Co to jest przetwornik ciśnienia?

Czym są przetworniki ciśnienia?

Przetworniki ciśnienia to elektroniczne manometry służące do pomiaru i monitorowania ciśnienia. Termin przetwornik ciśnienia jest również często używany w odniesieniu do przetworników ciśnienia lub czujników ciśnienia. Nie jest to jednak synonim, ponieważ termin czujnik ciśnienia w tym znaczeniu opisuje tylko część przetwornika ciśnienia.

Są one dostępne w wielu wersjach dostosowanych do połączeń ciśnieniowych i elektrycznych, procedur pomiarowych, elektrycznych sygnałów wyjściowych i certyfikatów (CE, EX, kolejowych i morskich). Doskonała technologia i precyzyjna produkcja zapewniają, że te przetworniki ciśnienia działają idealnie. Jest to szczególnie ważne w zastosowaniach o wysokich wymaganiach dotyczących długoterminowej stabilności, odporności na wibracje, kompatybilności elektromagnetycznej, odporności na wstrząsy lub niewrażliwości na temperaturę.

Z czego składa się przetwornik ciśnienia?

Przetwornik ciśnienia składa się z czujnika, który przekształca ciśnienie lub zmianę ciśnienia w sygnał elektryczny na zasadzie fizycznej. Ponadto przetwornik ciśnienia zawiera elektronikę przetwornika pomiarowego, która przetwarza sygnał czujnika i przekształca go w znormalizowany elektryczny sygnał wyjściowy. Sygnał wyjściowy jest dostarczany do połączenia elektrycznego. Ciśnienie jest przykładane do czujnika za pośrednictwem przyłącza ciśnieniowego (zwanego również przyłączem procesowym). Czujnik i elektronika są umieszczone w obudowie, która z jednej strony chroni te dwa wrażliwe komponenty przed wpływami środowiska, a z drugiej łączy je z przyłączem elektrycznym i ciśnieniowym.

Jakie są kryteria wyboru przetwornika ciśnienia?

Kryteria wyboru przetwornika ciśnienia to odpowiedni zakres pomiarowy, wymagana dokładność i pożądany sygnał wyjściowy. Jednak innym bardzo ważnym kryterium jest przydatność przetwornika ciśnienia do żądanego zastosowania. Zakres pomiarowy, dokładność i sygnał wyjściowy to parametry, które stosunkowo łatwo określić. Z drugiej strony określenie, który typ przetwornika ciśnienia jest odpowiedni do konkretnego zastosowania, wymaga pewnego doświadczenia i starannego rozważenia różnych aspektów.

Kryteria wyboru idealnego przetwornika ciśnienia do danego zastosowania

Typ wydruku: W technologii pomiaru ciśnienia rozróżnia się ciśnienie absolutne, ciśnienie względne i ciśnienie różnicowe. Ciśnienie absolutne zawsze odnosi się do próżni absolutnej jako punktu zerowego. Pomiar ciśnienia względnego to pomiar różnicy ciśnień między medium a ciśnieniem otoczenia lub atmosferycznym (ok. 1 bar). Poniższy artykuł szczegółowo wyjaśnia te różnice.

Zakres pomiarowy: Jest to zakres ciśnienia pomiędzy ciśnieniem minimalnym (gdzie sygnał wyjściowy wynosi 0%) a ciśnieniem maksymalnym (gdzie sygnał wyjściowy wynosi 100%). Różnica między wartościami minimalnymi i maksymalnymi nazywana jest zakresem i służy jako odniesienie dla prawie wszystkich specyfikacji dokładności w technologii pomiaru ciśnienia. Z reguły zakres pomiarowy przetworników ciśnienia jest znormalizowany do określonej jednostki pomiaru ciśnienia, np. bar, mbar lub psi. Oprócz czystego zakresu sygnału, należy również wziąć pod uwagę limity nadciśnienia i ciśnienia szczytowego. Są one ważne w zastosowaniach, w których - nawet bardzo krótkie - skoki ciśnienia mogą występować znacznie powyżej zakresu pomiarowego.

Klasa dokładności: W praktyce zdefiniowanie wymaganej klasy dokładności lub dopuszczalnej niepewności pomiaru manometru okazało się dużym wyzwaniem. Z jednej strony, klasa dokładności obejmuje różne aspekty lub parametry niepewności pomiaru, które nie mają tego samego znaczenia w większości zastosowań. Z drugiej strony, nawet po stronie aplikacji, często trudno jest określić, jak dokładny powinien być pomiar. Wyższa dokładność prawie zawsze ma ogromny wpływ na koszty produktu. Dlatego ważne jest, aby dokładnie rozważyć, co jest obowiązkowe przy wyborze klasy dokładności.

Sygnał wyjściowy: Wyróżnia się trzy główne kategorie sygnału wyjściowego: Niewzmocniony sygnał czujnika, sygnały analogowe (standardowe) i sygnały cyfrowe. Wyjście niewzmocnionego sygnału czujnika jest bardzo rzadko pożądane w przypadku manometrów; jest to w przeciwieństwie do mierników temperatury, które często dostarczają sygnał z rezystora PT100/PT1000 bezpośrednio i bez dodatkowej elektroniki. Teraz, gdy dostarczany jest niewzmocniony sygnał czujnika, przyrząd do pomiaru ciśnienia nie jest przetwornikiem ani przetwornikiem pomiarowym w węższym znaczeniu. Jest on wtedy określany jako cela pomiarowa z obudową. Są one często nazywane również przetwornikami. Sygnały analogowe są nadal najczęściej stosowane w technologii pomiaru ciśnienia w przemyśle, zwłaszcza sygnał prądowy 4 ... 20 mA. Zaletą sygnałów analogowych jest nadal znacznie niższy koszt przetworników ciśnienia, a często także elektroniki oceny prądu. Jednak koszt cyfrowych przetworników i jednostek analizujących znacznie spadł w ostatnich latach. Co więcej, rozpowszechnienie systemów magistrali czujników, takich jak IO-Link lub CANopen w pomiarach ciśnienia szybko rośnie. Głównymi zaletami sygnałów cyfrowych są większe bezpieczeństwo przed błędami, możliwości diagnostyczne i parametryzacyjne oraz połączenie kilku parametrów pomiarowych w jednym urządzeniu, np. ciśnienia i temperatury. Wśród przetworników ciśnienia z sygnałem cyfrowym znajdują się również elektroniczne przełączniki ciśnienia.

Czujnik: Czujnik ciśnienia jest podstawowym elementem manometru. W przetwornikach ciśnienia czujnik ciśnienia jest zwykle elementem, w którym zmiana ciśnienia prowadzi do odkształcenia membrany. To z kolei prowadzi do zmiany oporu elektrycznego na specjalnie zamontowanych elementach oporowych. Najczęściej stosowane technologie czujników to cienka warstwa na stali, gruba warstwa na ceramice i czujniki piezorezystancyjne. W czujnikach z cienką warstwą na stali rezystory są napylane na membranę ze stali nierdzewnej. Główną zaletą tych czujników ciśnienia jest ich doskonała długoterminowa stabilność i wysoka odporność na skoki ciśnienia i wpływ temperatury, a także pomiar ciśnienia w szerokim zakresie od około 200 mbar do ponad 3000 bar. Czujniki typu "gruba warstwa na ceramice" bazują na ceramicznym korpusie, na który nakładane są, a następnie wypalane, mostki oporowe. Membrana ceramiczna jest uważana za wyjątkowo odporną na prawie wszystkie korozyjne ciecze i gazy i jest preferencyjnie używana do pomiaru agresywnych chemikaliów. Zakresy pomiarowe zaczynają się od około 100 mbar i sięgają do około 400 bar. W piezorezystancyjnych przetwornikach ciśnienia rezystancja krzemowych elementów półprzewodnikowych zmienia się wraz z ciśnieniem. Te elementy półprzewodnikowe są odizolowane od medium pomiarowego za pomocą wypełnienia olejowego i cienkiej membrany separującej. Ze względu na wysoką czułość i niską histerezę elementu krzemowego, czujniki piezorezystancyjne są szczególnie odpowiednie dla niskich ciśnień w zakresie mbar i gdy wymagana jest wyższa dokładność.

Przyłącze ciśnieniowe / przyłącze procesowe: Port ciśnienia łączy manometr z procesem, w którym mierzone jest ciśnienie. Przetwornik ciśnienia w przetworniku musi być bezpiecznie podłączony do portu ciśnieniowego (spawany lub z uszczelkami elastomerowymi). Na rynku dostępnych jest wiele różnych przyłączy ciśnieniowych, których geometria i wymiary są określone w normach (np. przyłącze manometru w normie DIN EN 837-1). Oprócz preferencji branżowych, decydującym czynnikiem przy wyborze połączeń jest głównie rodzaj uszczelnienia: uszczelnienie metalowe lub elastomerowe. Uszczelki metalowe to gwinty stożkowe lub stożki uszczelniające. Każda z nich jest mechanicznie odkształcana przez swój odpowiednik, dzięki czemu powstaje efekt uszczelnienia. W przypadku ciśnień powyżej 1000 barów zwykle wybierane są uszczelnienia metalowe.

Uszczelki elastomerowe - zwane również O-ringami lub uszczelkami profilowanymi - wykorzystują cylindryczne gwinty montażowe. W rowku uszczelka elastomerowa jest ściskana podczas montażu, tworząc efekt uszczelnienia. Materiał elastomerowy należy dobrać tak, aby był kompatybilny z mierzonym medium i uszczelniał w całym zakresie temperatur.

Podłączenie elektryczne: Istnieje mniejsza różnorodność połączeń elektrycznych, ponieważ każdy segment przemysłu wykorzystuje tylko kilka typów złączy. Ogólnie można powiedzieć, że wersje kablowe bezpośrednio na przetworniku ciśnienia są rzadziej używane, ponieważ okablowanie jest bardziej złożone niż w przypadku wersji ze złączami.

Kluczowymi kryteriami wyboru odpowiedniego połączenia są szczelność przed cieczami i pyłem, odporność na wibracje oraz koszt sprzętu pomiarowego i okablowania, w tym uruchomienia. Szczególnym wymogiem dla przetworników ciśnienia może być prawidłowe wyrównanie ciśnienia pomiędzy wnętrzem przetwornika a otoczeniem: W praktyce wiele połączeń elektrycznych może powodować nieoczekiwane problemy podczas pomiaru ciśnienia.

Marktechnical oferuje szeroką gamę różnych modeli, konstrukcji i wariantów, a także pasujących akcesoriów, aby jak najlepiej spełnić wymagania w każdym obszarze zastosowań.

Nasi eksperci ds. pomiarów ciśnienia z przyjemnością wyjaśnią różnice między naszymi produktami i doradzą, które urządzenie najlepiej nadaje się do niezawodnego wykonywania wymagających zadań pomiarowych.