Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Измерительные преобразователи давления в Российской Федерации проектируются и эксплуатируются согласно системе государственных стандартов. Основополагающим документом является ГОСТ 22520-85, который распространяется на датчики давления, разрежения и разности давлений с электрическими аналоговыми выходными сигналами, входящие в Государственную систему промышленных приборов и средств автоматизации.
Стандарт устанавливает технические требования к датчикам, предназначенным для работы в системах автоматического управления, контроля и регулирования технологических процессов. Документ введен в действие в 1986 году взамен устаревших стандартов и включает три изменения, последнее из которых вступило в силу в 1991 году.
ГОСТ 22520-85 является межгосударственным стандартом и действует на территории стран СНГ. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 4124-83, что обеспечивало единство технических требований в рамках Совета Экономической Взаимопомощи.
Методика поверки измерительных преобразователей давления регламентируется МИ 1997-89. Рекомендация распространяется на измерительные преобразователи типа Сапфир, выпускаемые по ГОСТ 22520-85, и устанавливает методику первичной и периодической поверок. Документ разработан Московским производственным объединением Манометр совместно с ВНИИМИСП.
Согласно нормативным документам, датчики классифицируются по следующим видам измеряемого параметра:
Класс точности средства измерения определяется в соответствии с ГОСТ 8.401-80. Данный стандарт устанавливает общие положения деления средств измерений на классы точности, способы нормирования метрологических характеристик и обозначения классов точности. Стандарт введен в действие с 1 июля 1981 года.
Согласно ГОСТ 22520-85, пределы допускаемой основной погрешности датчиков, выраженной в процентах диапазона измерений или верхнего предела измерений, выбираются из стандартного ряда: ±0,1; ±0,15; ±0,16; ±0,2; ±0,25; ±0,4; ±0,5; ±0,6; ±1,0; ±1,5.
Для датчиков абсолютного давления с верхними пределами измерений менее 2,5 кПа, а также датчиков давления, разрежения и разности давлений с верхними пределами измерений менее 0,25 кПа и более 250 МПа, предел допускаемой основной погрешности устанавливается в технических условиях на датчики конкретных типов.
Помимо основной погрешности, стандарт нормирует дополнительные погрешности от влияющих факторов: температуры окружающей среды, статического давления, вибрации, изменения напряжения питания. Дополнительная погрешность от температуры является наиболее значимой и для современных промышленных датчиков с температурной компенсацией составляет от 0,15 до 0,25% на каждые 10°С изменения температуры относительно нормальных условий.
Класс точности датчика выбирается исходя из требований технологического процесса и метрологических характеристик измерительного канала в целом. В нефтегазовой отрасли для систем коммерческого учета энергоресурсов применяются датчики классов точности 0,15-0,25, для технологического контроля параметров — классов 0,5-1,0. В системах противоаварийной защиты и блокировок используются датчики классов 0,25-0,6, обеспечивающие требуемую надежность срабатывания при сохранении приемлемой стоимости.
Современные измерительные преобразователи давления основаны на различных физических принципах преобразования механической деформации в электрический сигнал. Каждый тип датчика обладает специфическими характеристиками, определяющими область его применения.
Тензорезистивные датчики основаны на тензорезистивном эффекте — изменении электрического сопротивления проводника при механической деформации. Чувствительный элемент представляет собой мембрану с закрепленными на ней тензорезисторами, соединенными в мостовую схему.
При воздействии давления мембрана деформируется, вызывая изменение сопротивления тензорезисторов. Разбаланс моста преобразуется электронным модулем в унифицированный выходной сигнал. Современные датчики используют металлические или кремниевые тензорезисторы, напыленные или диффузионно внедренные в подложку.
Металлические тензорезистивные сенсоры подвержены усталостным явлениям при циклических нагрузках и могут терять точность при перегрузках. Кремниевые сенсоры обладают лучшими упругими свойствами, но при превышении предела прочности разрушаются полностью, что является индикатором необходимости замены.
Пьезорезистивный принцип измерения основан на изменении удельного электрического сопротивления полупроводникового материала (обычно кремния) при механическом воздействии. Эффект значительно сильнее проявляется в полупроводниках по сравнению с металлами.
Чувствительность пьезорезистивных датчиков составляет 2-5%, что выше, чем у классических тензорезистивных. Датчики характеризуются высокой точностью и компактными размерами. Основным недостатком является существенное влияние температуры на удельное сопротивление кремния, требующее применения сложных алгоритмов температурной компенсации.
Ёмкостные датчики используют изменение емкости конденсатора при изменении расстояния между его обкладками под воздействием измеряемого давления. Одна из обкладок конденсатора выполнена в виде деформируемой мембраны, вторая закреплена неподвижно.
Преимуществами ёмкостного принципа являются высокая стабильность показаний, малая нелинейность характеристики преобразования и способность измерять малые давления. Недостатками считаются сложность конструкции, влияние влажности на характеристики и чувствительность к электромагнитным помехам.
Пьезоэлектрические датчики основаны на прямом пьезоэлектрическом эффекте — возникновении электрического заряда на гранях кристалла при механической деформации. В качестве пьезоэлектрических материалов применяются кварц, титанат бария, цирконат-титанат свинца.
Пьезоэлектрические датчики обладают очень высокой чувствительностью и быстродействием, что делает их незаменимыми для измерения динамических параметров — пульсаций давления, ударных нагрузок, вибраций. Принципиальным ограничением является невозможность измерения статического давления, поскольку заряд на кристалле существует только при изменении деформации.
ГОСТ 22520-85 стандартизирует диапазоны измерений датчиков различных типов. Стандартизация обеспечивает взаимозаменяемость приборов и унификацию проектных решений в системах автоматизации.
Верхние пределы измерений датчиков разрежения выбираются из ряда: 0,04; 0,063; 0,10; 0,16 МПа. Для датчиков избыточного давления установлен расширенный ряд от 0,06 кПа до 1000 МПа, охватывающий практически все задачи промышленных измерений.
Датчики абсолютного давления имеют верхние пределы измерений в диапазоне от 1,0 кПа до 160 МПа. Для датчиков разности давлений предусмотрен ряд от 0,06 кПа до 16 МПа с одновременным нормированием предельных допускаемых рабочих избыточных давлений на каждую из камер.
При выборе датчика необходимо обеспечить работу в оптимальной зоне измерений 30-70% от верхнего предела. Работа датчика в нижней части диапазона (менее 20%) приводит к возрастанию относительной погрешности измерения. Систематические перегрузки выше предельно допустимых значений вызывают необратимые изменения характеристик.
Согласно ГОСТ 26.011-80, датчики давления обеспечивают следующие унифицированные выходные сигналы постоянного тока: 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА, 0-10 В, 0-5 В, 0-1 В. Токовый сигнал 4-20 мА является наиболее распространенным в промышленной автоматизации благодаря преимуществам по помехоустойчивости при передаче на значительные расстояния и возможности контроля целостности токовой петли по наличию минимального тока 4 мА.
Современные интеллектуальные датчики дополнительно поддерживают цифровые протоколы передачи данных: HART, Profibus PA, Foundation Fieldbus. Цифровые интерфейсы обеспечивают передачу дополнительной диагностической информации, параметров настройки и результатов самодиагностики датчика.
Быстродействие датчиков характеризуется постоянной времени переходного процесса. Для промышленных датчиков типовые значения постоянной времени составляют 0,1-1,0 секунды. Демпфирование переходного процесса может регулироваться электронными средствами для подавления высокочастотных пульсаций измеряемого параметра.
Метрологическая поверка датчиков давления проводится согласно МИ 1997-89 с целью установления пригодности к применению путем подтверждения соответствия метрологических характеристик установленным требованиям. Поверка включает первичную (при выпуске из производства) и периодическую (в процессе эксплуатации).
В качестве образцовых средств измерений применяются грузопоршневые манометры классов точности 0,01-0,02, деформационные манометры классов 0,15-0,4, задатчики давления с пределами допускаемой основной погрешности 0,025-0,1%, микроманометры для измерения малых давлений.
Погрешность образцового средства измерения не должна превышать одну треть предела допускаемой основной погрешности поверяемого датчика. Для датчиков класса точности 0,1% применяются эталонные средства с погрешностью не более 0,03%.
Поверка включает внешний осмотр, проверку электрической прочности изоляции и сопротивления изоляции (для датчиков с металлическим корпусом), определение основной погрешности измерения и вариации выходного сигнала. Основная погрешность определяется методом сличения показаний поверяемого датчика с показаниями образцового средства измерений.
Измерения проводятся при прямом и обратном ходе в пяти равномерно распределенных точках диапазона измерения, включая нижний и верхний пределы. Вариация показаний не должна превышать значения, установленного в технической документации на датчик конкретного типа.
Межповерочный интервал устанавливается при утверждении типа средства измерений и указывается в описании типа. Типовые значения составляют 1 год для датчиков, применяемых в узлах коммерческого учета, 2 года для общепромышленных измерений и до 4 лет для датчиков с повышенной долговременной стабильностью характеристик. Конкретный межповерочный интервал может корректироваться владельцем средства измерений на основании результатов эксплуатации.
Положительные результаты первичной поверки оформляются записью в паспорте датчика. Положительные результаты периодической поверки оформляются свидетельством о поверке установленного образца с указанием даты проведения поверки и срока действия. При отрицательных результатах поверки датчики бракуются и направляются на ремонт или списываются.
Датчики давления являются одним из наиболее распространенных типов измерительных преобразователей в промышленной автоматизации. Области применения охватывают нефтегазовую отрасль, энергетику, химическую промышленность, металлургию, пищевую промышленность.
В нефтегазовой отрасли датчики давления применяются на всех этапах технологического цикла: добыча, транспортировка, переработка, хранение. Критичными являются измерения давления в скважинах, на устьях, в трубопроводах, на компрессорных и насосных станциях, в резервуарах хранения.
Специфика нефтегазового применения требует взрывозащищенного исполнения датчиков согласно требованиям технических регламентов, стойкости к воздействию агрессивных сред, работоспособности в широком диапазоне климатических условий от минус 60 до плюс 80 градусов Цельсия для специализированных моделей, виброустойчивости согласно требованиям ГОСТ 30631, электромагнитной совместимости. Датчики должны сохранять метрологические характеристики при перегрузках, превышающих номинальное давление в 1,5-5 раз в зависимости от класса точности и типа исполнения.
Датчики абсолютного давления используются в узлах учета газа для приведения объемного расхода к стандартным условиям. Датчики дифференциального давления применяются в расходомерах переменного перепада давления (диафрагмы, сопла, трубы Вентури) для измерения расхода жидкостей, газов и пара согласно ГОСТ 8.586.
В системах коммерческого учета применяются датчики классов точности 0,15-0,25 с расширенными межповерочными интервалами до 4 лет. Датчики оснащаются встроенными средствами самодиагностики для контроля работоспособности без демонтажа из технологического процесса.
В автоматизированных системах управления технологическими процессами датчики давления обеспечивают контроль параметров для систем регулирования, защиты и блокировок. Интеллектуальные датчики с цифровыми интерфейсами интегрируются в промышленные сети, обеспечивая передачу измеренных значений, диагностической информации и параметров настройки в распределенные системы управления.
Датчики для применения во взрывоопасных зонах должны иметь вид взрывозащиты согласно требованиям технических регламентов Таможенного союза. Наиболее распространенные виды: искробезопасная электрическая цепь (маркировка Ex ia), взрывонепроницаемая оболочка (Ex d). Датчики с видом взрывозащиты Ex ia требуют применения барьеров искрозащиты при подключении.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.