Датчик перепада давления может быть использован также в качестве датчика давления или датчика разряжения в зависимости от схемы подключения к процессу. Например, если плюсовую камеру датчика перепада соединить с трубопроводом с разряженной атмосферой, а вторую (минусовую) камеру датчика оставить незадействованной, т.е. сообщить с атмосферным давлением, то датчик перепада будет работать как датчик разряжения. И показывать разряжение со знаком минус. Если же плюсовую камеру датчика соединить с трубопроводом с избыточной атмосферой, а вторую (минусовую) камеру датчика оставить незадействованной, то датчик перепада будет работать как датчик давления. И показывать давление со знаком плюс.

Если минусовую камеру датчика соединить с трубопроводом с разряженной атмосферой, а вторую (плюсовую) камеру датчика оставить незадействованной, то датчик перепада будет работать как датчик разряжения, но показания будут со знаком плюс вместо минуса. Если минусовую камеру датчика соединить с трубопроводом с избыточной атмосферой, а вторую (плюсовую) камеру датчика оставить незадействованной, то датчик перепада будет работать как датчик давления, но показания будут со знаком минус вместо плюса.

Довольно широко применяются механические датчики дифференциального давления (перепада давления) для контроля степени загрязнения фильтров систем вентиляции, водоподготовки, газоснабжения и др. Конструкция механических датчиков перепада схожа с конструкцией реле давления. Внешний вид датчика дифференциального давления представлен на рисунке 5.4. Единственное отличие заключается в том, что на упругодеформируемую диафрагму измеряемое давление прикладывается не с одной, а с обеих сторон.

Рисунок 5.4 - Внешний вид датчика дифференциального давления

Замкнувшийся контакт датчика перепада либо включает сигнализирующую лампу "Засорение фильтра", либо запускает схему автоматической очистки (промывки) фильтра. Нахождение стрелки датчика перепада в "красной" зоне (для датчиков перепада без выходной контактной группы) сигнализирует обслуживающему установку персоналу о необходимости проведения технического обслуживания фильтра - его очистке. Технические характеристики анализируемых датчиков представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Технические характеристики анализируемых датчиков

Датчик давления серии DMD 331-A-S

Назначение. Датчик давления серии DMD 331-A-S (в дальнейшем датчик), предназначен для непрерывного преобразования измеряемой величины - абсолютного, избыточного давления, разрежения или разности давлений жидких и газообразных (в том числе газообразного кислорода и кислородсодержащих газовых смесей) сред (в том числе агрессивных) в унифицированный токовый выходной сигнал 4-20 мА и цифровой сигнал на базе HART-протокола. Цифровой сигнал может приниматься любым устройством, поддерживающим HART-протокол. Для связи с датчиком и настройки его параметров может использоваться ручной HART-коммуникатор или HART-модем. Датчик может быть оснащён многострочным жидкокристаллическим дисплеем[2].

Датчик предназначен для использования в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности. Датчик может быть оснащён выносными мембранами для работы с высокотемпературными и/или агрессивными средами. Разделитель заполняется силиконовым маслом. Для работы с кислородом (и иными сильными окислителями) разделитель заполняется галокарбоном. Варианты материала мембраны разделителя - сталь нержавеющая различных марок, тантал, специальные сплавы: Hastelloy, Monel.

Характеристики датчика :

- диапазоны давления: до 250 бар, разрежение, дифференциальное;

- основная погрешность: 0,075 / 0,04 % ДИ;

- выходной сигнал: 4…20 мА (опция: 0…20 мА), HART-протокол;

- сенсор емкостной;

- диапазон температур измеряемой среды: -40…+100°C;

- класс защиты: IP 68;

- механическое присоединение: Ѕ"-14 NPT, ј"-18 NPT;

- электрическое присоединение: M20x1.5, Ѕ"-14 NPT, Pg 13.5.

Устройство и работа. Датчик состоит из сенсора, фланцев, электронного преобразователя и ЖК дисплея, конструктивно объединенных в алюминиевом или стальном корпусе.

В датчике используется емкостной сенсор (рисунок 5.5).

Ad - отклонение мембраны сенсора по воздействием разности давлений АР = Р1 - Р2.

Емкость конденсатора рассчитывается по формуле:

(5.4)

где S - площадь обкладки конденсатора,

d - расстояние между обкладками, s - диэлектрическая проницаемость.

Рисунок 5.5 - Принцип действия емкостного сенсора

Р1 и Р2 - давление в плюсовой (H) и минусовой (L) камерах; CH - емкость между неподвижной стенкой со стороны Р1 и мембраной; CL - емкость между неподвижной стенкой со стороны Р2 и мембраной; d - расстояние между неподвижными стенками

Таким образом, емкость CH и CL равняется:

(5.5)

(5.6)

Блок-схема аппаратной части датчика представлена на рисунке 5.6.

Осуществляет управление датчиком, линеаризацию выходного сигнала, термокомпенсацию сенсора. Данные хранятся во внешней памяти. Процессор имеет как энергозависимую память для хранения временных данных, так и энергонезависимую для хранения таких данных как калибровка, конфигурация датчика, его идентификационные данные.

Рисунок 5.6- Блок-схема аппаратной части датчика

ЦАП формирует аналоговый выходной сигнал с разрешением 14 бит. Осциллятор генерирует частоту, как функцию емкости сенсора. Локальная настройка позволяет локально настраивать датчик при помощи двух магнитноактивируемых переключателей.

Встроенный дисплей (опция) позволяет отображать одну или две (например, измеряемое давление и выходной ток) величины. При выборе двух величин каждая из них отображается с интервалом в 3 секунды. Помимо числовых значений величин, дисплей отображает их единицы измерения, а также режимы работы датчика и системные сообщения. Жидкокристаллический дисплей включает в себя 4-значное цифровое поле и 5-значное буквенно-цифровое.

Датчик давления Fisher Rosemount

Датчик давления Fisher Rosemount модель 3051(рисунок 5.7) с обменом данными по HART - протоколу[3].

Датчик модели 3051С предназначен для измерений дифференциального давления (ДД), избыточного давления (ИД) и абсолютного давления (АД). В датчиках модели 3051 С использована технология емкостных сенсоров компании Rosemount Inc. для измерения ДД и ИД. В моделях 3051 Т для измерения АД использована технология пьезорезистивных сенсоров.

Рисунок 5.7 - Внешний вид датчика Rosemount 3051 CD

Модель 3051 CD - датчик перепада давления, измеряет перепад давления от 0,02 до 13800 кПА.

Модель 3051Т - штуцерная конструкция сенсорного модуля с использованием усовершенствованного пьезорезистивного сенсора для измерений избыточного и абсолютного давлений с верхними пределами измерений от 2,07 до 68950 кПа.

Блок-схема модели 3051 СD представлена на рисунке 5.8.

Принцип действия: измеряемое давление через разделительную мембрану и заполняющую жидкость подается на сенсорную мембрану. В датчиках избыточного давления и разности давлений при изменении положения сенсорной мембраны изменяется емкость между мембраной и пластинами конденсатора пропорционально измеряемому давлению. В датчиках абсолютного давления прогиб мембраны вызывает изменение сопротивления мостовой схемы пропорционально приложенному давлению. Изменение емкости или сопротивления преобразуется в сенсорном модуле в цифровой сигнал для последующей обработки в электронном модуле, который корректирует, линеаризует измеряемый сигнал, а затем преобразует в соответствующий выходной сигнал датчика давления. Датчики избыточного давления и разности давлений имеют емкостный сенсор высокой точности. Пластины сенсора расположены с разных сторон сенсорной мембраны и определяют ее смещение.

Емкостная ячейка заварена с помощью лазера. Со стороны низкого давления в датчиках избыточного давления прикладывается атмосферное давление. В датчиках абсолютного давления сенсор изготовлен из поликристаллического кремния и состоит из мостовой схемы, в которой кремниевые сопротивления нанесены на кремниевую подложку. Прогиб кремниевой подложки вызывает изменение сопротивления мостовой схемы. Кремниевый сенсор помещен в капсулу и заварен с помощью лазера. Сенсорные элементы изолированы механически, электрически и термически от измеряемой и окружающей среды.

Механическая и тепловая изоляция достигается удалением сенсора от технологического фланца внутрь корпуса электроники и исключает тепловой контакт с процессом.

Дополнительный ЖКИ вставляется в электронную плату и выводит цифровые значения сигнала в технических единицах или процентах от шкалы. Данные хранятся в энергонезависимой памяти электронного модуля датчика и сохраняются при отключенном питании, так что датчик готов к работе сразу после подсоединения питания. Переменные процесса хранятся в цифровом виде, удобном для проведения точной коррекции и преобразования технических единиц. Скорректированные данные преобразуются затем в выходной ток 4...20 мА с наложением сигнала HART-протокола. Для этого используется промышленный стандарт Bell 202 с частотной манипуляцией. Связь на расстоянии осуществляется наложением высокочастотного сигнала на выходной сигнал 4...20 мА.

Рисунок 5.8 - Блок-схема модели 3051 СD

Основными компонентами модели 3051 являются сенсорный модуль, представленный на рисунке 5.9, и блок электроники. В сенсорный модуль входят сенсорная система, заполненная маслом (разделительная мембрана, система заполнения маслом и сенсор) и электронная часть. Электроника сенсора устанавливается внутри сенсорного модуля и включает в себя температурный сенсор (температурный преобразователь сопротивления), модуль памяти и преобразователь емкостного сигнала в цифровой (С/D преобразователь).

Рисунок 5.9 - Конструкция емкостного сенсора

Рисунок 5.10 - Конструкция датчика Rosemount 3051 СD

Датчик давления Метран-150

Интеллектуальные датчики давления серии Метран-150, внешний вид представлен на рисунке 6.12, предназначены для непрерывного преобразования в унифицированный токовый выходной сигнал и/или цифровой сигнал в стандарте протокола HART входных измеряемых величин:

- гидростатического давления (уровня).

Рисунок 5.11 - Внешний вид датчика Метран-150

Управление параметрами датчика:

- с помощью HART-коммуникатора;

- удаленно с помощью программы HART-Master, HART-модема и компьютера или программных средств АСУТП;

- с помощью клавиатуры и ЖКИ или с помощью AMS.

Улучшенный дизайн и компактная конструкция. Поворотный электронный блок и ЖКИ. Высокая перегрузочная способность. Защита от переходных процессов. Внешняя кнопка установки "нуля" и диапазона. Непрерывная самодиагностика[4].

- измеряемые среды: жидкости, в т.ч. нефтепродукты; пар, газ, газовые смеси;

- диапазоны измеряемых давлений: минимальный 0-0,025 кПа; максимальный 0-68 МПа;

- выходные сигналы: 4-20 мА с HART-протоколом; 0-5 мА;

- основная приведенная погрешность до ±0,075%; опция до ±0,2%;

- диапазон температур окружающей среды от -40 до 80°С; от -55 до 80°С (опция);

- перенастройка диапазонов измерений до 100:1;

- высокая стабильность характеристик;

- взрывозащищенное исполнение вида "искробезопасная цепь и "взрывонепроницаемая оболочка";

- гарантийный срок эксплуатации - 3 года;

- межповерочный интервал - 4 года.

Рассмотрим устройство и принцип действия датчика метран-150. Датчик состоит из сенсорного модуля и электронного преобразователя. Сенсор состоит из измерительного блока и платы аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Давление подается в камеру измерительного блока, преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сигнала.

Как видно из рисунка 5.12 измерительный блок датчиков этих моделей состоит из корпуса 1 и емкостной измерительной ячейки Rosemount 2. Емкостная ячейка изолирована механически, электрически и термически от измеряемой и окружающей сред.

Измеряемое давление передается через разделительные мембраны 3 и разделительную жидкость 4 к измерительной мембране 5, расположенной в центре емкостной ячейки. Воздействие давления вызывает изменение положения измерительной мембраны 5, что приводит к появлению разности емкостей между измерительной мембраной и пластинами конденсатора 6, расположенным по обеим сторонам от измерительной мембраны. Разность емкостей измеряется АЦП и преобразуется электронным преобразователем в выходной сигнал. В измерительных блоках моделей TG, TGR, TA , ТАR используется тензорезистивный тензомодуль на кремниевой подложке.

Рисунок 5.12 - Измерительный блок датчика Метран -150

Датчик имеет разделенный на две части корпус, так как показано на рисунке 5.13.

Рисунок 5.13 - конструкция датчика Метран-150

В одной части располагается электроника датчика, а в другой - клеммная колодка со встроенным блоком защиты от переходных процессов. Такое размещение функциональных элементов качественно улучшает уровень защиты от воздействия пыли и влаги на электронные компоненты во время подключения датчика.

Преимущества датчика Метран-150

Высокая перегрузочная способность. Традиционные датчики давления имеют серьезные ограничения по перегрузочному давлению. Несовершенство их конструкции связано с применением устаревшей конструкции тензорезистивного преобразователя[4]. Тензопреобразователь с КНС-структурой выдерживает давление не более . Метран-150 обладает высокой перегрузочной способностью и стойкостью к пневмо- и гидроударам, доказанными опытом реальных применений. Применение в датчиках штуцерного исполнения капсулы на основе КНК позволило увеличить давление перегрузки, в десятки раз превышающее . Особая конструкция сенсора датчиков фланцевого исполнения на основе емкостной ячейки исключает появление деформации измерительной мембраны при высоких перегрузочных давлениях, когда мембрана ложится на поверхность полусферы неподвижной обкладки конденсатора.

Приложение

Перечень демонстрационных листов

1 Титульный лист.

3 Технологическая схема СИКН №3 (копия рисунка 1.1).

4 Система обработки информации в СИКН № 3 (копия рисунка 2.3).

5 Технические характеристики преобразователей давления (копия таблицы 5.1).

6 Принцип работы емкостного сенсора датчика DMD 331-A-S (копия рисунка 5.5).

7 Блок-схема модели Rosemount 3051 CD (копия рисунка 5.6).

8 Принцип работы и конструкция датчика Метран-150 (копия рисунка 5.12,копия рисунка 5.13).

9 Преимущества Метран-150.

10 Выводы

Размещено на Allbest.ru