давления, значительное время отклика, невозможность проводить измерения в агрессивных средах без потери точности показаний прибора.

Основан на регистрации вихревых токов (токов Фуко). Чувствительный элемент состоит из двух катушек, изолированных между собой металлическим экраном. Преобразователь измеряет смещение мембраны при отсутствии механического контакта. В катушках генерируется электрический сигнал переменного тока таким образом, что заряд и разряд катушек происходит через одинаковые промежутки времени. При отклонении мембраны создается ток в фиксированной основной катушке, что приводит к изменению индуктивности системы. Смещение характеристик основной катушки дает возможность преобразовать давление в стандартизованный сигнал, по своим параметрам прямо пропорциональный приложенному давлению.

  • ионизационный

Ионизационный метод — регистрации потока ионизированных частиц. Аналогом являются ламповые диоды. Лампа оснащена двумя электродами: катодом и анодом, — а также нагревателем. В некоторых лампах последний отсутствует, что связано с использованием более совершенных материалов для электродов. Преимуществом таких ламп является возможность регистрировать низкое давление — вплоть до глубокого вакуума с высокой точностью. Однако следует строго учитывать, что подобные приборы нельзя эксплуатировать, если давление в камере близко к атмосферному. Поэтому подобные преобразователи необходимо сочетать с другими датчиками давления, например, емкостными. Зависимость сигнала от давления является логарифмической.

Регистрация сигналов датчиков давления

Сигналы с датчиков давления являются медленноменяющимися. Это значит, что их спектр лежит в области сверхнизких частот. Для того чтобы с высокой точностью оцифровать такой сигнал необходимо подавить высокочастотную часть спектра, полностью состоящую из помех. Это особенно актуально в промышленных условиях. Специально для ввода медленноменяющихся сигналов используются интегрирующие АЦП. Они проводят измерение не мгновенного значения сигнала (которое изменяется под действием помех), а интегрируют сигнальную функцию за заданный промежуток времени, который заведомо меньше постоянной времени процессов, происходящих в контролируемой среде, но заведомо больше периода самой низкочастотной помехи

Какие отличия датчика давления от манометра?

Манометр — прибор, предназначенный для измерения (а не преобразования) давления. В манометре от давления зависят показания прибора, которые могут быть считаны с его шкалы, дисплея или аналогичного устройства.

Нужен датчик давления?

Для подбора необходимого датчика давления для работы с частотным преобразователем или другим устройством обратитесь по телефону электротехнической компании ЭНЕРГОПУСК: (495) 775-24-55.

Датчики давления

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Преобразователь давления.

Общая информация

Преобразователь давления — измерительный прибор, предназначенный для непрерывного измерения давления различных сред и последующего преобразования измеренного значения в унифицированный выходной сигнал по току или напряжению. Преобразователи давления часто называют датчиками давления. Давление определяется как единица силы создаваемая на единицу площади поверхности. В системе СИ единицей измерения давления является Паскаль (Па). Один Паскаль равен силе в один Ньютон, приложенной на площадь в один квадратный метр (Па = Н / м²).

В зависимости от вида измеряемого давления, преобразователи давления делятся на несколько видов.

Преобразователи избыточного давления

Рисунок 1 — Датчик давления общепромышленный PTE5000

Данные преобразователи измеряют давление, создаваемое какой-либо средой относительно атмосферного давления. Этот тип преобразователей давления является самым распространенным и применяется практически во всех отраслях промышленности: ЖКХ, энергетика, водоподготовка, водоочистка, системы отопления, кондиционирования и вентиляции, пищевая промышленность, химия и др.

Для измерения избыточного давления воды, пара, нейтральных жидкостей и газов ООО «КИП-Сервис» предлагает датчик давления общепромышленного назначения PTE5000. Данные датчики широко применяются российскими предприятиями для измерения давления воды в системах котельной автоматики, системах водоснабжения и водоотведения, ЖКХ и других системах, где на первом плане стоит невысокая стоимость оборудования.

Преобразователи абсолютного давления

Рисунок 2 — Датчик давления общепромышленный CER-1

Данные преобразователи измеряют давление, создаваемое какой—либо средой относительно абсолютного разряжения (вакуума). Эти датчики давления не так широко распространены, и используются в основном в химической промышленности. В ассортименте датчиков ООО «КИП-Сервис» преобразователи абсолютного давления представлены серией преобразователей давления CER-8000 и CER-2000 голландской фирмы KLAY-INSTRUMENTS BV, выполненные в корпусе из нержавеющей стали, что актуально именно для химической промышленности. Следует отметить, что данные серии датчиков давления, в зависимости от модификации, могут применяться для измерения и других видов давления.

Преобразователи вакууметрического давления (разряжения)

Рисунок 3 — Преобразователь абсолютного давления. Датчики Klay.

Эти датчики измеряют уровень разряжения (вакуума) относительно атмосферного давления. На сегодняшний день вакуумные процессы находят широкое применение в таких отраслях, как пищевая промышленность (вакуумная упаковка, вакуумный транспорт), металлургическая промышленность и производство РТИ (литье под вакуумом), автомобилестроение и др.

Преобразователи гидростатического давления (гидростатические уровнемеры)

Данные преобразователи представляют собой разновидность датчиков избыточного давления, в том случае, когда последние применяются для измерения гидростатического уровня жидкостей. Преобразователь фактически измеряет давление столба жидкости над ним. Для применения в водоканалах и системах водоочистки в номенклатуре ООО «КИП-Сервис» представлены погружные гидростатические датчики уровня Hydrobar производства фирмы KLAY-INSTRUMENTS BV.

Как было сказано выше, единицей измерения давления в системе СИ является «Паскаль» (Па). На практике в промышленности широко применяются и другие единицы измерения, кроме «Па» наиболее распространенными являются «bar» (бар), «м.в.с.» (метр водяного столба) и «кгс/см²» (килограмм-сила на сантиметр квадратный), а также производные этих единиц: «мбар» (миллибар), «кПа» (килопаскаль), «МПа» (мегапаскаль).

Таблица перевода популярных единиц измерения давления
Единицы Па кПа МПа кгс/см² мм рт.ст. мм вод.ст. бар
1 Па 1 10–3 10–6 10,197 16 
х 10–6
0,007 500 62 0,101 971 6 0,000 01
1 кПа 1 000 1 10–3 0,010 197 16 7,500 62 101,971 6 0,01
1 МПа 1 000 000 1 000 1 10,197 16 7 500,62 101 971,6 10
1 кгс/м2 9,806 65 9,806 65 
х 10–3
9,806 65 
х 10–6
0,000 1 0,073 555 9 1 98,066 5 
х 10–6
1 кгс/см2 98 066,5 98,066 5 0,098 066 5 1 735,559 10 000 0,980 665
1 мм рт. ст. (при 0 °C) 133,322 4 0,133 322 4 0,000 133 322 4 0,001 359 51 1 13,595 1 0,001 332 24
1 мм вод.ст. (при 0 °C) 9,806 65 9,807 750 
х 10–3
9,806 65 
х 10–6
0,000 1 0,073 555 9 1 98,066 5 
х 10–6
1 бар 100 000 100 0,1 1,019 716 750,062 10 197,16 1

Конструкция преобразователей давления

Рисунок 4 — Схема конструкции преобразователей давления

На рисунке снизу приведена общая схема конструкции преобразователей давления. В зависимости от типа датчика, производителя прибора и особенностей применения, конструкция может меняться. Данная схема предназначена для ознакомления с основными элементами типового измерительного преобразователя давления.

  1. Кабельный ввод: Эта часть преобразователя давления используется для герметичного ввода электрического кабеля в датчик. Как правило, используется сальниковый ввод типа PG9, но встречаются и другие варианты подсоединения (например PG16, M20x1,5).
  2. Клеммы: Клеммы необходимы для физического подключения электрических проводов к датчику. На сегодняшний день подавляющее большинство преобразователей давления используют 2-проводную схему подключения с выходным сигналом 4…20 мА.
  3. Плата питания / искорзащиты: Данная плата осуществляет распределение электрической энергии между электронными компонентами датчика. У преобразователей во взрывобезопасном исполнении на данной плате реализуется функция искрозащиты. У недорогих датчиков давления (например, PTE5000), как правило, плата питания и преобразовательная плата совмещены.
  4. Корпус электроники: Часть датчика давления, в которой расположены плата питания и преобразовательная плата. У преобразователей низкой ценовой категории (WIKA, BD Sensors) корпус электроники и корпус собственно датчика представляют одно целое. Наличие отдельного корпуса для электроники характерно только для высококачественных преобразователей давления (например KLAY-INSTRUMETNS, EMERSON, VALCOM, YOKOGAWA).
  5. Преобразовательная плата: Это одна из самых важных частей преобразователей давления. Данная плата осуществляет преобразование сигнала от первичного сенсора в унифицированный электрический сигнал по току или по напряжению.
  6. Корпус датчика: Основная механическая часть, представляющая собой собственно тело преобразователя.
  7. Провода и атмосферная трубка: Провода, как правило, представляют собой кабельный шлейф, соединяющий выводы сенсора и преобразовательную плату. Атмосферная трубка используется в датчиках избыточного и вакууметрического давления для осуществления связи чувствительного элемента (сенсора давления) с атмосферным давлением.
  8. Технологическое соединение: Эта часть преобразователей давления используется для физического подключения датчика к процессу (к трубопроводу, емкости, аппарату). Наиболее распространенным соединением является резьбовое манометрическое подсоединение G1/2″ по стандарту DIN 16288 и резьба М20х1,5. Также широко встречаются соединения G1/4″, G1″, фланцевые соединения. В пищевой промышленности распространены специальные санитарные соединения, например молочная гайка DIN 11851, DRD-фланец, хомуты Tri-clamp. В ассортименте ООО «КИП-Сервис» есть специальные преобразователи давления для применения в пищевой (молочной, пивоваренной) промышленности. Это приборы производства KLAY-INSTRUMENTS BV — датчики давления серии 8000-SAN и интеллектуальные датчики давления серии 2000-SAN, которые полностью удовлетворяют всем требованиям пищевой промышленности по гигиене, точности измерений и температурным режимам. Рисунок 5 — Технологические соединения
  9. Сенсор давления (первичный преобразователь): Сенсор давления — один из ключевых элементов любого преобразователя давления. Данный элемент непосредственно осуществляет преобразование действующего на него давления в электрический сигнал, который потом унифицируется на преобразовательной плате. На сегодняшний день существует несколько способов преобразования давления в электрический сигнал. В промышленности применяются индуктивный, емкостной и тензорезистивный методы преобразования. Самым распространенным является тензорезистивный. Данный метод основан на явлении тензоэффекта в металлах и полупроводниках. Тензорезисторы соединенные в мостовую схему (мост Уитстона) под действием давления изменяют свое сопротивление, что приводит к разбалансу моста. Разбаланс прямо пропорционально зависит от степени деформации резисторов и, следовательно, от приложенного давления. Рисунок 6 — Мост Уитстона

На рынке существует 4 основных типа сенсоров, основанных на тензорезистивном методе преобразования, которые используют все существующие производители преобразователей давления. Рассмотрим каждый тип отдельно.

Типы сенсоров

1. Толстопленочные сенсоры на металлической/керамической мембране

Толстопленочный сенсор на металлической/керамической мембране

Данный тип тензорезистивных сенсоров является самых дешевым, и, как следствие, широко используется для производства недорогих преобразователей давления неагрессивных сред (вода, воздух, пар).

Толстопленочные сенсоры обладают следующими особенностями:

  • Самое недорогое решение;
  • Низкая точность — 0,5% или 1%;
  • Измерение только высокого давления — от 1 бар и выше;
  • Низкий запас по перегрузке, не более 2-кратной;
  • Отсутствие термокомпенсации.

2. Тонкопленочные сенсоры на стальной мембране

Тонкопленочные сенсоры на стальной мембране

Тонкопленочные сенсоры на стальной мембране были разработаны специально для применения в составе преобразователей высокого (более 100 бар) давления. Они обеспечивают хорошую линейность и повторяемость при работе с высокими значениями давления.

Особенности тонкопленочных сенсоров:

  • Применяются только для высоких давлений — от 6 бар;
  • Точность — не более 0,25%;
  • Низкий запас по перегрузке, не более 2-х, иногда 4-кратной;
  • Отсутствие термокомпенсации.

3. Керамические тензорезистивные сенсоры

Керамические тензорезистивные сенсоры

Данный вид сенсоров используется для высокоточного измерения давления сред, не агрессивных к материалу керамики (как правило Al2O3), кроме пищевых продуктов (т. к. необходимо использование уплотнителя сенсора) и вязких сред. Данный тип сенсоров используют практически все ведущие производители преобразователей давления.

Особенности:

  • Применяются для измерения как низкого так и высокого давления;
  • Высокая точность — до 0,1%;
  • Средняя устойчивость к перегрузкам;
  • Шероховатая поверхность (нежелателен контакт с пищевыми средами).

4. Кремниевые тензорезистивные сенсоры

Кремниевые тензорезистивные сенсоры

Кремниевые тензорезистивные сенсоры широко применяются всеми ведущими производителями преобразователей давления в сочетании с защитной разделительной мембраной из нержавеющей стали (или других химически стойких сплавов) для высокоточного измерения давления различных сред. Использование сварной разделительной мембраны из нерж. стали позволяет применять данный тип сенсоров в пищевой промышленности и для вязких сред.

Особенности:

  • Применяются для измерения как низкого, так и высокого давления;
  • Высокая точность — до 0,1%;
  • Высокая устойчивость к перегрузкам.

Руководитель отдела маркетинга ООО «КИП-Сервис»
Стариков И.И.

Дополнительные материалы:

Читайте также:

5 типов датчиков давления, которые вы должны знать

Точно так же, как сверло не будет работать с гвоздем, важно использовать тип датчика давления, который вы используете для своего приложения. То, что хорошо работает при измерении нефти и газа, например, может быть не лучшим образом подходит для гидравлики. Именно это ключ к обследованию диапазона типов датчиков давления, которые наилучшим образом соответствуют вашим потребностям, прежде чем принимать решение. Для наших целей мы будем определять «датчик давления» как устройство, способное преобразовывать давление в электрический сигнал. Под этим термином мы так же будем включать датчики и переключатели, которые также помогают измерять давление.
Чтобы исследовать различные типы датчиков давления, мы хотели вызвать некоторые конкретные примеры и немного рассказать об их функциональности. 

Измерительный элемент датчика давления – тензодатчик изготовленный по технологии химического осаждения паров. Химическое осаждение паров (CVD) — это процесс, используемый для изготовления очень стабильных тензодатчиков давления. Процесс CVD обеспечивает надежный вариант, когда происходит сбой многих других недорогих датчиков давления. Внутри каждого из этих преобразователей находится чип ASIC, который предлагает более высокие уровни коррекции линейности. CVD отлично подходят для таких применений, как внедорожная техника, HVAC и полупроводниковая обработка. Кроме того, преобразователи CVD предлагают более толстую диафрагму, которая делает ее способной выдерживать интенсивное пульсирующее давление.

Измеритель деформации — напыленная тонкая пленка Из всех типов датчиков давления манометры с распыленной тонкой пленкой являются одними из самых надежных, известных своей долговременной долговечностью и точной точностью даже в чрезвычайно суровых условиях. В зависимости от своей работы эти типы датчиков можно заказать в диапазоне от 0-100 до 0-2000 атм. Продукт предлагает непревзойденную производительность в тяжелах сценариях, таких как высокие температуры, сильные удары и вибрация, или большие скачки давления. Датчики с распыленной тонкой пленкой идеально подходят для таких применений, как внедорожная техника, противопожарная защита, охлаждение и альтернативное топливо.

Переменная емкость Когда вам нужен жесткий, надежный способ измерения низкого давления, емкостные преобразователи – это лучший путь. Эти датчики могут быть заказаны в диапазоне от 0-2 PSI до 0-15 PSI для обеспечения широкого спектра применений, включая индикацию уровня резервуара. Они имеют прочную, физическую конфигурацию, нержавеющую сталь и керамические смачиваемые детали, а также технологию с переменным конденсатором. Емкостные датчики также могут использоваться для высокого давления в приложениях от промышленных двигателей до гидравлических систем, управления технологическими процессами для газопроводов.

Металлическая диафрагма Если потребности вашего приложения связаны с элементами высокого удара и вибрации, Solid-State Switches — отличный выбор. Эти переключатели сконструированы с герметичной диафрагмой из нержавеющей стали и обеспечивают высокоточные измерения, когда необходимы жесткие системные средства управления. Они также имеют преимущество перед электромеханическими переключателями в случаях, когда срабатывания превышают 50 циклов в минуту. Приложения для полупроводниковых переключателей включают внедорожные машины, медицинские газы, компрессоры и другие требовательные общепромышленные применения.

MMS Сенсоры тензодатчиков с микромашинным кремнием (MMS) предлагают очень экономичное решение для низких давлений как в абсолютных, так и в составных и калибровочных ссылках. Датчики MMS обеспечивают 316L детали, контактирующие с нержавеющей сталью, и вся сваренная конструкция обеспечивает компактный блок, который отлично совместим с агрессивными химикатами и средами. Приложения, подходящие для MMS, включают в себя холодильное оборудование для кондиционирования воздуха, приборы для анализа газа и медицинские стерилизаторы. Это примеры различных типов датчиков давления, которые вы найдете в портфолио Gems, которые поддерживают целый ряд различных приложений и функций. Независимо от того, является ли это дифференциальным датчиком давления или датчиком давления воздуха, если вы ищете какую-то помощь, определяющую, какой тип подходит именно вам, мы здесь, чтобы помочь.

Серия микроэлектронных датчиков давления МИДА

В последние годы ускоренное развитие получили микроэлектронные датчики различных физических величин, что связано, в первую очередь, с непрерывно растущими потребностями промышленности в точных измерениях. Микроэлектронная технология, совершившая переворот в развитии средств обработки информации, позволяет обеспечить массовое производство и средств получения информации — датчиков.

Большими достоинствами с точки зрения стабильности и точности при работе в жестких условиях эксплуатации (высокие и низкие температуры, ионизирующие излучения и др. ) обладают тензорезисторные чувствительные элементы на основе структур «кремний на сапфире» (КНС). На базе этих чувствительных элементов разработаны и выпускаются ряд датчиков (прежде всего давления) в России и за рубежом.

В настоящей работе приведены характеристики ряда преобразователей давления и датчиков давления на основе структур КНС, разработанных и выпускаемых промышленной группой «Микроэлектронные датчики» (МИДА). Оптимизация характеристик исходного материала, конструкции упругого элемента, топологии тензочувствительной схемы, параметров электронного преобразователя, технологии изготовления и методов коррекции температурных погрешностей позволяют получать датчики давления с высокими метрологическими характеристиками при относительно низких затратах на их производство. Датчики МИДА более десяти лет успешно работают в различных отраслях энергетики, промышленности, коммунального хозяйства, в том числе в системах автоматизации и управления газотранспортными магистралями и атомными электростанциями. Часть приборов МИДА специально разработана для экспорта (в США, Чехию, Китай).

Примечание: В статье приводятся данные по ряду преобразователей и датчиков давления (в частности, серии МИДА-01П), которые в 2003 году были сняты с производства и заменены более совершенными датчиками серии МИДА-13П. В тексте есть ссылки на современные аналоги упомянутых датчиков, перейдя по которым вы можете ознакомиться с их подробными характеристиками, подобрать необходимую комплектацию.

Конструкция преобразователей и датчиков давления МИДА

Тензорезисторные преобразователи давления (ТП) МИДА выполнены в виде одномембранных или двухмембранных устройств, в которых на круглую металлическую (титановый сплав) мембрану, выполненную заодно с корпусом, напаян твердым припоем чувствительный элемент в виде сапфировой пластины с нанесенной на ней гетероэпитаксиальной тензочувствительной мостовой схемой. Измеряемое давление подается либо непосредственно на измерительную мембрану с чувствительным элементом (рис. 1а), либо на воспринимающую мембрану, соединенную с измерительной мембраной жестким штоком (рис.1б). В датчике абсолютного давления МИДА-ДА-04П сапфировая пластина, соединенная с керамическим основанием стеклоприпоем, играет роль упругого элемента, преобразующего давление в деформацию тензорезисторов (рис.1в).

Рис. 1. Основные конструктивные схемы тензопреобразователей давления: одномембранный (а) и двухмембранный (б) двухслойные ТП избыточного давления и однослойный ТП абсолютного давления (в).  1 – полупроводниковый чувствительный элемент на основе КНС; 2 – металлическая измерительная мембрана; 3 – коллектор; 4 – металлическая воспринимающая мембрана; 5 – шток; 6 – керамическое основание.

Конструкция с двухслойной измерительной мембраной (рис.1а,б) выгодно отличается от датчиков, в которых сапфировый чувствительный элемент одновременно является воспринимающей давление мембраной. Во-первых, в датчиках на различные диапазоны давлений используется один типоразмер чувствительного элемента, что значительно упрощает производство. Во-вторых, металлическая мембрана позволяет выдерживать значительные (до 10 раз) перегрузки без разрушения датчика, что особенно важно при измерениях во взрывоопасных условиях.

Двухмембранная конструкция (рис.1б) значительно расширяет возможности преобразователей давления. В этой конструкции достаточно просто реализуются датчики с открытой мембраной, позволяющие проводить измерения без подмембранной полости МИДА-ДИ-07П (МИДА-ДИ-12П-072-Ех-К-200, МИДА-ДИ-12П-072-К-200, МИДА-ДИ-12П-072-К-150, МИДА-ДИ-12П-072-Ех-К-150), МИДА-ДИ-08П (МИДА-ДИ-12П-081-К, МИДА-ДИ-12П-081-Ех-К, МИДА-ДИ-12П-082-К, МИДА-ДИ-12П-082-Ех-К), МИДА-ДИ-13П-ОМ20. Такие датчики необходимы для измерения давления сред, засоряющих импульсные трубки и подмембранные полости (например, вязких или кристаллизующихся жидкостей, газовых взвесей твердых частиц), а также для измерения давления в пищевой промышленности. Двухмембранная конструкция позволяет также реализовать ТП давления высокотемпературных (до 600 °С) сред, например, для измерения давления газов в цилиндрах двигателей — МИДА-ДИ-55П (МИДА-ПИ-55). Наконец, такая конструкция позволяет создавать высоконадежные датчики абсолютного давления.

Электронная схема датчика обеспечивает питание тензочувствительной мостовой схемы ТП и преобразование сигнала разбаланса тензомоста в унифицированный выходной сигнал датчика (0-5, 4-20 мА или 0-5 В). Особенность датчиков МИДА заключается в отсутствии элементов коррекции погрешностей ТП в электронной схеме; коррекция погрешностей (в первую очередь, температурных) осуществляется непосредственно в преобразователях. Единственным исключением является высокоточные датчики МИДА-ДИ-13П-К и МИДА-ДА-13П-К, в котором коррекция всех погрешностей производится встроенным микропроцессором. Конструктивно электронная схема, выполненная печатным монтажом, либо объединена в одном корпусе с ТП (для датчиков на диапазон рабочих температур –40…+80 °С), либо вынесена в отдельный корпус (для высокотемпературных датчиков давления).

Оптимизация характеристик тензопреобразователей

Основными требованиями, предъявляемыми к современным общепромышленным датчикам, являются: высокая стабильность характеристик во времени, высокая надежность, работоспособность в жестких условиях эксплуатации, высокая точность (малые основная  и дополнительная — в основном, температурная — погрешности), минимальная трудоемкость производства. Поскольку эти требования, вообще говоря, противоречивы, при разработке датчиков приходится идти на компромисс, выбирая оптимальное сочетание параметров. Это оптимальное сочетание обеспечивается разработанной конструкцией, используемой технологией и электронной схемой датчика. В датчиках давления МИДА использованы как различные методы физико-конструктивной и физико-технологической оптимизации ТП, использующие  особенности структур КНС, так и схемотехнические методы.

Стабильность характеристик. Стабильность характеристик ТП достигается комплексом конструктивно-технологических решений [9]. В качестве материала металлической упругой мембраны преобразователя используются дисперсионно-твердеющие титановые сплавы, имеющие высокие упругие характеристики в различных областях рабочих температур (до 600 °С в зависимости от состава). Соединение сапфировой подложки тензочувствительного элемента с мембраной осуществляется высокотемпературной (~850 °С) пайкой серебросодержащим припоем, что обеспечивает практически безгистерезисную передачу деформации от воспринимающей давление металлической мембраны через монокристаллическую сапфировую подложку к кремниевым тензорезисторам. В датчиках МИДА используется топологически замкнутая мостовая тензосхема. Это позволяет значительно уменьшить влияние переходного сопротивления контактов на выходной сигнал тензопреобразователя при питании моста постоянным напряжением и полностью исключить это влияние при питании моста постоянным током, что также повышает стабильность характеристик тензопреобразователя. Гетероэпитаксиальные кремниевые тензорезисторы на диэлектрической подложке не имеют необходимого для диффузионных чувствительных элементов изолирующего p-n-перехода и дополнительно защищены слоем двуокиси кремния, что обеспечивает высокую стабильность сопротивления. Для дополнительной защиты от влияния окружающей среды на тензосхему корпус датчиков делается герметичным, а связь с атмосферой в датчиках избыточного давления осуществляется через пористый металлический фильтр. В результате даже после многочисленных термоциклов изменение основной погрешности датчиков не превышает 0,2-0,5% (рис.2).

Основная погрешность преобразования. Линейность выходной характеристики ТП определяется как механическим преобразованием (давления в деформацию тензорезисторов), так и механо-электрическим преобразованием (деформации в изменение сопротивления тензорезисторов). Специфические особенности гетероэпитаксиальных кремниевых тензорезисторов на сапфире позволяют обеспечить высокую линейность механо-электрического преобразования, что вместе с оптимальной формой упругой мембраны, воспринимающей давление, определяет малую погрешность нелинейности ТП давления (рис.3а). Как уже упоминалось, дисперсионная структура титанового сплава и высокотемпературное паяное соединение сапфира с металлом  обеспечивает практическое отсутствие вариации ТП (рис.3б). Высокая повторяемость характеристик достигается технологической приработкой ТП. Поскольку электронная схема обработки сигнала имеет высокую линейность, то нелинейность выходного сигнала датчиков практически совпадает с нелинейностью ТП.

Рис. 3. Нелинейность (а) и вариация (б) ТП давления МИДА-ДИ-61П (20 МПа, данные по 470 шт. ) и МИДА-ДИ-01П (1 МПа, 630 шт.). На рисунках указаны средние значения нелинейности и вариации.

Температурная погрешность преобразования. В датчиках давления МИДА используется физико-технологическая и пассивная схемотехническая коррекция температурной погрешности ТП. При этом, как уже упоминалось, электронная схема обработки сигнала ТП не участвует в компенсации температурной погрешности, что уменьшает трудоемкость настройки датчика в целом.

К сожалению, значительная разница в коэффициентах теплового расширения сапфира и титана приводит к деформации чувствительного элемента при остывании после пайки и, как следствие, к температурной зависимости начального выходного сигнала тензопреобразователя. Для коррекции этой температурной зависимости в датчиках МИДА используются два различных метода. При питании тензомоста от источника тока с помощью элементов балансировки моста, включенных в топологию тензосхемы, устанавливается определенное расчетное значение начального выходного сигнала, которое уже практически не зависит от температуры. Включение элементов балансировки тензомоста непосредственно в его топологическую схему, во-первых, возможно лишь благодаря твердой диэлектрической подложке в структуре КНС и легко осуществляется перерезанием кремниевых перемычек. Во-вторых, при этом не меняются температурные коэффициенты сопротивления тензорезисторов, что позволяет более точно корректировать температурный дрейф начального сигнала ТП по сравнению с обычно используемой балансировкой диффузионных кремниевых тензосхем с помощью постоянных резисторов. При питании тензомоста от источника напряжения параллельно с одним плечом включается постоянный резистор, а с помощью элементов балансировки тензомоста начальный сигнал устанавливается близким к нулю. Типичные значения зоны температурной погрешности начального сигнала датчиков показаны на рис. 4а.

Температурная зависимость чувствительности тензопреобразователей определяется, в основном, характеристиками кремниевого слоя. Как показано в, в гетероэпитаксиальных тензорезисторах из КНС имеет место явление дифференциальной инвариантности пьезосопротивления (ДТИП), что позволяет при определенной оптимальной степени легирования кремния и питании тензосхемы постоянным током обеспечить постоянство чувствительности тензопреобразователя давления в широком диапазоне температур. Однако, в реальном производстве, во-первых, практически невозможно изготовление структур КНС с точно заданным уровнем легирования (для использования явления ДТИП необходимо отклонение от оптимального уровня легирования не более 1-2%), а, во-вторых, сам оптимальный уровень легирования зависит от конструкции тензопреобразователя, которая определяется диапазоном измерения. Поэтому используются структуры КНС с практически достижимым разбросом степени легирования (~5-7%) с уровнем легирования несколько выше оптимального, а возникающая при этом небольшая температурная зависимость чувствительности компенсируется подключением параллельно питающей диагонали моста постоянного резистора.

При питании тензомоста от источника напряжения используются структуры КНС с более высокой степенью легирования, обеспечивающие меньшую температурную зависимость чувствительности тензопреобразователя. Дополнительная компенсация температурной погрешности чувствительности ТП обеспечивается включением постоянного резистора последовательно с тензомостом.

Типичные значения зоны температурной погрешности чувствительности для общепромышленных датчиков показаны на рис. 4б.

Рис. 4. Зона температурной погрешности начального выходного сигнала (а) и диапазона изменения выходного сигнала (б)  датчиков МИДА-ДИ-01П (1 МПа, 450 шт.) в диапазоне температур –40…+80 °С.

Работоспособность в жестких условиях эксплуатации. Использование металлической мембраны и тензочувствительных элементов на основе структур КНС позволяет создавать датчики давления для работы в широком диапазоне жестких условий эксплуатации. Ранее были разработаны ТП давления криогенных сред, работающие с высокой точностью до температур ~ 2 К, а также показана работоспособность высокотемпературных ТП давления вплоть до 320 °С. Если для высокоточных преобразователей давления криогенных сред достаточно оптимизации уровня легирования слоя кремния тензочувствительного элемента, то создание высокотемпературных датчиков давления требует комплекса физико-конструктивных и технологических решений. Отсутствие p-n-перехода в тензосхеме и высокие упругие и диэлектрические свойства сапфира ограничивают рабочую температуру тензочувствительных элементов величиной ~ 600 °С, при которой начинается заметная пластическая деформация кремния. Однако, на практике создание датчика давления, работающего при такой температуре с хорошей точностью, связано с преодолением ряда трудностей.  Кроме выбора оптимальной степени легирования кремния, необходимо использовать титановый сплав, имеющий высокие упругие характеристики при высоких температурах. В настоящее время такие сплавы уверенно работают до температур порядка 500 °С. Большой проблемой являются омические контакты к кремнию, стойкие при высокой температуре. В высокотемпературных датчиках МИДА используются алюминиевые фольговые контакты, прикрепляемые непосредственно к кремниевым контактным площадкам ультразвуковой сваркой без использования переходного слоя. Такие контакты показали хорошую стабильность и высокую механическую прочность до температур ~ 400 °С. В качестве материала коллектора в высокотемпературных датчиках МИДА используется специальная пластмасса, устойчивая до ~ 500 °С, и никелевые выводы, а в качестве проводников — никелевый провод в стеклоизоляции. Хорошие возможности для создания датчиков давления высокотемпературных сред представляет двухмембранная конструкция: в этом случае температура воспринимающей давление мембраны может быть значительно выше температуры мембраны, на которой закреплен чувствительный элемент. В результате разработаны ТП давления для судовых дизелей (МИДА-ПИ-55) с температурой измеряемых газов свыше 500 °С, тогда как температура чувствительного элемента ТП не превышает 300 С. 

Технические характеристики преобразователей давления

Промышленная группа МИДА выпускает тензорезисторные преобразователи избыточного (ДИ) и абсолютного (ДА) давления для общепромышленных и специальных применений.

Диапазоны измеряемых давлений ТП составляют от 0-0,04 МПа до 0-160 МПа (ДИ) и от 0-0,04 МПа до 0-4 МПа (ДА). Для зарубежных поставок (МИДА-ДИ(ДА)-61/62П) диапазоны измерения нормируются в psi (1 psi = 6,8948 кПа). Все ТП имеют нормированный выходной сигнал: при питании тензомоста постоянным напряжением (до 15 В) начальный выходной сигнал составляет +0,1 мВ/В питания, а диапазон изменения выходного сигнала  (7+0,1) мВ/В и (10+0,1) мВ/В (в зависимости от диапазона измерения). Точность преобразования определяется как корень квадратный из суммы квадратов нелинейности, вариации и повторяемости в нормальных условиях; для высокотемпературных ТП нормальными условиями является температура, соответствующая середине диапазона температурной компенсации.

Рабочий диапазон температур ТП составляет от -65 до +150 °С (МИДА-ДИ(ДА)-51/61П) или от +10 до +350 °С (МИДА-ДИ-52/62П). Температурная компенсация погрешностей осуществлена либо в диапазоне температур от -40 до +80 °С (МИДА-ДИ(ДА)-51/61П), либо в любом стоградусном интервале из рабочего диапазона температур для МИДА-ДИ-52/62П. При этом нормируется максимальная зона изменения выходного сигнала в компенсированном диапазоне температур. По специальному заказу температурная компенсация ТП может быть осуществлена и в другом интервале температур (например, 0…+120 °С). Нормирование характеристик высокотемпературных ТП не при комнатной температуре, а при фактическом значении температуры измеряемой среды, и температурная компенсация выходного сигнала ТП вокруг этой температуры повышает точность измерения давления высокотемпературных сред.

Штуцеры ТП имеют метрическую резьбу М20х1,5 или М12х1,5 для применения в России, странах СНГ, Чехии и Китае (МИДА-ДИ(ДА)-51/52П) или коническую (1/4-18 NPT), дюймовую (7/16-20 UNJ), а также другие типы резьбы для поставок в США (МИДА-ДИ(ДА)-61/62П). Электрическое соединение осуществляется через кабельный ввод, разъем или колодку с сальниковым уплотнением. В высокотемпературных ТП для измерения давления жидких и газообразных сред с температурой свыше 150 °С электрический вывод выполнен высокотемпературным проводом через трубку из нержавеющей стали длиной 150 мм. ТП для измерения давления газов в цилиндрах двигателей (МИДА-ДИ-55П) выполнен в виде модуля, который можно вставлять в датчики, используемые в системах контроля двигателей.

Кроме преобразователей давления общепромышленного назначения МИДА-ДИ(ДА)-51/61П разработан и выпускается преобразователь абсолютного давления (МИДА-ДА-53П) для систем управления двигателем автомобиля, в котором тензочувствительный элемент из КНС вакуумноплотно припаян к керамическому корпусу и служит одновременно воспринимающей давление мембраной. Измеряемое давление подается в ТП со стороны тензочувствительной схемы, что позволяет получать ТП с малой нелинейностью преобразования при достаточно высокой чувствительности. ТП имеет пластмассовый корпус и торцевые выводы, позволяющие монтировать его на печатной плате.

и на рис. 3,4.

Технические характеристики датчиков давления

Промышленной группой МИДА разработаны ряд общепромышленных и специальных датчиков давления. Общепромышленные датчики МИДА-ДИ-01П, МИДА-ДИ-13П и МИДА-ДА-13П имеют диапазоны измерения от 0-0,04 до 0-160 МПа и выпускаются с основной погрешностью 0,25 и 0,5%. Они работают в рабочем диапазоне температур от –40 до +80 °С; зона дополнительной температурной погрешности составляет не более 3% для датчиков с основной погрешностью 0,25% и 4% для датчиков с основной погрешностью 0,5%. Датчики МИДА-ДИ-13П-К и МИДА-ДА-13П-К с микропроцессорной обработкой выходного сигнала ТП имеет суммарную погрешность измерения в рабочем диапазоне температур 0,25 или 0,5%. Выходной сигнал датчиков 0-5 или 4-20 мА или 0-5 В. Датчики выпускаются также во взрывобезопасном варианте (исполнения типа «искробезопасная цепь» или «взрывонепроницаемая оболочка»). Разработан датчик для судов, характеристики которого согласованы с Морским регистром РФ. Датчики МИДА-ДИ-01П и МИДА-ДИ(ДА)-13П разрешены для применения в атомной энергетике.

Датчики МИДА-ДИ-12П (МИДА-ДИ-12П-12) имеют те же пределы измерения, но предназначены для  измерения избыточного давления газообразных или жидких сред с высокой (до 350 °С) температурой. Поэтому первичный преобразователь и электронный блок таких датчиков выполнены отдельно и соединяются либо высокотемпературным кабелем (при температуре измеряемой среды до 150 °С), либо высокотемпературным проводом в трубке из нержавеющей стали (при температуре до 350 °С). Датчики имеют основную погрешность (определяемую при заданной рабочей температуре) 0,5% и зону дополнительной температурной погрешности 4% в диапазоне температур 100 °С вокруг рабочей температуры.

Для измерения давления расплавов и других вязких сред с температурой до 300 °С разработаны и выпускаются датчики МИДА-ДИ-06П (МИДА-ДИ-12П-06-К) и МИДА-ДИ-07П (МИДА-ДИ-12П-081-К) с открытой приемной мембраной. Датчики МИДА-ДИ-07П по установочным размерам эквивалентны обычно используемым зарубежным датчикам расплавов полимеров, но в отличие от последних не содержат ртути, передающей давление из горячей зоны в холодную. По метрологическим характеристикам эти датчики аналогичны высокотемпературным датчикам МИДА-ДИ-12П.

Датчики МИДА-ДИ-08П (МИДА-ДИ-12П-05-К-200, МИДА-ДИ-12П-05-К-150) с открытой мембраной разработаны для измерения давления газов и жидкостей, содержащих твердые взвеси, которые забивают входные отверстия отводных трубок с обычными датчиками. Диапазон измеряемых избыточных давлений составляет от 0-4кПа до 0-1 МПа, рабочий диапазон температур измеряемой среды –40…+200 °С. Основная погрешность 0,5 и 1,0%, зона дополнительной температурной погрешности от 4 до 6 % в 100-градусном интервале.

Датчики МИДА-ДА-04П разработаны для систем контроля работы двигателя в автомобиле на базе ТП МИДА-ДА-53П. По своим параметрам они являются аналогами соответствующих датчиков фирм Bosch и General Motors.

Таким образом, использование структур КНС и двухслойной и двухмембранной конструкций преобразователя давления позволило создать ряд датчиков давления МИДА общепромышленного и специального назначения, обеспечивающих текущие и перспективные потребности различных отраслей промышленности, транспорта, энергетики и коммунального хозяйства. Успешный экспорт преобразователей давления и датчиков давления МИДА в развитые страны доказывает их высокую конкурентоспособность на мировом рынке.

Принцип работы датчиков давления и температуры

Датчик давления работает путем преобразования давления в аналоговый электрический сигнал. Потребность в приборах для измерения давления возросла в последние годы. Когда были впервые применены технологии измерения давления, датчики были механическими и использовали трубчатые датчики Бурдона для перемещения иглы и визуальной индикации давления. В настоящее время мы измеряем давление в электронном виде используя датчик давления жидкости и реле давления.

Статическое давление

Давление может быть определено как сила на единицу площади, которую жидкость оказывает на окружающую среду. Основная физика статического давления (P), рассчитывается как сила (F), деленная на площадь (A).

Р = F / A

Сила может создаваться жидкостями, газами, парами или твердыми телами.

Принцип работы датчика давления

Датчики давления имеют чувствительный элемент постоянной площади и реагируют на усилие, приложенное к этой области давлением жидкости. Прилагаемое усилие будет отклонять диафрагму внутри датчика давления. Отклонение внутренней диафрагмы измеряется и преобразуется в электрический выход. Это позволяет контролировать давление микропроцессорами, программируемыми контроллерами и компьютерами, а также аналогичными электронными приборами.

Для чего используются датчики давления?

Датчики давления используются в различных отраслях промышленности, в том числе в автомобильной промышленности, биомедицинском приборостроении, авиации и морской промышленности.

Датчики температуры

Температура может быть измерена с помощью разнообразных датчиков. Все они определяют температуру, ощущая некоторые изменения в физических характеристиках. Двумя основными категориями этих датчиков являются датчики температуры контактного и бесконтактного типа. Существует три метода измерения температуры контактного типа, которые обычно называются температурными датчиками: терморезисторы (RTD, термисторы), термопары и датчики IC.

Наиболее важной характеристикой, которую следует учитывать используя датчик температуры воздуха, является измеренный диапазон температур. Это температурный диапазон, для которого устройство рассчитано на измерение. Количество элементов, содержащихся в датчике температуры, является еще одним важным фактором. Как правило, чем больше элементов в зонде, тем точнее и дороже он. Зонды обычно имеют один или два элемента для считывания, но некоторые могут быть сконфигурированы так, чтобы им

Температурные датчики могут иметь одну из многих различных конфигураций. К ним относятся прямой зонд, датчик проникновения или игольчатый зонд, гибкий зонд, капельный зонд, изогнутый зонд, ролик или подвижный зонд, воздушный зонд, угловой зонд. Дополнительные технические характеристики, которые следует учитывать, включают диаметр или ширину, неизолированные или изолированные провода, штекерные или быстроразъемные соединения, металлические оплетенные провода и встроенные соединительные головки.

датчик давления, датчик давления, производитель датчиков давления

Датчик давления или датчик давления — это устройство, которое измеряет давление в жидкости, жидкости или газе. Датчики давления обычно используются для измерения давления внутри промышленного оборудования, чтобы предупредить пользователя перед возникновением катастрофы. Они имеют много разных применений, большинство из которых являются промышленными или автомобильными по своей природе. Датчик давления легко распознается, поскольку он представляет собой круглый калибр с различными цветами, которые представляют разные уровни давления. В то время как датчики давления подобны другим датчикам, они важны для многих приложений, для которых они используются.

Как работает преобразователь давления

Есть более 50 типов датчиков давления, которые работают по-разному. Поэтому трудно описать, как все они работают в рамках этой статьи. Например, датчики давления, которые измеряют высокоскоростные изменения давления, зависят от пьезоэлектрических материалов — материалов, которые способны преобразовывать механическую силу в виде давления в электрический ток. С другой стороны, датчики избыточного давления полагаются на чистое давление воздуха для перемещения фактического счетчика и могут быть откалиброваны до определенного атмосферного давления.

Приложения

Датчики давления используются в самых разных областях применения. Они используются в машинах для предупреждения операторов машины о высоком давлении до того, как произойдет бедствие. Датчики давления также обеспечивают, чтобы машины не применяли слишком много или слишком мало давления во время производства. Датчики давления могут использоваться в сочетании с другими устройствами для измерения глубины, высоты, расхода воды и даже потери давления для предотвращения утечек в системе.

преимущества

Датчики давления имеют несколько важных преимуществ, которых нет у других типов датчиков. Например, датчики давления непосредственно измеряют уровни давления, а также различия в давлении. Датчики давления могут выдерживать практически любую окружающую среду и даже полностью погружаться в воду. Они изготовлены из пьезоэлектрических материалов, которые невосприимчивы как к радиационным, так и к электромагнитным полям. Датчики давления также могут быть подключены к другим системам, таким как электрические цепи, и могут быть откалиброваны для измерения давления относительно атмосферного давления.

Принцип работы датчика давления — Variohm EuroSensor

Каков принцип работы датчика давления? Датчик давления работает путем преобразования давления в аналоговый электрический сигнал.

Спрос на приборы для измерения давления увеличился в эпоху пара. Когда технологии измерения давления были впервые изготовлены, они были механическими и использовали манометры с трубкой Бурдона для перемещения иглы и визуальной индикации давления.В настоящее время мы измеряем давление электронным способом, используя датчики давления и реле давления.

Статическое давление

Давление можно определить как силу на единицу площади, с которой жидкость воздействует на окружающую среду. Базовая физика статического давления (P) рассчитывается как сила (F), деленная на площадь (A).

П=Ж/Д

Сила может создаваться жидкостями, газами, парами или твердыми телами.

Наиболее часто используемые единицы измерения давления:

  1. Па — [Паскаль] в 1 Па = 1 (Н/м²)
  2.  Бар — [Бар] в 1 баре = 105 𠑃𒠎
  3. psi: (фунт(-сила) на квадратный дюйм)

Принцип работы датчика давления

Датчики давления

имеют чувствительный элемент постоянной площади и реагируют на силу, приложенную к этой площади давлением жидкости.Приложенная сила отклонит диафрагму внутри датчика давления. Прогиб внутренней диафрагмы измеряется и преобразуется в электрическую мощность. Это позволяет контролировать давление с помощью микропроцессоров, программируемых контроллеров и компьютеров вместе с аналогичными электронными приборами.

Большинство преобразователей давления рассчитаны на получение линейного выходного сигнала при приложении давления.

Для чего используются датчики давления?

Датчики давления

используются в ряде отраслей, включая автомобильную промышленность, биомедицинские приборы, авиацию и морскую промышленность, и это лишь некоторые из них.

Датчики давления от Variohm

Мы можем предложить датчики давления в виде датчиков давления , реле давления, комбинированных датчиков давления и температуры, датчиков давления, монтируемых на печатную плату , и датчиков давления для опасных зон . Наши комбинированные датчики давления и температуры особенно хорошо подходят для приложений, где пространство ограничено.

Наши преобразователи давления имеют прочную модульную конструкцию, корпус из нержавеющей стали и корпус, приваренный к порту давления.Они доступны в миниатюрном формате, начиная с диаметра 12 мм.

Для получения дополнительной информации о принципе работы датчиков давления или для получения дополнительной информации о любом из наших датчиков давления, пожалуйста, свяжитесь с нами по телефону 01327 351004 или по адресу электронной почты [email protected]

.

Как работают датчики давления? – Omega Engineering

Датчик давления – это устройство, измеряющее давление жидкости и указывающее силу, с которой жидкость действует на соприкасающиеся с ней поверхности.Преобразователи давления используются во многих приложениях управления и контроля, таких как расход, скорость воздуха, уровень, насосные системы или высота над уровнем моря.

Для расчета давления датчик давления содержит коллектор силы, такой как гибкая диафрагма, которая деформируется под давлением, и элемент преобразования, который преобразует эту деформацию в электрический сигнал. Форма и методы преобразования оптимизированы в соответствии с требованиями измеряемого процесса.

Как работает датчик давления?: Компоненты

Наиболее распространенные конструкции датчиков давления включают коллектор силы, такой как гибкая диафрагма, и элемент преобразования, который использует зависимый резистивный, емкостный или индуктивный метод для генерации электрического сигнала.Тип используемого электрического устройства будет определять компоненты, используемые для создания датчика давления.

Что измеряет датчик давления?

Датчик давления измеряет давление. В нем используется датчик, способный преобразовывать действующее на него давление в электрические сигналы. Затем эти электрические сигналы передаются на контроллеры или ПЛК, где они затем обрабатываются и записываются. Датчики давления

используют тензометрические датчики для измерения силы, действующей на них. Тензорезисторы подвергаются деформации, что вызывает изменение вырабатываемого им напряжения.Измерение давления основано на степени изменения напряжения.

Существуют также усовершенствованные версии преобразователей давления, в которых вместо тензодатчиков используются емкостные или пьезоэлектрические датчики. Они выбираются в зависимости от диапазона, рабочей среды и точности, требуемой от датчика давления.

Как работает преобразователь статического давления?

Преобразователи статического давления измеряют давление жидкости, когда она находится в состоянии покоя. Преобразователи статического давления являются наиболее часто используемыми устройствами контроля давления.

Когда жидкость оказывает давление на датчики давления, тензорезистор (или датчик) внутри него деформируется. Эта деформация приводит к колебаниям напряжения. Величина вариации соответствует интенсивности давления. Как только давление сбрасывается, тензорезистор возвращается в исходное состояние.

Пьезоэлектрические преобразователи давления являются примером нестатических или динамических преобразователей давления. Они не могут измерять статическое давление, вместо этого они измеряют колебания давления в режиме реального времени.

Пьезорезистивный тензодатчик Датчик давления

В типичном пьезорезистивном тензодатчике давления используются тензорезисторы, прикрепленные к гибкой диафрагме, так что любое изменение давления вызывает небольшую деформацию или деформацию материала диафрагмы. Деформация изменяет сопротивление тензорезисторов, обычно устроенных в виде моста Уитстона, обеспечивая удобное преобразование измерения давления в пригодный для использования электрический сигнал.

Емкостной преобразователь давления

Преобразователь давления с переменной емкостью имеет емкостную пластину (диафрагму) и другую емкостную пластину (электрод), закрепленную на негерметичной поверхности с зазором на определенное расстояние между диафрагмой и электродом.Изменение давления будет увеличивать или уменьшать зазор между двумя пластинами, что изменяет емкость. Затем это изменение емкости преобразуется в полезный сигнал.

Измерение давления: типы давления

Для измерения давления существуют три определенных эталона давления. Хотя существуют и другие типы, такие как вакуумные или герметичные манометры, все они могут быть отнесены к этим трем категориям. В случае датчиков давления диафрагменного типа опорное давление проще всего понимать как давление, оказываемое по другую сторону диафрагмы от измеряемого процесса.

Абсолютное давление

Измеряет давление относительно идеального вакуума, используя абсолютный ноль в качестве точки отсчета. Например, датчик барометрического давления. К ним также относится герметичный манометр, сигнал которого был смещен, чтобы соответствовать манометрическому давлению во время строительства.

Манометрическое давление

Измеряет давление относительно атмосферного давления. Например, датчик давления в шинах. Также включает в себя датчики вакуума, сигналы которых реверсируются таким образом, что они дают положительный сигнал, когда измеренное давление ниже атмосферного.

Перепад давления

Измеряет разницу между двумя давлениями на каждой стороне датчика. Примером может служить датчик давления жидкости, в котором измеряются уровни жидкости выше и ниже жидкости.

Типы выходных сигналов давления

При подключении к источнику электроэнергии и источнику давления датчик давления выдает электрический выходной сигнал, пропорциональный давлению. Это может быть напряжение, ток или частота.Доступны четыре различных выходных параметра. Ниже приводится сводная информация о результатах и ​​о том, когда их лучше всего использовать.

Цифровой датчик давления:

Цифровой сигнал обеспечивает большую гибкость, чем аналоговые сигналы, часто их называют интеллектуальными устройствами, поскольку они обеспечивают большую функциональность, чем датчики других типов. Интеллектуальные датчики

часто могут описывать свое местоположение, информацию о калибровке, регистрировать данные, обнаруживать необычные события или активировать сигналы тревоги. При выборе цифрового выхода, поскольку доступно множество протоколов связи, важно выбрать протокол, совместимый с используемой системой.В зависимости от протокола расстояние передачи может быть больше мили.

Лучшее применение: Большие расстояния передачи, интеллектуальное распознавание.

Выходной сигнал в милливольтах Датчик давления (ратиометрический):

Фактический выходной сигнал прямо пропорционален входной мощности или возбуждению датчика давления. Если возбуждение колеблется, выход также изменится. Из-за его зависимости от уровня возбуждения для милливольтовых преобразователей рекомендуется использовать регулируемые источники питания.

Датчик не должен находиться в среде с электрическими помехами, поскольку выходной сигнал очень слабый. Однако эти устройства могут легко работать в более суровых условиях, чем другие типы выходов, благодаря отсутствию каскада формирования сигнала и компактной конструкции.

Лучшее применение: Когда расстояние между преобразователем и считывающим прибором небольшое, электрические помехи минимальны или требуется более прочный датчик давления, чтобы выдерживать суровые условия окружающей среды.

Напряжение Датчик давления:

В этом типе датчика давления выходной сигнал обычно составляет 0–5 или 0–10 В постоянного тока и обеспечивает более высокий выходной сигнал, чем милливольтовый преобразователь, благодаря интегральному сигналу.

Несмотря на то, что выходной сигнал датчика зависит от модели, он обычно не является прямой функцией возбуждения. Это означает, что нерегулируемых источников питания часто бывает достаточно, если они попадают в указанный диапазон мощности. Они имеют более высокий уровень выходного сигнала и поэтому не так чувствительны к электрическим помехам, как милливольтовые преобразователи.

Наилучшее применение: Промышленная среда, где могут присутствовать электрические помехи.

Выход мА Преобразователь давления:

Выход мА используется чаще всего. Сигнал может варьироваться от 0 до 4 мА и до 20 мА и разработан как двухпроводная установка, где линии электропитания подают напряжение на преобразователь, а преобразователь регулирует ток в цепи для генерации сигнала.

Эта конфигурация делает сигнал более невосприимчивым к электрическим помехам и позволяет прокладывать кабели на длину более 1000 футов.

Лучшее применение: Среда с сильными электрическими помехами или там, где требуется передача на большие расстояния.

Техническое обучение Техническое обучение

Как работает датчик давления?

Давление окружает нас повсюду.Большинство людей не задумываются об этом, но производственный и промышленный миры сталкиваются с этим ежедневно. Большая часть машин в промышленности использует по крайней мере одну форму гидравлической энергии.

Сила жидкости — это общий термин, который может относиться к газу или жидкости. Газ можно определить как подобную воздуху текучую субстанцию, которая свободно расширяется, чтобы заполнить любое доступное пространство, независимо от его количества; Жидкость — это вещество, которое свободно течет, но имеет постоянный объем и имеет консистенцию, подобную консистенции воды или масла.Пневматические системы используют газы, а гидравлические системы используют жидкости.

Во многих гидросистемах, гидравлических или пневматических, необходимо контролировать давление. Есть много способов определить давление, и наиболее распространенным является манометр с трубкой Бурдона. Каждый манометр потенциально может быть датчиком давления.

Принцип работы датчика давления

Датчик давления имеет измерительную ячейку, которая преобразует (или преобразует) механическое напряжение приложенного давления и преобразует усилие в электрический сигнал.Давление в трубе, шланге или воздуховоде воздействует на измерительную ячейку датчика, вызывая отклонение, которое измеряется электрической цепью. Это измерение затем преобразуется в выходной ток или напряжение.

Датчики давления

могут использоваться во многих различных приложениях, от контроля давления до определения уровня и расхода.

Существуют различные типы измерения давления.

Абсолютные датчики будут иметь нулевое значение абсолютного давления.Абсолютное давление определяется относительно 0 Па, т. е. статического давления вакуума. Датчик разработан с одним портом для входа жидкости и оказания давления на чувствительный элемент. Приложенное давление вызывает положительное изменение выхода, величина которого пропорциональна приложенному давлению.

Манометрические датчики будут иметь нулевое значение давления относительно атмосферы. Как правило, если вы хотите измерить или контролировать давление, на которое влияют изменения атмосферного давления.Датчик этого типа используется в любом приложении, где вы хотите преодолеть атмосферные условия, чтобы выполнить задачу, или вытянуть вакуум, чтобы выполнить другую задачу. Области применения датчиков избыточного давления весьма обширны. Некоторыми примерами являются давление нагнетания насоса, давление нагнетания пожарного шланга, уровень в баке, давление пара в коммерческом котле и многое другое.

Дифференциальные датчики используют две измерительные ячейки; один для высокого давления и один для низкого давления. Дифференциальное давление равно ячейке 1 – ячейке 2.Помните, что дифференциальное давление – это разница давлений между двумя точками измерения. Вы можете измерять давление от очень низкого до высокого во всех видах различных сред, включая жидкости, газы, воду, хладагенты и воздух. Дифференциальные применения могут быть весьма разнообразными, например, давление подачи и возврата в чиллере, станции воздушного потока, системы обнаружения утечек, уровень в резервуаре под давлением, больничные изоляторы или защитные помещения и многое другое.

Понимание разницы между манометрическим и абсолютным давлением имеет решающее значение для большинства приложений.Помните, что манометрическое давление измеряется относительно текущего атмосферного давления (которое может меняться при изменении атмосферного давления), а абсолютное давление измеряется относительно идеального вакуума. Таким образом, ваше приложение определит, какой из этих подходов требуется.

Принципы измерения

Принцип измерения, используемый датчиком давления, может влиять на точность, надежность, диапазон измерения и совместимость с целевой средой.5 различных способов преобразования механического смещения, происходящего внутри датчика, в электрический выход:

  • Резистивный
  • Емкостной
  • Пьезоэлектрический
  • Оптический
  • МЭМС
Резистивный

Резистивные датчики давления используют изменение электрического сопротивления тензорезистора, прикрепленного к диафрагме, которая подвергается воздействию среды под давлением.

Тензорезисторы часто содержат металлический резистивный элемент на гибкой подложке, прикрепленной к диафрагме или нанесенной непосредственно с помощью тонкопленочных процессов.Металлическая диафрагма обеспечивает высокое избыточное давление и возможность разрывного давления. В противном случае тензодатчики могут быть нанесены на керамическую диафрагму с использованием процесса толстопленочного осаждения. Устойчивость к избыточному давлению и давлению разрыва обычно намного ниже, чем для устройств с металлической диафрагмой. В пьезорезистивных датчиках используется изменение удельного сопротивления полупроводниковых материалов при воздействии деформации из-за отклонения диафрагмы. Величина изменения может быть в 100 раз больше, чем изменение сопротивления металлического тензодатчика.Следовательно, пьезорезистивные датчики могут измерять меньшие изменения давления, чем металлические или керамические датчики.

Емкостный

Емкостные датчики, отображающие изменение емкости при отклонении одной пластины под действием приложенного давления, могут быть высокочувствительными, измерять давление ниже 10 мбар и выдерживать большие перегрузки. Однако ограничения на материалы, а также требования к соединению и герметизации могут ограничивать области применения.

Пьезоэлектрический

Пьезоэлектрические датчики давления используют свойство пьезоэлектрических материалов, таких как кварц, генерировать заряд на поверхности при приложении давления.Величина заряда пропорциональна приложенной силе, а полярность выражает ее направление. Заряд накапливается и быстро рассеивается при изменении давления, что позволяет измерять быстро меняющееся динамическое давление.

Оптический

Оптические датчики, использующие интерферометрию для измерения изменений в оптическом волокне, вызванных давлением, не подвержены электромагнитным помехам, что позволяет использовать их в шумной среде или вблизи источников, таких как рентгенографическое оборудование.Они могут быть созданы с использованием крошечных компонентов или технологии MEMS, могут быть безопасными с медицинской точки зрения для имплантации или местного применения и могут измерять давление в нескольких точках вместе с волокном.

Технология МЭМС
Датчики

MEMS (микроэлектромеханическая система) содержат пьезоэлектрический или емкостный механизм измерения давления, изготовленный на кремнии с микронным разрешением. Совместно упакованная электроника преобразования сигнала преобразует электрический выходной сигнал MEMS малой амплитуды в аналоговый или цифровой сигнал.Это крошечные устройства для поверхностного монтажа, обычно всего около 2-3 мм с каждой стороны.

Каталожные номера датчиков

Все датчики давления имеют опорную точку, и доступны различные типы опорных точек. Эталонная точка помогает удерживать нулевую точку преобразователя на постоянном уровне. В зависимости от применения может потребоваться использование различных типов эталонов давления для устройства.

Датчики давления

получают данные через отверстие сбоку, сверху или снизу датчика, которое обычно закрывается гидрофобным материалом.В качестве альтернативы датчики давления могут получать данные через вентиляционную трубку. Это единственный способ, которым погружной датчик может получить свое эталонное значение, если только он не является герметичным или абсолютным. Это достигается за счет наличия трубки, проходящей через электрический кабель и обеспечивающей вентиляцию между атмосферой и задней частью измерительной ячейки.

Если вы ищете датчик давления, вы можете проверить цену на Amazon:

Каталожные номера: Руководство инженера-конструктора Avnet, каталог датчиков давления Turck

Продолжить чтение

Как работает датчик давления?

Не все из нас хорошо реагируют на давление, но именно это происходит с датчиком давления.Если вам интересно, как работает датчик давления, эти устройства преобразуют давление в электрический выходной сигнал, такой как напряжение, ток и частота. Датчики, тем временем, позволяют датчикам пропорционально реагировать на приложенную силу давления.

Применение датчиков давления

Датчики давления обычно используются для измерения избыточного давления, от обнаружения утечек до контроля качества воздуха. Датчики давления используются во многих отраслях, в том числе:

  • HVAC (компрессоры, мониторинг фильтров, управление энергопотреблением)
  • Робототехника (заводское автоматизированное оборудование)
  • Электростанции (давление пара в трубопроводах)
  • Транспорт (разрушение, компрессоры, лифты, кондиционирование воздуха)
  • Внедорожники (системы взвешивания груза и гидравлическая обратная связь по давлению)
  • Оборудование для работы с природным газом (компрессоры и заправочное оборудование)

Учитывая, сколько различных применений существует для датчиков давления, существует одинаково большое их количество. доступных вариантов, и то, что может работать для одной работы, может быть неудовлетворительным для другой.Это связано с тем, что не все датчики давления рассчитаны на противостоять одним и тем же элементам в каждом отдельном приложении.

Как работают датчики давления?

Так как же работает датчик давления? Большинство датчиков давления работают с использованием электрического входа и реагируют на изменения как по давлению, так и по температуре. Что касается колебаний температуры, большинство датчиков имеют диапазон, в котором они должны работать. За пределами этого диапазона в любом направлении вероятность отказа возрастает.В крайнем случае В некоторых случаях изменения температуры могут изменить электрический выходной сигнал датчика, даже если само давление остается постоянным. Это связано с тем, что при повышении или понижении температуры материалы будут реагировать расширением или сжатием, что может изменить давление. калибровка датчика путем изменения его геометрии, механических свойств и электрических характеристик.

Производительность датчика давления

Как и следовало ожидать, давление также является важным фактором производительности датчика.Внезапный выброс экстремального давления, который иногда называют «скаком давления», может разрушить датчик, который не приспособлен для того, чтобы справляться с такой нагрузкой. Когда это произойдет, будь то, например, заклинившая шестерня или заблокированный клапан, это может привести к немедленной остановке всех системных процессов.

Конечно, не все приложения чувствительны к скачкам давления, но те, которые чувствительны, должны быть оснащены датчиками, соответствующими задаче, такими как датчик специального назначения, созданный для использования в экстремальных условиях, или датчик дифференциального давления. датчик, который хорошо работает с жидкостями и газами.Стоит также отметить, что многие другие факторы также могут влиять на точность измерения датчика давления, включая конфигурацию, электромагнитные помехи и линейность.

Независимо от того, ищете ли вы тонкопленочный датчик давления, датчик давления химического осаждения из паровой фазы (CVD) или датчик емкостного типа, вы можете обратиться к специалистам Gems, чтобы выбрать правильный. Драгоценные камни предлагают широкий ассортимент выбор для различных приложений.

Узнайте больше о датчиках давления >

Не все из нас хорошо реагируют на давление, но именно это происходит с датчиком давления.Если вам интересно, как они работают, эти устройства преобразуют давление в электрический выходной сигнал, такой как напряжение, ток и частота.

Принципы работы и применение датчиков давления

Датчик давления — это устройство, которое может воспринимать сигнал давления и преобразовывать сигнал давления в полезный выходной электрический сигнал в соответствии с определенными правилами. Датчик давления обычно состоит из чувствительного к давлению элемента и блока обработки сигналов. В соответствии с различными типами испытательного давления датчики давления можно разделить на датчики избыточного давления, датчики дифференциального давления и датчики абсолютного давления.

Датчик давления является наиболее часто используемым датчиком в промышленном строительстве. Он используется в различных промышленных средах автоматического управления, включая водное хозяйство и гидроэнергетику, железнодорожный транспорт, интеллектуальные здания, автоматическое управление производством, аэрокосмическую, военную промышленность, нефтехимическую промышленность, нефтяные скважины, энергетику, корабли, станки, трубопровод и многие другие отрасли.

Каталог

 

I Принцип работы различных датчиков давления

1.Пьезоэлектрические датчики давления

Основным принципом работы пьезоэлектрического датчика давления является пьезоэлектрический эффект . Пьезоэлектрические материалы, в основном используемые в пьезоэлектрических датчиках, включают кварц, тартрат калия-натрия и дигидрофосфат. Среди них кварц/кремнезем является природным кристаллом. В этом кристалле обнаружен пьезоэлектрический эффект. В определенном диапазоне температур всегда существует пьезоэлектрическое свойство. После того, как температура превысит этот диапазон, пьезоэлектрическое свойство полностью исчезнет.Высокая температура – ​​это так называемая точка Кюри. Поскольку изменение электрического поля не является очевидным при изменении напряжения, кварц постепенно заменяется другими пьезоэлектрическими кристаллами. Пьезоэлектрический эффект применяется к поликристаллам, таким как пьезоэлектрическая керамика. Они включают пьезоэлектрическую керамику из титаната бария, PZT, пьезоэлектрическую керамику из ниобата, пьезоэлектрическую керамику из ниобата свинца и т. д. Пьезоэлектрические датчики в основном используются для измерения ускорения, давления и силы.Пьезоэлектрический датчик ускорения является широко используемым акселерометром. Он имеет характеристики простой конструкции, небольшого размера, легкого веса и длительного срока службы. Пьезоэлектрические датчики ускорения широко используются для измерения вибрации и ударов в самолетах, автомобилях, кораблях, мостах и ​​зданиях, особенно в авиации и космонавтике.

пьезоэлектрический эффект

пьезоэлектрический эффект : Когда определенные диэлектрики деформируются внешними силами в определенном направлении, внутри них возникает поляризация. Положительные и отрицательные заряды появятся на их двух противоположных поверхностях. Когда внешняя сила устранена, он вернется в незаряженное состояние. Это явление называется положительным пьезоэлектрическим эффектом. При изменении направления приложенной силы соответственно меняется и полярность заряда. И наоборот, когда электрическое поле приложено в направлении поляризации диэлектрика, эти диэлектрики также будут деформироваться. После снятия электрического поля деформация диэлектрика исчезнет.Это явление называется обратным пьезоэлектрическим эффектом. Тип датчика, разработанный на основе диэлектрического пьезоэлектрического эффекта, называется пьезоэлектрическим датчиком.

2. Тензодатчики давления

Принцип работы металлического тензорезистора заключается в том, что сопротивление тензорезистора, адсорбированного на основном материале, изменяется при механической деформации. Этот эффект широко известен как эффект деформации сопротивления. Тензорезистор представляет собой чувствительное устройство, которое преобразует изменение деформации испытуемого образца в электрический сигнал.Это один из основных компонентов пьезорезистивного датчика деформации.

Металлический тензорезистор

Наиболее часто используемыми тензодатчиками являются металлические тензорезисторы и полупроводниковые тензорезисторы . Существует два вида металлических тензорезисторов: тензодатчики накаливания и тензорезисторы с металлической фольгой. Обычно тензометрические датчики плотно приклеиваются к подложке, создающей механические напряжения, с помощью специального клея.При изменении напряжения подложки тензорезисторы также деформируются вместе. Затем сопротивление тензорезисторов изменяется так, что меняется напряжение, подаваемое на резистор. Изменение сопротивления таких тензорезисторов при нагрузке обычно невелико. Как правило, эти тензорезисторы образуют тензометрический мост. И они усиливаются последующими инструментальными усилителями, а затем передаются на схему обработки (обычно аналого-цифровое преобразование и ЦП), дисплей или исполнительный механизм.

Внутренняя структура металлического тензорезистора: тензорезистор состоит из основного материала, металлической тензометрической проволоки или тензометрической фольги, изолирующего защитного листа и подводящего провода.В соответствии с различными вариантами использования значение сопротивления тензорезистора может быть рассчитано разработчиком. Однако следует учитывать диапазон значений сопротивления: значение сопротивления слишком мало, требуемый управляющий ток слишком велик. В этом случае сопротивление тензорезистора слишком сильно меняется в разных средах; происходит дрейф нуля на выходе, а схема регулировки нуля слишком сложна. Если сопротивление слишком велико, импеданс слишком высок и способность противостоять внешним электромагнитным помехам плохая.Как правило, это от десятков Ом до десятков тысяч Ом.

3. Керамические датчики давления

Давление воздействует на переднюю поверхность керамической диафрагмы, вызывая небольшую деформацию диафрагмы. Толстопленочный резистор напечатан на обратной стороне керамической диафрагмы и подключен к мосту Уитстона. Благодаря пьезорезистивному эффекту варистора мост генерирует линейный сигнал напряжения, пропорциональный давлению и напряжению возбуждения.Стандартный сигнал откалиброван на 2,0/3,0/3,3 мВ/В в соответствии с совместимостью диапазона давления. Благодаря лазерной калибровке датчик имеет высокотемпературную и временную стабильность. Датчик поставляется с температурной компенсацией 0 ~ 70 ℃ и может напрямую контактировать с большинством сред.

Керамический датчик давления

Керамика — признанный материал с высокой эластичностью, коррозионной стойкостью, износостойкостью, ударопрочностью и вибростойкостью.Термическая стабильность керамики и ее толстопленочного резистора обеспечивают диапазон рабочих температур до -40 ~ 135 ℃ с высокой точностью и высокой стабильностью измерений. Степень электрической изоляции составляет 2 кВ, выходной сигнал сильный, долговременная стабильность хорошая. Керамические датчики с высокими характеристиками и низкой ценой станут направлением развития датчиков давления. В Европе и США наблюдается тенденция к замене других типов датчиков. В Китае все больше и больше пользователей используют керамические датчики вместо диффузионных кремниевых датчиков давления.

4. Сапфировые датчики давления

Первоначально работая с сопротивлением деформации , с использованием кремний-сапфира в качестве полупроводникового чувствительного элемента, сапфировый датчик давления обладает непревзойденными измерительными характеристиками. Цепь датчика может обеспечить питание цепи тензометрического моста. Он также может преобразовывать несбалансированный сигнал деформационного моста в унифицированный выходной электрический сигнал. В датчике абсолютного давления и преобразователе сапфировый лист соединен с припоем из керамического базового стекла, который действует как упругий элемент.Он преобразует измеренное давление в деформацию тензодатчика, чтобы достичь цели измерения давления. Поэтому полупроводниковые компоненты из кремний-сапфира не чувствительны к изменениям температуры. Они обладают очень хорошей работоспособностью даже в условиях высоких температур; сапфир обладает сильной радиационной стойкостью. Кроме того, кремний-сапфировые полупроводниковые чувствительные компоненты не имеют дрейфа PN.

конструкция сапфирового датчика давления

5.Датчики давления из диффузного кремния

Принцип работы датчика давления из диффузного кремния также основан на пьезорезистивном эффекте. Используя принцип пьезорезистивного эффекта, давление измеряемой среды непосредственно воздействует на диафрагму датчика (из нержавеющей стали или керамики). Таким образом, диафрагма производит микроперемещение, пропорциональное давлению среды. И значение сопротивления датчика тоже меняется. Датчики давления из диффузного кремния используют электронную схему для обнаружения этого изменения.Они преобразуют и выводят стандартный измерительный сигнал, соответствующий этому давлению.

II Применение датчиков давления

1. Датчики давления в системе взвешивания

В коммерческих системах взвешивания промышленных технологий контроля все чаще используется технология измерения давления. Во многих процессах управления давлением часто необходимо собирать сигналы давления и преобразовывать их в электрические сигналы, которыми можно управлять автоматически.

Устройства контроля давления, изготовленные с датчиками давления, обычно называются электронными системами взвешивания.Электронные системы взвешивания становятся все более и более важными инструментами онлайн-управления потоком материалов в различных промышленных процессах. Электронная система взвешивания может не только оптимизировать производство в процессе производства продукта и улучшить качество продукции, но также собирать и передавать данные о движении материалов в процессе производства в центр обработки данных для онлайн-управления запасами и финансовых расчетов.

При автоматическом управлении процессом взвешивания датчик давления необходим для правильного восприятия сигнала гравитации.Кроме того, его динамический отклик должен быть хорошим, а защита от помех должна быть лучше. Сигнал, обеспечиваемый датчиком давления, может быть непосредственно отображен, записан, распечатан и сохранен системой обнаружения или использован для управления регулировкой с обратной связью.

Интеграция датчика давления и схемы измерения значительно уменьшает объем всего устройства. Кроме того, разработка технологии экранирования также улучшит противопомеховую способность датчика давления взвешивания и степень автоматического управления.

2. Датчики давления в нефтехимической промышленности

Датчик давления является одним из наиболее часто используемых измерительных устройств в автоматическом контроле в нефтехимической промышленности. В крупномасштабных химических проектах включены почти все области применения датчиков давления: дифференциальное давление, абсолютное давление, манометрическое давление, высокое давление, микроперепад давления, высокая температура, низкая температура и фланцевые датчики давления с удаленной передачей из различных материалов и специальной обработки. .

Спрос на датчики давления в нефтехимической промышленности в основном сконцентрирован в трех аспектах: надежность, стабильность и высокая точность. Среди них надежность и множество дополнительных требований, таких как коэффициент дальности, тип шины и т. д., зависящие от конструктивного исполнения передатчика, уровня технологии механической обработки, конструкционных материалов. Стабильность и высокая точность преобразователя давления в основном гарантируются стабильностью и точностью измерения датчика давления.

Точность измерения и скорость отклика датчика давления соответствуют точности измерения преобразователя давления. Характеристики температуры и статического давления, а также долговременная стабильность датчика давления соответствуют стабильности преобразователя давления. Спрос на датчики давления в нефтехимической промышленности отражается в четырех аспектах: точность измерения, быстрый отклик, температурные характеристики и характеристики статического давления, а также долговременная стабильность.

Микродатчик давления представляет собой датчик давления нового типа, изготовленный с использованием полупроводниковых материалов и технологии МЭМС. Он имеет преимущества высокой точности, высокой чувствительности, хороших динамических характеристик, небольшого размера, коррозионной стойкости и низкой стоимости. Материал чистого монокристаллического кремния имеет небольшую усталость. Датчик микродавления, изготовленный из этого материала, обладает хорошей долговременной стабильностью. В то же время датчик микродавления легко интегрируется с датчиком микротемпературы.Таким образом, это может улучшить точность температурной компенсации, температурные характеристики и точность измерения датчика.

Если два микродатчика давления интегрированы, можно реализовать компенсацию статического давления, тем самым улучшая характеристики статического давления датчика давления. Сегодня микродатчики давления имеют много преимуществ, которых нет у традиционных датчиков давления. Микродатчики давления вполне могут удовлетворить потребности в датчиках давления в нефтехимической промышленности.

3. Датчики давления в водоподготовке

В последние годы индустрия водоочистки для защиты окружающей среды быстро развивалась и имеет большое будущее. В водоснабжении и очистке сточных вод датчики давления обеспечивают важный контроль и мониторинг для защиты системы и обеспечения качества.

Датчик давления преобразует давление (обычно относится к давлению жидкости или газа) в выходной электрический сигнал. Электрический сигнал давления также можно использовать для измерения уровня статической жидкости, поэтому его можно использовать для измерения уровня жидкости.Чувствительные компоненты датчика давления в основном состоят из чувствительного элемента из силиконовой чашки, силиконового масла, изолирующей диафрагмы и воздуховода. Давление измеряемой среды передается на сторону силиконового чашечного элемента через изолирующую диафрагму и силиконовое масло. Эталонное атмосферное давление действует на другую сторону силиконового чашечного элемента через воздуховод. Силиконовая чашка представляет собой монокристаллическую кремниевую пластину чашеобразной формы с тонким дном. Под давлением нижняя диафрагма чашки производит упругую деформацию с минимальным смещением.Монокристаллический кремний является идеальным эластомером. Его деформация строго пропорциональна давлению, а его характеристики восстановления превосходны.

4. Датчики давления в смартфоне

Датчики давления используются для измерения атмосферного давления на смартфонах, но какую роль играет измерение атмосферного давления для обычных пользователей мобильных телефонов?

(1)  Измерение высоты

Те, кто любит альпинизм, очень заботятся о своем росте.Существует два широко используемых метода измерения высоты: один — это глобальная система позиционирования GPS, а другой — измерение атмосферного давления с последующим вычислением высоты на основе значения давления. Из-за технических и других ограничений общая погрешность GPS-вычисления высоты составляет около десяти метров, а если он находится в лесу или под обрывом, иногда сигналы спутников GPS не принимаются. Метод давления воздуха можно выбирать в более широком диапазоне, а стоимость можно контролировать на относительно низком уровне.Кроме того, датчик давления мобильного телефона, такого как Galaxy Nexus, также включает в себя датчик температуры, который может регистрировать температуру для корректировки результата и повышения точности результата измерения. Поэтому добавление функции датчика давления на основе оригинального GPS смартфона может сделать трехмерное позиционирование более точным.

(2)  Вспомогательная навигация

Сейчас многие автомобилисты используют мобильные телефоны для навигации, но навигация по виадукам часто дает ошибки.Например, на виадуке GPS не может определить, находитесь ли вы на мосту или под мостом из-за неправильной навигации. Однако, если к мобильному телефону добавить датчик давления, его точность может составлять 1 метр, чтобы он мог помочь GPS в измерении высоты.

(3)  Позиционирование в помещении

Сигналы GPS плохо принимаются в помещении. Когда пользователь входит в очень толстое здание, встроенный датчик может потерять спутниковый сигнал, поэтому географическое положение пользователя не может быть распознано, а высота по вертикали не может быть определена.Если мобильный телефон оснащен датчиком давления, а затем объединен с акселерометром, гироскопом и другими технологиями, можно добиться точного позиционирования в помещении.

5. Датчики давления в медицинской промышленности

С развитием рынка медицинского оборудования к использованию датчиков давления в медицинской промышленности предъявляются более высокие требования, такие как точность, надежность, стабильность, объем и т.д. , которые необходимо улучшить. Датчики давления находят хорошее применение при минимально инвазивной катетерной абляции и измерении с помощью датчиков температуры.

Минимально инвазивная хирургия может не только уменьшить травматичность операционного поля, но и значительно уменьшить боль пациента. Чтобы удовлетворить такие требования, в дополнение к хирургическому опыту врача, но и с различным медицинским оборудованием для мониторинга. Многие медицинские устройства, используемые для этой операции, теперь крошечные, например, различные катетеры и устройства для абляции. Катетеры включают термодилюционные катетеры, уретральные катетеры, пищеводные катетеры, центральные венозные катетеры, сосуды внутричерепного давления и т. д.

Возможность разместить датчик близко к пациенту имеет решающее значение для многих приложений, например, для диализа. важно точно измерить диализат и венозное давление. Датчик давления должен точно контролировать давление диализата и крови, чтобы поддерживать его в заданном диапазоне. Этот тип применения требует, чтобы датчик был компактным и мог выдерживать жидкие среды. Во многих случаях датчики, несовместимые с жидкими средами, требуют дополнительных установочных компонентов для их защиты.Толерантность к жидкой среде особенно важна при контроле дыхания пациента, поскольку здесь датчик должен выдерживать кашель пациента и выдыхаемый им влажный воздух.

6. Датчики давления MEMS

Датчик давления MEMS представляет собой тонкопленочный элемент , который деформируется под действием давления. Для измерения этой деформации можно использовать тензорезистор (пьезорезистивное измерение) или ее можно измерить по изменению расстояния между двумя поверхностями с помощью емкостного измерения.

МЭМС-датчик давления

Автомобильная промышленность остается крупнейшей областью применения МЭМС-датчиков давления, на долю которых приходится 72 % ее продаж, за ней следует медицинская электроника с 12 % и промышленные отрасли с 10 %. Бытовая электроника и военная авиация на оставшиеся 6% рынка.

В автомобильной области управление двигателем является его основным применением, включая датчики давления воздуха в коллекторе в бензиновых двигателях и датчики давления в общей топливной рампе в дизельных автомобилях.Чтобы улучшить ситуацию со сгоранием, некоторые организации также изучают датчики давления. Они могут работать в цилиндре, чтобы лучше измерять точное соотношение различных веществ, участвующих в химической реакции, и передавать данные обратно в систему управления двигателем.

Из-за суровых условий эксплуатации цена на автомобильные датчики намного выше, чем на бытовые датчики. Кроме того, автомобильным датчикам требуется длительное время для идентификации. Эти датчики должны надежно работать до 15 лет.Некоторые датчики, такие как тормоза или датчики давления в шинах, имеют решающее значение для безопасности автомобиля.

Новым применением датчиков давления MEMS в автомобилях является измерение давления в системе трансмиссии, которое обычно используется в автоматических устройствах, но также используется в новых системах трансмиссии с двойным сцеплением. Немецкий производитель Bosch недавно вышел на рынок и представил решение MEMS, в котором используется масло для защиты силиконовой пленки. Поэтому он может выдерживать давление до 70 бар. Устройства MEMS на основе пористого кремния также используются в современных боковых подушках безопасности.

Основные области применения МЭМС-датчиков давления в промышленности включают отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха (HVAC), измерение уровня воды, а также различные промышленные процессы и приложения управления. Например, в дополнение к точным измерениям высоты и барометрического давления в самолетах используются датчики для контроля двигателей, закрылков и других компонентов.

За последние несколько лет датчик давления добился быстрого прогресса, что положительно сказалось на конкурентной среде.Он вывел на рынок новых игроков и расширил круг существующих игроков на рынке.

Как работает датчик давления? Руководство для начинающих по датчику давления

Что такое преобразователь давления?

Датчик давления , часто называемый датчиком давления , представляет собой датчик, который преобразует давление в аналоговый электрический сигнал.

Несмотря на то, что существуют различные типы датчиков давления , одним из наиболее распространенных является датчик на основе тензодатчика.

Преобразование давления в электрический сигнал достигается физической деформацией тензорезисторов, которые прикрепляются к диафрагме преобразователя давления и подключаются по схеме моста Уитстона.

Давление, приложенное к датчику давления, вызывает отклонение диафрагмы, что приводит к деформации датчиков.

Деформация вызовет изменение электрического сопротивления, пропорциональное давлению.

Угадай, что тебе понравится:

Принцип работы датчика давления

Что делает преобразователь давления?

Принцип работы преобразователя дифференциального давления

Выход датчика давления

Цена преобразователя давления

Калибровка датчика давления

Типы датчиков давления

Существуют различные типы датчиков давления в зависимости от их конструкции.

Эти датчики могут быть разных форм и размеров, но внутренняя технология также может различаться.

На основе этого существует 4 основных типа датчиков давления: 

  • Тензометрические датчики давления
  • Емкостные датчики давления
  • Потенциометрические датчики давления
  • Датчики давления с резонансной проволокой

Подробнее о Промышленные датчики давления

Рекомендуемые датчики давления

Принцип работы датчика давления

Как правило, преобразователь давления состоит из трех основных компонентов: датчика давления, измерительного контура и технологического присоединения.

Основной функцией датчика давления является преобразование физических параметров газа, жидкости и других физических параметров датчика давления в стандартный электрический сигнал.

Стандартный электрический сигнал более удобен для индикации сигнализатора, регулирующего устройства, самописца и вспомогательного прибора.

Емкостные датчики давления измеряют все чувствительные компоненты в цельносварной конструкции.

Электронная схема вершина пайки и монтажа разъема.

Общая конструкция прочная, прочная и имеет мало недостатков.

Емкостной преобразователь давления состоит из измерительной диафрагмы и электродов с обеих сторон изоляционного листа.

Емкостные датчики давления измерительной среды разделены на камеры высокого напряжения и низкого давления, а на изолирующих диафрагмах с обеих сторон чувствительного элемента заполненная жидкостью изоляция и компоненты перенесены на стороны чувствительного элемента мембрана для измерения.

Когда давление с обеих сторон непостоянно, измерение смещения диафрагмы, смещения и перепада давления пропорциональны двум сторонам диапазона емкости.

В процессе генерации и демодуляции давление преобразуется в сигнал.

Принцип работы емкостного преобразователя давления аналогичен принципу действия преобразователя дифференциального давления , отличается от давления в камере давления в камере давления.

Подробнее о: Как работает преобразователь дифференциального давления

Аналого-цифровой преобразователь емкостного преобразователя давления преобразует ток демодулятора в цифровой сигнал и использует значение микропроцессора для определения значения входного давления.

Микропроцессор управляет преобразователем.

Как работает датчик давления?

Установка преобразователя дифференциального давления Система измерения состоит из трех частей.А именно, прокладка направляющей трубки давления, прокладка электрического сигнального кабеля и установка датчика перепада давления.

При работе датчика давления давление среды передается на центральную измерительную диафрагму. Через изолирующую диафрагму и силиконовое масло.

А перепад давления из двухсторонней напорной направляющей трубки поступает на двухстороннюю изолирующую диафрагму, где измеряется мембрана.

Лист действует как упругий элемент и деформируется от перепада давления.

Между смещением измерительной диафрагмы и перепадом давления существует положительная пропорциональная зависимость, причем под влиянием смещения диафрагмы изменяется и емкость дифференциального конденсатора, и измерительная цепь преобразует ее в постоянный ток. токовый сигнал 4-20 мА.

Датчик перепада давления с выносным уплотнением Преобразователь уровня дифференциального давления (DP)

Возьмем в качестве примера преобразователь модели SI1151. Этот тип преобразователя давления не имеет центральной оси, неподвижная пластина имеет сферическую форму, а преобразователь имеет симметричную двухкамерную структуру.

При обжиге готового стекла и металла после работы узла образуется сферическая вогнутая поверхность.

Наконец, на поверхность стекла наносится металлическая пленка, так что образуется неподвижная пластина.

Между двумя неподвижными пластинами вварена измерительная диафрагма, образующая подвижную пластину.

Изолирующая диафрагма на внешней стороне неподвижной пластины отвечает за передачу давления от силиконового масла.

Когда диафрагма находится под давлением, она направляется к измерительной диафрагме, и диафрагма деформируется под действием давления, что приводит к изменению относительного положения емкостной подвижной пластины и сферической неподвижной пластины, а также емкости изменения в моторе.

Линия преобразует его в сигнал постоянного тока 4-20 мА.

В случае перенапряжения в первую очередь необходимо защитить измерительную диафрагму, прикрепленную к сферической неподвижной пластине.

При возникновении перенапряжения изолирующая диафрагма полностью прикрепляется к неподвижной пластине.

Функция преобразователя в основном заключается в преобразовании стандартного электрического сигнала и настройке сигнала.

Усилители тока, преобразователи тока, генераторы, регуляторы напряжения и т.д.вместе образуют схему преобразования.

Блок-схема показана на рисунке ниже.

Как работает преобразователь давления?

Подробнее о: Что такое промышленный преобразователь давления?

Какова функция датчика давления?

Датчик давления широко используется в промышленности.

Он широко используется в различных промышленных средах самоконтроля, включая водное хозяйство и гидроэнергетику, железнодорожный транспорт, интеллектуальное строительство, автоматизацию производства, аэрокосмическую, военную, нефтехимическую, нефтяную скважину, электроэнергетику, судоходство.

Во многих отраслях промышленности, таких как станки и трубопроводы, основная роль датчиков давления заключается в передаче сигналов давления для отображения давления на компьютере.

Принцип примерно таков: механический сигнал давления давления воды преобразуется в ток (4-20 мА), а электронный сигнал давления имеет линейную зависимость, с величиной напряжения или тока, которая вообще пропорционально.

Таким образом, напряжение или ток, выдаваемые датчиком, увеличиваются с увеличением давления, тем самым получая зависимость между давлением и напряжением или током.

Два давления измеряемой среды преобразователя давления — высокое и низкое, а низкое напряжение — низкое.

Давление в камере прикладывается к изолирующей диафрагме с обеих сторон δ-элемента (т. е. чувствительного элемента) за счет атмосферного давления или вакуума и передается на обе стороны измерительной диафрагмы через прокладку и заполняющую жидкость в элемент.

Каков принцип работы преобразователя дифференциального давления?

Датчики перепада давления измеряют разницу между двумя значениями давления.

Преобразователь дифференциального давления  преобразует измерения давления в пропорциональный выходной сигнал 4–20 мА или 1–5 В постоянного тока, который служит входом для контроллера, записывающего устройства, индикатора или аналогичного устройства.

Эти преобразователи находят применение в газовой, водной и обрабатывающей промышленности, где требуются точные измерения в широком диапазоне условий окружающей среды.

Наиболее распространенным и полезным промышленным прибором для измерения давления
является преобразователь дифференциального давления .

Это оборудование будет измерять разницу давлений между двумя портами и формировать выходной сигнал со ссылкой на калиброванный диапазон давления.

Промышленные датчики перепада давления состоят из двух корпусов.

Чувствительный элемент давления расположен в нижней половине, а электроника — в верхней половине.

Он будет иметь два порта давления, помеченные как «Высокое» и «Низкое».

Не обязательно, чтобы порт высокого давления всегда находился под высоким давлением, а порт низкого давления всегда находился под низким давлением.

Эта маркировка связана с влиянием порта на выходной сигнал.

Обладая выходными сигналами 4 … 20 мА, 4 … 20 мА HART® , PROFIBUS® PA или FOUNDATION Fieldbus™ в сочетании с искробезопасной или пожаробезопасной защитой от воспламенения (согласно ATEX), преобразователь дифференциального давления DPT является подходит для приложений, требующих этих функций.

Электроника всех преобразователей со взрывозащитой , даже во взрывозащищенном исполнении, безопасна.

Таким образом, можно выполнять настройки инструмента в зонах EX, пока инструмент находится под напряжением.

Расширенные показания: Интеллектуальный датчик дифференциального давления

Датчик перепада давления (DP) , также называемый датчиком перепада давления. Преобразователи дифференциального давления измеряют разницу между двумя значениями давления. Преобразователь дифференциального давления преобразует измерения давления в пропорциональный выходной сигнал 4–20 мА или 1–5 В постоянного тока, который служит входом для контроллера, регистратора, индикатора или аналогичного устройства.

Каков выход датчика давления?

Датчики давления

обычно доступны с тремя типами электрического выхода: милливольт, усиленное напряжение и 4-20 мА.

В этой статье объясняется, как подключать различные типы датчиков давления на основе его выходного сигнала.

После этого необходимо преобразовать электрическую мощность в технические единицы, такие как PSI или бары.

Ниже приводится сводка выходов и когда их лучше всего использовать.

Преобразователи давления на милливольтовом выходе

Датчики

с милливольтным выходом обычно являются наиболее экономичными датчиками давления.

Выход милливольтового преобразователя номинально составляет около 30 мВ.

Фактический выходной сигнал прямо пропорционален входной мощности датчика давления или возбуждению.

Если возбуждение колеблется, выход также изменится.

Из-за этой зависимости от уровня возбуждения для милливольтовых преобразователей рекомендуется использовать регулируемые источники питания.

Поскольку выходной сигнал очень слабый, датчик не следует размещать в среде с электрическими помехами.

Расстояния между преобразователем и считывающим прибором также должны быть относительно короткими.

Датчики давления с выходным напряжением

Преобразователи с выходным напряжением

имеют встроенное преобразование сигнала, которое обеспечивает гораздо более высокий выходной сигнал, чем милливольтовый преобразователь.

Выходной сигнал обычно составляет 0–5 В постоянного тока или 0–10 В постоянного тока.

Несмотря на то, что выходной сигнал датчика зависит от модели, он обычно не является прямой функцией возбуждения.

Это означает, что часто бывает достаточно нерегулируемых источников питания, если они попадают в указанный диапазон мощностей.

Поскольку они имеют более высокий уровень выходного сигнала, эти преобразователи не так чувствительны к электрическим помехам, как милливольтовые преобразователи, и поэтому могут использоваться в гораздо более промышленных условиях.

Датчики давления на выходе 4-20 мА

Эти типы датчиков также известны как датчики давления.

Поскольку на сигнал 4-20 мА меньше всего влияют электрические помехи и сопротивление в сигнальных проводах, эти преобразователи лучше всего использовать, когда сигнал должен передаваться на большие расстояния.

Нередко эти преобразователи используются в приложениях, где длина подводящего провода должна составлять 1000 футов или более.

Расширенные показания: Датчики индикатора давления

Как выбрать датчик давления

Существует несколько типов датчиков давления для различных областей применения.

Каждый датчик давления имеет различные аспекты, которые влияют на то, как он работает, и на какие области применения лучше всего подходит датчик давления.

При выборе датчика давления учитывайте следующие 6 критериев:

  1. Применение и тип измерения
  2. Диапазон давления
  3. Технологическая среда
  4. Диапазон температур и условия установки
  5. Точность
  6. Выход

Если вы все еще не знаете, как выбрать преобразователь давления, обратитесь к нашим инженерам по продажам.

Sino-Instrument предлагает лучшую цену на датчики давления, датчики перепада давления и коммуникаторы HART. Sino-Instrument предлагает более 100 видов датчиков давления, интеллектуальные датчики давления, датчики дифференциального давления. Для измерения давления, измерения дифференциального давления, измерение расхода.

Сколько стоит датчик давления?

Существует ряд факторов, влияющих на цену преобразователя давления.

Самое большое отличие заключается в том, можете ли вы использовать стандартный датчик давления, имеющийся в наличии, или вам нужен датчик давления, изготовленный по индивидуальному заказу.

Для стандартного преобразователя давления цена преобразователя давления будет больше всего зависеть от уровня точности, необходимого для вашего приложения.

Чем точнее датчик давления, тем он обычно дороже.

Расширенное чтение: что такое датчик давления?

Выберите датчик давления, подходящий для вашего применения

Sino-Inst предлагает более 20 датчиков давления.  Вам доступен широкий выбор датчиков давления  опций.Такие как бесплатные образцы, платные образцы. Sino-Inst — всемирно признанный производитель датчиков давления , расположенный в Китае.

Sino-Inst  продается через развитую дистрибьюторскую сеть, охватывающую все 30 стран мира. Датчики давления Продукты наиболее популярны в Европе, Юго-Восточной Азии и на Среднем Востоке. Вы можете обеспечить безопасность продукции, выбирая сертифицированных поставщиков. С сертификацией ISO9001, ISO14001.

Запросить цену

Как работает датчик давления — Физика зондового ПО

Знакомство с датчиками давления

Датчики давления являются одними из наиболее широко используемых датчиков, и их можно найти в программном обеспечении для лабораторных измерений, но чаще всего в миллиардах устройств, включая смартфоны, носимые устройства, автомобили, дроны, метеорологические центры и медицинские инструменты.Датчики давления были одними из первых датчиков, которые были миниатюризированы и массово производились по низкой цене за счет изготовления микроэлектромеханических систем (МЭМС).

Датчик давления Bosch MEMS. Компонент датчика имеет размеры менее 1 мм x 1 мм. Источник: www.bosch-sensortec.com

В этой статье объясняется:

  1. Механический и электрический принцип действия датчиков давления
  2. Конструкция современных промышленных датчиков давления
  3. Применение датчиков давления
  4. Эксперименты и мероприятия по изучению возможностей датчиков давления

Вы можете исследовать эти концепции самостоятельно, используя:

Механические принципы работы

Все современные датчики давления используют один и тот же принцип работы и общую конструкцию.Датчик давления имеет тонкую гибкую мембрану, которая может деформироваться. Мембрана закрывает эталонную полость. Эталонная полость обычно герметизируется при низком давлении вакуума. Когда давление снаружи выше, чем внутри эталонной полости, мембрана растягивается или деформируется в эталонную полость. Мембрана крепится к жесткой раме, так что вся деформация происходит в мембране, а не в раме.

Схема датчика давления с закрытой полостью. Источник: www.comsol.se/paper/download/368301/ramesh_poster.pdf

Иногда полость не герметизируют и вместо этого подвергают воздействию известного эталонного давления. В этом случае перепад давления между внешним давлением и эталонным давлением вызывает деформацию мембраны. Конструкция с открытой полостью более распространена в промышленных приложениях, а герметичная полость используется почти во всех бытовых устройствах и приложениях.

Деформация мембраны вызывает два механических изменения, которые мы можем использовать для преобразования в электрические измерения.Во-первых, мембрана перемещается относительно дна полости, что мы можем измерить с помощью емкостной цепи. Во-вторых, материал мембраны испытывает напряжение и деформацию, которые мы можем измерить с помощью резистивной схемы.

Анализ методом конечных элементов показывает профиль напряжения в напорных мембранах квадратной и круглой геометрии. От кого:
Y. Guo, et al. Датчики 2016, 16(1), 55; doi:10.3390/s16010055

Математические уравнения для расчета смещения, напряжения или деформации в мембране довольно сложны.При некоторых предположениях о геометрии и условиях эксплуатации можно упростить расчеты. Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с этими ресурсами:

Электрический принцип работы

Чтобы измерить смещение мембраны, мы можем поместить датчик в емкостную измерительную цепь. Электроды встроены в верхнюю мембрану и нижнюю поверхность эталонной полости. Эти электроды действуют как конденсатор с параллельными пластинами. Емкость между пластинами равна C = e o e r *A/d

Где e 0 — электрическая проницаемость свободного пространства, e r — относительная диэлектрическая проницаемость, A — площадь пластины, а d — расстояние между пластинами.По мере деформации мембраны расстояние d уменьшается, что увеличивает емкость. Можно использовать различные электрические схемы для преобразования изменения емкости в изменение напряжения, которое можно измерить и преобразовать в цифровой сигнал.

Второй метод электрических измерений заключается в измерении деформации мембраны. Любой проводящий материал, такой как металл, изменит сопротивление, когда к нему приложено напряжение или деформация. Эти устройства по праву называются тензорезисторами.Полупроводниковые материалы, такие как легированный кремний, испытывают большие изменения сопротивления из-за деформации из-за свойства материала, называемого пьезосопротивлением. Большое изменение сопротивления полезно для конструкции датчика, поэтому в большинстве современных датчиков давления используется пьезорезистивный тензорезистор для преобразования механических сил в электрические изменения.

Четыре пьезорезистора сконструированы вокруг мембраны и соединены в цепь, называемую мостом Уитстона. Мост Уитстона увеличивает измерительный сигнал и уменьшает погрешность датчика из-за таких факторов, как изменение температуры и другие механические воздействия.Сигнал моста Уитстона усиливается, а затем преобразуется в цифровой сигнал.

Пример промышленного датчика давления

BME280 — это встроенный датчик окружающей среды от Bosch, который содержит датчик давления, влажности и температуры. Датчики давления изготавливаются по технологии MEMS и используют пьезорезисторы для измерения напряжения, вызванного давлением, в квадратной мембране. На изображении, полученном с помощью электронного микроскопа ниже, вы можете увидеть большой квадратный кремниевый чип внизу — это датчик давления, а меньший прямоугольный чип — это датчик влажности.Масштабная линейка на изображении имеет длину 200 мкм, поэтому размер датчика давления составляет примерно 800 мкм x 800 мкм. При самом высоком разрешении BME280 может измерить изменение давления всего на 0,2 Па, что эквивалентно изменению высоты на 1,7 см! Это впечатляет для устройства размером меньше 1 мм в квадрате.

Изображение датчика окружающей среды Bosch BME280, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа. Датчик используется в PocketLab Voyager.

PocketLab Voyager использует BME280 для измерения барометрического давления и высоты над уровнем моря.В видео ниже используется BME280 в PocketLab Voyager для измерения высоты ракеты-носителя. Данные о высоте синхронизируются с видео с помощью приложения PocketLab для iOS.

Применение датчика давления

Большинство смартфонов высокого класса, начиная с эпохи Samsung Galaxy S4, включали датчик давления MEMS в свой набор встроенных датчиков, наряду с акселерометром, гироскопом, магнитометром и датчиком освещенности. Это составляет сотни миллионов датчиков давления по всему миру.Основное приложение в смартфонах — это расширение данных GPS-навигации для дополнительных измерений высоты.

Современные автомобили содержат несколько датчиков давления для:

  • Коллектор давления воздуха
  • Барометрическое давление
  • Системы контроля давления в шинах
  • Давление в газовом баллоне
  • Иногда для обнаружения боковых столкновений для срабатывания подушек безопасности и систем безопасности
МЭМС-датчики, включая датчики давления, используемые в современном автомобиле.Источник: https://www.memsjournal.com/2007/08/prospects-for-m.html

Существуют еще сотни применений датчиков давления в промышленных, медицинских, потребительских и контрольно-измерительных приборах.

Некоторые новые варианты использования датчика давления могут заключаться в измерении скорости транспортных средств, проезжающих по проезжей части. В приведенных ниже данных мы измеряем волну давления, создаваемую движением автомобиля по нашей сенсорной системе на различных скоростях. Вы можете видеть, как машина приближается, мы можем измерить волну давления, а затем, когда машина проезжает, мы можем измерить след позади машины.

alexxlab

E-mail : alexxlab@gmail.com

Submit A Comment

Must be fill required * marked fields.

:*
:*