В промышленности существует множество методов измерения и контроля уровня жидкости. Для измерения уровня жидкости в открытых и герметичных резервуарах инженеры обычно выбирают дифференциальные уровнемеры. Это хорошо зарекомендовавшая себя технология. Уровень жидкости рассчитывается путём измерения разницы давлений между жидкой и газообразной фазами жидкости в закрытом резервуаре. Выходной сигнал стандартного типа (например, 4–20 мА, 0–5 В).
Датчики дифференциального давления также могут использоваться для измерения дифференциального давления, давления и разрежения жидкостей и газов. Они также могут измерять плотность. При оснащении дросселирующим устройством они могут измерять расход жидкостей, газов или паров.
Датчик дифференциального давления — это устройство, которое определяет уровень жидкости путем измерения разницы давления между двумя точками в системе.
Датчики дифференциального давления обладают преимуществами простоты конструкции и установки. Они также подходят для измерения токсичных, коррозионных и находящихся под высоким давлением веществ. Кроме того, они используют бесконтактный метод измерения, обеспечивая надежные данные, особенно в условиях перемешивания или пенообразования.
Датчики давления измеряют давление в одной точке. Датчики дифференциального давления измеряют разность давлений между двумя точками. В этом их основное отличие.
| Характеристика | Преобразователь давления | Дифференциальный преобразователь давления |
| Принцип измерения | Датчики давления измеряют абсолютное или избыточное давление в одной точке системы. | Датчики дифференциального давления измеряют разницу давления между двумя точками. |
| Дизайн интерфейса | Только один интерфейс давления. | Два интерфейса давления. |
| Структура: | Состоит из датчика давления, схемы усилителя и вспомогательных компонентов. | Состоит из тензодатчика, модульной схемы, дисплейной головки, корпуса и технологических разъемов. |
| Результат | Датчик давления выдает абсолютное значение давления (единица измерения: МПа). | Датчик перепада давления выдает относительную разницу давления (единица измерения: Па). |
| Диапазон измерений | Датчики давления обычно имеют более широкий диапазон измерений, охватывающий абсолютное или избыточное давление. | Датчики дифференциального давления в основном используются для измерения разницы давления между двумя точками в относительно узком диапазоне. |
| Сценарии приложений | Подходит для одноточечного контроля давления. | Подходит для расчета уровня жидкости, контроля расхода и обслуживания системы. |
Датчики дифференциального давления работают по закону Паскаля. При изменении уровня жидкости давление на дне увеличивается, создавая разность давлений. Датчик преобразует эту разность давлений в электрический выходной сигнал.
Датчик уровня дифференциального давления обычно состоит из двух частей: датчик перепада давления и датчик давления. Один штуцер для измерения давления устанавливается в нижней части емкости. Другой штуцер для измерения давления устанавливается на уровне жидкости или в верхней части емкости.
Датчики дифференциального давления могут использоваться совместно с первичными датчиками расхода для измерения расхода, такими как диафрагмы или трубки Вентури. Перепад давления, создаваемый этими устройствами, пропорционален расходу.
При прохождении жидкости через первичный элемент скорость увеличивается, а давление уменьшается. Чем больше скорость потока, тем больше перепад давления. Датчик измеряет разницу (ΔP) между двумя давлениями. Эта разница пропорциональна квадрату расхода (ΔP ∝ Q²).
Преимуществом измерения расхода с помощью дифференциального давления является отсутствие подвижных частей как в преобразователе, так и в первичном элементе. Эта фиксированная конструкция исключает механический износ и снижает требования к техническому обслуживанию. Этот надежный принцип измерения обеспечивает исключительный срок службы и надежную работу.
Емкостные датчики дифференциального давления используют емкостные датчики для преобразования изменений емкости в электрические сигналы. Эта технология может использоваться для измерения давления, расхода и плотности.
Емкостный датчик дифференциального давления использует гибкую мембрану, расположенную между двумя проводящими пластинами. При изменении давления с обеих сторон мембрана смещается. Это смещение пропорционально разнице давлений. При этом изменяется и ёмкость. Электронная схема преобразует это изменение ёмкости в двухпроводной постоянный токовый сигнал 4–20 мА.
Диффузионные кремниевые датчики дифференциального давления используют технологию диффузионного кремниевого датчика. Они используют кремниевую диафрагму для измерения давления и преобразования его в электрический сигнал с помощью пьезорезистивного эффекта. Это позволяет им измерять разницу между двумя точками давления. Измеряемое давление прикладывается к двум кремниевым пластинам с каждой стороны; мельчайшее изменение сопротивления внутри пластин преобразуется в выходной электрический сигнал.
Дифференциальные кремниевые датчики давления изготавливаются из нержавеющей стали или других прочных материалов. Они способны выдерживать суровые промышленные условия. Поэтому они широко используются в нефтегазовой отрасли, химической промышленности, медицинском оборудовании и аэрокосмической отрасли.
Датчики дифференциального давления на основе монокристаллического кремния используют сенсорные чипы из высокочистого монокристаллического кремния для измерения разницы давления между двумя точками.
Датчики дифференциального давления на основе монокристаллического кремния используют пьезорезистивный эффект монокристаллического кремния. При воздействии осевого напряжения на монокристаллический кремний его удельное сопротивление изменяется.
Монокристаллические кремниевые датчики дифференциального давления разработаны для обеспечения высокой точности и стабильности. Они подходят для различных областей применения: от управления технологическими процессами до аэрокосмической промышленности.
Датчики дифференциального давления широко используются в нефтехимической промышленности. Нефтехимические заводы, как правило, являются пожароопасными, взрывоопасными и опасными. Поэтому точный контроль параметров технологических процессов на этих заводах имеет первостепенное значение.
Уровень жидкости — один из важнейших параметров в производственном процессе. Существует множество типов уровнемеров с возможностью дистанционной передачи данных. Например, радарные уровнемеры, ультразвуковые уровнемеры и дифференциальные уровнемеры. Дифференциальные уровнемеры — один из наиболее распространённых типов уровнемеров.
Датчики уровня дифференциального давления подходят для следующих условий эксплуатации:
Специальная обработка носителей
Датчики уровня дифференциального давления подходят для высокотемпературных вязких сред, содержащих твердые частицы. Примерами служат реакционные сосуды и резервуары для хранения в нефтехимическом производстве. Это позволяет избежать проблем, связанных с утечками в напорных линиях или пополнением уровня изолирующей жидкости.
Сценарии промышленного управления
Датчики уровня дифференциального давления широко используются в металлургии, горнодобывающей промышленности, судостроении, энергетике и природоохранной отрасли. Они обладают защитой от засорения и температурной компенсацией.
Сценарии гигиенических требований
В отраслях, требующих соблюдения санитарной чистоты, компоненты контактирующих с ними сред можно мыть. Это предотвращает перекрестное загрязнение.
Среды с высокой температурой и высоким давлением
Датчики уровня дифференциального давления изготовлены из сплава Хастеллой и оснащены технологией капиллярной изоляции. Они выдерживают температуры от 40 до 400 °C.
Распространенные материалы для мембран включают 316LSS, хастеллой, монель и тантал. Если нет особых требований, мы обычно выбираем нержавеющую сталь 316LSS. Этот материал сочетает в себе долговечность и экономичность. Однако особые условия эксплуатации и рабочие среды требуют особого внимания.
Например, в условиях влажного сероводорода для замедления скорости коррозии используют сплавы Хастеллой или Монель, соответствующие стандартам NACE MR 0103.
В условиях высокой температуры и загрязнения водородом молекулы водорода очень малы и легко проникают в кристаллическую решетку контактирующего металлического материала. В инженерии на поверхность диафрагмы может быть нанесено золотое покрытие. Это эффективно замедляет скорость проникновения водорода.
Для абразивных сред используются утолщённые или алмазные диафрагмы. Для хлорсодержащих коррозионных сред предпочтителен тантал. Для щелочных коррозионных сред используется монель-сплав. Другие технологии включают керамическую мембрану и фторполимерную футеровку.
Таблица 1. Влияние температуры окружающей среды на характеристики диафрагмы
| Характеристики диафрагмы | Дрейф (кПа/10С) |
| DN50 (мембрана из нержавеющей стали) | 0.203 |
| DN80 (мембрана из нержавеющей стали) | 0.011 |
| DN100 (мембрана из нержавеющей стали) | 0.004 |
Таблица 2. Влияние температуры процесса на характеристики диафрагмы
| Характеристики диафрагмы | Дрейф (кПа/10°C) |
| DN50 (мембрана из нержавеющей стали) | 0.124 |
| DN80 (мембрана из нержавеющей стали) | 0.017 |
| DN100 (мембрана из нержавеющей стали) | 0.008 |
Распространенные размеры мембран: DN50, DN80 и DN100. Влияние температуры на односторонние фланцевые мембраны без капиллярных трубок показано в таблицах 1 и 2.
Соответствующее увеличение размера диафрагмы может повысить чувствительность измерений. Для измерения дифференциального давления в малых диапазонах рекомендуется использовать диафрагму большего размера. В инженерии обычно используются диафрагмы диаметром DN50 или DN80.
Таблица 3. Свойства наиболее часто используемых наполнительных жидкостей (25℃)
| Наполнительная жидкость | Предельная температура/°C (абсолютное давление p<100 кПа) | Предельная температура °C (абсолютное давление p>100 кПа) | Относительная плотность | Коэффициент теплового расширения/(мл/с) | Вязкость/(МПа·с) |
| Силиконовое масло DC200 | -45 ~ 100 | -45 ~ 205 | 0.93 | 0.00108 | 9.5 |
| Силиконовое масло DC704 | 0 ~ 200 | 0 ~ 315 | 1.07 | 0.00095 | 44 |
| Галогенированное силиконовое масло | 45 ~ 175 | -45 ~ 175 | 1.85 | 0.000864 | 6.5 |
| SYLTHERMTMXLT | Не применимо | -75 ~ 150 | 0.85 | 0.001199 | 1.6 |
Различные заполняющие жидкости имеют различные рабочие диапазоны температуры и давления. Выбор заполняющей жидкости должен основываться как на предельной температуре процесса, так и на предельной температуре окружающей среды. При выборе заполняющей жидкости необходимо учитывать не только применимую температуру, но также вязкость и коэффициент теплового расширения заполняющей жидкости. Это особенно важно при использовании длинных капиллярных трубок или в условиях больших перепадов температур.
Например, если максимальная предельная температура процесса составляет 280 °C, требуется высокотемпературное силиконовое масло. Силиконовое масло имеет низкий коэффициент теплового расширения (приблизительно 9.5 × 10⁻⁴/℃), что хорошо подходит для этих условий и может снизить дополнительные погрешности, вызванные колебаниями температуры. Обычное силиконовое масло подходит для рабочих условий от -50 °C до 280 °C. Высокотемпературное силиконовое масло (температурная стойкость ≥300 °C) требует использования капиллярной трубки большего внутреннего диаметра (например, 1.9 мм) для баланса времени отклика и погрешности.
В холодных регионах Северного Китая датчики, в которых в качестве заполняющей жидкости используется высокотемпературное силиконовое масло, не могут использоваться напрямую. Необходим соответствующий обогрев и изоляция капиллярной трубки, а также следует учитывать диапазон рабочих температур датчика.
Чем длиннее капиллярная трубка и чем больше её внутренний диаметр, тем больше объём заполняющей жидкости и тем сильнее влияние теплового расширения и сжатия. Кроме того, чем длиннее капиллярная трубка, тем больше время отклика измерения. Поэтому длина капиллярной трубки не должна быть слишком большой, а внутренний диаметр — слишком большим, чтобы минимизировать дополнительные погрешности, вызванные изменениями температуры.
Как правило, для обычного силиконового масла подходит внутренний диаметр капилляра 1.1 мм. Для высокотемпературного силиконового масла (применимый верхний предел температуры ≥300°C) подходит внутренний диаметр капилляра 1.9 мм. Использование заполняющей жидкости с меньшей вязкостью способствует улучшению времени отклика.
Капиллярные трубки для двухфланцевых датчиков дифференциального давления обычно доступны в различных длинах и внутренних диаметрах. Время отклика и точность измерения прибора существенно зависят от длины капиллярной трубки, внутреннего диаметра и характеристик заполняющей жидкости.
Более длинные капиллярные трубки обеспечивают большую дальность передачи давления, увеличивая время отклика. Меньший внутренний диаметр капиллярных трубок приводит к более выраженному дросселирующему эффекту и большему сопротивлению передаче давления, что также увеличивает время отклика.
Теоретически обычно выбирают капиллярные трубки с равными сторонами и одинаковым внутренним диаметром, а также с одинаковым типом заполняющей жидкости. Однако при использовании капиллярных трубок с разной длиной с обеих сторон или с одной стороны заполняющая жидкость будет расширяться и сжиматься из-за перепадов температуры. Это приведёт к ошибкам измерения. Специальные требования следует уточнять у производителя.
Длина капиллярной трубки должна выбираться с учетом расстояния между верхним и нижним фланцами, условий установки прибора и условий эксплуатации. Она должна соответствовать требованиям измерений и быть максимально короткой.
Преимущества:
Датчик дифференциального давления работает на основе проверенного принципа измерения, меньше подвержен влиянию плотности среды и подходит для длительной эксплуатации.
Датчик дифференциального давления предназначен для измерения давления в высокотемпературных, вязких средах и средах, содержащих твердые частицы. Подходит для использования в химической и пищевой промышленности.
Чувствительная к давлению мембрана внутри датчика реагирует только на разность давлений. Поэтому в трубопроводах высокого давления атмосферное давление не имеет значения для измерения.
Датчик дифференциального давления поддерживает выходной сигнал 4–20 мА, что облегчает интеграцию с системами SCADA для удаленного мониторинга.
Интеллектуальный датчик дифференциального давления поддерживает автоматическую калибровку нуля/полной шкалы, что снижает вероятность человеческих ошибок.
Однако использование капиллярных трубок также сопряжено с некоторыми сложностями. Капиллярные трубки широко используются в системах удалённой установки датчиков уровня дифференциального давления. Они позволяют подключать датчик к разделительной мембране в точке измерения процесса.
В закрытых системах давление газа прямо пропорционально его температуре. В более крупных трубопроводах повышение температуры или давления незначительно влияет на показания перепада давления. Однако в ограниченном пространстве капиллярной трубки любое изменение температуры усиливается.
Жидкость внутри капиллярной трубки может увеличить время отклика системы. Этот фактор часто необходимо учитывать при дистанционном монтаже. температурная компенсация.
В условиях загрязненных или вязких сред малый диаметр капиллярной трубки подвержен засорению. Поэтому для некоторых сред более подходящим может оказаться прямой монтаж или импульсные линии большего диаметра.
1. Установите передатчик.
Установите датчик под штуцером измерения давления жидкости и убедитесь, что он надежно закреплен.
2. Подключите импульсную линию.
Подключите сторону высокого давления к днищу резервуара, а сторону низкого давления — к верхней части резервуара или к отдельной импульсной линии. Для измерения расхода пара датчик следует установить под диафрагмой.
3. Убедитесь, что линия заполнена жидкостью.
Для измерения уровня в открытых резервуарах импульсная линия должна быть заполнена жидкостью. В закрытых резервуарах с сухими линиями сторона низкого давления может быть соединена с атмосферой.
4. Используйте удаленную пломбу надлежащим образом.
Для коррозионных или высокотемпературных жидкостей следует использовать выносное уплотнение для защиты датчика.
1. Перед запуском изолируйте передатчик от процесса.
2. Подготовьте калибровочную установку.
Необходимо подключить цифровой источник давления к стороне высокого давления преобразователя. Затем последовательно с преобразователем подключите цифровой мультиметр для измерения выходного тока.
В этот момент мы закрываем запорный клапан низкого давления и открываем балансировочный клапан. Наконец, закрываем запорный клапан высокого давления.
3. Выполните тонкую настройку нулевой точки.
Подайте нулевое давление на датчик. Отрегулируйте нулевое давление, пока выходной ток не составит 4 мА. Этот шаг следует выполнять с одинаковым давлением с обеих сторон.
4. Выполните тонкую настройку диапазона.
Подайте максимальное номинальное давление на вход высокого давления. Отрегулируйте диапазон, пока выходной ток не составит 20 мА.
5. Повторите и проверьте.
Повторно выполните тонкую настройку нулевой точки и диапазона. Прекратите настройку, когда входные значения нулевой точки и диапазона достигнут желаемых выходных значений.
6. После калибровки необходимо восстановить работоспособность передатчика.
Датчики дифференциального давления — универсальные промышленные приборы. Эти прочные устройства незаменимы в перерабатывающей промышленности, обеспечивая точные измерения расхода, уровня и давления. Эти датчики широко используются в таких отраслях, как химическая, нефтяная и пищевая.
Датчики дифференциального давления Sino-inst — это прочные промышленные решения. Они широко используются во всем мире для измерения расхода, уровня и давления. При выборе датчика дифференциального давления необходимо учитывать значение дифференциального давления, среду и рабочую температуру. Подробнее о датчиках дифференциального давления можно узнать на нашей странице продукта.
Если вам необходимо приобрести датчик дифференциального давления или у вас есть какие-либо технические вопросы, обращайтесь к нашим инженерам!
Чжан Вэй обладает 20-летним опытом работы инженером по автоматизированному контрольно-измерительному оборудованию, специализируясь на исследованиях, проектировании, установке, вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании автоматизированных приборов.
Обладает опытом работы с различными протоколами связи приборов (такими как Modbus, Profibus и др.), имеет солидный опыт проектирования аппаратных схем и программирования программного обеспечения (владеет языком C и программированием ПЛК). Имеет обширный опыт работы над проектами; проекты, в которых он руководил и в которых принимал участие, достигли выдающихся результатов, повысив точность продукции, снизив затраты и увеличив эффективность производства.
Обладает превосходными коммуникативными и координационными навыками, а также сильным командным духом, что позволяет ему оперативно реагировать на потребности клиентов и предоставлять высококачественные решения в области автоматизации и контрольно-измерительной аппаратуры.
