Измерение давления

Измерение давления необходимо для управления технологическими процессами и обеспечения безопасности производства. Кроме того, этот параметр используется при косвенных измерениях других технологических параметров: уровня, расхода, температуры. В системе СИ за единицу давления принят паскаль (Па). 

Наиболее  часто встречающиеся измерения  давления подразделяются на: измерение  абсолютного давления (ДА) (избыточное + атмосферное), избыточного (ДИ), вакуумметрического (ДВ), разности давлений (ДД). 

Давление может быть определено как путем его непосредственного измерения (прямые), так и посредством измерения другой физической величины (косвенные), функционально связанной с измеряемым давлением. 

В первом случае измеряемое давление воздействует непосредственно на чувствительный элемент прибора, который передает информацию о значении давления последующим звеньям измерительной цепи, преобразующим ее в требуемую форму. Этот метод определения давления является методом прямых измерений и получил наибольшее распространение в технике измерения давления. На нем основаны принципы действия большинства манометров и измерительных преобразователей давления. 

Во втором случае непосредственно измеряются другие физические величины или параметры, характеризующие физические свойства измеряемой среды, значения которых закономерно связаны с давлением (температура кипения жидкости, скорость распространения ультразвука, теплопроводность газа и т.п.). Этот метод является методом косвенных измерений давления и применяется, как правило, в тех случаях, когда прямой метод по тем или иным причинам неприменим, например, при измерении сверхнизкого давления (вакуумная техника) или при измерении высоких и сверхвысоких давлений. 

В большинстве  случаев первичные преобразователи  давления имеют неэлектрический выходной сигнал в виде силы или перемещения и объединены в один блок с измерительным прибором (например: манометр, вакуумметр). Если результаты измерений необходимо передавать на расстояние, то применяют промежуточное преобразование этого неэлектрического сигнала в унифицированный электрический или пневматический сигнал (0..20мА, 4-20мА, 0.2-1 кгс/см²). 

Для измерения давления используют: манометры, вакуумметры, мановакуумметры, дифманометры, датчики давления. 

Манометр -  это прибор, предназначенные для измерения избыточного давления жидкостей и газов. Виды манометров: технические, эталонные (образцовые). 

Вакуумметр - это прибор для измерения давления разреженных газов (до минус 100 кПа) 

Мановакуумметр - это прибор, измеряющий как и вакуумметрическое, так и манометрическое давление. На приборе имеется шкала как и с положительными, так и отрицательными значениями. 

Дифманометр - прибор для измерения перепада давлений. Применяется для измерения уровня жидкостей или расхода жидкости, газа и пара (с помощью диафрагм методом измерения перепада давления на ссужающем устройстве). Называется также датчиком разности давлений. (ДМПК-100(М,АМ), 13ДД11, Сапфир-22М-ДД, Honeywell ST3000). 

Датчики давления - устройство, физические параметры которого изменяются в зависимости от давления измеряемой среды (жидкости, газы, пар). В датчиках давления давление измеряемой среды преобразуется в унифицированный пневматический, электрический сигналы или цифровой код. Датчик давления состоит из первичного преобразователя давления, в составе которого чувствительный элемент - приемник давления и схемы вторичной обработки сигнала. Основными отличиями одних приборов от других являются пределы измерений, точность регистрации давления, допустимые условия эксплуатации, массогабаритные характеристики. 
 

Основные принципы преобразования давления в электрический сигнал: тензометрический, пьезорезистивный, емкостной, индуктивный, пьезоэлектрический и другие. 

Тензометрический метод - чувствительные элементы датчиков базируются на принципе изменения сопротивления при деформации тензорезисторов, приклееных к упругому элементу, который деформируется под действием давления.

Пьезорезистивный метод - основан на интегральных чувствительных элементах из монокристаллического кремния. Кремниевые преобразователи имеют высокую чувствительность благодаря изменению удельного объемного сопротивления полупроводника при деформировании давлением. Для измерения давления агрессивных сред используется преобразователь давления в герметичном металлостеклянном корпусе, с разделительной диафрагмой из нержавеющей стали, передающей давление измеряемой среды посредством кремнийорганической жидкости.

Емкостной метод - емкостные преобразователи используют метод изменения ёмкости конденсатора при изменении расстояния между обкладками. Известны керамические или кремниевые ёмкостные первичные преобразователи давления и преобразователи, выполненные с использованием упругой металлической мембраны. При изменении давления мембрана с электродом деформируется и происходит изменение емкости. В элементе из керамики или кремния, пространство между обкладками обычно заполнено маслом или другой органической жидкостью. Недостаток — нелинейная зависимость емкости от приложенного давления.

Индуктивный метод - основан на регистрации вихревых токов (токов Фуко). Чувствительный элемент состоит из двух катушек, изолированных между собой металлическим экраном. Преобразователь измеряет смещение мембраны при отсутствии механического контакта. В катушках генерируется электрический сигнал переменного тока таким образом, что заряд и разряд катушек происходит через одинаковые промежутки времени. При отклонении мембраны создается ток в фиксированной основной катушке, что приводит к изменению индуктивности системы. Смещение характеристик основной катушки дает возможность преобразовать давление в стандартизованный сигнал, по своим параметрам прямо пропорциональный приложенному давлению.

Пьезоэлектрический метод - в основе лежит прямой пьезоэлектрический эффект, при котором пьезоэлемент генерирует электрический сигнал, пропорциональный действующей на него силе или давлению. Пьезоэлектрические датчики используются для измерения быстроменяющихся акустических и импульсных давлений, обладают широкими динамическими и частотными диапазонами, имеют малую массу и габариты, высокую надежность и могут использоваться в жестких условиях эксплуатации.