Критерии выбора датчика давления

Преобразователи давления промышленного класса измеряют давление жидкости или газа, которое в дальнейшем преобразуется в унифицированный сигнал на выходе. Такие приборы используют для наблюдения за технологическими процессами на предприятиях пищевой, бумажной, фармацевтической промышленности и в других сферах.

Рынок предлагает огромный ассортимент приборов данного назначения, которые отличаются конструкцией, областью применения и другими параметрами. Параметров выбора существует очень много. Количество моделей исчисляется даже не десятками, а сотнями вариантов, начиная с простых и экономичных изделий для жилищно-коммунального хозяйства и заканчивая высоко технологичными настраиваемыми приборами с функцией взрывозащиты для предприятий нефтегазовой отрасли. Попробуем разобраться в этом разнообразии и определить, какая модель лучше всего проявит себя для решения поставленной задачи, в той или иной ситуации.

1. Вид измеряемого давления

По этому параметру преобразователи давления делятся на следующие категории:

• Датчики абсолютного давления, определяющие величину данного параметра относительно абсолютного вакуума.
• Приборы, измеряющие гидростатическое давление столба жидкости (зависит от высоты столба жидкости и её плотности).
• Датчики дифференциального давления измеряют перепад давлений на участках гидросистемы (в трубопроводах, напорных фильтрах и т.п.).
• Датчики избыточного давления, показывающие расхождение между абсолютным и атмосферным давлением.
• Датчики давления-разрежения, сочетающие в себе возможности устройств избыточного и вакуумметрического давления, то есть обладающие способностью мерить и давление, и разрежение.

2. Диапазон измерений

Данный параметр обозначает интервал между минимальным и максимальным значением давления, в пределах которого прибор может производить измерения и их преобразование в сигнал на выходе. В этой связи диапазон давления датчика должен соответствовать амплитуде колебаний давления в системе. При этом предполагается, что в расчёт принимаются не только нормальные, но и экстремальные условия эксплуатации. Также следует иметь в виду, что есть модели датчиков как с фиксированным, так и с настраиваемым диапазоном измерений. В первом случае выходной сигнал жёстко привязан к пороговым значениям давления.

В модельном ряду приборов измерения давления присутствуют датчики высокого, низкого, сверхвысокого и сверхнизкого давления, а также преобразователи среднего давления.

3. Характеристика измеряемой среды

Рабочей средой, с которой работают преобразователи давления, служат жидкости и газы, обладающие специфическими свойствами, такими как вязкость, агрессивность, степень загрязнённости, содержание абразивных субстанций. Это могут быть нефтепродукты, жидкие химические соединения и растворы, пищевые жидкости, газообразные вещества. Характерные особенности рабочей среды обусловливают соответствующие конструктивные решения, заложенные в датчиках давления. В частности, присутствие в жидкости или газе крупных твёрдых частиц потребует установки специализированной модели датчика с разделительной мембраной, что обеспечит защиту чувствительных элементов прибора от преждевременного выхода из строя.

4. Погрешность измерений

Некоторые технологические процессы требуют высокую точность измерений (иными словами, низкую погрешность). Под погрешностью принято понимать предельное расхождение между значениями фактического и эталонного измерения, выраженное в процентах. Отклонение может происходить в любую сторону, то есть быть со знаком плюс или минус (например, ± 1%).

Большая часть датчиков давления имеет погрешность 0,5%, отсчитываемую от шкалы измерений. Для процессов, не требующих высокой точности измерений, допустимая погрешность может быть значительно больше, например 1,5%. В лабораториях обычно используют высокоточные приборы с погрешностью до 0,25%.

5. Температурные показатели рабочей (измеряемой) среды

Любой датчик давления рассчитан на функционирование в определённом температурном диапазоне. Корректная работа прибора возможна лишь тогда, когда температура рабочей среды остаётся в пределах допустимых значений. В частности, в пищевой промышленности в кратковременных процессах, занимающих порядка 30 минут (как пример можно упомянуть санитарную обработку), температура измеряемой среды иногда достигает 150 ˚С. В таком случае датчик давления должен выбираться, исходя из способности противостоять на протяжении определённого времени воздействию повышенных значений температурной среды.

6. Выходной сигнал

В зависимости от типа сигнала на выходе модели датчиков давления бывают:

• аналоговые;
• цифровые;
• с релейным выходом.

Для большинства приборов универсальным выходным сигналом является унифицированный токовый сигнал с нижним порогом измерения 4 мА и верхним порогом измерения 20 мА. Есть датчики, имеющие токовый аналоговый выходной сигнал в диапазоне 0-5 мА, 0-20 мА и др. Для промышленности выпускаются устройства с выходным сигналом напряжения в пределах от 0 до 10 В и более.

Цифровые датчики абсолютного и избыточного давления с выходом на 4-20 мА, интерфейсами RS-485/RS-232 и протоколом передачи данных HART часто используют в распределительных системах управления технологическими процессами. В отличие от аналоговых приборов здесь оцифровка сигнала при изменении сопротивления электрической цепи происходит напрямую, а компенсация ошибок осуществляется с помощью микропроцессора.

Датчики давления с релейными выходами (аналоговыми или цифровыми) замыкают и размыкают цепь, когда давление достигает определённого значения, посылая сигнал вторичным приборам контроля и управления. Приборы используют в системах автоматического контроля и управления технологическими процессами в разных отраслях индустрии.

7. Тип присоединения

Присоединение датчиков давления к технологическому процессу бывает:

• резьбовым;
• фланцевым;
• гигиеническим;
• погружным.

Приборы общепромышленного исполнения чаще всего оснащаются резьбовыми соединениями типа G1/2″ DIN 16288 и M20x1,5.

8. Гигиенические требования

Самые строгие требования по гигиене предъявляет пищевая и фармацевтическая индустрия. По этой причине датчики давления, контактирующие с пищевыми и медицинскими продуктами, выполняются, как правило, из нержавеющей стали.

9. Требования к взрывозащищённости

Датчики давления, используемые на взрывоопасных производствах (предприятия нефтегазовой, химической, спиртовой промышленности), выпускаются во взрывозащищённом исполнении.

10. Учёт воздействия внешних факторов

Отдельные модели датчиков давления выпускаются для работы в неблагоприятных условиях окружающей среды, таких как вибрация, электромагнитное поле, повышенная влажность.

11. Сертификация

В ряде случаев кроме стандартного сертификата соответствия по ГОСТ Р требуется наличие дополнительных документов, например:

• для систем учёта может потребоваться свидетельство, подтверждающее пригодность средства измерения;
• для пищевой промышленности – заключение СЭС;
• для опасных производств – разрешение Ростехнадзора и тд.