Публикация пресс-релизов Поиск по компании
Решения, технологии, стандарты Рынок, отрасль, люди Основы
Отменить подписку Подписка
Производители Системные интеграторы Дистрибьюторы
Продукты месяца Поиск по категории Добавить продукт
Добавить мероприятие
Добавить вакансию Специалисты по АСУ ТП, КИП Специалисты по электротехнике, энергетике Главные инженеры, технологи, электрики Менеджеры по продажам, консультанты, другое
Технические требования Публикация статей Публикация пресс-релизов Media Kit 2014
Перейти:  
 


 

Основы АСУ ТП и КИП - в статьях Ua.Automation.com

Как выбрать преобразователь давления


Мелани Кавальери, Setra Systems, для Automation.com

Технологически совершенные преобразователи давления сегодняшнего дня достигли точности, надежности и прочности, ранее невиданной. Они идеально подходят для долгосрочного использования даже в жестких условиях с экстремальными  температурой, влажностью, уровнем вибрации и т.д. Промышленные преобразователи давления используются в самых различных сценариях: для измерения давления фторуглеродных хладагентов в промышленных системах охлаждения, давления горячей и охлажденной воды в системах охлаждения, давления в гидравлических системах вилочных автопогрузчиков, давления в тормозных системах локомотивов, давления всасывания и на выходе компрессоров и насосов, давления воды в баках пожарных машин и т.д. и т.п.

В общем и целом, преобразователь давления может использоваться везде, где есть труба или камера. Его функцией является определение и преобразование силы давления в пропорциональный электрический сигнал на выходе, который затем передается в систему управления или мониторинга. Эти датчики следят за эффективностью и производительностью систем, помогая оптимизировать производственные процессы. Отсюда очевидно, что выбор и установка правильного преобразователя для новой или существующей АСУ ТП – очень важное решение. Неверный выбор, скорее всего, приведет к серьезным проблемам.

Есть пять основных моментов, которые нужно учитывать при выборе преобразователя давления

Давление

Первый, и самый главный момент – собственно давление. При выборе преобразователя необходимо ответить для себя на ряд вопросов, касающихся давления. Каков диапазон измеряемого давления? С каким максимальным давлением может столкнуться преобразователь? Какое превышение максимально допустимого  уровня давления может произойти в системе? После того, как Вы ответите на все эти вопросы, надо обратиться к техническим данным преобразователя, возможность приобретения которого изучается, и проверить следующее: какое у него допустимое максимальное значение (максимальное давление, при котором эксплуатационные параметры устройства не выйдут за границы спецификации)? Наконец, каково давление разрыва (давление, разрушающее диафрагму, или корпус преобразователя, и приводящее к протеканию)? Ответы на эти вопросы легко найти в документации, однако серьезный производитель всегда будет рад предоставить квалифицированный персонал, с которым вы сможете обсудить свои требования к преобразователю давления в более подробных деталях.

Среда

Все части преобразователя, вступающие в контакт со средой, в которой измеряется давление, должны быть с ней совместимы. Это может быть моторное масло, тормозная жидкость, хладагенты, гидравлические жидкости, морская вода, сточная вода, кислород, сжатый воздух, азот – список очень длинный. Особо внимание нужно при выборе датчика для агрессивных сред, таких как аммиак, ионизированная вода, соленая вода, водород, кислоты, реактивное топливо. Также нужно убедиться в том, что диафрагмы, фитинги и швы также совместимы со средой. Практически вся эта информация может быть найдена в официальных документах, размещенных онлайн, но, опять же, лучшим вариантом будет помощь консультанта производителя.

Температура

Необходимо учитывать температуру, как рабочей среды, так и окружающей. Преобразователи, как правило, имеют широкий диапазон и той и другой. Даже если в системе измерения предполагается работа с высокими температурами, заказчик может начать диалог с производителем и совместно найти решение задачи кажущейся сложной или неразрешимой в принципе. Например, в вашей АСУ ТП нужно измерять давление пара температурой 150°С, а рассматриваемый Вами преобразователь может работать в температурном диапазоне до 65°С. В данном случае задача может быть решена с помощью отвода от паропровода, ведущего к преобразователю, с радиатором, рассеивающим тепло в атмосферу.

Окружающая среда

Окружающую среду, в которой будет работать преобразователь, необходимо тщательно изучать. При этом нужно оценить  не только температуру и влажность, но, также, и требуемый уровень защиты оболочки. Иногда уровень защиты не указывается в спецификациях, и заказчикам приходится проводить специализированные тесты для критических компонентов, таких как преобразователи давления. Хотя, данную информацию, все же, лучше получить от производителя, и в официальном порядке.

Следует учитывать уровень ударной нагрузки и вибрации, которым может быть подвергнут преобразователь, особенно в жестких условиях эксплуатации, таких, как в железнодорожных локомотивах или пожарных машинах. Если место для установки ограничено, обратите внимание на размеры устройства. Также необходимо учитывать его расположение и ориентацию. Обратитесь к производителям - они, уже, вполне возможно, сталкивались с требованиями, подобными вашим, и смогут дать ценные рекомендации.

Точность

Точность преобразователя – комплексный показатель, складывающийся из его линейности (степени приближения кривой показаний к прямой линии, рис. 1); гистерезиса (способности преобразователя генерировать одинаковый выходной сигнал, когда давление последовательно понижается и повышается на одну и ту же величину, рис. 2); повторяемости (способности преобразователя генерировать одинаковый выходной сигнал при последовательных измерениях одного и того же уровня давления, рис. 3). Точность преобразователя указывается в спецификациях. Самый распространенный уровень точности +/-0,25% полной шкалы. Если требуется большая точность – доступны модели с точностью +/-0,10% полной шкалы.

Рис. 1. Линейность

Рис. 2. Гистерезис

Рис. 3. Повторяемость

Помимо условий использования и технических параметров, большое значение имеют и другие факторы, такие как конструкция, механическая прочность и т.д.

Конструкция

Лучше всего остановить свой выбор на преобразователе давления с цельносварной конструкцией – она придает ему большую прочность. Также нужно учитывать прочность соединителей, приваренных к корпусу преобразователя. Убедитесь в том, что производитель предлагает достаточный выбор фитингов, особенно стандартных размеров, таких как 1/4”, 1/8” и т.д.

В отрасли существует множество стандартов электрических соединителей. Поскольку парные соединители обычно не поставляются с преобразователями, позаботьтесь о том, чтобы заказать их в исполнении с соединителями, совпадающими с теми, что уже используются вашими полевыми устройствами. В зависимости от уровня электромагнитных помех окружающего оборудования, могут потребоваться экранированные соединители.

Некоторые из преобразователей надо защищать от влажности, чтобы предотвратить коррозию вокруг контактов соединителя, в то время, как преобразователи с более прочной конструкцией могут подвергаться воздействию влаги.

Если преобразователь придется использовать в среде с жесткими условиями, выберите модель с необходимой степенью защиты оболочки (IP, от англ. Ingress Protection). К примеру, преобразователь со степенью защиты IP65 обеспечивает полную защиту от проникновения пыли и от струй воды. Преобразователь со степенью защиты оболочки IP67 защищен от пыли и временного погружения под воду. Защита IP69K – для высоких давлений и температур. Если есть риск протекания, кабели внутри обязательно должны быть герметизированы.

Если преобразователь будет размещен вне помещения – может потребоваться соответствие дополнительным требованиям. Например, может быть необходима способность возвращаться к нормальной работе после циклов замерзания/оттаивания. Кроме того, может потребоваться более эффективная защита от электромагнитных помех – к примеру, большой генератор поблизости может наводить помехи и заставлять преобразователь давать неверные показания.

Конструкция должна быть устойчива к сильным вибрациям и ударам. Количество паяных соединений должно быть минимальным. Они ведут к риску разрыва в некоторых условиях (таких как сильная вибрация). Соединений, паяных вручную, нужно избегать тем более, так как сложно гарантировать их качество, и сложно выявить некачественные соединения до начала эксплуатации. Ищите модель доступную в различных исполнениях и с максимально большим выбором типов выходных сигналов.

В спецификациях преобразователя должна быть указана усталостная долговечность. Она должна быть равна примерно 100,000,000 циклам. Также обратите внимание на стабильность устройства в долгосрочной перспективе – преобразователь должен сохранять свои характеристики на уровне лучшем, чем ±0.1% полной шкалы/год.

Избегайте датчиков, заполненных маслом, поскольку это дополнительное вещество с другим термическим коэффициентом, что может повышать нестабильность датчика. По мере нагревания или охлаждения масла, его характеристики по сравнению с диафрагмой изменяются. Нагревающееся масло расширяется, оказывает давление на чувствительную диафрагму и это искажает показания. При прорыве диафрагмы, среда окажется загрязненной маслом. Керамические технологии нельзя использовать для преобразователей, предназначенных для высоких давлений. Их линейность очень хороша, однако, керамика хрупка, и давление прорыва ниже, чем у других типов датчиков.

Пленочные тензодатчики

Сегодня, пленочные тензодатчики, наносимые методом напыления, считаются одной из новейших технологий, применяемых в промышленных отраслях. Пленочные тензодатчики используют хорошо себя зарекомендовавший принцип «моста Витстона» (Wheatstone bridge principle). Тонкий слой тензочувствительного материала наносится методом напыления на диафрагму, сделанную, к примеру, из нержавеющей стали марки 17-4 PH, затем вытравливается проводящая схема. Технология напыления позволяет создавать простые, компактные и высокоточные тензодатчики, расположенные на задней части чувствительной диафрагмы, которая находится в прямом контакте со средой.

Этот метод практически исключает дрейф, а также повышает чувствительность преобразователя. Технология отличается высокой температурной стабильностью. Поскольку электрическая схема вытравливается, не нужны ни клей, ни эпоксидная смола – которые могут разрушиться и сделать измерения неточными.

На практике тензодатчик встраивается в гибкую круглую диафрагму, соединенную с мостом Витстона для измерения меняющегося давления. Когда давление применяется к диафрагме, она смещается, оказывая на тензодатчик воздействие, пропорциональное давлению. Он генерирует линейный и пропорциональный выходной сигнал, как правило, 4-20 мA. Кроме того, эта конструкция обеспечивает линейную температурную компенсацию. Это важно, так как сильные перепады температуры могут негативно влиять на выходной сигнал преобразователя. Это парируется электронной коррекцией выходного сигнала. Наконец, данная конструкция отличается более короткими соединениями на всем пути между диафрагмой и вплоть до коннекторов. Благодаря этому уменьшается уровень вибраций.

Об авторе:

Мелани Кавальери (Melanie Cavaieri) - менеджер продуктов для промышленности в компании Setra Systems, Inc., Она отвечает за разработку новых продуктов для промышленного,  медицинского рынков, а также охлаждающего оборудования. Мелани получила степень бакалавра в области механики в Purdue University.