Устройство автомобилей

Устройство автомобилей

Современные автомобили оснащаются различными механизмами, системами и агрегатами, использующими в качестве рабочего тела жидкости и газы. Это могут быть различные гидравлические и пневматические устройства, функционирующие под действием сжатых жидкостей, масел, воздуха и газов, при этом основным параметром рабочего тела в таких устройствах является его давление, которое необходимо постоянно контролировать, а значит и измерять.

Приборы измерения давления (манометры) применяются в автомобиле для контроля давления:

• Масла в двигателе;
• Воздуха в пневматической тормозной системе;
• Масла в гидромеханической передаче;
• В централизованной системе подкачки воздуха.

Кроме того, в специализированных автомобилях, используемых, например, для размещения и перевозки подъемно-транспортного оборудования, могут применяться манометры для контроля давления масла в гидросистемах и пневмоприводах.

Эксплуатация автомобиля с неисправными приборами контроля, давления масла и воздуха запрещена, т.к. может привести к аварийным режимам.

Для экстренного привлечения внимания водителя во многих системах манометры дублируются сигнализатором аварийного давления.

Кроме того, к приборам, измеряющим давление, относятся и приборы для измерения разрежения – вакуумметры. В последние годы широко применяется прибор, контролирующий разрежение во впускном коллекторе – эконометр. Руководствуясь указаниями этого прибора, водитель имеет возможность выбора режима движения, соответствующего наименьшему расходу топлива.

По способу измерения манометры делятся на приборы прямого действия и электрические.
Приборы прямого действия бывают механические и жидкостные.
Механические приборы для измерения давления имеют чувствительный элемент и указатель, устанавливаемый на приборной панели. Контролируемая среда подводится к чувствительному элементу прибора по трубопроводу.
Жидкостные приборы прямого действия для измерения давления (ртутные, спиртовые барометры и т. п.) в конструкции автомобилей не используются.

Электрические манометры основаны на преобразовании неэлектрических величин в электрические, и содержат связанные между собой манометрический датчик, к которому подводится контролируемая среда, и указатель, располагаемый на щитке приборов или в зоне видимости водителя.

Манометры прямого действия

К приборам непосредственного (прямого) действия относятся манометры с плоской или овальной трубчатой пружиной.

Основной деталью манометра с трубчатой пружиной (рис. 1) является пружина 4, представляющая собой упругую плоскую или овальную трубку. Трубчатая пружина изогнута по окружности и представляет собой не полный виток. Один конец трубки впаян в штуцер 7, через который в отверстие поступает жидкость или воздух. Под действием давления жидкости или воздуха трубка распрямляется, а так как второй конец соединен с тягой 6, то через передаточный механизм, закрепленный в корпусе 1, приводится в движение стрелка 2 прибора.

Рис. 1. Манометр непосредственного (прямого) действия: 1 — корпус; 2 — стрелка; 3 — спиральная пружина; 4 — трубчатая пружина; 5 — трубчатый сектор; 6 — тяга; 7 — штуцер; 8 — подвижная плата; 9 — винт; 10 – трибка

При увеличении давления внутри трубки происходит ее деформация (по оси Y она увеличивается, а по оси X уменьшается). При этом длина наружной дуги А и внутренней дуги А1 стенок трубки практически не меняется. Вследствие этого кривизна дуги, по которой изогнута трубчатая пружина, уменьшается, и трубка разгибается. При этом ее свободный конец перемещается, передвигая стрелку прибора. Регулировка осуществляется с помощью подвижной платы 8 и винта 9.

В манометрах с трубчатой пружиной перевод стрелки 2 осуществляется трубчатым сектором 5 и трибкой 10. Пружина 3 на оси стрелки компенсирует влияние зазоров в передаточном механизме на показание прибора.

Эконометр , устанавливаемый на автомобилях (например, ВАЗ-2108, -2109), работает аналогично. Манометрическая трубчатая пружина в данном случае реагирует не на увеличение давления, а на уменьшение, т.е. сжимается. По положению стрелки в одной из трех зон шкалы эконометра водитель может оценивать экономичность выбранного режима движения, а также получать информацию о ряде неисправностей двигателя.
Если стрелка прибора находится слева, двигатель работает под увеличенной нагрузкой или с большим ускорением. При этом увеличивается расход топлива, и чтобы этого избежать водитель должен перейти на другую передачу или изменить режим движения, тем самым подобрав оптимальный режим работы двигателя.
Если стрелка находится справа, это указывает на оптимальный режим работы двигателя.
Колебания стрелки в левой зоне указывают на неисправные клапаны или неправильную регулировку системы зажигания. Если колебания в левой зоне и частично захватывают правую, это означает, что имеет место потеря компрессии в двигателе.

Недостатками манометров прямого действия является их чувствительность к вибрациям и невысокая перегрузочная способность. Кроме того, трубопроводы, подводящие контролируемую среду к приборам, имеют склонность к засорению и даже закупорке, что приводит к погрешностям в показаниях и отказам.
По этой причине дальнейшее развитие манометрических измерителей связано с использованием электрических устройств.

Термобиметаллический импульсный манометр

Термобиметаллический импульсный манометр состоит из датчика и указателя.
Датчик манометра (рис. 2) имеет мембрану 10, на центральную часть которой опирается выступом 11 упругая пластина 1 с контактом, соединенным с «массой».
В датчике размещена П-образная термобиметаллическая пластина, электрически изолированная от «массы». На рабочее плечо 2 пластины навита обмотка 3, один конец которой приварен к термобипластине, а второй присоединен к выводному зажиму 6 через упругий вывод 5. На конце рабочего плеча термобипластины установлен второй контакт 4.
При отсутствии давления под мембраной контакт 4 соединен с контактом на упругой пластине 1. Второе плечо термобиметаллической пластины закреплено на упругом держателе 7, положение которого вместе с биметаллической пластиной можно изменять поворотом рычага 8.

Указатель термобиметаллического импульсного манометра (рис. 3) состоит из П-образной термобиметаллической пластины 3, которая одним концом закреплена на регулировочном зубчатом секторе 8, а другим соединена со стрелкой 7.
На рабочее плечо термобиметаллической пластины 3 навита обмотка 1, включенная последовательно с обмоткой датчика. Оба конца этой обмотки выведены на зажимы 2 прибора.
Второе плечо пластины 3, так же, как и датчика, компенсирует изменения температуры окружающей среды. Рабочий конец термобиметаллической пластины указателя имеет крючок 6, зацепленный со стрелкой.

При повышении давления под мембраной датчика упругая пластина с контактом поднимается и входит в контакт с термобиметаллической пластиной. Ток, проходящий по образовавшейся в следствия этого цепи, нагревает термобиметаллическую пластину указателя. Контакты датчика при нагревании рабочего плеча термобиметаллической пластины из-за ее изгиба размыкаются и прерывают ток до момента остывания пластины и последующего размыкания контактов.

При установившемся давлении в датчике происходит периодическое размыкание контактов. При этом время разогрева термобиметаллической пластины датчика, когда контакты замкнуты, зависит от степени ее деформации, т. е. от давления в датчике.
Время охлаждения пластины, когда контакты разомкнуты, зависит от степени нагрева пластины относительно температуры окружающей среды.

Чем выше давление в датчике, тем больше температура пластины указателя, так как время замкнутого состояния контактов датчика относительно времени разомкнутого состояния больше. Эффективный ток в обмотке указателя увеличивается, его термобиметаллическая пластина деформируется и перемещает стрелку по шкале.

Логометрический манометр

Логометрический манометр состоит из реостатного датчика и магнитоэлектрического указателя.

Реостатный датчик (рис. 4) логометрического манометра состоит из основания 1 со штуцером, на котором закреплена гофрированная мембрана 2 с помощью стального ранта 3, несущего на себе реостат 4 с передаточным механизмом. В центре мембраны установлен толкатель 11, на который опирается качалка 9 с регулировочными винтами 10. Качалка воздействует на ползунок 5 реостата, поворачивая его вокруг оси 6. Пружина 8 противодействует смещению ползунка.

Чтобы пульсации давления в контролируемой системе не вызывали колебаний ползунка по реостату, в канал штуцера датчика запрессован наконечник 12 со стержнем для очистки канала, который создает большое сопротивление потоку масла или воздуха и тем самым сглаживает влияние резких изменений давления на показания прибора.

При подаче масла или воздуха в датчик мембрана под давлением выгибается и через качалку и опорную площадку 7 двигает ползунок по реостату. При снижении давления мембрана под действием собственной упругости опускается, и возвратная пружина 8 сдвигает ползунок и детали рычажной передачи в исходное положение.

В качестве указателя логометрического манометра применяется магнитоэлектрический прибор (рис. 5, а), состоящий из двух пластмассовых полукаркасов 2 на которые намотаны три измерительные индукционные катушки 5, причем одна катушка расположена под углом 90˚ к двум другим. Постоянный магнит 3 установлен внутри каркаса на одной оси со стрелкой 6.

Магнит может поворачиваться, ориентируясь вдоль магнитных силовых линий результирующего вектора напряженности трех индукционных катушек.

В каркасе установлен подпятник 4 оси магнита и стрелки. Мостик 7 закреплен на каркасе и служит опорой шкалы прибора. Между мостиком и шайбой, закрепленной на оси магнита, а также в подшипник вводят кремнийорганическую жидкость, которая демпфирует колебания подвижной системы в условиях вибрации.
Для возврата подвижной системы в нулевое положение при включенном приборе используется миниатюрный магнит, находящийся между полукаркасами.
Для исключения воздействия на показания прибора посторонних магнитных полей и влияния полей индукционных катушек на показания других приборов собранный каркас размещают в цилиндрическом экране 1.

При включении датчика и указателя в цепь питания (рис. 5, б) ток проходит по индукционным катушкам W₁, W₂ и W₃ по реостату датчика Rд и термокомпесационному резистору Rтк. Изменение давления в контролируемой системе вызывает изменения сопротивления реостата датчика Rд, подключенного параллельно индукционной катушке W₁.
Ток, протекающий по индукционной катушке W₁, изменяет свое значение, что приводит к изменению величины вектора напряженности поля, создаваемого этой катушкой. Изменение величины сопротивления реостата Rд оказывает влияние на величину тока, протекающего по двум другим индукционным катушкам, но это влияние не соль существенное, как в случае с индукционной катушкой W₁. Изменение направления результирующего вектора напряженности вызывает отклонение магнита и стрелки манометра.

Логометрические автомобильные приборы в настоящее время вытесняют импульсные термобиметаллические, поскольку имеют ряд существенных преимуществ.
Датчики логометров не имеют размыкающих контактов, которые подвержены эрозионному износу и создают радиопомехи.
Логометрический указатель имеет больший угол перемещения стрелки, что дает возможность получить шкалу прибора с лучшей читаемостью.
В логометрическом указателе лучше компенсируются влияния изменения питающего напряжения и изменение температуры окружающей среды, так как векторы напряженности магнитных полей всех индукционных катушек изменяют свою величину практически пропорционально изменению питающего напряжения или температуры окружающей среды. Поэтому направление результирующего вектора напряженности, а значит, и положение стрелки прибора не зависят от этих внешних факторов.

Сигнализаторы падения давления

Применение на автомобиле манометра со стрелочным указателем давления часто недостаточно для обеспечения надежного контроля. Изменение давления за допустимые пределы может наступить неожиданно, и в этом случае сигнализатор давления в отличие от стрелочного прибора немедленно привлечет внимание водителя. В некоторых случаях в контролируемой системе вообще применяют только сигнализатор, не используя стрелочный прибор.
На автомобилях находят применение сигнализаторы аварийного (минимального) давления в системе смазывания, аварийного давления в пневмоприводе, в вакуумной системе открывания дверей и других рабочих системах автомобиля.

В качестве примера рассмотрим конструкцию датчика аварийного давления, применяемого на автомобилях ВАЗ и КамАЗ.
Датчик (рис. 6) имеет корпус 9 в виде полого штуцера, который внутри разделен на две полости диафрагмой 8 из тонкой полиэфирной пленки. В полость под диафрагмой поступает масло из системы смазки и поднимает её вместе с толкателем 6.

Рис. 6. Датчик аварийного падения давления: 1 и 7 — контакты; 2 — разъем; 3 — фильтр; 4 — изолятор; 5 — пружина; 6 — толкатель; 8 — мембрана; 9 — корпус

В полости над диафрагмой установлены неподвижный 7 и подвижной 1 контакты и пружина 5, противодействующая перемещению диафрагмы, которая выполняет роль чувствительного элемента датчика.
Сверху корпус закрыт изолятором 4 со штекерным разъемом 2, под которым установлен специальный фильтр 3, уравнивающий давление в надмембранной полости с внешним атмосферным.

При возникновении давления в поддиафрагменном пространстве датчика, сообщенном с контролируемой системой, диафрагма 8 выгибается и размыкает контакты 1 и 7; при падении давления контакты замыкаются, что приводит к включению контрольной лампочки на панели приборов.

Приборы, методы и способы измерения давления

Классификация приборов для измерения давления по типу чувствительного элемента. Методы и конструктивные особенности средств измерения давления. Класс точности приборов. Их виды: манометр, вакуумметр, напоромер, дифманометр, тягонапоромер и барометр.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	13.05.2013
Размер файла	211,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО образования и науки российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Восточно-Сибирский Государственный Университет Технологии и Управления»

Реферат на тему:

Приборы, методы и способы измерения давления

давление прибор манометр барометр

Давление характеризует состояние сплошной среды и является диагональной компонентой тензора напряжений. В простейшем случае изотропной равновесной неподвижной среды давление не зависит от ориентации. Давление можно считать также мерой запасённой в сплошной среде потенциальной энергии на единицу объёма и измерять в единицах энергии, отнесённых к единице объёма.

Измерение давления необходимо практически в любой области науки и техники как при изучении происходящих в природе физических процессов, так и для нормального функционирования технических устройств и технологических процессов, созданных человеком. Давление определяет состояние веществ в природе (твердое тело, жидкость, газ). Чрезвычайно многообразно применение давления в науке, технике и производстве. Давление характеризует напряженное состояние жидкостей и газов в условиях всестороннего сжатия и определяется частным от деления нормальной к поверхности силы на площадь этой поверхности

Для измерения давления используют манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, датчики давления, дифманометры.

1. Классификация приборов для измерения давления по типу чувствительного элемента

По виду упругого чувствительного элемента пружинные приборы делятся на следующие группы:

1) приборы с трубчатой пружиной, или собственно пружинные;

2) мембранные приборы, у которых упругим элементом служит мембрана, анероидная или мембранная коробка, блок анероидных или мембранных коробок;

3) пружинно-мембранные с гибкой мембраной;

4) приборы с упругой гармониковой мембраной (сильфоном);

2. Определение понятия «давление», точное измерение давления и соотношение между ними

Давление является одним из важнейших параметров химико-технологических процессов. От величины давления часто зависит правильность протекания процесса химического производства. Под давлением в общем случае понимают предел отношения нормальной составляющей силы к площади, на которую действует сила. При равномерном распределении сил давление равно частному от деления нормальной составляющей силы давления на площадь, на которую эта сила действует. Величина единицы давления зависит от выбранной системы единиц.

Различают абсолютное и избыточное давление. Абсолютное давление Pа — параметр состояния вещества (жидкостей, газов и паров). Избыточное давление рипредставляет собой разность между абсолютным давлением Pа и барометрическим давлением Рб (т. е. давлением окружающей среды):

Если абсолютное давление ниже барометрического, то

где Pв — разрежение.

Единицы измерения давления: Па (Н/м2); кгс/см 2 ; мм вод. ст.; мм рт.ст.

3. Классификация приборов для измерения давления и разрежения

Приборы для измерения давления подразделяются на:

а) манометры — для измерения абсолютного и избыточного давления;

б) вакуумметры — для измерения разряжения (вакуума);

в) мановакуумметры — для измерения избыточного давления и вакуума;

г) напоромеры — для измерения малых избыточных давлений (верхний предел измерения не более 0,04 МПа);

д) тягомеры — для измерения малых разряжений (верхний предел измерения до 0,004 МПа);

е) тягонапорометры — для измерения разряжений и малых избыточных давлений;

ж) дифференциальные манометры — для измерения разности давлений;

з) барометры — для измерения барометрического давления атмосферного воздуха.

Рис. 3. Напоромер

4. Методы измерения давления

Методы измерения давления во многом предопределяют как принципы действия, так и конструктивные особенности средств измерений. В этой связи в первую очередь следует остановиться на наиболее общих методологических вопросах техники измерения давления. Давление, исходя из самых общих позиций, может быть определено как путем его непосредственного измерения, так и посредством измерения другой физической величины, функционально связанной с измеряемым давлением.

В первом случае измеряемое давление воздействует непосредственно на чувствительный элемент прибора, который передает информацию о значении давления последующим звеньям измерительной цепи, преобразующим ее в требуемую форму. Этот метод определения давления является методом прямых измерений и получил наибольшее распространение в технике измерения давления. На нем основаны принципы действия большинства манометров и измерительных преобразователей давления.

Во втором случае непосредственно измеряются другие физические величины или параметры, характеризующие физические свойства измеряемой среды, значения которых закономерно связаны с давлением (температура кипения жидкости, скорость распространения ультразвука, теплопроводность газа и т.д.). Этот метод является методом косвенных измерений давления и применяется, как правило, в тех случаях, когда прямой метод по тем или иным причинам неприменим, например, при измерении сверхнизкого давления (вакуумная техника) или при измерении высоких и сверхвысоких давлений.

Методологически не менее важен и вопрос о способе, которым средство измерений воспроизводит единицу давления, что непосредственно сказывается на его функциональных возможностях.

Относительный метод измерений, в отличие от абсолютного, основан на предварительном исследовании зависимости от давления физических свойств и параметров чувствительных элементов средств измерения давления при методах прямых, измерений или других физических величин и свойств измеряемой среды — при методах косвенных измерений. На пример, деформационные манометры перед их применением для измерения давления должны быть сначала отградуированы по образцовым средствам измерений соответствующей точности.

Помимо классификации по основным методам измерений давлений и видам давления, средства измерений давления классифицируют по:

· диапазону и точности измерений.

5. Класс точности приборов

Обобщенной характеристикой средств измерения является класс точности, определяемый предельными значениями допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерения, влияющими на точность, значение которых устанавливается в стандартах на отдельные виды средств измерений. Класс точности средств измерений характеризует их точностные свойства, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств. Например, класс точности вольтметра характеризует пределы допускаемой основной погрешности и допускаемых изменений показаний, вызываемых внешним магнитным полем и отклонением от нормальных значений температуры, частоты переменного тока и некоторых других влияющих факторов.

В настоящее время в нашей стране используются два вида классов точности:

1) по абсолютным погрешностям (порядковые номера классов);

2) по относительным погрешностям. В последнем случае класс точности — это отношение абсолютной погрешности Д к диапазону шкалы прибора, выраженное в процентах.

Государственными стандартами для разных приборов установлены различные классы точности. Класс точности обозначается на циферблате прибора либо в паспорте прибора.

Согласно ГОСТ 8.401-80 (взамен ГОСТ 13600-68) классы точности выбираются из ряда:

Средства измерений с двумя и более шкалами могут иметь соответственно два и более классов точности.

Измерение давления необходимо для управления технологическими процессами и обеспечения безопасности производства. Кроме того, этот параметр используется при косвенных измерениях других технологических параметров: уровня, расхода, температуры, плотности и т. д. В системе СИ за единицу давления принят паскаль (Па).

В большинстве случаев первичные преобразователи давления имеют неэлектрический выходной сигнал в виде силы или перемещения и объединены в один блок с измерительным прибором. Если результаты измерений необходимо передавать на расстояние, то применяют промежуточное преобразование этого неэлектрического сигнала в унифицированный электрический или пневматический. При этом первичный и промежуточный преобразователи объединяют в один измерительный преобразователь.

Измерение давления является одним из самых главных видов измерений в любых отраслях промышленности. Надежность измерения этого параметра гарантирует безопасность и целостность установки, а также требуется во многих процессах учета расхода жидкостей, измерения абсолютного и дифференциального давления в коррозионных и абразивных средах.

1. Иванова Г.М., Теплотехнические измерения и приборы: учебник для вузов, Изд. МЭИ, 2005. — 460с.

2. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы, 1978 г.

3. Алиев Т.М., Тер-Хачатуров А. А. Измерительная техника: Учеб. пособие для техн. Вузов. — М.: Высш. шк., 1991

4. Хансуваров К.И., Цейтлин В.Г. Техника измерения давления, расхода, количества и уровня жидкости, газа и пара: Учебное пособие для техникумов — М.: Издательство стандартов, 1990

5. Технические измерения и приборы. Ч. 1. Измерение теплоэнергетических параметров: Учеб. Пособие. — Ангарск: АГТА, 2000

6. Поздняк В. Статья «Вопросы проектирования, выбора и эксплуатации датчиков давления для технологических процессов». — Челябинск: Журнал «Электронные компоненты», №9, 2004

7. Фарзане Н.Г., Илясов П.В., Азимзаде А.Ю. Технологические измерения и приборы. Учебник. Москва. Высшая школа.1989.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Общие сведения о измерениях и контроле. Физические основы измерения давления. Классификация приборов измерения и контроля давления. Характеристика поплавковых, гидростатических, пьезометрических, радиоизотопных, электрических, ультразвуковых уровнемеров.

контрольная работа [32,0 K], добавлен 19.11.2010

Преобразователи температуры с унифицированным выходным сигналом. Устройство приборов для измерения расхода по перепаду давления в сужающем устройстве. Государственные промышленные приборы и средств автоматизации. Механизм действия специальных приборов.

курсовая работа [1,5 M], добавлен 07.02.2015

Соотношение между единицами измерения давления. Приборы для измерения давления. Жидкостные приборы с видимым уровнем. Схема микроманометра. Сведения и основные свойства упругих чувствительных элементов. Плоская мембрана и ее статическая характеристика.

курсовая работа [1,0 M], добавлен 22.08.2013

Исследование видов и единиц измерения давления жидкой или газообразной среды. Изучение классификации манометров. Описания жидкостных приборов. Обзор действия пьезоэлектрических манометров. Установка и использование измерительных преобразователей давления.

презентация [1,5 M], добавлен 22.07.2015

Общее описание приборов. Измерение давления. Классификация приборов давления. Особенности эксплуатации Индивидуальное задание. Преобразователь давления Сапфир-22-Еx-М-ДД. Назначение. Устройство и принцип работы преобразователя. Настройка прибора.

практическая работа [25,4 K], добавлен 05.10.2008

Назначение нефтеперекачивающей станции. Система механического регулирования давления. Функциональная схема автоматизации процесса перекачки нефти. Современное состояние проблемы измерения давления. Подключение по электрической принципиальной схеме.

курсовая работа [2,8 M], добавлен 15.06.2014

Характеристика методов измерения и назначение измерительных приборов. Устройство и применение измерительной линейки, микроскопических и штанген-инструментов. Характеристика средств измерения с механическим, оптическим и пневматическим преобразованием.

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/м 2	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/см 2	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.

• 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.

• 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.

Виды датчиков для контроля давления и область их использования

Такие приборы представляют собой измерительные устройства с чувствительными элементами, изменяющими физические параметры в зависимости от давления окружающей среды.

В отличие от манометров, которые только измеряют давление и демонстрируют показания на шкале, датчики еще и преобразуют полученную величину в унифицированный сигнал или цифровой код, который передается по сети технической системы и используется для регулирования всего процесса.

Таким образом, в датчиках обязательно предусматривают не только приемник давления (чувствительный элемент), а и устройства вывода информационного сигнала. И все места стыков и соединений защищаются герметичными соединениями.

Классификация

Датчики давления классифицируют по нескольким признакам. Первый из них — измеряемая характеристика:

• Абсолютное давление — показатель в измеряемой среде относительно абсолютного нуля (вакуума).
• Избыточное давление — уровень увеличения давления в среде относительно барометрического (в земной атмосфере).
• Разрежения — степень уменьшения давления относительно барометрического.
• Давления/разрежения: можно измерять как увеличение, так и уменьшение относительно показателей атмосферного давления. (дифференциальные): замеряют, насколько различаются показатели в двух разных средах или в 2 удаленных точках процесса. : измеряют разность между полным и динамическим давлением, используются для трубопроводов.

Еще одна классификация — по методу измерения давления:

• Высота жидкости в колонне. По такому принципу работают манометры с откалиброванной шкалой, заполненные водой или ртутью. Водные считаются более чувствительными и точными.
• Упругая деформация. Метод основан на таком соответствии: степень деформации упругого материала прямо пропорциональна прикладываемому усилию (давлению).
• Электрические методы. По такому принципу работают тензодатчики: изменение размера сказывается на электрическом сопротивлении проводника.

В зависимости от всех этих характеристик выделяют следующие типы датчиков:

1. Упругие датчики зачастую используются для измерения давления жидкости. Представляют собой прибор с жидкостью в отсеке с одной упругой стенкой. эта эластичная “мембрана” отклоняется при изменении показаний, и на основании этих отклонений высчитывается величина. Такие приборы чувствительные и хрупкие, сбиваются при воздействии вибраций.
2. Трубки Бурдона: внутрь трубки подается давление, что вызывает ее упругую деформацию (эллипс или овал в сечении стремится принять форму круга, а свободный конец трубки перемещается). Чаще всего по такому принципу работают манометры со стрелочным циферблатом. Это — портативные модели, нетребовательные в обслуживании, но работающие с низкой точностью и подходящие только для статических измерений.
3. Сильфоны: устройства цилиндрической формы со складками, деформируются при сжатии и расширении. Такие приборы подключаются к переключателям и могут использоваться только при давлениях ниже 200 Па.
4. Мембраны и диафрагмы представляют собой резиновые, металлические, пластиковые или кожаные диски. Отличаются чувствительностью к резким изменениям давления, а также подходят для измерения низких величин, менее 2-7Па. Также могут применяться в агрессивных средах.
5. Электрические датчики устанавливаются наравне с упругими, увеличивая точность измерения и обеспечивая передачу электрического сигнала на контрольный пункт.
6. Емкостные, состоящие из параллельных пластин-конденсаторов, соединенных с металлической диафрагмой. также в конструкции есть электроды, запитанные от высокочастотного генератора. Подходят для измерения в пределах 2,5-70 МПа.
7. Индуктивные, с ферромагнитным сердечником, обмотками и упругим элементом. Сердечник перемещается при изменении давления, и напряжение между обмотками тоже меняется. В зависимости от степени калибровки напряжения и типа упругого элемента диапазон измеряемых значений может колебаться в пределах 250Па — 70 МПа.
8. С магнетосопротивлением. Представляют собой конструкцию с ферромагнитным сердечником, пластиной и гибким элементов. При их перемещении изменяется магнитный поток цепи. Чувствительность измерений в этом случае составляет 0,35 МПа.
9. Пьезоэлектрические с датчиком-кристаллом, который формирует электрический заряд в тот момент, когда воспринимает давление. Есть прямая зависимость между изменением этих величин, поэтому устройство получается чувствительное, с быстрым срабатыванием (низким временем отклика). Чувствительность в этом случае тоже на уровне, в пределах 0,1МПа, а верхний предел измерений — 100 МПа.
10. Потенциометрические оснащаются рычагом, прикрепленным к упругому датчику. Когда упругий элемент деформируется, рычаг перемещается по потенциометру, и тем самым обеспечивается измерение сопротивления. Такие датчики работают с низкой чувствительностью и не подходят для постоянного использования в ответственных процессах.
11. Тензометрический: изменения давления определяются путем расчета колебаний сопротивления мостовой схемы Уитстона. Чувствительность датчиков остается высокой только в случае стабильной температуры процессов. Диапазон измерений — до 1400 МПа с чувствительностью 1,4-3.5 МПа.
12. Вибрационные (с виброэлементом). В этом случае измеряются изменения резонансной частоты вибрирующих элементов, а сам датчик расположен в изолированном цилиндре под вакуумом. Такие устройства подходят для измерения стабильных величин без резких скачков и практически не подвержены воздействию температур. Допустимый диапазон измерений — до 0,3 МПа.
13. Дифференциального давления: измеряется разность давления, и эта величина преобразуется в передаваемый сигнал. Используется в паре с емкостным элементом или с диафрагмой, считается минимально инвазивным. Чувствительность измерений и их диапазон зависит от того, какие именно электрические и упругие элементы используются в конструкции. Чаще всего такие устройства используются для измерения перепадов величин.
14. Вакуумные или вакуумметры работают при давлении ниже атмосферного, в вакууме или при чрезвычайно низких величинах.
15. Тепловые, работают по принципу вакуумметров, когда газовая теплопроводность изменяется из-за давления. Принцип используемый в данном типе датчиков заключается в изменении газовой теплопроводности под действием давления. Такие чувствительные элементы работают только при низких давлениях.
16. Приборы ионизации могут быть с горячим либо с холодным катодом (отличаются по принципу испускания электронов). Такие устройства считаются очень чувствительными и подходят для измерения дробных долей.

Также выпускаются приборы с разной степенью чувствительности. Некоторые работают с минимальной погрешностью, но требуют больше времени для проведения измерений. Их целесообразно использовать там, где показатели давления в системе стабильны. Если же эта величина сильно изменяется за короткий промежуток времени, то решают “пожертвовать” точностью в пользу скорости проведения измерений.

Области применения

Датчики давления как устройства, преобразующие измеряемую величину в унифицированный цифровой сигнал, могут использоваться в сфере ЖКХ, на производстве (химическом, пищевом, нефтехимическом, в машиностроении, металлургии, судостроении, энергетике) и для проведения лабораторных экспериментов.

В жилищно-коммунальных хозяйствах и в быту такие устройства монтируются в системы теплового учета и автоматического контроля инженерных сетей. Большинство моделей универсальны и рассчитаны на использование в жидких, газообразных и химически агрессивных средах. В системах контроля за технологическими процессами (в фильтрах, насосах, открытых и закрытых емкостях) часто используются датчики дифференциального давления, а приборы, измеряющие разность давления, широко применяются на предприятиях энергетической отрасли.

Критерии выбора

При подборе подходящего устройства обязательно учитывают:

• место установки, тип технологического процесса и оборудования;
• диапазон измерений;
• тип и температура транспортируемой среды;
• тип унифицированного выходного сигнала;
• необходимая точность проведения измерений (чем ответственнее технологический процесс, тем выше нужна точность).

Компания «Измеркон» предлагает наиболее востребованные датчики, задатчики, регистраторы, сенсоры и преобразователи давления с высокой точностью. Также здесь можно приобрести цифровые манометры.

Все это — продукция швейцарской компании KELLER. Такое оборудование высокой точностью, стабильностью, надежностью электрических разъемов и технологических присоединений. Для подбора подходящего измерительного устройства в соответствии с требованиями технологического процесса и оборудования достаточно оставить онлайн-заявку или заказать обратный звонок.