Převodníky a snímače tlaku

Tlakový snímač, neboli snímač tlaku je zařízení, které převádí tlak na analogový elektrický signál. Existují různé typy snímačů tlaku, ale jedním z nejběžnějších typů je snímač tlaku s tenzometrickým můstkem.

Převod tlaku na elektrický signál nastává při fyzikální deformaci měřicích tenzometrů, které jsou implementovány do membrány snímače tlaku a zapojeny do konfigurace Wheastonova můstku. Tlak připojený na snímač vytváří průhyb membrány, která přenáší pnutí na měřicí tenzometry. Toto pnutí, tedy mechanické napětí, způsobí změnu elektrického odporu tenzometrů úměrnou připojenému tlaku.

Pokud potřebujete kalibrační certifikát pro vaše senzory tlaku, kontaktujte naše servisní oddělení, které vám poskytne další informace.

Informace o snímačích a převodnících tlaku

Elektrický výstup převodníků tlaku
Převodníky tlaku s milivoltovým výstupem
Převodníky tlaku s napěťovým (voltovým) výstupem
Převodníky tlaku s proudovým výstupem 4-20mA

Elektrický výstup převodníků tlaku

Převodníky tlaku jsou dodávány se třemi typy elektrického výstupu: milivoltový výstup, zesílený voltový výstup a výstup 4-20mA. Níže je uvedeno shrnutí o výstupech s doporučením kdy který z nich použít.

Převodníky tlaku s milivoltovým výstupem

Převodníky s milivoltovým výstupem jsou obvykle nejhospodárnější snímače tlaku. Výkon milivoltového snímače je nominálně kolem 30mV. Aktuální výstup je přímo úměrný vstupnímu výkonu nebo excitaci - tedy napájecímu napětí (buzení) snímače tlaku. Pokud buzení kolísá, výstup se změní také. Kvůli této závislosti na úrovni napájení jsou navrženy stabilizované napájecí zdroje pro použití s milivoltovými převodníky. Protože je výstup nízké úrovně, snímač by neměl být umístěn v prostředí s elektrickým šumem - rušením. Vzdálenosti mezi převodníkem a čtecím zařízením by měly být relativně krátké.

Převodníky tlaku s napěťovým (voltovým) výstupem

typické zapojení voltového výstupu tlakového snímače

Převodníky s napěťovým výstupem obsahují vestavěný zesilovač signálu, které poskytuje mnohem vyšší úroveň výstupu než milivoltový snímač. Výstup je obvykle 0-5Vss nebo 0-10Vss. U tohoto modelu zejména, není výstup vysílače obvykle přímo závislý na napájení. To znamená, že neregulované napájecí zdroje jsou často dostačující, pokud vyhovují stanovenému rozsahu výkonu. Protože mají vyšší výstupní výkon, nejsou tyto snímače tak náchylné k elektrickému šumu jako převodníky s mV výstupem a mohou se používat v průmyslových provozech mnohem více.

Převodníky tlaku s proudovým výstupem 4-20mA

typické zapojení milivoltového výstupu tlakového snímače

Tyto typy převodníků jsou také známé jako snímače-vysílače tlaku. Vzhledem k tomu, že signál 4-20mA je nejméně ovlivněn elektrickým šumem a odporem v signálních vodičích a proto se tyto převodníky nejlépe používají, když je signál přenášen na dlouhé vzdálenosti. Není neobvyklé používat tyto snímače v aplikacích, kde musí být vodič v délce 300 metrů nebo více.

Výběr správného typu snímače tlaku pro vaší aplikaci

	Převodník tlaku k připojení na desku plošných spojů Přenosné tlakové převodníky s plošnými spoji se obecně používají jako kompaktní tlakové převodníky konstruované pro montáž na desku plošných spojů (PCB) nebo se mohou vestavovat do jiných výrobků.
	Převodník tlaku pro obecné použití Univerzální tlakový snímač s Wheastonovým můskem je nejběžnější, protože je navržen tak, aby odpovídal nejširšímu okruhu aplikací.
	Převodník tlaku pro průmyslové provozy Průmyslový digitální tlakový snímač je vybaven mnohem robustnějším krytem než jiné převodníky. Je navržen tak, aby vyhovoval těžkým průmyslovým prostředím. Dále je vybaven výstupem 4-20mA, nastavitelným k požadované stupnici - rozsahu fyzikálních jednotek, poskytuje mnohem větší odolnost proti elektrickému šumu, zejména v průmyslových prostředích.
	Převodník tlaku smáčitelný / ponorný Tento převodník je navržen tak, aby mnoho let měřil přesnou hladinu nebo hloubku ve sladké čisté vodě nebo kapalinách v drsných průmyslových prostředích. Je ideální pro monitorování pracovišť a dalších míst v terénu.
	Převodník diferenčního tlaku Převodník diferenčního tlaku je konstuován pro měření rozdílu tlaků dvou medií. Média mohou být mokrá (kapalná) nebo suchá (vzduch). Tyto převodníky se také často používají při měření průtoku (kdy měří diferenční tlak na škrticích elementech jako je clona, Pitotova trubice apod.).
	Vysoce přesné a stabilní snímače tlaku Většina snímačů tlaku má přesnost 0,25% z plného rozsahu stupnice nebo vyšší. Vysoce stabilní a vysoce přesné snímače tlaku nabízejí v závislosti na modelu až 0,05% plného rozsahu stupnice. Ačkoliv jsou dražší než univerzální převodníky, při požadované vysoké přesnosti a stabilitě mohou být volbou.
	Tlakové převodníky se smáčenou membránou U membránových tlakových snímačů je membrána v dotyku s procesem. Tím se vyloučí dutina nad membránou, kterou by mohla unikat tekutina z procesu. V některých aplikacích to může být velmi nežádoucí. Tyto aplikace zahrnují monitorování tlaku potravin nebo kapalin, které mají velmi vysokou viskozitu.
	Převodníky tlaku pro speciální účely OMEGA nabízí řadu různých tlakových převodníků se zvláštními vlastnostmi. Jsou v nich zahrnuty převodníky tlaku konstruované pro tlaková měření při vysoké nebo nízké teplotě, ponorné převodníky tlaku, převodníky barometrického tlaku a tlakové převodníky s digitálním komunikačním výstupem nebo bezdrátovým výstupem.

► UKÁZAT PŘEVODNÍKY A SNÍMAČE TLAKU

FAQ - často kladené dotazy o tlakových snímačích

Jaký je nejběžnější ukazatel toho, že snímač byl přetlakovaný?

Nejběžnější údaj o přetížení převodníku je posun nulového údaje, obvykle ve vzrůstajícím směru. Údaj může být o 5-6 mA nebo dokonce i více mA vyšší. Může dokonce dosáhnout maximální hodnoty, která je obvykle kolem 24 mA.

Kritéria výběru

Těleso snímače tlaku by mělo být vybráno tak, aby splňovalo jak požadavky elektrotechnické, tak i požadavky na korozní vlastnosti příslušné instalace. Požadavky na korozní vlastnosti zařízení jsou splněny výběrem materiálů odolných proti korozi, povlaků a použitím chemických těsnění, které jsou popsány později v této kapitole.

Pokud se instalace nachází v oblasti, kde mohou být přítomny výbušné výpary, musí být převodník nebo vysílač a jeho napájení vhodné pro takové prostředí. To se obvykle dosahuje buď umístěním do čistých nebo nevýbušných skříní, nebo použitím nevýbušného provedení samotného převodníku.

Pravděpodobně nejdůležitějším rozhodnutím při výběru tlakového snímače je jeho rozsah. Je třeba mít na paměti dvě protichůdné úvahy: přesnost přístroje a jeho ochranu před přetlakem. Z hlediska přesnosti by měl být rozsah vysílače malý (normální provozní tlak kolem poloviny rozsahu), takže chyba, obvykle procentní podíl v plném rozsahu, je minimalizována. Na druhou stranu je vždy třeba zvážit důsledky přetlaku způsobené provozními poruchami, chybnou konstrukcí (tlakové rázy) nebo poruchou izolace přístroje při testování tlaku a spouštění. Proto je důležité specifikovat nejen požadovaný rozsah, ale také potřebnou ochranu proti přetlaku.

Většina tlakových snímačů je vybavena ochranou proti přetlaku o 50% až 200% rozsahu. Tyto chrániče vyhovují většině aplikací. Tam, kde jsou očekávány vyšší přetlaky a jejich povaha je dočasná (krátkodobé tlakové rázy - sekundy nebo méně), mohou být instalovány tlumiče (viz obrázek). Tyto pak tlakové špičky potlačí, ale způsobují pomalejší odezvu při měření. Pokud se předpokládá, že nadměrný přetlak bude trvat delší dobu, lze senzor chránit instalací pojistného ventilu. To však způsobí ztrátu měření, když se pojistný ventil otevře.

Pokud má vysílač pracovat při vysokých okolních teplotách, skříň může být chlazena elektricky (Peltierův efekt) nebo vodou nebo může být přemístěna do klimatizovaného prostoru. Při předpokládaných teplotách pod bodem mrazu, je třeba použít elektrické odporové vytápění nebo vytápění doprovodným vytápěním parou v kombinaci s tepelnou izolací.

Při vysokých teplotách procesu je možné zvážit použití různých metod izolace tlakového čidla od procesu. Jedná se o smyčková těsnění, sifony, chemické těsnění s kapilárními trubkami pro dálkovou montáž a čištění.

Převod proudových a napěťových vstupů na inženýrské jednotky (PSI, kp, Pa)

Velmi často je nutné přepočítat napětí, millivoty nebo aktuální údaj na užitečnější hodnotu, jako jsou různé jednotky tlaku apod. Například při měření síly pomocí snímače zatížení by pro uživatele bylo mnohem výhodnější, kdyby mohli číst a zaznamenávat data v kp, Pa namísto milivoltů, což je to, co obvykle produkuje zatěžovaný snímač. Dalšími příklady by bylo použití snímače tlaku pro měření Pa, průtokového čidla pro měření litry/minutu a snímače relativní vlhkosti pro měření v %.

Pro stanovení stupnice jakéhokoliv snímače platí jednoduchá rovnice, stejně jako pro všechny metody zobrazení a získávání dat. Tato rovnice je:

Y=MX+B

Kde Y je výstup nebo fyzikální jednotky
Kde M je sklon nebo měřítko stupnice
Kde X je vstup (milivolty, volty atd.)
Kde B je offset (posun)

PŘÍKLAD

Zde je typický příklad, kdy je pro měření 0-500 PSI použit tlakový snímač a výstup je 1-5Vss.

Nejprve pomocí vzorce Y = MX + B určíme, jaká hodnota je výpočtem pro Y.

X = 4 (protože 1-5V má rozsah 4 voltů. Pokud by to bylo 0-10Vdc výstup, X by bylo 10)
M = 125 (dostaneme dělením rozsahu v tlakových jednotkách rozsahem výstupu ve Voltech tedy 0-500 / 1-5 = 125), což odpovídá PSI / Volt
B = -125 (protože výstup začíná na 1 volt, tak je tam toto posunutí. Vypočetli jsme hodnotu 125PSI / Volt, proto 1V = -125). Pokud výstup snímače by byl 0-5Vdc, pak by byla rovnice bez posunu.

Pro ověření správnosti hodnot je zadejte do rovnice. Výstupní hodnota 5V by měla odpovídat 500PSI a 1V by měl odpovídat 0PSI

Y=125(5) + (-125) = 500PSI
Y=125(1) + (-125) = 0PSI

Jednoduše vložíte tyto hodnoty do softwaru pro získávání dat, tam kde budete vyzváni a vaše údaje budou nyní získávány v PSI namísto Voltů. Samozřejmě, software, který používáte, musí podporovat škálování nebo alespoň podporu výpočtu Y = MX + B.