Датчики избыточного и абсолютного давления

Что такое датчик давления?

Датчик давления воспринимает давление среды и преобразует его в стандартный электрический сигнал и цифровые данные. От механического манометра, дающего только местный отсчет, он отличается тем, что передает результат в удаленную систему управления и позволяет выполнять настройку, диагностику и проверку по цифровому каналу. Давление в точке измерения служит входным сигналом контура регулирования и одновременно основой для защиты оборудования и логики противоаварийных функций.

Рассматриваемые здесь приборы используют одно технологическое присоединение и измеряют относительно постоянного опорного значения. Датчик избыточного давления принимает за опору атмосферное давление, поэтому показывает величину сверх давления окружающей среды. Датчик абсолютного давления опирается на полный вакуум и дает значение, не зависящее от колебаний атмосферного давления. Если требуется разность между двумя точками процесса, применяют датчики перепада давления — им посвящена отдельная страница.

Со средой контактирует только изолирующая мембрана. Действующее на нее давление передается к чувствительному элементу через заполняющую жидкость; электроника обрабатывает сигнал сенсора и формирует ток 4–20 мА с наложенными цифровыми данными HART. Штуцерный сенсорный модуль присоединяется к процессу напрямую и обеспечивает компактный монтаж, а фланцевый сенсорный модуль имеет корпус, удобный для установки клапанного блока и мембранных разделителей.

Принцип измерения избыточного и абсолютного давления

Измерительная цепь в обоих случаях одна и та же; различие определяется тем, что подключено к опорной стороне чувствительного элемента.

1.      Воздействие давления на мембрану: Технологическая среда действует на изолирующую мембрану, изготовленную, например, из нержавеющей стали 316L или сплава C-276. Мембрана отделяет среду от чувствительного элемента.

2.      Передача через заполняющую жидкость: Замкнутый объем между мембраной и сенсором заполнен силиконовой или, по заказу, инертной жидкостью; давление передается к сенсору через нее.

3.      Сравнение с опорным давлением: Противоположная сторона сенсора при измерении избыточного давления сообщается с атмосферой, а при измерении абсолютного давления содержит замкнутую вакуумную камеру. Результат формируется относительно этой опоры.

4.      Цифровая обработка и формирование выхода: Электроника обновляет данные сенсора 48 раз в секунду, в быстродействующем исполнении 167 раз, преобразует результат в двухпроводный сигнал 4–20 мА и накладывает на него цифровые данные HART.

Измерение избыточного давления

При измерении избыточного давления отсчет ведется сверх атмосферного, поэтому барометрические колебания напрямую входят в результат. В штуцерном модуле диапазоны избыточного давления начинаются от –1,01 бар и в зависимости от кода диапазона доходят до верхнего предела 2,06, 10,34, 55,15, 275,79 или 689,47 бар. Благодаря отрицательной части шкалы тем же прибором контролируют и условия ниже атмосферного давления.

 Измерение абсолютного давления

Опорой служит полный вакуум, поэтому результат не зависит от погодных изменений атмосферного давления. В штуцерном модуле абсолютные диапазоны предлагаются от 0–2,06 бар до 0–689,47 бар, во фланцевом модуле — от 0–0,34 бар до 0–275,79 бар. Типичные области применения: вакуумные системы, конденсаторы, ректификационные колонны и расчеты, в которых используется абсолютное значение давления пара.

Штуцерный и фланцевый сенсорные модули

Штуцерный сенсорный модуль присоединяется к процессу напрямую внутренней резьбой ½–14 NPT, наружной резьбой G½ A по DIN 16288 или высоконапорным присоединением с конусом и резьбой; компактная конструкция ускоряет монтаж и уменьшает потребность в дополнительных соединительных деталях. Фланцевый сенсорный модуль, помимо избыточного и абсолютного давления, поддерживает измерение перепада давления и может заказываться вместе с интегральным клапанным блоком, традиционным фланцем или мембранным разделителем.

Монтажное положение и подстройка нуля

Угол установки прибора способен вызвать небольшое смещение нуля: во фланцевом модуле избыточного давления оно достигает 3,11 мбар, в абсолютных и штуцерных модулях — 6,22 мбар. Смещение устраняется подстройкой нуля и не влияет на диапазон измерений. Поэтому при пусконаладке рекомендуется обнулять датчик уже в окончательном монтажном положении.

Поведение при отказе настраивается в соответствии с подходом NAMUR NE 107 к самоконтролю и уровнями сигнала по NE 43, благодаря чему система управления распознает неисправность по выходному сигналу.

Ключевые особенности

·         Три класса точности: Основная погрешность ±0,025 % от диапазона в высокоточном классе и ±0,035 % в стандартном; в штуцерном модуле на верхнем диапазоне ±0,04 % и ±0,065 %.

·         Широкая перенастройка диапазона: Коэффициент перенастройки 200:1 или 150:1 в зависимости от класса точности; один прибор применим в разных калиброванных диапазонах.

·         Стабильность, нормированная на 20 лет: Долговременная стабильность ±0,10 % от ВПИ в высокоточном классе и ±0,15 % в стандартном, нормированная на 20 лет.

·         Быстрый отклик: Полное время отклика 80 мс в стандартной конфигурации и 40 мс с быстродействующим сенсором.

·         Компактное штуцерное присоединение: Модуль присоединяется к процессу напрямую, что сокращает число переходных деталей и трудоемкость монтажа.

·         Встроенные релейные выходы: Два двухполюсных переключающих реле в клеммном блоке, управляемых результатом измерения датчика.

·         Локальный доступ по Bluetooth: Настройка и обслуживание с типовой дистанции не менее 15 м в пределах прямой видимости.

·         Графический индикатор: Графический ЖК-индикатор 128 × 128 пикселей с подсветкой, семь языков меню, местные кнопки обнуления и проверки контура.

·         Ступенчатые пакеты диагностики: От базовой диагностики прибора до диагностики электрической петли и проверки по управляемому сценарию.

·         Исполнения для холодного климата: Работа при температуре окружающей среды –50 °C и –60 °C в соответствующих конфигурациях.

Технические характеристики

Приведенные данные относятся к штуцерным и фланцевым сенсорным модулям для измерения избыточного и абсолютного давления; точные значения определяются выбранным кодом диапазона и классом точности.

Влияние температуры окружающей среды и давления в линии нормируется отдельными таблицами для каждого кода диапазона и класса точности; для ответственных точек суммарную неопределенность измерения следует рассчитывать по проектным данным.

Основные преимущества

·         Правильная опора — достоверный результат: Исполнения с избыточным и абсолютным опорным давлением позволяют решить под конкретную задачу, должны ли показания зависеть от колебаний атмосферного давления.

·         Быстрый и экономичный монтаж: Прямое технологическое присоединение штуцерного модуля сокращает время монтажа и число соединений.

·         Широкий охват по давлению: Одно семейство приборов закрывает задачи от условий, близких к вакууму, до 689,47 бар.

·         Длительный интервал между поверками: Стабильность, нормированная на 20 лет, упрощает планирование периодичности калибровки.

·         Безопасность обслуживания: Bluetooth и вынесенный интерфейс уменьшают необходимость подходить непосредственно к прибору.

·         Стойкость к тяжелым условиям: Корпус со степенью защиты IP66/IP68 и исполнения для холодного климата пригодны для открытых площадок.

Области применения

Датчики избыточного и абсолютного давления применяются везде, где нужно контролировать или регулировать давление в одной точке.

Насосные и компрессорные линии

Контроль давления на всасывании и нагнетании, раннее обнаружение риска кавитации и сухого хода, слежение за давлением по ступеням компрессора.

Давление в аппаратах, резервуарах и реакторах

Контроль давления газовой подушки в закрытых емкостях, формирование входного сигнала для логики противоаварийной защиты и питание контуров регулирования.

Вакуумные системы и конденсаторы

Благодаря абсолютной опоре измерение в вакуумных системах, конденсаторах и ректификационных колоннах не зависит от изменений атмосферного давления.

Пар и вспомогательные системы

Контроль давления в паровых коллекторах, вспомогательных линиях котлов, сетях приборного воздуха и противопожарного водоснабжения.

Нефть, газ и нефтепереработка

Измерение высоких давлений в сероводородсодержащих средах добычи и переработки со смачиваемыми материалами по требованиям NACE MR0175/ISO 15156 и MR0103.

Трубопроводы и газораспределительные станции

Контроль давления в линии, передача давления на входе и выходе редуцирующих станций в систему управления.

Критерии выбора датчика давления

Правильный выбор начинается с определения опорного давления и рабочего диапазона точки измерения.

Вид опорного давления и диапазон измерений

·         Абсолютная опора, если результат не должен зависеть от колебаний атмосферного давления, иначе избыточная

·         Минимальное, нормальное и максимальное рабочее давление и требуемый калиброванный диапазон

·         Выбор верхнего предела измерений по рабочему давлению и проверка коэффициента перенастройки

·         Возможные перегрузки и гидравлические удары

Технологическое присоединение и материалы

·         Прямое штуцерное присоединение или фланцевый модуль с клапанным блоком

·         Стандарт присоединения: NPT, наружная резьба по DIN или высоконапорное присоединение с конусом и резьбой

·         Выбор смачиваемого материала: нержавеющая сталь 316L или сплав C-276

·         Требования сероводородсодержащих сред и необходимые сертификаты на материалы

Электроника, выход и условия окружающей среды

·         Класс точности и требуемая суммарная неопределенность измерения

·         Потребность в выходе и цифровой связи, необходимость релейных выходов

·         Температура окружающей среды, вибрация и ожидаемая степень защиты

·         Требования по взрывозащите и функциональной безопасности

Для абразивных, вязких и склонных к засорению сред следует рассмотреть системы с мембранными разделителями; если нужна разность давлений между двумя точками, выбирают датчики перепада давления.

Сертификаты и соответствие

В зависимости от выбранных кодов опций для датчика доступны следующие одобрения и подтверждения соответствия:

Объем одобрений зависит от заказанного кода опции; действующие для конкретного проекта сертификаты взрывозащиты и функциональной безопасности следует подтверждать на этапе подготовки предложения.

Поддержка TLY Enerji по датчикам давления

TLY Enerji рассматривает измерение давления не как поставку отдельного прибора, а как проектирование точки измерения целиком. Инженерная команда исходит из рабочего и расчетного давления: определяет вид опорного давления, диапазон измерений и класс точности, оценивает схему технологического присоединения и клапанного блока и подбирает смачиваемый материал по составу среды.

На этапе предложения технические данные приборов, сертификаты взрывозащиты и на материалы сопоставляются с проектной спецификацией; планируются интеграция с системой управления, маркировка и пусконаладочные работы. Для действующих установок, где точки требуют частой калибровки или дают нестабильные показания, готовятся рекомендации по монтажу, подстройке нуля и выбору диапазона. В том же объеме прорабатывается планирование запасных частей и калибровки.

Часто задаваемые вопросы

Чем избыточное давление отличается от абсолютного?

Датчик избыточного давления принимает за опору атмосферное давление и показывает величину сверх давления окружающей среды, поэтому его показания меняются вместе с погодой. Датчик абсолютного давления опирается на полный вакуум и не зависит от колебаний атмосферного давления. Абсолютную опору выбирают для вакуумных систем, конденсаторов и расчетов, в которых используется абсолютное значение давления пара.

В чем преимущество штуцерного сенсорного модуля?

Штуцерный модуль присоединяется к процессу напрямую, отдельный фланец или монтажный узел не требуется. Благодаря этому монтаж выполняется быстрее, число соединений и потенциальных мест утечки снижается, а прибор занимает меньше места. Среди вариантов присоединения — внутренняя резьба NPT, наружная резьба по DIN и высоконапорное присоединение с конусом и резьбой.

Как выбрать диапазон измерений?

Верхний предел измерений выбирают так, чтобы он перекрывал ожидаемое максимальное рабочее давление и возможные гидравлические удары. Если нормальное рабочее значение приходится на очень малую часть диапазона, неопределенность измерения растет, поэтому проверяют и коэффициент перенастройки. В зависимости от класса точности прибор допускает перенастройку 200:1 или 150:1.

 Влияет ли монтажное положение на измерение?

Угол установки способен вызвать небольшое смещение нуля. Во фланцевом модуле избыточного давления оно достигает 3,11 мбар, в абсолютных и штуцерных модулях — 6,22 мбар. Смещение устраняется подстройкой нуля, выполняемой после установки прибора в окончательное положение, и на диапазон измерений не влияет.

В каком диапазоне работает датчик давления?

В штуцерном модуле измерение избыточного давления начинается от –1,01 бар и в зависимости от кода диапазона доходит до 689,47 бар; абсолютные диапазоны лежат между 0–2,06 бар и 0–689,47 бар. Во фланцевом модуле нижние диапазоны опускаются до ±62,16 мбар. Выбор делают по рабочему давлению и требуемой погрешности.

Как планировать периодичность калибровки?

Долговременная стабильность нормирована на 20 лет и составляет ±0,10 % от ВПИ в высокоточном классе и ±0,15 % в стандартном. Периодичность калибровки определяют, рассматривая этот показатель вместе с критичностью точки измерения, требованиями функциональной безопасности и процедурами предприятия.