Автоматизация измерения давления, датчик (сравнение, ардуинство). Датчики давления для воды


Датчик давления воды в автономной системе

Экология потребления. Усадьба: Датчики давления – необходимый элемент автономной водопроводной системы. Они предотвращают преждевременный выход из строя насосного оборудования, продляя срок службы системы.

Комфорт невозможен в отсутствие водоснабжения. Это точно знают владельцы частных домов, поэтому в обязательном порядке обеспечивают подачу воды. Чаще всего она осуществляется благодаря обустройству автономной системы, поскольку подключиться к централизованной далеко не всегда возможно. Обязательным элементом автономной системы специалисты считают датчик давления воды. Почему это так, попробуем разобраться.

Источником воды для автономной системы может быть колодец либо скважина. В любом случае монтируется насос, который по мере необходимости подает воду. Происходит это следующим образом. Если в доме не установлен накопительный бак, то в момент открытия крана насос запускается. Таким образом, прибор вынужден включаться/выключаться очень часто, что неизбежно приводит к быстрому выходу его из строя.

Чаще устанавливаются так называемые насосные станции с накопительными емкостями или отдельные баки-гидроаккумуляторы. В зависимости от размеров резервуара они накапливают определенное количество воды. Этот запас расходуется по мере необходимости. Как только давление в емкости падает ниже заданного заранее значения, автоматически включается подающий воду насос.

Прибор будет работать до тех пор, пока резервуар не наполнится и, соответственно, давление не повысится, после чего последует автоматическое отключение. Такая схема работы позволяет максимально эффективно и рационально использовать насосное оборудование, при этом в системе всегда поддерживается оптимальное давление.

Для реализации этой схемы работы необходимо постоянно контролировать давление жидкости в системе. Именно для этого необходим датчик давления. В некоторых моделях насосных станций устройство входит в базовую комплектацию, но чаще всего его приходится приобретать отдельно. Пользователь может выбрать электронную или механическую разновидность датчика, в любом случае его основная задача остается неизменной. Прибор обеспечивает оптимальную частоту отключения/включения насосного оборудования.

Конструкция механических датчиков очень проста. Она включает в себя мембрану, способную реагировать на уровень давления жидкости размыканием или замыканием контактов. Таким образом происходит запуск или отключение насоса. Главное достоинство механического датчика заключается в том, что он полностью энергонезависим, для его работы не требуется выделенная розетка.

Самые простые механические устройства оснащаются только регулировочными болтами. Более сложные приборы могут иметь еще и встроенный манометр, шкалу для удобства регулировки и другое дополнительное оборудование, что заметно расширяет их функционал.

Таким образом датчик давления механического типа может быть реализован в трех основных вариантах. Первый – стандартное реле давления. Второй – комбинация датчиков давления и сухого хода, что позволяет защитить насос от неизбежной поломки в случае работы при отсутствии жидкости. Еще более сложное и многофункциональное устройство – контроллер давления воды. Он оснащается датчиками давления, сухого хода, манометром и др.

Электронные устройства полностью энергозависимы, при этом более чувствительны и точны. Они также оснащаются мембраной, изменяющей свою форму в зависимости от уровня давления жидкости. В отличие от механических аналогов, такие модели не замыкают контакты, а отправляют сигнал о деформации мембраны на основной контроллер. Автоматика анализирует поступившие данные и принимает решение о включении/отключении насоса. Приборы обязательно оснащаются датчиками сухого хода.

Кроме того, электронные устройства имеют множество дополнительных функций. В зависимости от модели они способны сообщать своему владельцу о проблемах с давлением в системе, производить запуск после аварийного отключения, гасить гидроудары и многое другое. Приборы хорошо поддаются регулировке. Обычно в них уже стоят стандартные настройки минимального/максимального давления, но если владельцу нужно их поменять, он легко сможет это сделать.

Проще всего внести необходимые корректировки в работу электронного устройства или механического прибора, оснащенного регулировочной шкалой. В этом случае нужно будет только выставить необходимые величины. На механическом датчике без шкалы подкручиваются регулировочные винты, поэтому точность будет невысокой. В любом случае необходимо соотнести мощность насоса и рабочий диапазон датчика.

Важно не допустить, чтобы насос работал на максимальной мощности. Поэтому нужно оставить рабочий «зазор» порядка 0,5 атм. Оптимальный диапазон срабатывания для насосного оборудования должен составлять порядка 1-1,5 атм. Превышение этих значений крайне нежелательно, поскольку в этом случае могут появляться опасные для системы гидроудары. Минимальный порог запуска системы должен составлять 1,4 атм.

Датчики давления любого типа устанавливаются перед накопительной емкостью. Эти устройства очень просты в эксплуатации. В качестве обслуживания их раз в год-два очищают от загрязнений, которые могут попасть внутрь устройства, и проверяют работоспособность. опубликовано econet.ru 

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet

 

 

econet.ru

Автоматизация измерения давления, датчик (сравнение, ардуинство)

Данная штука измеряет давление и отдает его в виде напряжения. Мы уже смотрели стрелочный прибор, сейчас будет более продвинутая версия. Кому интересны электронные штуки прошу под кат. Будет немного математики, анализ прибора, ардуинство и прототип готового устройства. Совсем недавно я делал обзор стрелочного прибора для измерения давления (манометра — как многие заметили в комментариях). Как ни странно, наибольший интерес там вызвал гель для придания герметичности резьбовым соединениям, кого это интересует можете почитать там ). Стрелочный прибор конечно хорошо, он показывает броски давления, легко глазом воспринимаются значения, к тому же, у прибора из прошлого обзора имеется крупный циферблат, но… лет 20 назад мы бы наверно на этом и остановились… а сейчас многие стараются автоматизировать рутинные процессы и доступность электроники всячески этому способствует. Поэтому предметом обзора стало устройство преобразующее давление в напряжение, которое легко подается оцифровке и последующему анализу, многие процессы нуждаются в таких действиях, поэтому, думаю тема интересная.

Я заказал два прибора (курс был не такой конечно), на 5 атмосфер (как и стрелочный прибор из прошлого обзора) пришли в конверте с пупыркой, фото Размеры: Как видно на фото, прибор имеет гнездо куда подключен разъем с проводком, разъем герметичен благодаря прокладке. Продавец клянется что прибор подходит как для воды так и для газа.

Первым делом обжимаем кончики проводков, обжимкой из этого моего обзора. Так будет проще с ним работать на этапе тестов. Особых примечательностей снаружи нет, соответственно переходим к электрическим измерениям. Кабель от прибора содержит 3 проводка: красный (питание +5 В), черный (земля) и желтый — собственно сигнал в виде напряжения. Подав питание, измерим ток потребления: Для дальнейших измерений потребукется источник давления, с возможностью регулировки. На эту роль любезно согласилась компрессорная станция: Я уже писал, что один выход станции имеет редуктор с манометром, позволяющий менять выходное давление от 0 до 8 атмосфер — вот он нам и нужен. Собираем нехитрый стенд из предмета обзора, макетной платы с источником питания, вольтметром и проводками. Без давления на выходе прибора 0.5 В. Попробовал дунуть в него :) вольтметр показал слабые возможности моего дыхательного аппарата — 0,67 В, но главное прибор реагирует.

Включаем компрессор и пару минут наслаждаемся неслабым звуком его двигателя. Далее собственно измерения, тут лучше показать чем говорить: При чуть больше чем 5 атмосфер, показывает 5,05 В и выше показания не меняются, 8 атмосфер выдержал спокойно. Видим что продавец слегка слукавил — у него на странице немного другие значения, в частности верхнее он обещает 4.5 а по факту 5.05. Но ничего, мы выведем это дело на чистую воду. В целом ясно что прибор работает…

На этом можно заканчивать обзор, но… так ведь скучно, правда? Не всем понятно, как это использовать, к тому же, многие муськовчане ждут своих халявных ардуин по распродаже… В общем, соберем макет реального прибора.

Исходные данные: 0 атмосфер — 0.5 В, 5 атмосфер — 5 вольт. А теперь нужно получить функцию зависимости атмосфер от вольт. Все помнят школьный курс геометрии? Как построить прямую по двум точкам? Оставлю этот вопрос для проработки читателям, в комментах проставим оценки :). Итоговое уравнение: -4.5x + 5y — 2.5 = 0 x = 1.111 y — 0.555 где — x — давление, у — напряжение на выходе прибора

Возьмем Arduino Nano, покомпактней (чтоб таскать в сарай на свидание к компрессору :) ). Еще нам нужен показометр, чтоб все визуально оценить! (конечно, на самом деле, мне не хотелось тащить ноутбук в сарай), показометр нам вполне подойдет из обзора про температуру в бане (естественно, я не вынимал тот из стены, я заказал их 4 или 5 уже не помню… штука нужная). Подключаем индикатор на 3,4,5 пины Nano, а наш заветный прибор на аналоговый вход a1. Кстати, китаец там что-то писал про цифровое измерение, меня это немного напрягло до получения прибора, так как боялся получить кирпич с непонятным протоколом, но оказалось все проще. Эх… у Nano только один выход 5В придется прибегнуть к помощи макетной платы, ну и ладно. Результат в виде макета: Вроде все хорошо, но наше решение программное, соответственно нужен скетч, конечно я долго и тщательно его писал и отлаживал, аж целых 10 минут. Поэтому давление на космических объектах данным программным обеспечением измеряйте с осторожностью. Вот код (кота в этот раз не будет :) ). Там есть еще один нюанс — аналоговый вход дает значение от 0 до 1024, соответственно нам нужно помножить результат на 5 и поделить на 1024, что и проделано в скетче.

Прибор работает в режиме покоя показывая то 0.00, то 0.0.1, то -0.00 — нас все эти результаты устраивают… Дунем в него — 0.21 атмосферы… ну и ладно главное, что реагирует. Топаем со всем этим хозяйством в сарай.

Вот тут картинки интереснее чем при прошлых измерениях (местами почему-то шкала манометра засветилась, но фоток с ним достаточно и, думаю, всем все будет понятно): В целом прибор годный, измерения проводит, результаты очень близки к показаниям манометра. Конечно, имея значения в ардуино — легко их передать по сети или обработать, даже в моих обзорах такое не раз проделывалось. Я планирую интегрировать его в водопроводную систему для мониторинга, настройки реле и давлений гидроаккумуляторов (ну может еще чего :) ).

Всем спасибо, надеюсь кому-то поможет сделать свою жизнь более комфортной, ну или хотя бы немного повеселило в процессе чтения.

Все покупалось на свои деньги, для конкретных целей.

Пес мой обиделся за картинку в прошлом обзоре, поэтому теперь так :)

mysku.ru

Датчик реле давления (для управления насосом): регулировка

Содержание   

В системе водоснабжения частных домостроений требуется устанавливать датчики давления воды. Такие небольшие устройства позволяют оборудованию функционировать в соответствующем режиме и реже ломаться. Иногда прибор давления необходимо заменять. А народные умельцы, решившие собрать насосную станцию своими руками, должны будут установить датчик для управления самостоятельно.

Необходимо обязательно соблюдать правила настройки и подключения прибора. Также можно приобрести дренажные насосы со встроенными датчиками уровня.

Назначение реле давления

Насосы обычно не оснащают автоматикой, позволяющей контролировать и управлять работой водяного насоса. Но включать и отключать циркуляционный насос автономно нужно, ведь ручное управление требует постоянного внимания жильцов. Реле давления воды для насоса — важная деталь насосной станции, которая позволит обеспечить необходимый контроль над системой и сохранить нужный диапазон давления, что обеспечивает равномерный напор воды.

Виды датчиков реле давления серии ДРД

Верно настроенные верхний и нижний уровни смогут обеспечить периодическое отключение насоса, что продлевает срок его службы и обеспечивает безаварийную работу.к меню ↑

Устройство прибора

Реле контроля представляет собой блок, имеющее пластиковый кожух. Внутри корпуса расположены две пружины,  «отвечающие» за настройку величины крайнего положения (значений включения насоса и его отключения). Реле давления воды функционально соединяется с гидроаккумулятором, содержащим воду и сжатый воздух, соприкосновение сред осуществляется через гибкую эластичную мембрану. В рабочем положении вода из резервуара через разделительную перегородку оказывает определённое давление на воздух. При расходе воды происходит уменьшение её объема и снижение давления. Когда давление достигает установленного на приборе значения, циркуляционный насос включается и происходит закачивание воды в резервуар до значения, установленного на второй пружине.к меню ↑

Виды датчиков

Перед приобретением реле давления необходимо выбрать оптимальное оборудование с учётом бюджета и личных потребностей. Наиболее доступные и недорогие – механические. Самый простой из них датчик реле уровня механический поплавковый. Но электронные имеют много преимуществ:

  • возможность с высокой точностью установить нужные параметры, выбрав необходимый диапазон включения и отключения оборудования;
  • мгновенное отключение датчика при прекращении забора воды в бак благодаря контроллеру потока;
  • оснащены датчиком потока воды, блокирующим работу насоса при отсутствии воды;
  • длительный срок эксплуатации.

Механические реле более требовательны, им необходима регулярная разборка, чтобы подкручивать ослабленные пружины. Ещё один недостаток механического реле — сложность регулировки порогов срабатывания, требующая разборки и использования ключей.

Электронным приборам не требуется разборка, что намного улучшает условия эксплуатации и исключает необходимость выполнение таких работ.

Электронное реле давления воды

Электронное реле можно быстро установить без использования специальных инструментов. Инструкция, имеющаяся в комплекте, даёт возможность и не опытному владельцу надёжно прикрепить реле к насосу.

Электронное реле дороже механического моделей, но цена в полной мере соответствует качеству.к меню ↑

Как выбрать?

Для эффективной и правильной работы важна точность показаний прибора и длительность его работы без замены или ремонта. Основные факторы, влияющие на пригодность реле давления:

  • характеристики среды, в которой используются реле уровня воды;
  • условия окружающего пространства;
  • диапазон давления;
  • необходимая точность и чувствительность.

При выборе реле давления нужно обращать внимание на: вид и диапазон давления, степень защиты прибора, наличие термокомпенсации:

  1. Рекомендуется приобретать датчики реле разности давления, которые предназначены для использования в быту. Максимально давление в системе должно быть не больше 4 атм. Рабочий диапазон давлений, который подходит для сантехнических приборов и аппаратов составляет 1,4 – 2,8 атм.
  2. Необходимо учесть, что при большей разнице между минимальным и максимальным давлением в гидроаккумуляторе будет находиться больший объём воды, и насос будет реже включаться.
  3. Советуют покупать датчик реле потока жидкости популярных компаний. Использование поддельных устройств неизвестных фирм может отрицательно повлиять на функционирование всей системы и привести к поломке оборудования или аварии.
  4. Возле датчика протока воды для насоса необходимо обязательно установить манометр высокого качества и контролировать давление в системе даже при отсутствии внешних проявлений нарушения работ.

к меню ↑

Схемы подключения

Существует два способа подключения реле перепада давления. Производитель всегда указывает рекомендуемый в сопроводительных документах, но лучше будет ознакомиться с имеющимися схемами. При монтаже необходимо соблюдение такой последовательности: сначала реле подключают к водопроводу, а потом к электросети.

Датчики реле давления воды в системе водоснабжения

1 схема. Датчик давления воды монтируют на трубопровод. Монтаж выполняют с использованием тройника, который соединен с переходящим штуцером (можно использовать отводной шланг).

2 схема. Гидроаккумулятор оснащают штуцером с 5 выходами, к которым подсоединяют: трубопровод для забора воды, реле, манометр, трубопровод для подачи воды в дом, и гидроаккумулятор. Реле соединяют с насосом и электропитанием 220 В.

Для обоих вариантов справедливы следующие рекомендации:

  • герметизация резьбовых соединений использованием пеньковой подмотки, герметика или ФУМ-ленты. Для выполнения соединения необходимо вращение прибора на фитинге, но можно применить соединение «американка»;
  • подключение к сети нужно выполнить, используя кабель, сечение которого выбирают согласно мощности насоса (обычно применяют оборудование не больше 2 кВт, для которого хватает проводника с сечением 2,5 кв. мм). На подключающих клеммах обычно имеется маркировка для более простого монтажа, но при отсутствии маркировки назначение каждой клеммы просто определить по схеме. При наличии клеммы для заземления оборудование необходимо обязательно заземлить. Все нюансы определяются прилагающейся к технике схеме подключения насоса с реле давления.

к меню ↑

Регулировка реле давления воды (видео)

 Главная страница » Насосы

byreniepro.ru

Датчики давления | Насосы и принадлежности

Добрый день, уважаемые читатели блога  nasos-pump.ru

Датчики давления

В рубрике «Принадлежности» рассмотрим датчики давления. В данной статье мы будем рассматривать датчики давления для воды. Давление – это одна из важнейших величин многих технологических процессов. Датчики давления предназначены для преобразования избыточного давления пара или жидкости в аналоговый выходной сигнал по току или напряжению. Обычно это 4-20 мА по току или 0-10 вольт по напряжению. Питание датчика производится от источника постоянного тока. На рынке присутствует огромное количество датчиков давления различных фирм производителей Danfoss, Honeywell, Keller, Wika и др. Отличаются датчики давления оного производителя от другого рабочими параметрами и характеристиками. Например, рабочим давлением, пределом и точностью измерений, допустимыми условиями эксплуатации, динамическим и частотным диапазоном, принципом преобразования давления в электрический сигнал и т.д. Датчики давления предназначены для использования в системах автоматического контроля и регулирования, а также управления технологическими процессами в системах водоснабжения и отопления, вентиляции и кондиционирования, расходомерах и счетчиках и т.д.

 

Основные характеристики, устройство и принцип работа датчика

 На практике наиболее часто приходилось применять датчики давления фирмы Danfoss и Keller. Основные характеристики этих датчиков приведены в таблице.

Датчики давления характеристики

В нержавеющем корпусе объединены измерительный блок давления и электронный преобразователь. Для преобразования давления жидкости или газа в электрический сигнал применяются тензометрический эффект. В датчике давления тензорезистор закреплен специальным способом на жесткой мембране. Его сопротивление изменяется при деформации мембраны. Измеряемое давление через подсоединительный штуцер подается в рабочую полость датчика и вызывает деформацию мембраны. Это приводит к изменению геометрии резистора и, следовательно, к изменению его сопротивления. Тензорезистор включен в схему измерительного моста, который преобразует изменение сопротивления в сигнал постоянного тока. Так как деформация жесткой мембраны незначительна, то для повышения чувствительности датчика применяют полупроводниковые кремниевые тензорезисторы обладающие более высокой чувствительностью. Электрический сигнал из измерительного блока подается в электронный преобразователь. Преобразователь осуществляет преобразование поступающего сигнала в стандартный выходной сигнал постоянного тока 4 – 20 мА для двух проводных подключений или напряжения 0 – 10 вольт для трех проводных подключений. Точность измерения обеспечивается лазерной калибровкой, температурной компенсацией и помехозащищенностью. Датчики давления защищены от выхода из строя при обрыве питающих или сигнальных проводов, при коротком замыкании или при подключении напряжения питания обратной полярности. Датчики Keller PA 21 Y изначально изготавливаются с отрезком двух жильного кабеля длиной 2 метра заключенного в силиконовую изоляцию.

Монтаж и схемы электрических подключений датчика давления

Монтировать датчики желательно на прямолинейных участках, как можно дальше от насосов, запорных устройств (кранов, задвижек) компенсаторов, уголков других гидравлических  устройств. Особенно не рекомендуется монтировать датчики перед запорными устройствами, если измеряемая среда – жидкость. Если в системе возможны гидравлические удары, то для корректной работы датчика необходимо использовать гидроаккумулятор объемом 8 – 20 литров. Запрещается применять силу при монтаже изделия. Для установки и демонтажа датчика на его корпусе предусмотрен шестигранник под гаечный ключ. Для возможности проведения технического обслуживания датчика монтировать его следует после отсекающего крана или вентиля со сливом. Запрещается демонтировать изделие при наличии давления в системе. Пример подключения датчика давления в установках повышения давления  приведен на (Рис. 1).

Монтаж датчика

Схемы электрических подключений датчиков давления фирм Danfoss и Keller приведены на (Рис. 2) и (Рис. 3). В зависимости от вида выходного сигнала ток или напряжение приведены две схемы электрических подключений.

Схема электрических подключений датчика Danfoss

Схема электрических подключений датчика Keller

 Эксплуатация, обслуживание и ремонт датчиков 

Датчики давления довольно таки надежные изделия. Средний срок наработки датчиков на отказ составляет 100000 часов при соблюдении условий эксплуатации и проведении технического обслуживания. Срок службы составляет не менее 10 лет. Конструктивно датчики разборке и ремонту не подлежат. Для проведения технического обслуживания и отсоединения датчика от магистрали необходимо производить после закрытия отсекающего крана. Затем необходимо открыть слив и сбросить давление из датчика и гидроаккумулятора. После проведенных действий можно производить работы по техническому обслуживанию датчика и гидроаккумулятора. Техническое обслуживание датчика заключается в периодической поверке и очистке рабочей полости от отложения солей и накипи.

Спасибо за внимание.

 Понравилась статья? Поделитесь со своими друзьями и знакомым в социальных сетях

Еще похожие посты по данной теме:

nasos-pump.ru

Самодельный датчик давления воды | Все своими руками

Опубликовал admin | Дата 25 декабря, 2012

     Доброго здоровья всем. В этой статье познакомимся с датчиком давления моего водопровода. Главное, что бы вам был понятен принцип работы датчика, а конструкцию его вы можете придумать сами и лучше, чем у меня.

     Схематично конструкция датчика изображена на рисунке 1 и 2. На рисунке один изображен датчик, который делал я. Он был можно сказать экспериментальным, но как всегда, как и заведено у нас, так он и остался в системе водопровода наверное на веки вечные.

      Для изготовления такого датчика потребуются два хомута 1, прижимная гайка 2, от старого соединительного водопроводного шланга, такая же, что и примененная в индикаторе давления, два штуцера 3 и кусок шланга 4. Шланг я специально взял прозрачный от молокопровода, купленного в магазине «Сельхозтехника».

      Для экспериментов это было более наглядно. И еще потребуется верхняя часть корпуса от тиристора с остеклованными трубчатыми выводами. В эту верхнюю часть впаиваем два проволочных зонда (лучше, если это будет нержавейка)и припаиваем его к гайке(рис.1 и 2). В нижнем штуцере сверлим отверстие и вставляем в него кусок медной приволоки, что бы проволока не вытаскивалась, ее лучше закернить (рис.3). Потом этот кусок проволоки опаивается и формуется (рис.4). Далее все эти детали собираются в единое целое (рис.5). Все соединения производятся с использованием герметика. Все датчик готов (рис.6).

     Теперь при помощи тройника присоединяем его к водопроводу. При работе насоса давление в системе увеличивается и уровень воды внутри датчика начинает подниматься, касаясь зондов, что в свою очередь отслеживается блоком автоматики.

     На рисунке 2 изображена схема датчика, который мы сделали для моего знакомого, для его дачного водопровода. Датчик сварен из полипропиленовой трубы для холодного водоснабжения (труба для горячей воды внутри имеет металлизацию), заглушки и переходной муфты. Длина датчика – 40см. Диаметр трубы любой. В стенку трубы вплавлены два зонда – два куска нержавеющей проволоки, к которым припаиваются провода от блока автоматики. Местоположение зондов зависит от нужного давления воды в системе и от разницы между давлением включения насоса и давлением его выключения. Надеюсь все просто и понятно. Если все сделать качественно, то никаких проблем не будет. В следующей статье будет схема и описание блока автоматики, основой которого является контроллер PIC16F628A. Успехов всем. До свидания. К.В.Ю.

Обсудить эту статью на - форуме "Радиоэлектроника, вопросы и ответы".

Просмотров:14 046

www.kondratev-v.ru

Какими бывают и где применяются датчики реле давления? Датчики давления для воды

Датчики давления. Виды и работа. Как выбрать и применение

Датчики давления являются устройством, выдающим сигналы на выходе, зависящие от давления измеряемой среды. Сегодня не обходятся без точных датчиков определения давления. Они применяются в автоматизированных системах всех отраслей промышленности.

Многие датчики давления функционируют на преобразовании давления в движение механической части. Кроме механических элементов (трубчатые пружины, мембраны) для замеров используются тепловые и электрические системы. Электронные элементы дают возможность осуществить производство датчиков давления на электронных элементах.

Датчик давления состоит из:
  • Первоначальный преобразователь вместе с чувствительным элементом.
  • Корпус датчика, имеющий разные конструкции.
  • Электрическая схема.
Классификация и принцип работы
Волоконно-оптические

Этот тип датчиков считается самым точным в работе, которая не имеет большой зависимости от изменений температуры. Элементом точной чувствительности действует оптический волновод. Давление в волоконно-оптических приборах определяется путем поляризации света, прошедшего по элементу чувствительности, и колебаниям амплитуды.

Оптоэлектронные датчики давления

Датчики давления состоит из нескольких слоев, через которые проходит свет. Один слой меняет свойства от величины давления среды. Меняются 2 параметра: величина преломления и размер слоя. Методы изображены на рисунках.

При изменении свойств будет изменяться характеристика света, проходящего через слои. Фотоэлемент производит регистрацию изменений. Преимуществом оптоэлектронных приборов стала высокая точность.

Датчики легко определяют давление, имеют повышенное разрешение, чувствительность, стабильны к действию температуры. Перспективность оптоэлектронных приборов обуславливается работой на интерференции света, использованием интерферометра для замера малых перемещений. Основные составляющие элементы датчика – кристалл оптического анализатора с диафрагмой, фотодиод и детектор. Детектор составляют три светодиода.

К 2-м фотодиодам прикреплены оптические фильтры, которые имеют отличия по толщине. Фильтры состоят из кремниевых зеркал, имеющих отражение от лицевой части поверхности, которые имеют слой оксида кремния. Поверхность напылена слоем алюминия малой толщины.

Световой преобразователь подобен емкостному датчику. Его диафрагма смоделирована способом травления, которая покрыта металлическим тонким слоем. Стеклянная пластина снизу покрыта металлическим слоем. Между подложкой и стеклом есть промежуток, образованный двумя прокладками.

Два металлических слоя образуют интерферометр с изменяемым воздушным промежутком. В его состав вошли: зеркало на стекле стационарного вида и меняющее положение зеркало на мембране.

На подобной основе изготавливают чувствительные датчики размером 0,55 мм. Они легко проходят через ушко иглы.

Оптическое волокно взаимосвязано с сенсором. В нем с помощью управления микропроцессора подключается монохроматический свет, который вводится в волокно. Делается замер интенсивности обратного света, по калибровке рассчитывается наружное давление и результат показывается на экране. Сенсоры используют в медицине для проверки давления внутри черепа, измерения кровяного давления в артериях легких. Другими методами в легкие добраться невозможно.

Магнитные

Магнитные датчики давления еще называют индуктивными. Элементом чувствительности служит Е-пластина, в центре расположена катушка, и проводящая мембрана. Она расположена на малом расстоянии от конца пластины. При подсоединении обмотки образуется магнитный поток, он идет через пластину, промежуток воздуха и мембрану.

Магнитная проницаемость воздуха в зазоре в 1000 раз слабее мембраны и пластины. Малое изменение параметра зазора приводит к значительному изменению индуктивности.

При воздействии давления мембрана изгибается, сопротивление катушки меняется. Преобразователь переводит изменение в сигнал тока. Измерительный рабочий элемент преобразователя сделан по схеме моста, обмотка включена в плечо. АЦП подает сигнал от элемента измерения в виде сигнала от давления.

Емкостные

Датчики давления самой простой конструкции, состоящий из плоских электродов (2 шт.) с зазором. Электрод сделан мембраной, на нее давит измеряемое давление. Меняется размер зазора. Такой вид датчика образует конденсатор с меняющимся зазором. Величина емкости конденсатора меняется при изменении промежутка от пластин или от электродов в данном случае.

Для определения очень небольших изменений давления приборы наиболее применимы и эффективны. Они дают возможность произвести замеры избыточного давления в различной среде. На предприятиях при выполнении технологических процессов, в которых задействованы системы воздушного и гидравлического оборудования, в насосах, компрессорах, на станках емкостные датчики нашли широкое применение. Датчик емкостного вида имеет конструкцию, которая имеет стойкость к вибрациям, скачкам температуры, защищена от химической и электромагнитной среды.

Ртутные

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

Пьезоэлектрические

Элементом чувствительности в этом датчике служит пьезоэлемент. Это вещество, создающее электрический сигнал во время деформации. Такое свойство называется прямым пьезоэффектом. В измеряемой области находится пьезоэлемент, который образует ток, прямо зависящий от значения давления. Сигнал в датчике из пьезоматериала образуется только при деформации. При неизменном давлении нет деформации, поэтому датчик годен только для проведения замеров среды с быстро изменяемым давлением.

Если давление не будет изменяться, то не будет деформации, пьезоэлектрик не сгенерирует сигнал.

Пьезоэлектрики нашли использование в первичных преобразователях потока водяных вихревых счетчиков, и других сред. Их устанавливают парами в трубу с проходом в несколько сотен мм за предметом обтекания. Фиксируют вихри. Количество и частота вихрей прямо зависят от скорости потока и расхода по объему.

Пьезорезонансные

В отличие от вышеописанного вида датчика здесь применяется обратный пьезоэффект, то есть, форма материала пьезоэлемента изменяется от тока подачи. Применяется резонатор в виде пластины из пьезоматериала. На пластину с двух сторон нанесены электроды. На них подключается по очереди напряжение питания с разным знаком, пластина производит изгиб в обе стороны в зависимости от полярности поданного напряжения и частоты.

Если воздействовать на пластину силой, чувствительной мембраной к давлению, то резонатор изменит частоту колебаний. Частота резонатора укажет значение давления на мембрану, которая оказывает давление на резонатор.

На рисунке изображен пьезорезонансный датчик с абсолютным давлением, который сделан герметичной камерой 1. Она достигается корпусом 2, основанием 6, мембраной 10. Мембрана крепится на электронную сварку к корпусу. Держатели закреплены на основании перемычками. Силочувствительный резонатор удерживает держатель.

Мембрана 10 давит на втулку 13 и шарик 6, который закреплен в держателе. Шарик давит на чувствительный резонатор 5. Проводка закреплена на основании 6, необходима для слияния резонаторов с генераторами. Сигнал на выходе абсолютного давления образуется по схеме путем разности генераторных частот. Датчик находится в активном термостате 18 с неизменной температурой 40 градусов. Давления для измерения поступает через штуцер 12.

Резистивные

Другим названием этот датчик называется тензорезистор. Это элемент, который меняет собственное сопротивление при деформации. Такие тензорезисторы монтируют на мембрану, которая чувствительна к изменяющемуся давлению. В результате при приложении силы на мембрану происходит ее изгиб, из-за этого изгибаются тензорезисторы, которые на ней закреплены. На тензорезисторах меняется с

rinnipool.ru

Датчики давления. Виды и работа. Как выбрать и применение

Датчики давления являются устройством, выдающим сигналы на выходе, зависящие от давления измеряемой среды. Сегодня не обходятся без точных датчиков определения давления. Они применяются в автоматизированных системах всех отраслей промышленности.

Многие датчики давления функционируют на преобразовании давления в движение механической части. Кроме механических элементов (трубчатые пружины, мембраны) для замеров используются тепловые и электрические системы. Электронные элементы дают возможность осуществить производство датчиков давления на электронных элементах.

Датчик давления состоит из:

  • Первоначальный преобразователь вместе с чувствительным элементом.
  • Корпус датчика, имеющий разные конструкции.
  • Электрическая схема.
Классификация и принцип работы
Волоконно-оптические

Этот тип датчиков считается самым точным в работе, которая не имеет большой зависимости от изменений температуры. Элементом точной чувствительности действует оптический волновод. Давление в волоконно-оптических приборах определяется путем поляризации света, прошедшего по элементу чувствительности, и колебаниям амплитуды.

Оптоэлектронные датчики давления

Датчики давления состоит из нескольких слоев, через которые проходит свет. Один слой меняет свойства от величины давления среды. Меняются 2 параметра: величина преломления и размер слоя. Методы изображены на рисунках.

При изменении свойств будет изменяться характеристика света, проходящего через слои. Фотоэлемент производит регистрацию изменений. Преимуществом оптоэлектронных приборов стала высокая точность.

Датчики легко определяют давление, имеют повышенное разрешение, чувствительность, стабильны к действию температуры. Перспективность оптоэлектронных приборов обуславливается работой на интерференции света, использованием интерферометра для замера малых перемещений. Основные составляющие элементы датчика – кристалл оптического анализатора с диафрагмой, фотодиод и детектор. Детектор составляют три светодиода.

К 2-м фотодиодам прикреплены оптические фильтры, которые имеют отличия по толщине. Фильтры состоят из кремниевых зеркал, имеющих отражение от лицевой части поверхности, которые имеют слой оксида кремния. Поверхность напылена слоем алюминия малой толщины.

Световой преобразователь подобен емкостному датчику. Его диафрагма смоделирована способом травления, которая покрыта металлическим тонким слоем. Стеклянная пластина снизу покрыта металлическим слоем. Между подложкой и стеклом есть промежуток, образованный двумя прокладками.

Два металлических слоя образуют интерферометр с изменяемым воздушным промежутком. В его состав вошли: зеркало на стекле стационарного вида и меняющее положение зеркало на мембране.

На подобной основе изготавливают чувствительные датчики размером 0,55 мм. Они легко проходят через ушко иглы.

Оптическое волокно взаимосвязано с сенсором. В нем с помощью управления микропроцессора подключается монохроматический свет, который вводится в волокно. Делается замер интенсивности обратного света, по калибровке рассчитывается наружное давление и результат показывается на экране. Сенсоры используют в медицине для проверки давления внутри черепа, измерения кровяного давления в артериях легких. Другими методами в легкие добраться невозможно.

Магнитные

Магнитные датчики давления еще называют индуктивными. Элементом чувствительности служит Е-пластина, в центре расположена катушка, и проводящая мембрана. Она расположена на малом расстоянии от конца пластины. При подсоединении обмотки образуется магнитный поток, он идет через пластину, промежуток воздуха и мембрану.

Магнитная проницаемость воздуха в зазоре в 1000 раз слабее мембраны и пластины. Малое изменение параметра зазора приводит к значительному изменению индуктивности.

При воздействии давления мембрана изгибается, сопротивление катушки меняется. Преобразователь переводит изменение в сигнал тока. Измерительный рабочий элемент преобразователя сделан по схеме моста, обмотка включена в плечо. АЦП подает сигнал от элемента измерения в виде сигнала от давления.

Емкостные

Датчики давления самой простой конструкции, состоящий из плоских электродов (2 шт.) с зазором. Электрод сделан мембраной, на нее давит измеряемое давление. Меняется размер зазора. Такой вид датчика образует конденсатор с меняющимся зазором. Величина емкости конденсатора меняется при изменении промежутка от пластин или от электродов в данном случае.

Для определения очень небольших изменений давления приборы наиболее применимы и эффективны. Они дают возможность произвести замеры избыточного давления в различной среде. На предприятиях при выполнении технологических процессов, в которых задействованы системы воздушного и гидравлического оборудования, в насосах, компрессорах, на станках емкостные датчики нашли широкое применение. Датчик емкостного вида имеет конструкцию, которая имеет стойкость к вибрациям, скачкам температуры, защищена от химической и электромагнитной среды.

Ртутные

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

Пьезоэлектрические

Элементом чувствительности в этом датчике служит пьезоэлемент. Это вещество, создающее электрический сигнал во время деформации. Такое свойство называется прямым пьезоэффектом. В измеряемой области находится пьезоэлемент, который образует ток, прямо зависящий от значения давления. Сигнал в датчике из пьезоматериала образуется только при деформации. При неизменном давлении нет деформации, поэтому датчик годен только для проведения замеров среды с быстро изменяемым давлением.

Если давление не будет изменяться, то не будет деформации, пьезоэлектрик не сгенерирует сигнал.

Пьезоэлектрики нашли использование в первичных преобразователях потока водяных вихревых счетчиков, и других сред. Их устанавливают парами в трубу с проходом в несколько сотен мм за предметом обтекания. Фиксируют вихри. Количество и частота вихрей прямо зависят от скорости потока и расхода по объему.

Пьезорезонансные

В отличие от вышеописанного вида датчика здесь применяется обратный пьезоэффект, то есть, форма материала пьезоэлемента изменяется от тока подачи. Применяется резонатор в виде пластины из пьезоматериала. На пластину с двух сторон нанесены электроды. На них подключается по очереди напряжение питания с разным знаком, пластина производит изгиб в обе стороны в зависимости от полярности поданного напряжения и частоты.

Если воздействовать на пластину силой, чувствительной мембраной к давлению, то резонатор изменит частоту колебаний. Частота резонатора укажет значение давления на мембрану, которая оказывает давление на резонатор.

На рисунке изображен пьезорезонансный датчик с абсолютным давлением, который сделан герметичной камерой 1. Она достигается корпусом 2, основанием 6, мембраной 10. Мембрана крепится на электронную сварку к корпусу. Держатели закреплены на основании перемычками. Силочувствительный резонатор удерживает держатель.

Мембрана 10 давит на втулку 13 и шарик 6, который закреплен в держателе. Шарик давит на чувствительный резонатор 5. Проводка закреплена на основании 6, необходима для слияния резонаторов с генераторами. Сигнал на выходе абсолютного давления образуется по схеме путем разности генераторных частот. Датчик находится в активном термостате 18 с неизменной температурой 40 градусов. Давления для измерения поступает через штуцер 12.

Резистивные

Другим названием этот датчик называется тензорезистор. Это элемент, который меняет собственное сопротивление при деформации. Такие тензорезисторы монтируют на мембрану, которая чувствительна к изменяющемуся давлению. В результате при приложении силы на мембрану происходит ее изгиб, из-за этого изгибаются тензорезисторы, которые на ней закреплены. На тензорезисторах меняется сопротивление и значение тока цепи.

Растяжение элементов из проводников на каждом тензорезисторе ведет к увеличению длины и снижению сечения. В итоге сопротивление повышается. При сжатии процесс происходит наоборот. Изменения сопротивления незначительные, поэтому для обработки сигнала применяются усилители. Деформация переделывается в изменение сопротивления проводника или полупроводника, а затем в сигнал тока.

Тензорезисторы выполнены в виде проводящего зигзагообразного элемента, или из полупроводника, который расположен на гибкой подложке, приклеенной к мембране. Подложка сделана из слюды, полимерной пленки или бумаги. Элемент проводника – из полупроводника, тонкой проволоки или фольги, напыленных на металл в вакуумном состоянии. Чувствительный элемент соединяют с цепью измерения выводами из проволоки или площадками контактов. Тензорезисторы чаще имеют размер площади до 10 мм2. Они более подходят для замера давления, веса, силы нажатия.

Советы по выбору и приобретению датчиков давления
  1. Тип давления. Важно определить, что вы будете измерять. Есть несколько типов давления: барометрическое, избыточное, вакуумное, относительное, абсолютное.
  2. Интервал разбега давления.
  3. Класс защиты датчика. Для разных условий работы определены свои степени защиты от пыли и влаги.
  4. Термокомпенсация. Эффекты температуры: например, расширение предметов, создают значительные помехи на результат измерения датчика. Если температура всегда изменяется в среде, то нужна термокомпенсация. Про границы температур тоже нельзя забывать.
  5. Вид материала. Свойства материала играют значительную роль для агрессивных условий.
  6. Тип сигнала выхода. Бывают цифровой вид и аналоговый. Нужно также учесть интервалы выхода сигнала, количество проводов.
Похожие темы:

 

electrosam.ru