У каждого, кто только что соприкоснулся с датчиками давления, возникнет вопрос: Что именно находится внутри прибора, способного определять давление в трубопроводе?
Значения давления, наблюдаемые в диспетчерской, получаются посредством серии преобразований.
Понимание общего принципа работы датчика давления облегчит устранение неполадок на месте, таких как аномальное отображение давления, дрейф нуля и нестабильный выходной сигнал.
1. Что происходит с давлением в преобразователе?
При измерении давления в промышленных условиях это, по сути, означает приложение давления к компоненту, который может обнаружить изменение.
Расчетное соотношение для давления: P = F / A.
Давление = Приложенная сила ÷ Область применения. Другими словами, при одинаковой величине силы разные области применения приводят к разному давлению.
Датчики давления устанавливаются на трубах, резервуарах для хранения или оборудовании, а полученная механическая сила передается внутреннему давлению среды через технологический интерфейс.
Среди них внутри датчика давления есть ключевой компонент, называемый чувствительным элементом. Общие конструкции включают металлические диафрагмы, керамические диафрагмы, конструкции тензодатчиков и упругие измерительные элементы.
В качестве примера возьмем широко используемый датчик давления мембранного типа.
После того, как давление среды подействует на диафрагму, диафрагма подвергнется небольшому изгибу. Это изменение очень незначительное и его невозможно увидеть невооруженным глазом, но датчик может его обнаружить.
Когда давление увеличивается, диафрагма изменяется сильнее; при уменьшении давления диафрагма возвращается в исходное состояние.
Прибор определяет уровень давления на основе этого изменения.
II. Как передатчик воспринимает изменения?
Датчики давления разных производителей и разных моделей могут иметь разные внутренние принципы измерения.
Наиболее распространенными типами датчиков давления на объекте являются пьезорезистивные, емкостные и резонансные типы.
Пьезорезистивный датчик давления
Пьезорезистивный датчик давления измеряет давление, определяя изменение сопротивления, когда материал подвергается воздействию силы.
На диафрагму действует давление, вызывающее ее деформацию. Установленные внутри пьезорезистивные элементы подвергаются воздействию напряжений, значения их сопротивлений изменяются.
Электронная схема обнаруживает это изменение, а затем усиливает, компенсирует и преобразует его для вывода соответствующего сигнала давления.
Эта конструкция широко используется в гидравлических системах, измерениях давления в оборудовании и измерениях в промышленных трубопроводах.
Если во время обслуживания на месте возникает подозрение, что внутренний датчик датчика давления поврежден или пьезорезистивный чип неисправен, одной из причин, на которую следует обратить внимание, является неисправность пьезорезистивного чипа.
Емкостный датчик давления
Метод измерения емкостного датчика давления связан с изменением расстояния.
Внутри прибора имеется два электрода. При изменении давления измерительная диафрагма перемещается, в результате чего изменяется расстояние между электродами, соответственно изменяется и емкость.
Электронный модуль обнаруживает изменение емкости и преобразует его в выходное давление.
На нефтехимических, энергетических и химических заводах многие высокоточные устройства измерения давления и перепада давления используют эту конструкцию.
Резонансный датчик давления
Датчик резонансного давления измеряет давление путем изменения механического напряжения, вызванного давлением, и изменения собственной частоты чувствительного резонансного элемента, а затем изменение частоты считывается электронной схемой для расчета значения давления.
Этот тип приборов обычно используется в сценариях измерений с высокими требованиями к стабильности.
В-третьих, выдает ли датчик давления сигнал 4–20 мА?
На заводе датчик давления обычно подключается к РСУ, ПЛК или индикаторным приборам. Как мы часто видим, 0 МПа соответствует 4 мА; полная шкала соответствует 20 мА.
Почему бы не использовать 0–20 мА?
В основном это связано с использованием на месте.
Если нулевая точка также равна 0 мА, то после отключения цепи она также будет равна 0 мА, и системе будет сложно определить, равно ли давление нулю или в цепи возникла проблема.
После использования 4 мА в качестве нулевой точки, когда присутствует нормальное нулевое давление, в цепи все еще присутствует ток 4 мА; когда цепь отключена, ток упадет почти до 0 мА.
Система управления может использовать это изменение для определения отклонения от нормы.
Кроме того, на сигнал тока меньше влияет изменение сопротивления проводника, и при условии соответствия напряжению питания и требованиям к нагрузке схемы он пригоден для передачи на большие расстояния на промышленных объектах. Однако текущий сигнал также должен учитывать электромагнитные помехи, вопросы заземления, экранирования и прокладки линий.
В настоящее время многие интеллектуальные датчики давления также имеют связь HART, с помощью которой можно считывать параметры, проверять состояние и изменять настройки с помощью портативного контроллера.
В-четвёртых, разница между манометрическим давлением, абсолютным давлением и дифференциальным давлением.
При измерении давления мы часто видим избыточное давление, абсолютное давление и дифференциальное давление. Разница между ними заключается в выборе эталонного давления.
Манометрическое давление
Манометрическое давление – это то, что мы обычно называем «давлением» в полевых условиях.
Имеется в виду атмосферное давление. Например, манометр показывает 0,6 МПа, что указывает на то, что давление внутри оборудования на 0,6 МПа выше внешнего атмосферного давления.
Для измерения давления в трубопроводе и оборудовании в большинстве случаев используется манометрическое давление.
Абсолютное давление
Абсолютное давление относится к абсолютному вакууму.
Соотношение между ними: Абсолютное давление = Манометрическое давление + Местное атмосферное давление.
В некоторых сценариях расчета вакуумного оборудования и газа необходимо использовать абсолютное давление.
Дифференциальное давление
Дифференциальное давление измеряет разницу давлений между двумя положениями.
Формула расчета: ΔP = P1 – P2
Например, датчик перепада давления устанавливается до и после фильтра. Когда фильтр чистый, разница давлений между двумя сторонами невелика.
Если разница давлений между передней и задней частью фильтра увеличивается после того, как он проработал в течение определенного периода времени, система может на основе данных определить, что это связано с закупоркой фильтрующего элемента, вызывающей увеличение сопротивления фильтрации.
Расходомеры с диафрагмой также рассчитывают расход на основе принципа перепада давления.
V. Как проверить, показывает ли датчик давления неточные показания?
Если возникает проблема с измерением давления, это не обязательно означает, что преобразователь неисправен. При устранении неполадок на месте обычно нужно исходить из нескольких аспектов.
1. Проверьте положение отбора давления и подводящую трубку давления.
При измерении давления жидкости наличие воздуха в подводящей трубе давления может повлиять на передачу давления.
При измерении среды с примесями, если отверстие для отбора давления заблокировано, это приведет к тому, что показания давления будут ниже или не изменятся.
В ходе проверки необходимо подтвердить:
• Засорено ли отверстие для отбора давления;
• Нет ли скопления воздуха в подводящем трубопроводе;
• Правильно ли состояние клапана.
2. Проверьте влияние температуры
Высокотемпературные среды повлияют на внутреннюю структуру прибора. Тепло вызовет изменения характеристик чувствительных элементов, структуры и объема жидкости, которые напрямую влияют на преобразователь, что приводит к изменению нулевой точки.
Поэтому во многих ситуациях на объекте контейнеры для холодной конденсации, холодные изгибы или другие соответствующие меры по изоляции и охлаждению будут настроены на основе допустимой температуры процесса, метода установки и технологических требований прибора.
3. Проверьте колебания давления.
Часто наблюдаются колебания давления на выходе насоса, компрессора и возле клапана.
Когда давление меняется быстро, выходной сигнал преобразователя также подскакивает. Необходимо объединить процесс, чтобы определить, является ли причиной таких ситуаций фактическое изменение давления или воздействие на инструмент.
4. Проверьте настройку диапазона.
Некоторые датчики давления, устанавливаемые на объекте, имеют настройку слишком большого диапазона.
Например, если нормальное давление оборудования составляет всего 0,3 МПа, но установлен преобразователь с диапазоном от 0 до 10 МПа. Хотя прибор может выполнять измерения нормально, это повлияет на отображение в области низкого давления.
Поэтому выбор диапазона необходимо определять на основе фактического рабочего давления.
VI. Как выбрать датчик давления?
При выборе, помимо диапазона давления, необходимо также подтвердить:
Диапазон измерения
Учитывайте различные давления прибора при нормальной работе, условиях запуска и ненормальных условиях работы.
Точность
Обратитесь к показателям точности и методам расчета, предоставленным производителем.
Возможность перенапряжения
Подтвердите максимальный удар давления, который может выдержать прибор.
Контактный материал
Обязательно заранее проверьте, совместима ли диафрагма с материалом контакта, особенно с агрессивными средами.
Среда установки
Заранее убедитесь, что прибор пригоден для использования во взрывобезопасных зонах, зонах с высокими температурами и влажными зонами.
VII. Краткое содержание
Датчик давления установлен на объекте, но на экране РСУ отображается только одно значение давления, что включает в себя ряд процессов.
Давление в трубопроводе воздействует на диафрагму, диафрагма претерпевает изменения, датчик фиксирует изменения, электронный модуль преобразует сигнал, 4-20 мА отправляется в систему управления и, наконец, отображается как значение давления.
Поэтому, когда возникает проблема с датчиком давления, не следует зацикливаться только на самом приборе.
Точка отбора давления, подводящая труба, способ установки, настройки параметров, сигнальные линии — все это относится к системе измерения давления.
Овладение датчиком давления – это не просто запоминание нескольких принципов; Более важно знать, с чего начать устранение неполадок, если проблемы возникают на месте.
Небольшой датчик давления обеспечивает передачу информации между оборудованием на объекте и системой управления. Понимание его рабочего процесса значительно упростит последующую установку, обслуживание и устранение неисправностей.
—Извлечено из рецензируемого общедоступного аккаунта.
Yuyao Huangong automation instruments factory
