Российский производитель и эксклюзивный представитель известных мировых брендов КИПиА
Российский производитель и эксклюзивный представитель известных мировых брендов КИПиА
Пользователь часто сталкивается с вопросом: какой тип датчика давления следует использовать — датчик избыточного давления (относительного давления) или датчик абсолютного давления? От переработки пищевых продуктов до нефтехимических заводов, литья пластмасс под давлением и многих других промышленных применений – измерение давления необходимо для управления процессами и оборудованием.
Основное различие между измерением избыточного и абсолютного давления заключается в используемом опорном давлении, или, другими словами: в нулевой точке шкалы. При измерении избыточного давления давление всегда измеряется по отношению («относительно») к текущему атмосферному давлению (приблизительно 1,013 бар). Для измерения избыточного/относительного или абсолютного давления датчик должен быть способен фиксировать изменение давления среды и сравнивать его с эталонным давлением (относительное/избыточное = относительно атмосферного давления, абсолютное = относительно абсолютного вакуума). Электронные датчики давления обычно определяют изменение давления через деформацию диафрагмы. Если одна сторона диафрагмы подвергается воздействию давления процесса, а другая сторона «вентилируется» (то есть находится под влиянием атмосферного давления), деформация компенсируется именно этим атмосферным давлением. Поэтому результат измерения представляет собой разность между измеряемым давлением процесса и текущим атмосферным давлением.
Например, в негерметичных (вентилируемых) резервуарах, где хранятся жидкости и где резервуар свободно сообщается с атмосферой над жидкостью (и, таким образом, «вентилируется»), текущий уровень жидкости можно определить по гидростатическому давлению столба жидкости с помощью аналогичного вентилируемого датчика избыточного давления.
Таким образом, особенно для резервуаров и емкости малого размера важно исключить влияние атмосферного давления на измерение за счет общей вентиляции датчика и сосуда, иначе, при постоянном уровне жидкости, расчетный уровень жидкости в резервуаре будет колебаться в зависимости от атмосферного давления. Это изменение может достигать +/- 30 мбар из-за фактических погодных условий и до 200 мбар из-за местоположения (разница давлений между уровнем моря и высотой 2000 м).
Пример: уровень 5 м водяного столба в открытом резервуаре создает гидростатическое давление +500 мбар. Таким образом, при неизменном уровне воды датчик абсолютного давления покажет уровень наполнения от 4,7 до 5,3 метра, в зависимости от погодных условий. Поскольку объем наполнения очень часто рассчитывается из геометрии резервуара и измеренного уровня, это может привести к существенной погрешности измерения содержимого резервуара.
В большинстве применений требуется измерение избыточного давления, и поэтому для этого широко используются датчики и преобразователи давления, которые измеряют давление относительно преобладающего атмосферного давления. Такие датчики давления обычно имеют вентиляционное отверстие, позволяющее атмосферному давлению воздействовать на тыльную сторону чувствительного элемента.
Электронные датчики давления обычно фиксируют изменение давления через деформацию диафрагмы. Если одна сторона диафрагмы подвергается давлению процесса, а другая сторона «вентилируется» (и таким образом подвержена атмосферному давлению), деформация компенсируется именно этим атмосферным давлением. Следовательно, результат измерения представляет собой разность между измеряемым давлением процесса и текущим атмосферным давлением. В применениях с суровыми рабочими условиями (таких как гидроабразивная резка) используются «невентилируемые» или «герметичные» датчики давления, то есть корпус таких датчиков давления герметично запаивается во время изготовления.
Типичными областями применения являются системы высокого давления в мобильной гидравлике или аналогичных областях, где типичный диапазон давления составляет 400 бар и более. Если в таких случаях используется герметичный (или «невентилируемый») датчик давления для повышения его надежности в столь неблагоприятных условиях, возникает вопрос, как это влияет на результат измерения. Поскольку в таких высоких диапазонах давления колебания атмосферного давления по сравнению с технологическим давлением пренебрежимо малы, не важно, каково атмосферное давление и герметичен ли корпус.
Влияние атмосферного/избыточного давления на точность измерений, например, при водоструйной резке, не приводит к значительной погрешности, так как давление процесса достигает до 6 000 бар, а переменное атмосферное давление в пределах ±230 мбар не вызывает заметной ошибки измерения (0,23/6 000*100% = 0,00383%). Из-за высокого риска попадания воды и загрязнений рекомендуется использовать «невентилируемый» корпус, чтобы исключить проникновение воды или грязи через вентиляционное отверстие. Поэтому в подобных случаях целесообразно использовать невентилируемый датчик относительного/избыточного давления.
Электронные датчики давления обычно измеряют изменение давления через деформацию диафрагмы. Если одна сторона диафрагмы подвергается давлению процесса, а другая сторона «вентилируется» (и, таким образом, подвержена атмосферному давлению), деформация компенсируется именно этим атмосферным давлением. Следовательно, результат измерения фактически представляет собой разность между давлением процесса и атмосферным давлением.
В случае датчиков абсолютного давления «внутренняя» сторона (сторона датчика, не контактирующая с измеряемой средой) подвергается абсолютному вакууму и затем герметично запечатывается. Таким образом, измеряемая деформация диафрагмы не зависит от атмосферного давления и всегда относится к закрытому вакууму в качестве опорной точки и нуля шкалы.
Именно такая конструкция позволяет измерять текущее атмосферное давление, так как заключённый вакуум («0 бар атмосферного давления») представляет собой фиксированную опорную точку, независимую от текущих погодных условий и высоты установки датчика. Типичное применение датчиков абсолютного давления — так называемый барометр, устройство, в котором измеряется текущее атмосферное давление и его изменения используются для прогнозирования погоды. Другим примером является альтиметр (или высотомер), который измеряет атмосферное давление и преобразует его в показание высоты, как правило, относительно среднего уровня моря. Он использует тот эффект, что атмосферное давление уменьшается с высотой, и может применяться для этой цели.
В промышленности, например, в применениях с низким диапазоном давления, где необходимо измерение вакуума, требуются датчики абсолютного давления для обеспечения высокой точности. Например, при упаковке мяса необходимо создать вакуум определённого качества, чтобы гарантировать максимальный срок хранения. Остаточное количество кислорода в упаковке (т.е. остаточное давление относительно вакуума) напрямую пропорционально сроку годности упакованного продукта. Использование датчика относительного давления в этом случае приведёт к неопределённости измерений из-за колебаний атмосферного давления до ±30 мбар. Поскольку максимальное остаточное давление в упаковке должно составлять 65 мбар, это приведёт к значительным колебаниям срока годности, которые уже не смогут быть гарантированы.
