Для чего нужен датчик дифференциального давления

Датчики дифференциального давления

Говоря о всём многообразия продукции выпускаемой швейцарским заводом KELLER AG нельзя отдельно не остановиться и не выделить в отдельную группу датчики измеряющие дифференциальное давление, или как их ещё называют, датчики разности, или датчики перепада давлений.

Необходимость в применении таких датчиков вызвана необходимостью получать значения разности давлений при осуществлении очень широкого спектра задач. Наиболее часто встречаемый пример использования значения разности давлений – это измерение и контроль расхода жидкости или газа. Принцип измерения расхода основан на эффекте Вентури и был известен ещё во времена Римской Империи. Эффект Вентури заключается в падении давления жидкости или газа, когда поток протекает через суженную часть трубы. В узкой части трубы скорость течения жидкости выше, а давление меньше чем на участке трубы большего диаметра, в результате чего наблюдается разница высот столбов жидкости (дельта h); большая часть этого перепада давлений обусловлена изменением скорости течения жидкости и может быть вычислена по уравнению Бернулли.

Эффект этот достигается путём изменения сечения (конфигурации) трубы специальными устройствами, такими как: различные диафрагмы (диск со сквозным отверстием, вставленный в поток), Вентури-расходомеры, которые для измерения сужают поток жидкости, и пр.

И вот тут наступает очередь датчиков разности давления, которые, собственно, и измеряют разницу давлений одновременно в двух местах – перед сужением и в месте сужения. А таких датчиков KELLER AG предлагает далеко не один вариант! Различных серий, диапазонов, классов точности и защиты, принципов действий, Ех-применений, и сигналов выхода. Но о них чуть позже.

Есть очень много и других задач, которые требуют измерения и контроля разности давлений. Вспомним некоторые из них: получение низких температур при медленном протекании газа под действием постоянного перепада давлений сквозь дроссель (пористую перегородку); в авиационном применении в приёмниках воздушного давления для возможности определения скорости и высоты полёта; для целей неразрушающего контроля при течеискании; для оценки герметичности чистых помещений; для проверки работоспособности систем пожаротушения; для оценки энергоэффективности сооружений, систем вентиляции, пневмо и гидро систем и многие другие. А вот ещё широко востребованное применение датчиков разности — измерение уровня жидкости в ёмкостях под давлением, когда нет возможности измерить уровень другими способами (например, в котлах). В этом случае датчик дифференциального давления измеряет давления в верхней (незаполненной) и в нижней части ёмкости и выдаёт значение перепада. При изменении уровня жидкости изменяется и разность давлений. Произведение значения перепада и плотности жидкости (величина известная) и будет отображать уровень жидкости в ёмкости.

Теперь, собственно, о датчиках дифференциального давления KELLER. Их четыре серии: PD-23, PD-33Х, PD-39Х, и PD-41Х. Сразу отмечу, что на все датчики есть Свидетельство об утверждении типа средства измерений и Разрешение на применение для Ex-исполнений. Каждая из этих серий имеет свои преимущества в зависимости от специфики необходимых измерений.

Так датчик PD41Х хорош для измерений малого диапазона перепада (от 5 мбар) при этом, обеспечивается высокая точность измерений, что требуется при лабораторных исследованиях и различных испытаниях, как у отечественных наших заказчиков (напр. ЦАГИ им. Жуковского и др.), так и у зарубежных (напр. Концерн Феррари).

Датчики PD39Х хороши для измерения с высокой точностью (0,05% ВПИ) сколь угодно большого перепада давлений, т.к. в них используются два сенсора абсолютного давления KELLER объединённых общей электроникой и микропроцессором, что делает датчик максимально устойчивым к перегрузкам со стороны одной из измеряемых сред. Надо отметить, что возможна поставка, при больших количествах, такого применяемого двойного сенсора с электроникой (без корпуса) в качестве ОЕМ — решения для определённых производственных задач заказчика.

PD-23 — высокоточный датчик (0,2% ВПИ) без цифрового интерфейса, который может обеспечить измерение с частотой до 10 кГц (при выходном сигнале 0…10 V). В нём используется двусторонний сенсор KELLER серии 10, который хорошо зарекомендовал себя в различных применениях. В этом датчике, так же как и в датчике PD33Х давление воздействует на сенсор с двух сторон через технологические отверстия присоединения к процессу.

Датчик PD33Х высокоточный (0,05% ВПИ) датчик с цифровым интерфейсом универсален в своём применении. Выполнен в конструктиве аналогичном PD-23 и применением сенсора KELLER серии 10. Датчик особенно хорош для измерения перепадов не превышающих 5% от ВПИ. При этом, давление в статической линии может быть до 200 бар, а опционально до 600 бар. Как и другие датчики с цифровым интерфейсом, выдаёт значение, как давления, так и температуры, которая учитывается в алгоритмах термокомпенсации. Получаемые значения удобно наблюдать и обрабатывать с применением программного обеспечения KELLER.

Итак, как мы с вами смогли убедиться, датчики дифференциального давления KELLER максимально отвечая потребностям заказчика, обеспечивают точные и стабильные измерения требуемых величин при решении широчайшего спектра задач. Специалисты ООО «Измерение и Контроль», при необходимости, совместно с производителем, всегда готовы проконсультировать и помочь Вам подобрать датчик дифференциального давления KELLER, который наиболее подходит для решения Ваших задач.

Датчик дифференциального давления: принцип работы, сфера использования

При добыче, переработке, хранении нефтепродуктов и газовых смесей основным критерием, отвечающим за качество и безопасность, является соблюдение технологического регламента производства. А это достигается путем максимально точного контроля и регулирования технологических параметров, таких как давление, расход, вязкость, уровень, температура, химический состав. Для обеспечения этого существуют приборы КИП.

Принцип работы

При измерении расхода жидкости или газа могут использоваться различные методы и приборы контроля. Одним из таких является датчик дифференциального давления. Принцип его работы заключается в том, что в трубопроводе создается препятствие потоку с помощью сужающего устройства. Поток жидкости или газа, проходя через этот участок трубопровода, меняет характеристику своего течения. Перед заужением давление возрастает, а сразу за ним оно понижается. Разница между этими характеристиками будет тем больше, чем больше расход среды, протекающей через трубу. Эти давления и измеряет датчик дифференциального давления — дифманометр. Другое название таких приборов — датчик разности давлений.

Разновидности датчиков

Конструктивно они очень разнообразные. Имеют различные принципы преобразования измеряемого параметра и разный выходной сигнал. Могут иметь табло или работать только с вторичными приборами. Раньше дифманометры были пневматическими, но на смену морально устаревшим приборам пришли электронные, в которых перепад давлений, при помощи чувствительного элемента — тензодатчика, преобразуется в унифицированный электрический токовый сигнал 0-20, 4- 20 миллиампер. Такие приборы более экономичные, надежные, более точные и имеют расширенный рабочий диапазон температур от -45 до +125 гр. С. В зависимости от предъявляемых требований, приборы подразделяются:

• по способу установки;

Область применения дифманометров

Все больше приборов контроля расхода находят применения в инженерных сетях коммунального хозяйства. Помимо своего основного предназначения, измерять расход, датчик дифференциального давления, может применяться в качестве гидростатического уровнемера. В таком случае плюсовая линия прибора устанавливается в резервуаре с измеряемым уровнем жидкости, а минусовая линия сообщается с атмосферой. Таким образом, при увеличении уровня, увеличится и перепад давлений в разных секторах измерительного блока датчика.

Осмысление ваших датчиков: датчик дифференциального давления на DPF (сажевый фильтр)

Датчик дифференциального давления (ДДД) дизельного сажевого фильтра ( DPF ) измеряет противодавление выхлопных газов и сигнализирует, когда модуль управления силовой установкой ( PCM ) должен начать процесс регенерации для очистки фильтра от дизельных твёрдых частиц ( DPM ) или сажи. Датчик дифференциального давления DPF играет важную роль в поддержании корректной работы DPF . Засорённый DPF — это не только дорогостоящий ремонт, но и катастрофические последствия для вашего дизельного двигателя. Чтобы понять, как работает датчик дифференциального давления DPF , почему он выходит из строя и как его заменить, давайте кратко обсудим сам сажевый фильтр.

Что такое сажевый фильтр и как он работает?

По мере того, как строгость правил к выбросам автотранспорта увеличивается, на дизельных двигателях стали использовать клапан рециркуляции ОГ ( EGR ) для снижения выбросов оксидов азота ( NOx ) и сажевый фильтр ( DPF ) для удаления сажи из выхлопных газов дизеля. Установленная ближе к началу выхлопной системы конструкция полнопоточного дизельного сажевого фильтра ( DPF ) улавливает в среднем 85% сажи, поступающей из двигателя, и в определенных условиях может даже достигать 100% КПД. Чтобы очистить фильтр от накопившейся сажи, модуль управления силовой установкой ( PCM ) запускает процесс регенерации, впрыскивая топливо в выпускную систему. Впрыскиваемое топливо поднимает температуру DPF до 600 ° C , так что собранная ранее сажа сгорает, превратившись в золу. Для некоторых транспортных средствах PCM полагается на данные датчика перепада давления, чтобы инициировать процесс регенерации DPF .

Как работает датчик дифференциального давления DPF?

ДДД обычно устанавливается в моторном отсеке для защиты от перегрева. Датчик соединён с блоком управления двигателем (ЭБУ) электрическим разъёмом и соединён со входом и выходом сажевого фильтра через два силиконовых шланга. Один шланг подключается до DPF , другой — после фильтра. Измеряя разницу в давлении выхлопных газов до и после фильтра, датчик может оценить количество сажи, которое накопленной в фильтре, и сообщить об этом ЭБУ. А оно в свою очередь может выбрать время для начала процесса регенерации сажевого фильтра.

Почему ДДД выходят из строя?

Как и в случае с любым электрическим устройством на двигателе, провода к ЭБУ могут быть повреждены вибрацией или изоляция может треснуть и расплавиться от сильной жары. И точно так же, как DPF , шланги датчика также могут засоряться от сажи в выхлопе. Когда твёрдые частицы сажи блокируют один или оба измерительных входом к датчику, и датчик больше не может точно определять изменения давления, что может привести к катастрофическому повреждению DPF и, в конечном счёте , двигателя .

Что нужно искать в неисправном ДДД?

Когда датчик перепада давления DPF перестаёт сигнализировать PCM о заполнении, то сажевый фильтр может полностью закупориться сажей и выйти из строя. Вот некоторые признаки, указывающие на то, что DPF не восстанавливается должным образом из-за сбоя датчика DPF :

• Потеря мощности
• Повышенный расход топлива
• Высокая температура двигателя
• Высокая температура коробки передач
• Горит индикатор неисправности в системе управления двигателя

Когда DPF выходит из строя, отработавшие газы не могут быть нормально удалены из камеры сгорания, так как противодавление мешает им это сделать, вызывая повреждение цилиндропоршневой группы и смешивание сажи с моторным маслом. Сажа абразивна и при смешивании с маслом вызывает преждевременный износ подшипников двигателя и других трущихся поверхностей.

ДДД жизненно важен для долговечности DPF , и если сажевый фильтр полностью забит, то запуск процесса регенерации становится невозможен. Его нужно будет либо снять и профессионально почистить, либо заменить, причём оба варианта в среднем обходятся в тысячи долларов. Гораздо больше, чем затраты на диагностику и замену неисправного датчика, пока не стало слишком поздно.

Обычные коды неисправностей

Если индикатор неисправности двигателя включён, вот коды, связанные с ДДД, выглядят так.

• P 2452: Датчика Давления Дизельного Сажевого Фильтра Цепь «А»
• P 2453: Датчика Давления Дизельного Сажевого Фильтра Цепь A Диапазон/Производительность
• P 2454: Датчик Давления Дизельного Сажевого Фильтра “А” Низкий Контур
• P 2455: Датчик Давления Дизельного Сажевого Фильтра A Высокий Контур

Примечание: утечка выхлопных газов может тоже привести к установке этих кодов.

Устранение проблем датчика давления дизельного сажевого фильтра

При устранении неисправностей датчиков двигателя рекомендуется в первую очередь искать любые признаки видимых дефектов. Проверьте все соединения, начиная с электрического разъёма датчика, и ищите любые повреждения, такие как растрескивание или оплавление. Все повреждённые провода и разъёмы необходимо будет заменить .

Затем осмотрите шланги, подсоединённые к датчику. Опять же, ищите любые повреждения, такие как растрескивание или оплавление. Если шланги повреждены, их нужно будет заменить и, скорее всего, перенаправить, чтобы они не были повреждены таким же образом снова. Если шланги выглядят хорошо, то обязательно проверьте, нет ли засоров. В случае засорения шланги необходимо будет очистить или заменить

Если всё нормально при осмотре, то вы можете проверить датчик с помощью мультиметра, установленного на предел 20 В, и манометра.

1. При включённом зажигании и выключенном двигателе, подсоедините чёрный щуп мультиметра к отрицательной, а красный к положительной клемме батареи и выполните быструю проверку питания, замерив напряжение батареи. Он должен быть около 12,6 Вольт.
2. Обратитесь к руководству по техническому обслуживанию автопроизводителя, чтобы определить положение сигнала, земли и 5-вольтового питания в разъёме, а также проведите проверку проводов.
3. Включите зажигание, не заводя двигатель. Мультиметр должен (как правило) отображать напряжение от 4,7 до 5 Вольт для 5-вольтового провода, устойчивое 0 Вольт для заземляющего провода и от 0,5 до 4,5 вольт для сигнального провода. Обратитесь к информации о сервисном обслуживании OEM -завода для получения точных спецификаций вашего автомобиля.
4. Запустите двигатель с подключённым сигнальным проводом.
5. Включите двигатель и обратите внимание, есть ли изменение напряжения. Если нет, переходите к проверке соединительных шлангов с помощью манометра.
6. При работающем двигателе снимите шланги с датчика.
7. Используя манометр, измерьте давление в обоих шлангах. Для достаточной точности используйте манометр, который измеряет в диапазоне 0-1 бар.
8. Проверьте напряжение сигнала ещё раз. Напряжение должно завесить от разницы давлений в шлангах. Например, если задний шланг подаёт давление 0,03 бара, а передний – 0,07, то напряжение сигнального провода должно быть около 0,8 Вольт. Обычно при росте перепада давлений, напряжение должно подниматься до 4,8 В.

Если измеренное напряжение сильно отличается от ожидаемого или разница давлений не совпадает с показаниями напряжения, ДДД неисправен и его необходимо заменить.

Как заменить неисправный ДДД?

Перед заменой неисправного ДДД обратитесь к руководству по техническому обслуживанию автопроизводителя для получения инструкций по любым конкретным действиям. Если вам нужно больше места, чтобы работать под автомобилем, то заблокируйте заднее колесо клиньями и установите подставки для жёсткой фиксации автомобиля.

1. Найдите ДДД, обычно он установлен в задней части моторного отсека.
2. Отсоедините электрический разъем.
3. Открутите винты или болты, удерживающие датчик на месте.
4. Осторожно отодвиньте датчик в сторону, чтобы ослабить хомуты, удерживающие шланги.
5. Перед отсоединением датчика обратите внимание, какая сторона подходит к какому шлангу.
6. Сравните новые и старые датчики.
7. Подсоедините шланги в том же положении к новому датчику.
8. Затяните хомуты на шлангах.
9. Установите на место все винты или болты, удерживающие датчик на месте. Затяните надлежащим моментом.
10. Подсоедините электрический разъем к новому датчику.
11. Дважды проверьте все соединения, чтобы убедиться, что все надёжно соединено.

Важное примечание: после установки нового датчика дифференциального давления (ДДД) дизельного сажевого фильтра (DPF)начальное смещение датчика должно быть запрограммировано в ЭБУ.

Дифференциальные датчики давления принцип действия

Датчики дифференциального (перепада) давления применяются для преобразования перепада давления (разности давлений) в унифицированный выходной сигнал напряжения, тока или индуктивности. Наиболее популярными являются датчики с унифицированным токовым выходом (0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА).

ИД-Р-ЦС-Ex датчик разности давлений

Чувствительными элементами приборов являются мембраны и тензорезисторы. Сопротивление измеряется следующим образом. К измерительной мембране крепятся тензодатчики, она изолирована от рабочей среды. Давление среды принимают на себя мембранные разделители. Пространство между измерительной и разделительными мембранами заполнено специальной жидкостью. Под воздействием давления происходит деформирование мембран разделителей, которые в свою очередь деформируют измерительную мембрану, а за ней тензорезисторы. Тензорезисторы преобразуют степень деформации в тот или иной выходной сигнал. На дифференциальный датчик давление действует с двух сторон, поэтому корпус прибора имеет два соединительных штуцера: плюсовой и минусовой. Как правило, штуцеры располагаются параллельно, но бывают модели с соосным расположением штуцеров. Датчик показывает разницу давления со знаком соответствующим штуцеру.

МИДА-ДД-15-Ех датчик разности давлений с соосным расположением штуцеров

Датчики дифференциального давления рассчитаны на измерение относительно небольших значений давления среды. Эти значения варьируются от нескольких миллиметров водяного столба до нескольких сотен килопаскаль (1 мм. вод. ст. = 0.009807 кПа). Датчики перепада соединяются с первичными преобразователями посредством импульсных трубок.

Импульсная трубка

Импульсные трубки используются для подключения различных приборов измерения давления, являются самым экономичным вариантом. Предназначение трубок – защита датчиков от чрезмерного нагрева и пульсации измеряемой среды. При монтаже импульсных трубок необходимо учесть, что импульсная линия должна быть максимально короткой, так как с ее увеличением возрастает задержка распространения импульса давления, что довольно критично для контуров регулирования интенсивно протекающих процессов.

Датчики перепада давления применяются в системах теплоснабжения, водоснабжения, вентиляции, машиностроения и иных системах требующих постоянной балансировки за счет обеспечения и поддержания перепада.

Дифференциальный манометр

Содержание

Дифференциальный манометр – это показывающий прибор, который применяют для выполнения замера перепада давления.

Назначение

С его помощью можно провести измерения уровня жидкостей в резервуарах под давлением или расхода жидкости, газа и пара с помощью диафрагм методом измерения перепада давления на сужающем устройстве. У дифманометра есть другое название – датчик разности давлений.

По устройству различаются:

• жидкостные, для замера уровня рабочей жидкости по величине гидростатического столба;
• механические, которые измеряют деформацию мембраны;
• цифровые, позволяющие измерить не только разность давлений газа в вентиляциях, газоходах, но и скорость воздушного потока, температуру и влажность.

• стрелочный дифманометр;
• цифровой дифманометр;
• мембранный дифманометр;
• сильфонный дифманометр;
• ртутный дифманометр.

Принцип действия

Дифференциальный манометр состоит из измерительных камер, отделенных друг от друга манометрическим элементом. При деформации стрелка перемещается, пока действует сила, возникающая в результате перепада давлений. Передача смещения измерительного элемента и индикация давления осуществляется, пока силы не будут уравнены.

Сферы применения

Дифференциальный манометр используется для контроля засорения фильтров на проточных линиях, в котельных, измерения перепада давления в пневматических, компрессорных и насосных установках, распределительных станциях, для контроля появления дополнительных сопротивлений на работающем оборудовании.

Датчики дифференциального давления

Нормальную работу устройств кондиционирования, вентиляционных систем, функционирование промышленных предприятий обеспечивают приборы, с помощью которых измеряют разницу между напором сред разного рода. Датчики дифференциального давления помогают управлять демпферами, контролировать степень загрязненности фильтров, индицировать и регулировать потоки воздуха.

Устройство датчика и принцип его работы

Основным элементом датчика дифференциального давления служит измерительная мембрана, изготовленная из упругого металла. К ней крепятся чувствительные тензоризисторы, которые способны измерять величину ее деформации. Мембрану датчика и рабочая среда изолированы друг от друга, через защитные эластичные перепонки к ней передается давление. Специальная жидкость заполняет полости, которые расположены между ними.

Датчики, способные измерять дифференциальное давление, работают следующим образом: на защитные перепонки прибора воздействует давление рабочей среды, что в виде импульса передается на измерительную мембрану, которая оказывает влияние на тензисторы и влечет за собой изменение величины сопротивления. Электроника датчика фиксирует подобные модификации и на выходе преобразует их в аналоговый сигнал определенного значения.

Особенности приборов

Дифференциальные датчики от обычных преобразователей напора отличает ряд характерных отличительных черт. У дифференциальных датчиков 2 защитные мембраны, поэтому давление передается с двух сторон одновременно. В их конструкции предусмотрены 2 штуцера: минусовой и плюсовой. Когда измеряется давление в рабочей среде, и показатели от напора на штуцер со знаком плюс превышают показатели минусового штуцера, то разница будет зафиксирована прибором с плюсовым значением, и наоборот.

Области применения приборов

Сферы применения датчиков давления на сегодняшний день достаточно широка. Приборы данного типа используют в системах газоснабжения, вентиляции, водоподготовки, в нефтехимической, химической промышленности, на фармацевтическом производстве.

Измерение разницы напора в различных жидкостных средах необходимо для нормальной работы вентиляционных систем, а также устройств кондиционирования. Датчиками дифференциального давления пользуются для контроля загрязнённости систем фильтрации, управления демпферами, для регулирования и индикации воздушных потоков.

Принцип работы и строение датчика давления

Главным элементом для такого датчика служит измерительная мембрана. Она изготавливается из упругого материала. Измеряется величина её деформации при помощи чувствительных тензорезисторов. Сама мембрана находится в изоляции от рабочих сред, давление на нее, оказывается, через защитные эластичные перепонки. Расположенные между мембраной и перепонками полости заполнены специальной жидкостью.

Давление оказывается из рабочей среды на перепонки, а они, в свою очередь, давят на измерительную мембрану. Мембрана передаёт импульс тензорезисторам, где меняется величина сопротивления. Эти слабые колебания улавливает встроенная электроника и преобразует их в аналоговый сигнал на выходе.

Особенности данных датчиков

Отличием от прочих преобразователей напора является то, что дифференциальные датчики имеют две защитные мембраны и измеряют давление с двух сторон сразу. Также в них установлены плюсовой и минусовой штуцеры. Таким образом, прибор отражает разницу давления по обе стороны датчика.

Сферы применения приборов

Данные датчики применяются при устройстве систем вентиляции, водоподготовки, газоснабжения. Используются на предприятиях нефтехимии и фармакологии.

Более подробную информацию о датчиках давления можно узнать на ресурсе:

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Разновидности датчиков перепада давления

В процессе эксплуатации сложных и разветвлённых воздуховодов и трубопроводов из-за наличия многочисленных гидравлических сопротивлений и фитингов давление в различных участках сети изменяется. Чаще всего оно падает, что может вызывать технические и экологические проблемы (например, в сетях газораспределения). Своевременно проконтролировать и предупредить подобные явления призваны датчики (или реле) перепада давления.

Зачем необходим мониторинг перепада давлений

Датчик перепада давления, называемый ещё датчиком дифференциального давления, является составной частью различных приборов, которые измеряют поток, скорость и уровень жидкости или газа в промышленных или бытовых процессах. Они крупнее и надежнее, чем полупроводниковые, но концепция та же: измерение разности давлений на диафрагме с использованием тензометрической сети с тонкопленочными резисторами или датчиками дифференциальной емкости.

Измерение расхода и давления является одним из наиболее распространенных приложений для дифференциальных датчиков. Измеряя разницу в давлениях, когда жидкость или воздух транспортируются по трубе, можно рассчитать расход рабочей среды.

Информация о давлении воздуха также позволяет косвенно измерять другие переменные, такие как скорость воздушного потока. Важно отметить, что для любого оборудования, использующего сжатый воздух, существует максимальный безопасный уровень, выше которого поток становится опасным. При внезапном высвобождении воздух может причинить разрушение использующих его устройств. Поэтому датчики давления воздуха так же важны, как узлы управления и коммутации, устанавливаемые в воздухораспределительных сетях. Вот несколько примеров:

1. Способность сжатого воздуха для передачи высоких уровней энергии является решающей для управления транспортными средствами. Ключевой проблемой при использовании такого рода энергии является безопасность при эксплуатации. Например, для поездов и транспортных средств большой грузоподъемности часто используются пневматические тормоза высокой эффективности и надёжности. Для поддержания их безотказной работы необходимо контролировать уровни давления.
2. Концентрированные, контролируемые, точные уровни мощности необходимы для таких устройств, как пневматические инструменты, которые используются в современной промышленности.
3. В медицине системы, обеспечивающие помощь дыханию пациентов, зараженных короновирусом, требуют точных стабильных во времени значений воздушных потоков. То же требование касается пневматических устройств, используемых в стоматологии.
4. Рекомендуемые значения скоростей воздушного потока существуют для систем вентиляции и кондиционирования, которые устанавливаются в общественных зданиях и на промышленных предприятиях. Если давление и, следовательно, поток упадут ниже идеального, датчики давления воздуха зарегистрируют это изменение, после чего могут быть выполнены корректировки, устраняющие причины неисправности.

Схемы изменения перепада давления воздуха

Основным способом измерения данного параметра считается оценка разности давлений между двумя точками (например, до и после фильтра) в системе подачи или кондиционирования воздуха. С этой целью эффект от перемещающегося по воздуховоду воздуха должен быть преобразован в соответствующий электрический сигнал. Используются следующие разновидности датчиков:

1. Тензометрические (или резистивные).
2. Ёмкостные.
3. Индуктивные.

Тензометрический тип устройства

Принцип действия резистивного датчика основан на следующем. Диафрагма, контактирующая с воздухом, давление которого измеряется, деформируется при увеличении давления. При этом датчики, прикрепленные к бесконтактной поверхности диафрагмы, также деформируются. Пьезорезистивный эффект, при котором сопротивление материала тензодатчика при деформации изменяется, преобразуется в электрический сигнал.

Одна сторона диафрагмы соединена с портом низкого давления, а другая сторона диафрагмы — с портом высокого давления. Диафрагма изгибается и воспринимается преобразователем как электрический сигнал, который пропорционален разности соответствующих показателей потока.

Датчик перепада давления воздуха помещается в корпус, изготовленный из нержавеющей стали или других материалов, имеющих повышенную коррозионную стойкость. Для систем вентиляции это обуславливается необходимостью работы с воздухом, имеющем повышенные показатели относительной влажности. Получаемый электрический сигнал пропускается через встроенный микропроцессор, который выдаёт аналоговый сигнал высокого разрешения (от 4 до 20 миллиампер), либо цифровой сигнал. Конструктивной особенностью такого типа устройств является наличие двух резьбовых портов, предназначенных для «высокого» и «низкого» технологических подключений. При этом верхнее резьбовое отверстие для электрического подключения обычно составляет 24 В постоянного тока.

Аналоговые и цифровые выходные сигналы передаются на управляющую панель, которая снабжается несколькими десятками (или даже сотнями) разъёмов, благодаря чему возможен компьютерный мониторинг текущего состояния прокачки воздуха в различных точках вентиляционной системы.

Ёмкостной тип устройства

Ёмкостной датчик функционирует так. Две ёмкостных контактных пластины отделены друг от друга небольшим зазором. Одна из них неподвижна, а другая, находящаяся в контакте с воздухом, действует подобно гибкой диафрагме. Повышение давления воздуха деформирует диафрагму, что сужает зазор и уменьшает ёмкость. Изменение ёмкости преобразуется в электрический сигнал.

Поскольку датчики емкостного типа некоторое время сравнивают показания текущего давления воздуха относительно предварительно заданных его значений, они работают медленнее резистивных.

Индуктивный тип устройства

В индуктивных датчиках, оценивающих перепад давления, деформация диафрагмы преобразуется в линейное движение ферромагнитного сердечника с использованием принципа индуктивности. Движение сердечника вызывает изменение индуцированного тока, который генерируется катушкой с питанием от переменного тока на другой вторичной измерительной катушке. Это изменение, в свою очередь, преобразуется в электрический сигнал. Работа такого устройства ясна из рисунка.

Индуктивные датчики срабатывают быстрее ёмкостных, но конструктивно сложнее, и нуждаются во внешнем дополнительном питании.

Конструктивные элементы устройства

Независимо от способа преобразования и передачи управляющего сигнала, в дифференциальных датчиках можно выделить следующие части:

• Первичный элемент, посредством которого создаётся разность давлений. При этом расход воздуха в единицу времени изменяется. Наиболее распространёнными типами первичных элементов являются диафрагма, трубка Вентури, сопло или трубка Пито;
• Вторичный элемент — собственно датчик, при помощи которого максимально точно фиксируется перепад давлений, создаваемый первичным элементом. В частности, важно, чтобы на измерение такого показателя не влияли изменения свойств воздуха, его температуры или другие параметры, например, температура окружающей среды;
• Корпус, главное назначение которого — обеспечить максимальную защиту устройства от вредного влияния внешних факторов, в том числе, и длительно действующих (например, влажности воздуха).

Часто сюда относят также комплект передающе-коммутационных проводов, по которым сигнал передаётся на панель управления.

Внешний вид устройства, предназначенного для установки в систему вентиляции, представлен на рисунке:

Как выбрать типоразмер устройства

Исходными данными для выбора служат следующие факторы:

1. Желаемая точность в показаниях прибора.
2. Минимальные габаритные размеры пространства, в котором предполагается установка.
3. Внешние условия функционирования.
4. Необходимое быстродействие.
5. Требования к комплектации.
6. Трудоёмкость регламентного обслуживания.

Общая схема системы вентиляции общественного или промышленного здания довольно сложна, и включает в себя использование приборов разного назначения.

Для них требуется широкий диапазон предельных значений давления, как правило, от 2500 Па до 250 Па, при периодически возникающих запросах до 25 Па. Традиционные сенсорные изделия для поддержания необходимой производительности сенсора поддерживают только один калиброванный полный диапазон шкалы, что требует использования 3–5 или даже более отдельных систем для покрытия требуемого диапазона контролируемых величин.

Поэтому на практике преимущество получают предложения, которые позволяют при помощи одной системы перекрывать весь требуемый диапазон, поддерживая при этом оптимизированные калиброванные характеристики изменений свойств воздуха. С помощью таких устройств многообразие датчиков может быть оптимизировано при сохранении самого высокого в отрасли уровня производительности. Такие устройства, хотя и являются специфичными для определённых целей, позволяют потребителям сокращать количество самостоятельных узлов в вентиляционной системе в 3…5 раз или более, существенно экономя на стоимости материалов и энергоресурсов. Упрощается также установка и обслуживание.

Таким образом, для решения поставленных задач рассматриваемые устройства должны обеспечивать работоспособность в диапазоне давлений воздуха от 25 до 2500 Па, подключаться не менее чем к 3…5 калибрующим устройствам, обеспечивать возможность дистанционного обслуживания.

Важно использовать по месту несколько систем, оснащённых рассматриваемыми датчиками, что позволяет пользователю изменять диапазоны измерений по мере необходимости. Это обеспечивает баланс воздушных потоков в помещениях и оптимизирует производительность для каждой отдельной системы воздуховодов здания.