Typy senzorů pro monitorování tlaku – klasifikace, použití a kritéria výběru | Izmerkon

Taková zařízení jsou měřicí zařízení s citlivými prvky, které mění fyzikální parametry v závislosti na okolním tlaku.

Na rozdíl od tlakoměrů, které pouze měří tlak a zobrazují hodnoty na váze, senzory regulace tlaku převádějí přijatou hodnotu také na jednotný signál nebo digitální kód, který se přenáší po síti technického systému a slouží k regulaci celého procesu.

Snímače tedy musí obsahovat nejen tlakový přijímač (citlivý prvek), ale také výstupní zařízení informačního signálu. A všechny spoje a spoje jsou chráněny hermeticky uzavřenými spoji.

Klasifikace tlakových snímačů

Tlakové senzory jsou klasifikovány podle několika kritérií. První z nich je měřená charakteristika:

• Absolutní tlak je ukazatel v měřeném médiu vzhledem k absolutní nule (vakuu).
• Přetlak je úroveň zvýšení tlaku v médiu vzhledem k barometrickému tlaku (v zemské atmosféře).
• Rarefakce je míra poklesu tlaku vzhledem k barometrickému tlaku.
• Tlak/vakuum: lze měřit jak zvýšení, tak snížení vzhledem k atmosférickému tlaku.
• Rozdíly tlaku (diferenciální): změřte, jak rozdílné jsou naměřené hodnoty ve dvou různých prostředích nebo ve 2 vzdálených bodech procesu.
• Hydrostatický: měření rozdílu mezi celkovým a dynamickým tlakem, používaný pro potrubí.

Další klasifikace je založena na metodě měření tlaku:

• Výška kapaliny ve sloupci. Na tomto principu fungují tlakoměry s kalibrovanou stupnicí, plněné vodou nebo rtutí. Vodní jsou považovány za citlivější a přesnější.
• Elastická deformace. Metoda je založena na této korespondenci: stupeň deformace elastického materiálu je přímo úměrný použité síle (tlaku).
• Elektrické metody. Tenzometry fungují na tomto principu: změna velikosti ovlivňuje elektrický odpor vodiče.

Typy snímačů tlaku

V závislosti na všech těchto charakteristikách se rozlišují následující typy snímačů tlaku:

1. Elastické senzory se často používají k měření tlaku kapaliny. Jsou to zařízení s kapalinou v přihrádce s jednou elastickou stěnou. tato elastická „membrána“ se vychyluje se změnou naměřených hodnot a na základě těchto odchylek se vypočítá hodnota. Taková zařízení jsou citlivá a křehká a při vystavení vibracím se pletou.
2. Bourdonovy trubice: uvnitř trubky je vyvíjen tlak, který způsobuje její elastickou deformaci (elipsa nebo ovál v průřezu má tendenci mít tvar kruhu a volný konec trubky se pohybuje). Nejčastěji na tomto principu fungují tlakoměry s ručičkovým číselníkem. Jedná se o přenosné modely, které vyžadují malou údržbu, ale pracují s nízkou přesností a jsou vhodné pouze pro statická měření.
3. Měchy: válcová zařízení se záhyby, které se deformují při stlačení a roztažení. Taková zařízení jsou připojena ke spínačům a lze je používat pouze při tlacích pod 200 Pa.
4. Membrány a membrány jsou pryžové, kovové, plastové nebo kožené kotouče. Jsou citlivé na náhlé změny tlaku a jsou vhodné i pro měření nízkých hodnot, méně než 2-7 Pa. Lze použít i v agresivním prostředí.
5. Elektrické snímače jsou instalovány na stejné úrovni jako elastické, zvyšují přesnost měření a zajišťují přenos elektrického signálu do řídicího bodu.
6. Kapacitní, skládající se z paralelních kondenzátorových desek spojených s kovovou membránou. Konstrukce obsahuje i elektrody napájené vysokofrekvenčním generátorem. Vhodné pro měření v rozsahu 2,5-70 MPa.
7. Indukční, s feromagnetickým jádrem, vinutím a elastickým prvkem. Jádro se pohybuje se změnou tlaku a mění se i napětí mezi vinutími. V závislosti na stupni kalibrace napětí a typu elastického prvku se rozsah naměřených hodnot může pohybovat od 250 Pa do 70 MPa.
8. S magnetorezistencí. Jsou to konstrukce s feromagnetickým jádrem, deskou a pružnými prvky. Když se pohybují, magnetický tok obvodu se mění. Citlivost měření je v tomto případě 0,35 MPa.
9. Piezoelektrický s krystalovým senzorem, který generuje elektrický náboj v okamžiku, kdy zaznamená tlak. Mezi změnami těchto veličin existuje přímá úměra, proto je zařízení citlivé, s rychlou odezvou (nízká doba odezvy). Citlivost je v tomto případě také na úrovni do 0,1 MPa a horní mez měření je 100 MPa.
10. Potenciometrické jsou vybaveny pákou připevněnou k elastickému senzoru. Při deformaci pružného prvku se páka pohybuje přes potenciometr, čímž zajišťuje měření odporu. Takové senzory pracují s nízkou citlivostí a nejsou vhodné pro nepřetržité použití v kritických procesech.
11. Tenzometrický snímač: Změny tlaku jsou určeny výpočtem změn odporu obvodu Wheatstoneova můstku. Citlivost snímačů zůstává vysoká pouze tehdy, je-li procesní teplota stabilní. Rozsah měření – až 1400 MPa s citlivostí 1,4-3.5 MPa.
12. Vibrační (s vibračním prvkem). V tomto případě se měří změny rezonanční frekvence vibrujících prvků a samotný snímač je umístěn v izolovaném válci pod vakuem. Taková zařízení jsou vhodná pro měření stabilních hodnot bez náhlých skoků a prakticky nejsou ovlivněna teplotami. Přípustný rozsah měření je do 0,3 MPa.
13. Diferenční tlak: Měří se tlakový rozdíl a tato hodnota se převádí na přenášený signál. Při použití ve spojení s kapacitním prvkem nebo membránou se považuje za minimálně invazivní. Citlivost měření a jejich rozsah závisí na tom, jaké elektrické a elastické prvky jsou v návrhu použity. Nejčastěji se taková zařízení používají k měření rozdílů v množství.
14. Vakuum nebo vakuometry pracují při podtlaku, ve vakuu nebo při extrémně nízkých tlacích.
15. Tepelné, fungují na principu vakuometrů, kdy se vlivem tlaku mění tepelná vodivost plynu. Principem použitým u tohoto typu snímače je změna tepelné vodivosti plynu vlivem tlaku. Takové snímací prvky pracují pouze při nízkých tlacích.
16. Ionizační zařízení mohou být s horkou nebo studenou katodou (liší se principem emise elektronů). Taková zařízení jsou považována za velmi citlivá a jsou vhodná pro měření dílčích částí.

K dispozici jsou také zařízení s různým stupněm citlivosti. Některé pracují s minimální chybou, ale vyžadují více času na provedení měření. Je vhodné je používat tam, kde je tlak v systému stabilní. Pokud se tato hodnota během krátké doby výrazně změní, rozhodnou se „obětovat“ přesnost ve prospěch rychlosti měření.

Aplikace pro tlakové senzory

Snímače tlaku, jako zařízení, která převádějí naměřenou hodnotu na jednotný digitální signál, najdou uplatnění v bytovém a komunálním sektoru, ve výrobě (chemie, potravinářství, petrochemie, strojírenství, hutnictví, stavba lodí, energetika) a pro laboratorní experimenty.

V bytových a komunálních službách a v každodenním životě jsou taková zařízení instalována v systémech měření tepla a automatických řídicích systémů pro inženýrské sítě. Většina modelů je univerzální a určená pro použití v kapalných, plynných a chemicky agresivních médiích. Senzory diferenčního tlaku se často používají v systémech řízení procesů (filtry, čerpadla, otevřené a uzavřené nádoby) a přístroje, které měří tlakové rozdíly, jsou široce používány v energetickém průmyslu.

Snímač tlaku pro výrobu

Tlakové senzory hrají klíčovou roli v různých průmyslových procesech, poskytují monitorování a řízení parametrů procesního systému. Jejich průmyslové aplikace lze rozdělit do několika hlavních oblastí:

1. Řízení procesu

• Chemický a petrochemický průmysl: Tlakové senzory se používají k monitorování tlaku v nádržích, potrubích a reaktorech, aby se zabránilo výbuchům, únikům a zajistily se bezpečné provozní podmínky. Například ve vysokotlakých reaktorech je důležité udržovat určitou úroveň tlaku pro optimalizaci chemických reakcí.
• Energetika: U parních kotlů a turbín je měření tlaku páry zásadní pro udržení účinnosti a bezpečnosti zařízení. Senzory pomáhají kontrolovat tlak v kotli a zabraňují jeho překročení přípustných limitů.

2. Správa systémů

• Vodovod a kanalizace: Tlakové senzory pomáhají monitorovat tlak ve vodovodním potrubí a čerpacích stanicích, zajišťují rovnoměrnou distribuci vody a předcházejí nehodám způsobeným změnami tlaku.
• Pneumatické a hydraulické systémy: V těchto systémech se tlakové senzory používají ke sledování a regulaci tlaku pracovních kapalin a plynů, což pomáhá udržovat stabilní provoz zařízení, jako jsou hydraulické lisy, výtahy a další mechanismy.

3. Pracovní bezpečnost a zdraví

• Systémy nouzové ochrany: V řadě průmyslových odvětví hrají tlakové senzory klíčovou roli v systémech nouzového vypnutí zařízení při překročení přípustných parametrů. To je zvláště důležité v zařízeních, která manipulují s nebezpečnými látkami nebo v prostředí s vysokým tlakem.
• Kontrola úniku: Tlakové senzory se také používají k detekci úniků plynu nebo kapalin v potrubí, což umožňuje rychle reagovat na problémy a předcházet nehodám.

4. Hutnictví a strojírenství

• Tavící a válcovací stroje: V metalurgii je kontrola tlaku v systémech dodávky plynu nebo ropy do zařízení nezbytná k zajištění kvality produktu a bezpečnosti výrobního procesu.
• Výroba automobilů: Ve strojírenství se tlakové senzory používají v monitorovacích a řídicích systémech na výrobních linkách, například ke kontrole netěsností a tlaků v různých součástech, jako jsou pneumatiky a hydraulické systémy.

5. Potravinářský a farmaceutický průmysl

• Sterilizace a pasterizace: Tlakové senzory jsou potřebné pro monitorování procesů sterilizace a pasterizace, kde je přesné udržování tlaku a teploty rozhodující pro kvalitu produktu.
• Balící linky: Ve výrobních linkách, zejména ve farmacii, se tlakové senzory používají ke sledování těsnění obalů a zajištění kvality produktů.

Použití tlakových snímačů ve výrobě není omezeno na uvedené oblasti. Jsou důležitým prvkem v každém procesu, kde musí být řízen tlak, aby byla zajištěna bezpečnost, účinnost a kvalita výroby.

Kritéria pro výběr tlakových senzorů

Při výběru vhodného zařízení nezapomeňte vzít v úvahu:

• místo instalace, typ technologického postupu a zařízení;
• rozsah měření;
• druh a teplota dopravovaného média;
• typ jednotného výstupního signálu;
• požadovaná přesnost měření (čím kritičtější je technologický proces, tím vyšší je požadovaná přesnost).

Firma Izmerkon nabízí nejoblíbenější snímače tlaku, žádané hodnoty, záznamníky, snímače a tlakové převodníky s vysokou přesností. Můžete zde také zakoupit digitální tlakoměry.

To vše jsou produkty švýcarské firmy KELLER. Takové zařízení má vysokou přesnost, stabilitu, spolehlivost elektrických konektorů a procesních připojení. Pro výběr vhodného měřícího zařízení v souladu s požadavky technologického procesu a zařízení stačí zanechat online přihlášku nebo požádat o zpětné zavolání.

Snímače polohy jsou také široce používány ve výzkumných laboratořích pro testování.

Klasifikace a princip činnosti

Snímače polohy se dělí na dvě velké skupiny: bezkontaktní a kontaktní.

Kontaktní senzory

Činnost těchto zařízení je založena na změně elektrického odporu při změně té či oné mechanické veličiny, tedy na přeměně fyzického pohybu na elektrický signál. Poté, co naměřená hodnota dosáhne určité hodnoty, elektrické kontakty obsažené v obvodu se sepnou nebo rozepnou, což signalizuje, že objekt překročil specifikovanou hodnotu.

Bezdotykové senzory

Tato zařízení, nazývaná také dotykové spínače, fungují bez kontaktu s pohybujícím se předmětem. Ke spojení mezi senzorem a objektem dochází vlivem elektromagnetického pole.

Indukční snímače, jejichž hlavní části jsou vyrobeny z mosazi nebo polyamidu, se vyznačují spolehlivým designem a schopností odolávat vysokému zatížení. Elektromagnetické pole je vytvářeno generátorem, zpracování dat a přenos elektrického signálu zajišťuje Schmidtova spoušť a zesilovač ovládaný LED indikátorem. Indukční zařízení začne fungovat po zapnutí generátoru a vzniku elektromagnetického pole. Amplituda kmitů generátoru se neustále mění pod vlivem vířivých proudů. Když kovový předmět pohybující se v prostoru vstoupí do oblasti působení elektromagnetického pole, je o tom odeslán signál do řídicí jednotky, kde je zpracován. Síla a povaha signálu závisí na velikosti objektu a vzdálenosti, která jej odděluje od senzoru.

Kapacitní senzory Jsou jedno- a dvoukapacitní. Vyrábějí se v ocelovém nebo plastovém pouzdře plochého nebo válcového tvaru. Uvnitř krytu jsou kolíkové elektrody, které poskytují zpětnou vazbu generátoru, a kondenzátor s dielektrickou distanční vložkou. Když se pohyblivá deska kondenzátoru pohybuje, vzdálenost ke stacionární desce se zvětšuje a dielektrická rozpěrka se deformuje, čímž se mění dielektrická konstanta. Zařízení tohoto typu mají vysokou citlivost a nízkou setrvačnost, dokážou měřit lineární a úhlové pohyby objektů i jejich velikosti.

Optické senzory jsou zastoupeny především fotosenzory pracující v infračervené zóně. Jsou schopny určit polohu objektů pohybujících se vysokou rychlostí a mají několik druhů, včetně:

1. Zábrana, dostupná ve dvoublokovém provedení. Používají se k detekci objektů (bariér) zachycených mezi vysílačem a přijímačem instalovaným proti sobě. Dosah zařízení dosahuje 100 metrů.

1. Difuze s monoblokovým pouzdrem. Fungují na principu zrcadlového odrazu. Nevyžadují přesné ostření, protože jsou navrženy pro práci s objekty vzdálenými maximálně 2 metry od zařízení.

1. Reflex, kombinující vysílací a přijímací zařízení a také polarizační filtr. K odrazu paprsku dochází díky reflektoru. Dosah zařízení dosahuje 8 metrů.

Laserové senzory vyznačuje se vysokou přesností měření. Jsou schopni detekovat sebemenší pohyb objektu a určit jeho polohu a velikost. Tato zařízení jsou relativně malá a spotřebovávají malé množství energie. Když je detekován cizí předmět, alarm se okamžitě zapne.

Činnost zařízení je založena na principu triangulace, která poskytuje vysoký stupeň rozpoznání objektů. Laserový paprsek vyzařovaný přijímačem dopadá na povrch předmětu a poté se odráží pod určitým úhlem. Hodnota úhlu je ovlivněna vzdáleností od vysílače k ​​detekovanému objektu. Poté, co se paprsek vrátí do přijímacího zařízení, informace jsou přečteny mikrokontrolérem, jsou určeny parametry objektu a jeho umístění. Nejpřesnější údaje, až po tvar cizího předmětu, poskytují zařízení fázového typu.

Ultrazvukové senzory přeměňují elektrický proud na ultrazvukové vlny o frekvenci 20 až 60 kHz. Činnost těchto zařízení je založena na stejných principech jako činnost radaru. To znamená, že detekují objekt podle zvukových vln odražených od něj. Protože rychlost zvuku je konstantní, ultrazvukový senzor vypočítává vzdálenost k objektu v jeho dosahu na základě rozsahu času, který signál potřebuje, aby opustil vysílač a vrátil se do přijímače.

Rozsah aplikace

Snímače polohy různých typů, zaznamenávající lineární a úhlový pohyb objektů, včetně rychlosti jejich pohybu, se používají v mnoha průmyslových odvětvích, včetně:

• strojírenství (kovoobrábění, montáž a výroba dopravníků);
• motorová doprava, speciální a zemědělská technika: v mechanických převodovkách, systémech řízení pohybu (motor, řízení, odpružení, hydraulika atd.);
• robotika;
• radiotechnika;
• automatizované řídicí systémy (ACS);
• lékařské vybavení;
• dřevozpracující průmysl;
• CNC stroje;
• hydraulické a pneumatické systémy;
• sledovací a bezpečnostní systémy;
• ovládání světla (zejména v „chytrých“ domech);
• laboratorní výzkum.

Tento seznam není zdaleka úplný. Málokdy se moderní výrobní nebo technologický proces obejde bez snímačů pro různé účely, včetně snímačů polohy. Hlavním úkolem zůstává správná volba v závislosti na řešených úkolech.