Как работают датчики дифференциального давления и чем они отличаются от других типов датчиков? Каковы различные принципы измерения дифференциального давления и какие преимущества они дают? В этой статье мы более подробно рассмотрим мир измерения дифференциального давления и выделим два типичных практических применения и связанные с ними проблемы.
Можно сказать, что все датчики давления KELLER измеряют перепад давления. Однако датчики относительного и абсолютного давления имеют определенную точку отсчета, относительно которой измеряется разность давлений. Для абсолютного давления такой точкой отсчета является абсолютный вакуум. Относительное давление измеряется относительно атмосферного давления, также известного как давление воздуха.
В отличие от датчиков давления, упомянутых выше, датчик дифференциального давления измеряет разность давлений между двумя переменными потенциалами давления, т.е. без определенной точки отсчета. На практике это означает, что можно измерить разницу давлений между любыми двумя значениями технологического давления. Благодаря дополнительному присоединению к процессу датчики дифференциального давления можно легко отличить от других датчиков давления.
Более подробно о сходствах и различиях между этими тремя типами измерения давления рассказано в статье «Типы давления и их значение».
Конструкция ячейки для измерения перепада давления
Пьезорезистивные датчики перепада давления KELLER могут быть выполнены в различных вариантах. Такие характеристики, как «мокрый» или «мокрый-мокрый», встречаются только в ассортименте продукции KELLER для датчиков дифференциального давления и определяют совместимость технологических соединений со средой.
Серия KELLER PD-33X имеет классическое соединение «мокрый-мокрый», то есть задняя часть датчика также заполнена маслом. Измерительная среда контактирует с металлической мембраной, обычно изготовленной из нержавеющей стали, с обеих сторон.
Конструкция серии PD-33X
В случае с PRD-33X это не так. Отрицательное соединение подключается непосредственно к задней части датчика давления, поэтому измерительная среда не должна быть агрессивной или абразивной.
Конструкция серии PRD-33X
Преимущество этих двух конструкций («мокрый» и «мокрый-мокрый») заключается в очень высоком разрешении дифференциального давления. Его можно измерить с помощью микросхемы, предназначенной для этого диапазона давлений.
В качестве альтернативы можно определить два значения давления с помощью двух датчиков абсолютного давления (PD-39X), а дифференциальное давление рассчитать с помощью электроники. Такая конфигурация рекомендуется, в частности, для высоких давлений, если нельзя исключить одностороннее воздействие давления.
Конструкция серии PD-39X
Типичные применения датчиков дифференциального давления
Измерение расхода
Наряду с температурой, давлением и силой, измерение расхода является еще одной важной величиной в промышленной измерительной технике и одной из основ автоматизации технологических процессов. Существует несколько способов измерения расхода. Один из распространенных методов - измерение перепада давления с помощью диафрагменной пластины. Чтобы понять принцип измерения расхода, необходимо сделать небольшой экскурс в физику, лежащую в его основе.
Уравнение Бернулли
Швейцарский математик и физик Даниэль Бернулли вместе со своим братом Иоганном в XVIII веке вывел уравнение Бернулли. Оно гласит, что для несжимаемых жидкостей или газов (флюидов) масса среды, движущейся через поперечное сечение за определенный период времени, не зависит от диаметра трубы или трубопровода. Проще говоря, это означает, что если диаметр трубы становится меньше, скорость потока увеличивается, а если диаметр трубы становится больше, скорость потока уменьшается. При этом скорость потока всегда остается неизменной. Это явление можно наблюдать и в утреннем душе. В зависимости от настройки душевой лейки вода может казаться более пронзительной или напоминать приятный легкий летний дождь. Этот эффект создается за счет разного количества открытых форсунок, через которые распределяется одинаковое количество воды. Использование пластины-отверстия, которая представляет собой не что иное, как искусственное сужение, создает разницу давлений как вверх, так и вниз по течению от пластины-отверстия. Используя математическую формулу, можно рассчитать объемный расход на основе этой разницы давлений.
Q: Объемный расход [м3/с]
α: Коэффициент расхода
A: Площадь поперечного сечения пластины с отверстием [м2]
ρ: Плотность жидкости в [кг/м3]
Δp = p1 - p2: Разница давлений в [бар]
Диафрагменная пластина
Измерение уровня в резервуарах для сжиженного газа
Датчики перепада давления также используются для измерения уровня в резервуарах со сжиженным газом. Такие газы, как кислород, азот, водород, углекислый газ, аргон и метан, содержащийся в природном газе, сжижаются для транспортировки и хранения. Это позволяет уменьшить объем в шестьсот раз. Объем одного литра газа метана в жидком состоянии может быть уменьшен до 1,6 см3. Для поддержания жидкого агрегатного состояния метана необходима постоянная температура ниже -162 °C. Для этого криогенный резервуар должен быть идеально теплоизолирован. Однако это невыполнимо, поэтому используется принцип испарительного охлаждения. Небольшое количество сжиженного газа время от времени испаряется.
Таким образом, температура остается постоянной. Свободное пространство заполняется газом, что препятствует обычному измерению уровня, поскольку система резервуаров герметична. Из-за дополнительного давления, действующего на сжиженный метан, для определения уровня требуется датчик перепада давления.
При температуре -162 °C масло, используемое в преобразователях давления, не будет оставаться в жидком состоянии, поэтому преобразователь устанавливается с небольшим смещением, чтобы измеряемый газ достигал температуры, совместимой с температурой преобразователя.
Криотанк
Пики давления, тепловые и временные воздействия в особых условиях МКС
Благодаря выдающимся характеристикам и качеству продукции датчики дифференциального давления KELLER используются и на Международной космической станции МКС. Чтобы обеспечить точность измерений в долгосрочной перспективе, необходимо заранее учесть несколько важных моментов.
В технике измерения давления хорошо знакомы термины «гидроудар» или «пик давления», которые также известны как скачки давления или скачки по Жуковскому. Они вызываются внезапным открытием или закрытием клапанов и редко могут быть полностью исключены. Такие скачки давления обычно уменьшаются благодаря эластичности напорного трубопровода. Чтобы датчик давления не оказался слабым местом, необходимо предусмотреть достаточный запас прочности на перегрузку.
Быстрое изменение агрегатного состояния сжиженных газов обратно в газообразное состояние иногда приводит к образованию льда на клапанах и трубах. Такие изменения температуры могут привести к минимальному, но измеримому температурному гистерезису. Если перепад давления измеряется двумя датчиками абсолютного давления, расположенными в разных местах, как это необходимо, например, при определении уровня заполнения криогенного резервуара, датчики могут стареть по-разному из-за разного положения при установке и температурных условий. Чтобы минимизировать эту разницу, оба сенсорных элемента размещаются как можно ближе друг к другу. В результате оба кремниевых чипа подвергаются одинаковому тепловому воздействию и демонстрируют максимально схожее поведение.
Пьезорезистивные датчики также демонстрируют долговременный дрейф с течением времени, даже если он практически незначителен по сравнению с другими технологиями измерения давления. Для устранения этой минимальной погрешности система периодически приводится в состояние разгерметизации, чтобы выполнить коррекцию нулевой точки. Таким образом, обеспечивается очень высокая точность датчиков дифференциального давления KELLER в течение длительного времени.
Для получения дополнительной информации о новых приборах и возможностях сотрудничества можно обратиться в ИЗМЕРКОН по телефону +7 (812) 309 56 05 или через форму обратной связи.
_80x0_e6f.jpg)
_80x0_e6f.jpg)
