7. Классификация датчиков давления и расхода газов и жидкостей по принципу действия и области применения.

Средства измерения давления жидкостей и газов делятся на следующие группы: манометры и датчики давления. Манометрыприменяются для прямого измерения давления жидкой или газообразной среды с отображением его значения непосредственно на шкале, табло или индикаторе первичного измерительного прибора. Если отображение значения давления на самом первичном приборе не производится, но он позволяет получать и дистанционно передавать соответствующий измеряемому параметру сигнал, то такой прибор называютизмерительным преобразователем давления (ИПД), илидатчиком давления. Возможно объединение этих двух свойств в одном приборе (манометр-датчик).

По способу обработки и отображения измеряемого давления ИПД подразделяют на первичные (формируют для дистанционной передачи выходной сигнал, соответствующий измеряемому давлению) ивторичные (получают сигнал от первичных преобразователей, обрабатывают его, накапливают, отображают и передают на более высокий уровень системы управления).

По принципу действия первичные ИПД подразделяют, прежде всего, на деформационные иэлектрические преобразователи.

В деформационных преобразователях деформационные перемещения чувствительного элемента (мембраны, сильфона, трубки Бурдона) трансформируются с помощью дополнительных промежуточных механизмов и электромеханических преобразователей (например, потенциометрического или оптоэлектронного) в электрический сигнал.

В электрических преобразователях измеряемое давление, оказывая воздействия на чувствительный элемент, изменяет его собственные электрические параметры: сопротивление, ёмкость или заряд, которые становятся мерой этого давления.

Подавляющее большинство современных общепромышленных измерительных преобразователей давления реализованы на основе следующих принципов действия:

• ёмкостные – используют чувствительный элемент в виде конденсатора с переменным зазором: смешение или прогиб под действием прилагаемого давления подвижного электрода - мембраны относительно неподвижного изменяет ёмкость данного устройства;

• пьезоэлектрические – основаны на зависимости поляризованного заряда или резонансной частоты пьезокристаллов (кварца, турмалина и других) от давления;

• тензорезисторные – используют зависимость активного сопротивления проводника или полупроводника от степени его деформации.

В последние годы получили развитие и другие принципы создания измерительных преобразователей давления: волоконно-оптические, гальваномагнитные, объемного сжатия, акустические, диффузионные и т.д.

На сегодняшний день самыми популярными в нашей стране являются тензорезисторные измерительные преобразователи давления.

По выходному сигналу датчики давления подразделяются нааналоговые ицифровые.

Основной парк действующих измерительных преобразователей давления относится к аналоговымс унифицированным токовым сигналом 0...5, 0...20 или 4...20 мА.

В последнее десятилетие наметился переход к ИПД с цифровым выходом. Широкое распространение получил цифровой протоколHART. Этот открытый стандартный гибридный протокол двунаправленной связи предусматривает передачу цифровой информации поверх стандартного аналогового сигнала 4-20 мА.

Расход - это количество вещества, протекающее через данное сечение канала в единицу времени. Количество вещества может быть выражено в единицах массы (кг, г)или в единицах объема (м ). Соответственно различают: массовый расходSг/с и объемный расход,Qм³/с.

Приборы для измерения расхода называются расходомерами,а для определения количества вещества -счетчиками.Иногда применяетсярасходомер со счетчикомдля одновременного измерения расхода и количества вещества.

Приборы для измерения расхода и количества можно разделить на следующие группы: переменного перепада давления, постоянного перепада давления, индукционные, ультразвуковые, счетчики скоростные, объемные и массовые. Приборы для измерения расхода методом переменного перепада давления.

Приборы этого типа преобразуют разность давлений среды, протекающей через установленное в трубопроводе сужающее устройство, в показания расхода.

Поток жидкости, протекающий в трубопроводе, непрерывен и количество ее в любом сечении постоянно. Поэтому, если в трубопроводе установить диафрагмы, проходной диаметр которой меньше диаметра трубопровода, то скорость потока в этом месте возрастет. При этом происходит частичный переход потенциальной энергии давления в кинематическую энергию скорости, вследствие чего статическое давление в суженном сечении будет меньше давления перед местом сужения.

Расходомеры постоянного перепада или расходомеры обтекания применяют для измерения малых расходов жидкостей и газа. Действие их основано на измерении положения поплавка или поршня в потоке при постоянном перепаде давления.

Одним из самых распространенных расходомеров постоянного перепада являетсяротаметр. В стеклянную конусную трубку, закрепленную вертикально в головках корпуса, помещен поплавок. Поток измеряемой жидкости движется снизу вверх и поднимает поплавок, который за счет косых прорезей в верхней части поворачивается, обеспечивая центрирование в трубе. Подъемная сила создается перепадом давления жидкости между нижней и верхней кромками поплавка и зависит от скорости потока и величины кольцевого зазора между ним и стенками. При подъеме поплавка в конусной трубке кольцевой зазор увеличивается, перепад давления уменьшается, и поплавок останавливается на уровне, соответствующем определенному расходу жидкости или газа. В индукционных расходомерах используется электромагнитный метод, который позволяет проводить измерения расхода в тех случаях, когда другие методы не пригодны. Так жидкие корма представляют собой вязкую, многокомпонентную абразивную жидкость, расход которой, как и навозных стоков, нельзя измерить с помощью диафрагмы или ротаметров.

Индукционные расходомеры не имеют в измерительном канале каких-либо сужений и движущихся частей, измерение расхода можно проводить независимо от наличия в потоке механических примесей, при любой вязкости и плотности жидкости независимо от характера потока Принцип действия индукционных расходомеров основан на законе электромагнитной индукции, согласно которому наведенная в проводнике электродвижущая сила пропорциональна скоростиVперемещения его в магнитном поле:E=BLV. Магнитное поле с индукциейBпри этом создается электромагнитом , а роль проводника, движущегося в магнитном поле, выполняет часть измеряемой электропроводной жидкости в отрезке немагнитной трубы 2. Наведенная в жидкости эдсЕпропорциональна скорости потокаVи может являться мерой расхода жидкости, Она снимается двумя электродами и подается на усилитель 3.