Датчики давления, их виды и составные части

Датчик давления и его физические параметры. Регистрация сигналов датчиков давления. Сравнение характеристик датчиков на примере М-100, М-150. Использование интегрирующих АЦП для ввода медленноменяющихся сигналов. Принципы и методы реализации датчиков.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 28.01.2011
Размер файла 279,1 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.

Размещенно на http://www.allbest.ru

Введение

Датчик давления -- устройство, физические параметры которого изменяются в зависимости от давления измеряемой среды (жидкости, газы, пар). В датчиках давление измеряемой среды преобразуется в унифицированный пневматический, электрический сигналы или цифровой код. Датчик давления состоит из первичного преобразователя давления, в составе которого чувствительный элемент и приемник давления, схемы вторичной обработки сигнала, различных по конструкции корпусных деталей и устройства вывода. Основным отличием одних приборов от других является точность регистрации давления, которая зависит от принципа преобразования давления в электрический сигнал: тензометрический, пьезорезистивный, емкостной, индуктивный, резонансный, ионизационный.

Принципы реализации

сигнал датчик давление

Тензометрический метод: чувствительные элементы датчиков базируются на принципе измерения деформации тензорезисторов, припаянных к титановой мембране, которая деформируется под действием давления.

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

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

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

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

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

Регистрация сигналов датчиков давления

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

Датчик давления «Метран - 150»

Уже в течение трех лет датчики давления Метран-150 эксплуатируются более чем на 1000 предприятий России и СНГ. Постоянно проводятся жесткие лабораторные испытания. Получив уверенность в превосходстве технических характеристик, широкой функциональности и высокой надежности в эксплуатации, руководство Промышленной Группы «Метран» приняло решение рекомендовать заказчикам замещение датчиком Метран-150 своего предшественника, датчика Метран-100. Возможно, Вы скажете: «Ведь совсем недавно, всего 8 лет назад, Промышленная Группа «Метран» представляла рынку датчик давления Метран-100, а сейчас такая быстрая замена на Метран-150, зачем?».

Действительно, датчик Метран-100 был лучшим отечественным прибором в свое время, была разработана целая гамма измерительных преобразователей давления: это и коррозионностойкие для нефтегазовой промышленности, и низкопредельные для металлургии и энергетики, и датчики атомного исполнения. Появление первого серийного интеллектуального микропроцессорного датчика Метран-100 значительно упрочило лидерские позиции компании на российском рынке датчиков давления.

Однако жизнь не стоит на месте. Постоянно возрастающие требования к качеству и надежности управления технологическими процессами способствуют появлению новых требований к средствам автоматизации. Именно поэтому 3 года назад ПГ «Метран» запустила в серийное производство принципиально новые датчики давления Метран-150. «Сердцем» Метран-150 является сенсор Rosemount™ нового поколения. Для датчиков штуцерного исполнения (абсолютное, избыточное давление) используется сенсор на основе пъезорезистивного чувствительного элемента кремний-на-кремнии, а для фланцевого исполнения (разность давлений, избыточное) используется емкостный чувствительный элемент.

Емкостный метод используется дивизионом Rosemount компании Emerson Process Management уже более 30 лет. Впервые емкостный метод был применен в датчиках давления Rosemount 1151, ставших бестселлерами среди датчиков давления. За долгие годы развития емкостный метод постоянно совершенствовался.

Наверняка у Вас возникнет вопрос: чем Метран-150 отличается от традиционных датчиков давления? Постараемся отметить главное.

Во-первых, это стабильность метрологических характеристик, которая обеспечивается не только применением сенсора Rosemount, но и:

· разработанной в ПГ «Метран» конструкцией модуля, исключающей влияние температуры, статического давления, вибраций;

· применением современных схемотехнических решений и радиоэлектронных компонентов в электронном блоке;

· использованием самодиагностики.

Стабильность метрологических характеристик позволяет сократить эксплуатационные затраты.

Рассмотрим на примере среднего энергоблока ТЭЦ. Число эксплуатируемых датчиков давления порядка 350шт. Минимум 100 шт. из них являются датчиками измерения перепада давления, которые страдают одной болезнью: «нестабильность НУЛЯ». Рабочая смена сотрудников цеха ТАИ начинается с двух-трех часового кросса по датчикам давления с целью установки НУЛЯ. С применением на объектах Метран-150 легкоатлетические упражнения отменяются.

Во-вторых, датчики давления Метран-150 обладают высокой перегрузочной способностью. Сравним максимальное давление перегрузки штуцерных моделей (датчики для измерения избыточного и абсолютного давления). Если традиционные датчики выдерживают максимальное давление перегрузки всего, лишь в 1,5 раза превышающее верхний диапазон измерений, датчики Метран-150 могут выдерживать 25-и кратную перегрузку. Если говорить о датчиках измерения разности давления, то критичным для них является одностороннее воздействие на камеру высокого или низкого давления. Например, для датчиков давления диапазонов 2, 3 и 4, способных измерять разность давлений от 1,25кПа до 1,6МПа, предельно допускаемое рабочее избыточное давление составляет 25МПа. Подадим одностороннюю перегрузку равную 25МПа, которая в 15,6 раз превышает максимальный диапазон измерения. После снятия перегрузки корректировка нуля не требуется, и погрешность остается в рамках заявленной, т.е. ± 0,075%. Отсюда можно сделать вывод, что, обладая колоссальной перегрузочной способностью, Метран-150 не просто стабильно работает, но и значительно сокращает риски остановов технологических процессов и аварий, которые влекут за собой убытки, исчисляемые миллионами рублей.

В-третьих, Метран-150 способен работать, работать и еще раз работать при любых погодных условиях. В многих районах нашей страны нередко столбик термометра может опускаться ниже -50єС. Метран-150 способен работать и за полярным кругом, и на экваторе, в снежную пургу и песчаную бурю. Диапазон рабочих температур составляет от -55єС до +80єС, а степень защиты от воздействия пыли и влаги - IP 66, что означает полную пыленепроницаемость и стабильную работоспособность даже при сильном воздействии струи жидкости. Дополнительная герметичность достигается за счет двухсекционного корпуса (рис. 1), обеспечивающего изоляцию между отсеком электроники и клеммным отсеком. Это защищает электронику от попадания пыли и влаги, например, в процессе монтажа или в случае выхода из строя кабельного ввода.

Рис. 1 - Двухсекционный корпус электронного преобразователя

Возможность поворота корпуса электронного преобразователя на ± 180° и защита от проворота и обрыва шлейфа, возможность поворота индикатора на 360° с фиксацией через 90° (рис. 2) для удобства считывания показаний;

Рис. 2 - Возможность поворота ЖКИ и электронного преобразователя

Сравнение характеристик датчиков М-100, М-150

Наименование характеристики

Традиционные датчики

Метран-150

Погрешность измерений

от ±0,1%

от ±0,075%

Влияние температуры окружающей среды

0,09 - 0,15%/10°С

0,05%/10°С

Влияние статического давления

0,03 - 0,06 %/ 1 MPa

0,015%/1 MPa

Стабильность метрологических характеристик

Не нормируется

3 года

Защита от переходных процессов

Опция

Стандартно

Максимальная перегрузочная способность для датчиков избыточного давления

до 1,5 раз

до 25 раз

Стойкость к гидроударам

Отсутствует

Высокая

Перенастройка диапазона измерения

10:1; 25:1

50:1

Температура окружающей среды

- 50 єС …+70 єС

- 55єС…+80 єС

Степень защиты

IP IP65, IP 54

IP66

HART

Опция

Стандарт

Межповерочный интервал/ гарантийный срок эксплуатации

1-2 / 1,5-2 года

3 года / 3 года

Итак, подводим итоги:

· Метран-150 по всем характеристикам превосходит традиционные датчики давления;

· Имея стандартные присоединительные размеры, полностью заменяет традиционные датчики давления;

· Метран-150 помогает Вам повышать стабильность и надежность Ваших технологических процессов;

· В том же ценовом диапазоне Вы получаете прибор, на порядок, превосходящий традиционные датчики давления.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Использование серийных микропроцессорных датчиков давления серии "МЕТРАН" вразработке математической модели датчика давления и реализации ее в системах измерения давления. Аналогово-цифровой преобразователь системы: параметры структурных составляющих.

    курсовая работа [32,0 K], добавлен 27.02.2009

  • Проектирование вычислительного модуля, состоящего из 2 датчиков давления и 4 датчиков температуры (до +125 и до +400). Составление схемы подключения датчиков. Написание демонстрационных программ для работы с устройствами DS18B20, АЦП DS2450 и MPX2010.

    курсовая работа [190,3 K], добавлен 24.12.2010

  • Общие сведения о микроконтроллере ADuC812, его функциональная блок-схема. Использование памяти данных. Пример процесса побайтного программирования. Векторы прерываний и уровни приоритетов. Выбор датчиков давления и влажности. Параметры контроллера экрана.

    курсовая работа [1,9 M], добавлен 14.11.2010

  • Особенности применения электрохимических датчиков в составе мультисенсорных пожарных извещателей. Сравнение технических характеристик. Конструкция, принцип действия электролитических датчиков. Перспективы развития технологий изготовления извещателей.

    курсовая работа [1,7 M], добавлен 09.12.2015

  • Понятие и принцип работы датчиков, их назначение и функции. Классификация и разновидности датчиков, сферы и возможности их применения. Сущность и основные свойства регуляторов. Особенности использования и параметры усилителей, исполнительных устройств.

    реферат [17,8 K], добавлен 28.03.2010

  • Требования к реакции, надежности, компактности, чувствительности датчиков давления. Влияние электромагнитной помехи на показания пьезорезистивного датчика давления. Измерение атмосферного давления с помощью манометра. Калибровка пьезорезистивного датчика.

    контрольная работа [593,3 K], добавлен 29.12.2012

  • Виды и использование датчиков автоматического контроля режимных параметров технологических процессов химического производства. Принцип действия измеряемых датчиков, регуляторов температуры, модульных выключателей. Средства защиты электроустановок.

    дипломная работа [770,6 K], добавлен 26.04.2014

  • Информационно-измерительные системы на объектах трубопроводного транспорта. Классификация датчиков, единицы измерения давления. Защита манометров и преобразователей давления, исследование скважин. Функциональная схема интерфейса "токовая петля".

    дипломная работа [917,1 K], добавлен 19.06.2011

  • Устройство первичной обработки сигналов как неотъемлемая часть системы, ее значение в процессе сопряжения датчиков с последующими электронными устройствами. Понятие и классификация сигналов, их функциональные особенности и основные критерии измерения.

    контрольная работа [39,9 K], добавлен 13.02.2015

  • Принцип эффекта Фарадея в работе волоконно-оптических датчиков тока. Разработка и исследование микроструктурных оптических волокон. Сравнение оптоволоконного датчика и трансформатора тока. Потенциальные сферы применения оптоволоконных датчиков тока.

    реферат [934,2 K], добавлен 12.11.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.