Преобразователь давления ОВЕН ПД100-ДИ
Датчики давления широко применяются во всех отраслях про мышленности, в энергетике, на транспорте и в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ), поскольку давление – это второй по частоте встречаемости в промышленности параметр после темпе ратуры. В статье рассказывается о датчиках избыточного давления производства фирмы ОВЕН.
На сегодняшний день проблем в жилищно-коммунальном хозяйстве страны немало. Попрежнему сохраняется сложная ситуация с потерями тепла и воды, весьма значительны потери и течи на водоводах и теплотрассах, а нерациональный расход топлива при производстве и транспортировке тепла и воды увеличивает себестоимость продукции и нормативы потребления. В результате наши нормативы расхода теплоносителя в несколько раз превышают аналогичные нормативы в странах Европы. А если при этом учесть неуклонный рост цен на энергоносители, то становится понятным масштаб проблемы.
С целью изменить ситуацию в 1996 г. был принят закон РФ «Об энергосбережении», согласно которому стало обязательным оснащение всех новостроек и домов, прошедших капитальный ремонт, приборами подомового учёта расхода воды и тепла. Один из контролируемых этими приборами параметров – давление. В каждом контролируемом трубопроводе теперь необходимо устанавливать датчики избыточного давления. Указанное обстоятельство привело к росту спроса на недорогие датчики избыточного давления с верхним пределом 1,6 МПа, двух классов точности (0,5 и 1,0 %) и выходным сигналом 4…20 мА. Постепенно рынок стал массовым, и компания ОВЕН не могла остаться в стороне от этих процессов. В 2006 году мы запускаем в производство свой первый датчик давления, предназначенный в первую очередь для нужд отечественного ЖКХ, хотя по своим техническим характеристикам он может использоваться и как общепромышленный.
Надо сказать, что разработка датчика давления на деле оказалась далеко не простой. С одной стороны, необходимо было принимать во внимание ограничения, диктуемые рынком и потребителями. С другой стороны, от разработчиков требовалось создать современное, надёжное и недорогое изделие, отвечающее последнему слову техники.
Тензопреобразователи типа «кремний на сапфире»
Группой инженеров, разрабатывавших этот проект, был выполнен большой объём работ по поиску приемлемых первичных преобразователей – основы любого датчика. После тщательного анализа собранной информации в качестве первичного преобразователя был выбран тензопреобразователь отечественной разработки типа «кремний на сапфире» (КНС), установлены связи с ведущими предприятиями-изготовителями тензопреобразователей и проведены всесторонние испытания их продукции. Результаты испытаний дают основание утверждать, что КНС хорошо «отработан» и обладает оптимальным для отечественного рынка соотношением цена-качество.
Внешний вид тензопреобразователя на КНС приведён на рис. 1. Внутри титанового корпуса расположен чувствительный элемент, конструкция которого схематически изображена на рис. 2.
При изготовлении тензопреобразователя применяются современные технологии и материалы, и его устройство достаточно сложно. Принцип действия тензопреобразователя следующий: под действием давления измеряемой среды сапфиротитановая мембрана прогибается, тензорезисторы меняют своё сопротивление, что приводит к разбалансу моста Уитстона (рис. 2). Разбаланс пропорционален измеряемому давлению.
На выходной сигнал тензопреобразователя влияют различные факторы, в частности изменение температуры. Для датчика ОВЕН был выбран тензопреобразователь с заводской термокомпенсацией, что позволило значительно упростить схемотехнику нормирующего преобразователя и технологию изготовления датчика. Несмотря на то, что такой тензопреобразователь дороже обычных нетермокомпенсированных, в целом датчик получается дешевле и надёжнее.
Особое внимание при выборе тензопреобразователей уделялось временной стабильности выходного сигнала. Это было сделано по понятной причине: какая бы современная электроника не применялась, если сенсор не стабилен во времени, то хороший датчик в принципе получить невозможно. Наши партнёры – производители тензопреобразователей – в технологическом цикле изготовления применяют искусственное старение, что повышает показатели временной стабильности. Старение проводится с применением многократных циклов перепада температур и перегрузок давлением. Проведённые нами испытания подтвердили, что выбранные тензопреобразователи имеют хорошие показатели временной стабильности. Этот факт, а также ряд специальных технологических мер и почти тройной запас прочности тензомодулей к перегрузкам, дают основание рассчитывать, что датчики давления ОВЕН будут обладать повышенным межповерочным интервалом.
Особенности конструкции датчика
- Рис. 1. Внешний вид тензопреобразователя
Внешний вид датчика почти не отличается от большинства современных датчиков давления известных производителей. И дело здесь не в моде, а в целесообразности. Корпус и штуцер датчика ОВЕН выполнены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Базовое конструктивное исполнение штуцера имеет широко применяемую в ЖКХ метрическую резьбу М20×1,5 и выступ в виде шестигранника под ключ 27. Кроме этого возможны и другие исполнения, в том числе и с дюймовой резьбой. Конструкция штуцера предусматривает наличие внутренней резьбы М4 в отверстии пневмогидравлического входа для установки гидравлического дросселя, что защищает преобразователь давления от гидроударов, частых в сетях ЖКХ. Внутри корпуса размещается плата нормирующего преобразователя, выполненная с применением современных высоконадёжных комплектующих изделий и SMD-монтажа.
Инженеры-разработчики датчика давления уделили особое внимание временной стабильности самого нормирующего преобразователя. В технологическом процессе его изготовления специально предусмотрена операция термоциклирования, обеспечивающая искусственное старение и, соответственно, стабилизацию характеристик электронного преобразователя (помимо предварительного искусственного старения чувствительного элемента). А если к этому добавить ещё и «горячий» прогон с индивидуальной приработкой уже собранного датчика, то станет ясно, что временная стабильность выходного сигнала датчика ОВЕН обеспечивается на хорошем уровне.
- Рис. 2. Конструкция чувствительного элемента: 1 – тензочувствительная схема из кремния – мост Уитстона; 2 – сапфировая мембрана; 3 – титановая мембрана.
Для внешних подключений предусмотрено использование современного электрического соединителя типа DIN 43650C, снискавшего популярность у потребителей датчиков благодаря удобству и надёжности. Присоединение проводов токовой петли к его контактам не требует пайки. Для этих целей в конструкции кабельной части соединителя DIN 43650C используются надёжные винтовые клеммы. Высокая степень защиты от внешних воздействий (IP65) обеспечивается применением в соединителе морозостойких уплотнений и надёжно работающей зажимной муфты (обжим проводов пластиковым уплотнителем на входе в кабельную часть разъёма).
Выбрав удобный соединитель, было бы странно не уделить внимание удобству работы с датчиком в целом. К сожалению, отсутствием внимания к таким «мелочам» страдает большинство отечественных производителей преобразователей. Поэтому в конструкции датчика давления ОВЕН применены специальные решения для удобства выполнения основных действий при его монтаже и эксплуатации. Во многих отечественных и зарубежных датчиках для подстройки «нуля» производится частичная разборка датчика или применяются специальные съёмные заглушки, обеспечивающие доступ к регулятору. В условиях же реальной эксплуатации, когда зачастую датчик размещается в стеснённых условиях или на значительном расстоянии от оператора, не исключена возможность повреждения его внутренней структуры или утери мелких съёмных элементов конструкции.
Эта проблема в датчике ОВЕН решена. Для доступа к регулятору «нуля» нет необходимости разбирать датчик, достаточно свинтить крышку, не разъединяя даже приборную и кабельную части соединителя. А для облегчения доступа к подстроечному резистору «ноль» предусмотрена возможность поворота в удобное положение (в пределах 350°) обоймы нормирующего преобразователя относительно корпуса датчика.
Некоторые использованные при проектировании датчика технические решения оказались новаторскими, и в настоящее время проводится работа по их патентованию в установленном порядке.
- Рис. 3. Группа разработчиков (слева направо): схемотехник Ладаускас В.С., руководитель проекта Пестерев Ю.Г., ведущий специалист Суходолец В.К.
Надо отметить, что в связи с политикой компании ОВЕН в области электромагнитной совместимости вся новая продукция разрабатывается с учётом обеспечения повышенной устойчивости к воздействию электромагнитных помех. Не стал исключением и датчик давления. По результатам предварительных испытаний можно утверждать, что датчик хорошо выдерживает воздействие любых помех (кондуктивных, импульсных, электростатических и т.п.), в отличие от подавляющего большинства часто применяемых в ЖКХ отечественных датчиков.
Основные характеристики преобразователя давления ОВЕН ПД100-ДИ
Датчик ОВЕН ПД100-ДИ может использоваться в нейтральных к титану и нержавеющей стали средах (воздух, пар, жидкости) и позволяет проводить непрерывное пропорциональное преобразование избыточного давления в унифицированный выходной сигнал постоянного тока (4…20 мА). Датчики выпускаются двух классов точности: с пределом допустимой основной погрешности 0,5 и 1,0 %.
Датчик может применяться в распределительных сетях ЖКХ (вода, тепло), в которых измеряемое давление не превышает верхнего предела измерения преобразователя давления – 1,6 МПа. Он ставится на входе аппаратуры систем автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами, диспетчеризации, телемеханических информационно-измерительных комплексов и т.д. Основные технические характеристики датчика приведены в таблице.
Параметр | Значение |
Верхний предел измеряемого давления, МПа | 1,6 (с дальнейшим расширением ряда) |
Возможность перегрузки по давлению, не менее | 2 |
Предел допустимой осн. погрешности, % |
|
Диапазон рабочих температур окружающего воздуха, °С | – 40…80 |
Диапазон рабочих температур контролируемой среды, °С | – 40…95 |
Напряжение питания, В | 12…36 |
Сопротивление нагрузки, кОм | 0…1,0 (в зависимости от напряжения питания) |
Потребляемая мощность, Вт, не более | 0,75 |
Устойчивость к механическим воздействиям. Группа исполнения по ГОСТ 12997-84 | V3 |
Степень защиты корпуса по ГОСТ 14254-96 | IP65 |
Устойчивость к климатическим воздействиям | УХЛ3.1** |
Среднее время наработки на отказ, ч | 100000 |
Средний срок службы, лет | 12 |
Методика поверки | МИ 1997-89 |
Масса, кг, не более | 0,2 |
Штуцер для подключения давления (основной вариант) | М20x1,5 (ГОСТ 2405-88, черт. 20) с шестигранником под ключ 27 |
Тип соединителя | DIN 43650C |
Габаритный размер (по высоте), мм, не более | 127,5 |
Комплект поставки | Датчик, паспорт, руководство по эксплуатации, прокладки из паронита – 2 шт |
Отпускная цена с НДС, руб.: |
|
Как видно из приведённых данных, датчик, обладая типовыми характеристиками для своего класса, тем не менее выделяется увеличенным значением перегрузочной способности и приемлемой ценой. Что касается качества исполнения и надёжности изделия, то делается все, чтобы эти показатели были на традиционном для компании ОВЕН уровне.
Семейство датчиков давления ОВЕН ПД100
Преобразователь давления ОВЕН ПД100-ДИ1,6 – это первое изделие из семейства ПД100. В ближайшее время будет расширена номенклатура датчиков избыточного давления (ДИ) по верхнему пределу измерения от 100 кПа до 60…100 МПа. Со временем в семейство войдут датчики абсолютного давления (ДА), датчики гидростатического давления (ДГ), датчики разрежения и давления/разрежения. Планируется разработка взрывозащищённого исполнения датчиков. Предусматривается микропроцессорное исполнение датчиков с расширенной функциональностью, включая интеллектуальные возможности и современные протоколы обмена информацией.
Таким образом, компания ОВЕН, являясь производителем полной номенклатуры термопреобразователей, делает первый шаг к производству преобразователей давления. Насколько удачным получился датчик – судить нашим потребителям, но команда специалистов из отдела новых разработок компании ОВЕН уверена, что ОВЕН ПД100 – это точное попадание в цель.
