2.9 Сучасні вимірювальні перетворювачі тиску

Сучасні загально-промислові ВПТ — це інтелектуальні, з убудованим мікропроцесором, інтегральні перетворювачі з цифровим інтерфейсом. Вони мають властивості діагностики і конфігурування на відстані (установка нуля і діапазону шкали, вибір технічних одиниць, уведення даних для ідентифікації і фізичного опису давача і т.п.), забезпечують більш високе співвідношення вимірюваних діапазонів, поліпшену температурну компенсацію, підвищену основну точність. Однак це не свідчить про непридатність та неефективність інших ВПТ: кожен тип ВПТ займає свою нішу в автоматизації технологічних процесів.

В реальних умовах користувач змушений розглядати різні робочі характеристики великої кількості ВПТ, щоб вибрати з них оптимальний для конкретних умов застосування, причому цей вибір залежить від багатьох факторів (вартість, точність, температура, вид середовища, інформаційна, конструктивна і технологічна сумісність із засобами обробки верхнього рівня системи і т.д.). Вибір за єдиним критерієм – ціна – найчастіше приводить до помилкової економії, якщо в комплексі не враховуються додаткові витрати конкретного застосування, експлуатаційні витрати і показники надійності [46].

Основні характеристики ряду вітчизняних і закордонних промислових ВПТ, які знайшли найбільше застосування, приведені в таблицях В.1 та В.2 додатку В.

ВПТ типу «МТ–100», «Сапфір–22МТ», а також мікропроцесорний давач нового покоління «Сапфір–22МП» випускаються ЗАТ «Манометр» як у звичайному, так і у вибухобезпечному (з видом вибухозахисту «іскробезпечний ланцюг» і «вибухонепроникна оболонка») виконаннях.

Давачи випускаються для ряду стандартних діапазонів вимірювання. Верхня межа вимірювання для всіх давачів дорівнює діапазонові вимірювання, нижня — нулеві. Окремі моделі давача «МТ–100» дозволяють працювати з температурою вимірюваного середовища на вході давача до 300°С. За вимогою замовника можуть виготовлятися давачи з одиницями тиску кгс/м², кгс/см² або бар. Живлення давачів здійснюється від блоків живлення по 2- або 4-провідній лінії. Давач «Сапфір–22МП» є аналогом «Сапфір–22МТ», але мікропроцесорне виконання схеми вимірювання дозволило зменшити основні і додаткову температурні похибки, функціонально можливо перенастроювання меж вимірювання, настроювання на «нуль» і «діапазон», налаштовування з виносного пульта керування з контролем параметра, що вводиться, на табло; глибина перенастроювання діапазонів збільшилася до 1:10, що дозволяє у витратомірах змінного перепаду тиску використовувати один давач-дифманометр «Сапфір–22МП» замість двох давачів іншого типу [46].

Аналоговий ВПТ «ИНСАР» використовує напівпровідниковий первинний перетворювач тиску на основі кремнієвого мембранного чутливого елемента і дозволяє замінити «Сапфір–22» при вимірах тиску повітря або газів (у тому числі й агресивних).

П’езорезонансний давач надлишкового тиску «Кварц-ДИ» у якості ЧЭ використовує п’езочутливий кварцовий резонатор — кристалічний здвоєний мікрокамертон, закріплений на кварцовій мембрані; вимірюваний тиск через розділювальну мембрану і рідину передається на кварцову мембрану, викликаючи її деформацію і змінюючи резонансну частоту тензорезонатора. «Кварц-ДИ» відрізняється малими основною (0,1÷0,25 %) і додатковою температурною (0,1% на кожні 10°С зміни температури) похибками, має як стандартний уніфікований струмовий вихід, так і частотний вихід.

Цифровий манометр ДМ 5001 поєднує у собі якості манометра (індикація значення тиску на електронному цифровому табло) і давача (уніфікований струмовий вихід, а також цифрові виходи в рівнобіжному двійково-десятковому коді рівня TTL і в стандарті послідовного інтерфейсу ІРПС). Комплекс давачів «Сигнал» використовує як чутливий елемент КНС-структуру — пластину монокристалічного сапфіра з плівкою кремнію, у якому реалізовані тензорезистори.

Промисловою групою «Метран» випускаються давачи «Сапфір–22М», «Метран–22» і «Метран–43, –45». Перші два типи давачів цілком взаємозамінні, але «Метран–22» забезпечує підвищені точностні й експлуатаційні характеристики (поліпшене регулювання і підстроювання діапазону вимірів, підвищена надійність виробу, уніфіковані схемотехнічні рішення). Усі давачи використовують «суху» (без розділової рідини) конструкцію приймача тиску і випускаються у виконаннях: «загально-промислове», «вибухобезпечне» або «вибухонепроникна оболонка». По-своєму цікавий давач «Метран–44» з 3–мембранною конструкцією (вимірювальна мембрана захищена двома розділовими мембранами і кремнійорганічною рідиною), що забезпечує корозійну стійкість у хімічно агресивних середовищах.

Більшість із згаданих ВПТ, при всіх своїх перевагах, що визначають їхнє широке застосування в промисловості, володіє двома істотними недоліками: низькими інтелектуальними і інтерфейсними можливостями. У цих умовах економічно виправданим може виявитися придбання ВПТ ведучих світових виробників або їхніх вітчизняних аналогів (наприклад «Метран–1151» є аналогом інтелектуального давача «Alphaline1151» фірми Fisher-Rosemount). Крім масової моделі «Alphaline1151», у продукції Fisher-Rosemount виділяються один із най точніших загально-промислових давачів — модель 3051, а також інтелектуальний давач з точністю 0,2% і можливістю перебудови діапазонів вимірювань 20:1 і 10:1 — модель 2088.

Фірма Honeywell пропонує давачи тиску SMW3000 лінії Smartline і ST3000 лінії Fieldbus.

Багатопараметричний давач SMW3000 (модель STM125) одночасно вимірює три параметри процесу: абсолютний тиск і перепад тисків з однієї трубної вставки (самого пристрою, що підключається до труби) і температуру з окремого стандартного давача температури —термоперетворювача опору Pt 100 або термопари. Тиск у ВПТ вимірюється п’езорезистивним тензодавачом. Мікропроцесорна обробка результатів забезпечує широкий діапазон вимірів тиску — 400:1 по тиску диференціальному (ДД) і 150:1 по тиску надлишковому (ДИ), підвищену точність — 0,075% у цифровому режимі передачі даних і поліпшену компенсацію по температурі — додаткова температурна похибка не перевищує 0,0875% на кожні 28°С. Давач диференціального тиску STD924 серії ST 3000 забезпечує співвідношення вимірюваних діапазонів 16:1 і сумарну додаткову температурну похибку у межах 0,4% від діапазону на кожні 28°С зміни температури щодо номінальної.

Високонадійні і високоточні інтелектуальні ВПТ SITRANS P (серії MKII, DS, HK) фірми Siemens призначені для вимірювання надлишкового, диференціального й абсолютного тиску рідини від 1 мбар до 4000 бар. Для різних задач можна скористатися різними перетворювачами з різноманітними з'єднаннями і насадками. Можливе використання місцевих індикаторів. Пристрої SITRANS P випускають у стандартному виконанні (вихід 4–20 мА), Smart (з використанням HART) і з підключенням Profibus-PA. Забезпечується можливість безступінчастої перенастройки діапазону вимірювання по місцю. Давачи серії Z можуть бути використані для вирішення задач, що не вимагають високої точності вимірювання, а також перенастройки діапазону вимірювання в процесі експлуатації. Вони призначені для вимірювання надлишкового й абсолютного тиску газів, рідин і пари в енергетичній і машинобудівній індустрії, системах водопостачання і т.п. і відрізняються малою вагою і габаритами. Давач складається з тонкоплівкового вимірювального осердя з керамічною мембраною й електронною схемою, що вбудовані в корпус з нержавіючої сталі (IP65). В експлуатації перетворювачі не вимагають технічного обслуговування, крім періодичної перевірки нуля діапазону.

На рис.2.41 приведена типова конструкція сучасних вимірювальних перетворювачів тиску на прикладі вимірювальний перетворювач різниці тисків STX 2100 фірми Druck.

1 – корпус, 2 – кришка, 3 – електронна плата, 4 – ущільнювальне кільце, 5 – з’єднувальні провідники, 6 – сенсорний блок, 7 – отвори для приєднання джерела тиску

Рисунок 2.41 – Типова конструкція сучасних вимірювальних перетворювачів різниці тисків