давлению на уровне океана);
-датчики абсолютного давления, которые измеряют давление по отношению к вакууму;
-датчики дифференциального давления (иначе, датчики перепада давления), которые измеряют разницу между двумя прикладываемыми к ним давлений.
В большинстве датчиков их чувствительные элементы защищаются от измеряемой среды специальными разделителями, состоящими из разделительной мембраны, контактирующей с измеряемой средой, и масляным или иным инертным заполнителем, через который давление измеряемой среды передается от разделительной мембраны до самого чувствительного элемента.
Указанные разделители могут быть дистанционного типа, у таких дистанционных разделительных трубок расстояние между разделительной мембраной и чувствительным элементом может достигать метра и более.
Ряд датчиков имеют встроенные в них термометры. По их показаниям микропроцессоры датчиков проводят коррекцию измеренного давления (компенсацию температурной погрешности), а в датчиках дифференциального давления иногда проводится коррекция еще и по статическому давлению среды. Эти корректирующие вычисления приводят к повышению точности работы датчиков.
Принципы измерения давления
Резистивные измерители давления.
Давление, приложенное к мембране и создающее ее прогиб, передается на резистивный элемент (пьезо- или тензорезистивный), включенный в мостик Уитстона. Изменение сопротивления этого элемента, пропорциональное приложенному на мембрану давлению, преобразуется в датчике в соответствующий электрический выходной сигнал. Если к другой (опорной) стороне сенсора приложено атмосферное давление, то датчик измеряет избыточное давление; если опорная сторона сенсора герметизирована и в ней вакуум, то датчик измеряет абсолютное давление; если к опорной стороне приложено другое измеряемое давление среды, то датчик измеряет дифференциальное давление (перепад давления).
Емкостные измерители давления.
Мембрана чувствительного элемента является одной из пластин конденсатора. Приложенное к мембране давление прогибает ее, что изменяет емкость между ней и второй пластиной конденсатора. Емкость преобразуется в датчике в соответствующий
электрический выходной сигнал, пропорциональный приложенному давлению.
Резонансные измерители давления.
Чувствительным элементом являются два монокристаллических резонатора. Под действием цепи возбуждения резонаторы колеблются с определенной частотой, которая детектируется вычислителем. Давления с одной и другой стороны датчика через разделительные мембраны прикладываются к соответствующим резонаторам, получающаяся деформация которых вызывает изменения их частот колебаний. Вычисляемая разность частот двух резонаторов пропорциональна разности давлений, приложенных к датчику.
Датчики уровня разных производителей
Рассматриваются датчики уровня жидкости, шлама, пульпы, сыпучих и кусковых материалов в резервуарах, емкостях, силосах.
Принципы измерения уровня
Датчики избыточного давления - измерители уровня.
Сравнительно простым способом измерения уровня жидкости в емкости является установка у дна емкости датчика избыточного давления, который измеряет давление действующего на него столба жидкости. Микропроцессор датчика по известному удельному весу жидкости пересчитывает измеренное избыточное давление в уровень жидкости в емкости.
Поплавковые уровнемеры
Достаточно простым и давно используемым методом измерения уровня жидкостей в резервуарах является опускание на тросе в жидкость буя (поплавка) и замер длины троса, при котором буй входит в жидкость. При изменении уровня жидкости изменяется сила натяжения троса, которая является сигналом для автоматического поиска датчиком нового положения и новой фиксации буя.
Волновые бесконтактные уровнемеры. (радарные и ультразвуковые)
Принцип действия волновых уровнемеров – измерение времени прохождения сигнала от поверхности продукта до уровнемера. Сам уровнемер, в котором находятся излучатель и приемник сигнала (антенна), размещается над поверхностью продукта. В качестве сигнала используются либо импульсы, либо частотно модулированная непрерывная волна. В первом случае, уровнемер определяет интервал времени от момента испускания импульса до его возвращения после отражения от поверхности продукта. Во втором случае, частотно модулированная непрерывная волна при распространении к поверхности продукта и обратно к антенне смешивается с сигналом, излучаемым в каждый данный момент; в результате этого смешения получается разностный сигнал низкой частоты, которая пропорциональна расстоянию от уровнемера до поверхности продукта.
Волновые контактные уровнемеры.
Находящийся над поверхностью продукта датчик испускает короткие волны импульсами, которые двумя проводниками, проходящими через всю высоту резервуара, направляются вдоль них. Сами проводники могут быть реализованы в виде коаксиальной трубки, в виде стержней, в виде гибких тросов. Столкновение проходящих вдоль проводников волн с поверхностью продукта или со дном емкости вызывает образование обратной волны, время возвращения которой замеряется датчиком. Метод по разному реализуется в зависимости от относительной диэлектрической проницаемости продукта.
Для продукта с относительной диэлектрической проницаемостью > =2 измеряется отражение прямо от поверхности продукта. Если продукт имеет две разделенные по высоте резервуара фазы, отличающиеся между собою относительной диэлектрической проницаемостью больше, чем на 10, то возможно измерение не только уровня всего продукта, но и уровня раздела его фаз. Для этого используется еще и измерение времени возвращения остаточной волны, добавочно отраженной от раздела фаз.
Для продукта с низкой относительной диэлектрической проницаемостью < 2, при которой отраженный от поверхности продукта сигнал не достаточно четко выражен, применяется другая разновидность метода. Проводники закорачиваются точно на дне емкости и волна, идущая вдоль них, отражается от дна и фиксируется датчиком. Время прохождения волны до дна и обратно определяется скоростью волны на воздухе и в продукте; последняя, в свою очередь, зависит от диэлектрической проницаемости продукта и его высоты в резервуаре. Если в программу расчета датчика введено значение диэлектрической проницаемости продукта, то однозначно определяется уровень продукта в резервуаре.
При другом варианте, сенсор опускается до дна резервуара. Он испускает импульсы, которые проходят через заполняющий емкость материал и отражаются на границе материала и воздушной среды. Сенсором замеряется время от запуска импульса до прихода отраженного сигнала. Оно зависит от диэлектрической проницаемости материала (которая известна) и его уровня.
Емкостные уровнемеры.
Чувствительным элементом уровнемера является длинный зонд, проходящий по всей высоте емкости, в которой находится продукт. Зонд, покрытый специальным составом, представляет собою длинную линию, у которой активная и реактивная составляющие полного сопротивления равны между собой. Датчик формирует токи определенной частоты через зонд и измеряет емкость и проводимость чувствительного элемента. Полученные их значения позволяют рассчитать чистую емкость продукта, которая зависит от той части зонта, которая покрыта продуктом, т. е. от его уровня.
Магнитострикционные уровнемеры.
Чувствительным элементом уровнемера является волновод, выполненный в виде пустотелой трубки, проходящей по всей высоте емкости, в которой находится продукт. На трубке смонтирован поплавок с магнитами, который всегда фиксирует уровень продукта. Датчик генерирует низковольтный импульс, который проходя по волноводу создает электромагнитное поле. Это поле взаимодействует с магнитным полем магнитов поплавка и в этом месте создает упругую деформацию волновода. В месте этой деформации возникает ответный импульс. Интервал времени от посылки импульса до приема ответного импульса датчиком пропорционален расстоянию от датчика до поверхности продукта.
Датчики объемного расхода.
Из всех классов общепромышленных датчиков наибольшее разнообразие типов, используемых методов измерения, свойств и характеристик имеют датчики расхода газа (в том числе пара) и жидкости, что заставляет потенциальных покупателей особенно тщательно относиться к их выбору. Эти обстоятельства обусловили особое внимание, уделяемое этому классу датчиков в данном обзоре.
Расходомеры по перепаду давления и их характеристики.
Измерение расхода по перепаду давления на каком либо сужении трубопровода (обычно в качестве сужения используется диафрагма, или сопло, или труба Вентури, или трубка Пито и т. д.) является обычным, до сих пор часто используемым на практике методом измерения расходов газов и жидкостей. В этом методе для измерения расхода газа используется три сенсора: сенсор перепада давления на установленном сужении в трубе, сенсор статического давления газа в месте замера, сенсор температуры газа в месте замера; а для измерения расхода жидкости используется два сенсора: сенсор перепада давления на установленном сужении в тоубе, сенсор температуры жидкости в месте замера. По полученным от этих сенсоров текущих значений выходов преобразователь датчика по известной типовой формуле рассчитывает искомый расход. Следует отметить, что применение приборов, использующих данный, наиболее привычный для практиков метод измерения, имеет ряд недостатков по сравнению с некоторыми другими классами приборов расхода, базирующихся на других принципах определения расхода. Сужение требуется устанавливать на достаточно длинном прямолинейном участке трубопровода, чтобы в месте измерения не было никаких турбулентных завихрений; энергетически эксплуатация сужения трубы, при наиболее распространенном типе сужения - диафрагме, приводит к существенным дополнительным затратам, т. к. на диафрагме происходит постоянная, значимая потеря давления; точность измерения расхода существенно зависит от постоянства размеров сужения: должны быть исключены его истирание, налипание на нем каких-либо веществ, задержка им посторонних включений, которые могут находиться в измеряемой среде.