2.8 ЕлектРичні засоби вимірювання тиску

Принцип дії приладів цієї групи напрямому або непрямому перетворенні тиску в яку-небудь електричну величину, функціонально пов'язану з тиском.

Ці прилади застосовуються головним чином в лабораторній практиці для дослідницьких цілей.

Манометри виконують функцію локального контролю й у більшості випадків через відсутність можливості дистанційного доступу до їхніх показів (за винятком манометрів з уніфікованим вихідним електричним сигналом) не можуть використовуватися для цілей сучасної автоматизації. Таку можливість забезпечують вимірювальні перетворювачі тиску (ВПТ).

ВПТ за способом відображення та обробки вимірюваного тиску поділяються на первинні (формують для дистанційної передачі вихідний сигнал, що відповідає вимірюваному тиску) і вторинні (отримують сигнал від первинних перетворювачів, обробляють його, накопичують, відображають і передають інші пристрої).

Сучасна тенденція розвитку ВПТ полягає в їх «інтелектуалізації» на базі мікроелектронних технологій і мікропроцесорної техніки, що припускає передачу частини функцій системи керування вторинним перетворювачам, а деяких традиційних функцій вторинних перетворювачів — первинним.

Відомі десятки способів перетворення тиску в електричний сигнал, але тільки деякі з них набутили широкого застосування у ВПТ. За принципом дії, або способом перетворення вимірюваного тиску у вихідний сигнал, первинні ВПТ поділяються насамперед на деформаційні й електричні. У перших деформаційні переміщення пружного чутливого елемента (ЧЕ) (мембрани, сильфона, трубки Бурдона) передаються за допомогою додаткових проміжних механізмів і перетворювачів в електричний або електромагнітний сигнал (такі ВПТ розглядались в попередніх розділах), а в інших вимірюваний тиск, діючи на ЧЕ, змінює його власні електричні параметри: опір, ємність або заряд, що стають мірою цього тиску. Переважна більшість сучасних ВПТ реалізовані на основі ємнісних (використовують ЧЕ у виді конденсатора з перемінним зазором: зсув або прогин під дією прикладеного тиску рухливого електрода-мембрани щодо нерухомого змінює ємність ЧЕ), п'єзоелектричних (засновані на залежності поляризованого заряду або резонансної частоти п’єзокристалів: кварцу, турмаліну й інших — від тиску) або тензорезисторних (використовують залежність активного опору провідника або напівпровідника від ступеня його деформації) принципах. В останні роки одержали розвиток й інші принципи створення ВПТ: частотні, іонізаційні, теплові, в’язкісні.

По вихідному сигналі ВПТ поділяються на аналогові і цифрові.

Більшість діючих ВПТ відноситься до аналогових з уніфікованим струмовим сигналом 0...5, 0...20 або 4...20 мА. В останнє десятиліття намітився перехід до ВПТ із цифровим виходом. Широке поширення одержав цифровий протокол HART. Цей відкритий стандартний гібридний протокол двонаправленого зв'язку передбачає передачу цифрової інформації поверх стандартного аналогового сигналу 4-20 мА. Бурхливо розвивається системна інтеграція первинних перетворювачів з використанням різних різновидів промислових мереж Foundation Fieldbus, ModBus, Profibus і ін.). При цьому використовується цифровий комунікаційний протокол для передачі інформації в обох напрямках між ВПТ і системами керування, істотно полегшуючи взаємозамінність ЗВТ різних світових виробників. У цифрових ВПТ поки переважають такі цифрові інтерфейси, як ДДПК (двійково-десятковий паралельний код), ІРПС (інтерфейс радіальний послідовний) і RS-232C [46].

ВПТ поділяються за видами вимірюваного тиску, використовуваними одиницями вимірювання і ряду основних технічних параметрів: діапазону вимірюваного тиску (вибирається для кожної моделі зі стандартного ряду тисків), границям основної похибки, що допускається, (визначається при стандартній температурі +20 °С від верхньої межі діапазону вимірювання і містить у собі, як правило, похибки від гістерезису ЧЕ, його лінійності і відтворюваності результатів вимірювання), границям додаткової температурної похибки (ця межа задається від зміни температури щодо нормальної на кожні 10 або 28 °С або на весь температурний діапазон роботи), припустимому робочому діапазонові температур навколишнього середовища (іноді додатково вказують припустимий діапазон температур технологічного процесу або вимірюваного середовища і корпуса ЗВТ), динамічному діапазонові вимірювання тисків (відношенню максимального значення вимірюваного тиску до мінімального), стабільності метрологічних характеристик у часі (як відсоток від верхньої межі діапазону вимірювання протягом 6 або 12 місяців), стійкості до вібрацій, захистові від високочастотних перешкод, кліматичним і вибухобезпечним виконанням, вимогам до джерела живлення і по інших параметрах.