Современные датчики давления отечественного производства

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

 

 

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«СРЕДСТВА ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ»

 

Современные датчики давления отечественного производства

 

 

 

Вариант № 1

 

 

 

Выполнил: студент гр. БАГ-10-01  __________    А.А. Масалимова

подпись

 

«______»_____________2013г.

дата сдачи на проверку

 

 

 

Проверил: доцент ________________ С.В. Светлакова

подпись

 

 

 

Оценка _________ «______»_____________2013г.

дата проверки

 

 

Уфа 2013

Содержание

 

Введение 3

 1 Интеллектуальный датчик избыточного давления  Метран-150…………...4

2  Промышленный  преобразователь сверхвысокого  давления  DMP 304…….8

3 Датчик абсолютного давления АИР-10S (малогабаритный, для суровых условий эксплуатации)…………………………………………………………...11

4 Датчик перепада давления Корунд-ДД………………………………………15

5  Датчики  давления-разрежения  ЭЛЕМЕР-100……………………………....18

Заключение……………………………………………………………………..…21

Список использованных источников……………………………………………22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

          Датчик, сенсор (от англ. sensor) — термин систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал.

В настоящее время различные датчики широко используются при построении систем автоматизированного управления.

Датчик давления — устройство, физические параметры которого изменяются в зависимости от давления измеряемой среды (жидкости, газы, пар). В датчиках давление измеряемой среды преобразуется в унифицированный пневматический, электрический сигналы или цифровой код.

Датчик давления состоит из первичного преобразователя давления, в составе которого чувствительный элемент и приемник давления, схемы вторичной обработки сигнала, различных по конструкции корпусных деталей и устройства вывода.

Основным отличием одних приборов от других является точность регистрации давления, которая зависит от принципа преобразования давления в электрический сигнал:

-тензометрический;

-пьезорезистивный;

-емкостной;

- индуктивный;

- резонансный;

- ионизационный.[1]

 

 

 

 

1 Интеллектуальный датчик избыточного давления Метран-150

 

Тип датчика: генераторный (под воздействием измеряемого сигнала непосредственно генерирует напряжение или ток)

Интеллектуальные датчики давления серии Метран-150  (рисунок 1) предназначены для непрерывного преобразования в унифицированный токовый выходной сигнал и/или цифровой сигнал в стандарте протокола HART (цифровой промышленный протокол передачи данных) входных измеряемых величин:

- избыточного давления;

- абсолютного давления;

- разности давлений;

- давления-разрежения;

-гидростатического давления (уровня).

Датчик состоит из сенсорного модуля и электронного преобразователя. Сенсор состоит из измерительного блока и платы аналого-цифрового преобразователя (АЦП).  Давление подается в камеру измерительного блока, преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сигнала.

 

 

Рисунок 1- Датчик давления Метран-150 (модель 150CDR)

Конструкция датчика показана на рисунке 2. Измерительный блок датчиков этих моделей состоит из корпуса 1 и емкостной измерительной ячейки Rosemount 2. Емкостная ячейка изолирована механически, электрически и термически от измеряемой и окружающей сред. Измеряемое давление передается через разделительные мембраны 3 и разделительную жидкость 4 к измерительной мембране 5, расположенной в центре емкостной ячейки. Воздействие давления вызывает изменение положения измерительной мембраны 5, что приводит к появлению разности емкостей между измерительной мембраной и пластинами конденсатора 6, расположенным по обеим сторонам от измерительной мембраны. Разность емкостей измеряется АЦП и преобразуется электронным преобразователем в выходной сигнал.

 

Рисунок 2 – Конструкция измерительного блока датчика Метран-150

 

Фирма-производитель:  промышленная группа «Метран»  - ведущая российская компания по разработке, производству и сервисному обслуживанию интеллектуальных средств измерений для всех отраслей промышленности в России и СНГ.

 

 

Варианты применения датчика: датчики давления Метран-150 используются для измерения давления в нефтяной и газовой промышленности. Измерение давления, расхода, уровня в технологическом цикле сепарации товарной нефти из нефтеводной смеси, поступающей из скважин. Обеспечение контроля заданных технологических режимов работы (по давлению) насосных агрегатов перекачивающей станции (НПС), крановых площадок трубопроводов, резервуарных парков газа, нефти и нефтепродуктов. Обеспечение повышенных требований по точности, стабильности и надежности измерения давления на узлах коммерческого учета газа, нефти и нефтепродуктов.[2]

В таблице 1 представлены сводные характеристики датчика Метран-150 CDR.

 

Таблица 1 – Сводная таблица основных характеристик датчика давления Метран-150CDR

Параметр

Характеристика, значение

Измеряемая физическая величина

Избыточное давление жидкостей и газов

Область применения

 

работы (по давлению) насосных агрегатов перекачивающей станции


 

Верхний предел измерения (ВПИ) избыточного давления, МПа


 

0,6; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40; 60; 100


Диапазон рабочих температур, ºС

- 55…+80

Погрешность измерений, %

 

от ±0,075

Дискретность измерения, с

0,1

Вид выходного сигнала

Сигнал по HART-протоколу

Напряжение питания, В

12...42

Потребляемый ток, мА

≤ 400

Масса, кг

3,1

Габариты, диаметр х длина (мм)

90x189

Цена, руб.

23420


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2  Промышленный  преобразователь сверхвысокого  давления  DMP 304

 

 

     Датчик высокого  давления DMP 304 (Рис.3) специально разработан для приложений, требующих высокой точности измерений и повышенной надёжности. Модель DMP 304 включает в себя компенсированный тонкоплёночный чувствительный элемент, размещённый на мембране из нержавеющей стали. Благодаря прочному корпусу из нержавеющей стали возможна эксплуатация датчика в экстремальных условиях и во взрывоопасных зонах

Преимущества и особенности датчика давления DMP304

  • применимы для воды и жидкостей, совместимых с PVC и керамикой Al2O3
  • специальная конструкция с открытой мембраной
  • долговременная стабильность калибровочных характеристик
  • компенсация температурной погрешности
  • защита от неправильного подключения, короткого замыкания и перепадов напряжения
  • прочная и надёжная конструкция для тяжёлых условий эксплуатации
  • продолжительный срок службы

Датчик состоит из измерительного блока давления и электронного преобразователя, конструктивно объединенных в стальном корпусе. Возможно исполнение датчика с встроенным светодиодным дисплеем и двумя релейными выходами. Конструкция датчика  и его габаритные размеры изображены на рис.4.

      Измерительный блок давления (тензомодуль в дальнейшем) состоит из стального сварного корпуса, на металлостеклянном основании которого закреплен первичный преобразователь давления, выполненный из монокристаллического кремния.

На мембране данного преобразователя сформирован мост Уинстона из диффузионных тензорезисторов. За исключением модели DMP 343, преобразователь отделен от измеряемой среды стальной мембраной, приваренной к корпусу тензомодуля. Давление, воздействующее на стальную мембрану, передается на первичный преобразователь через силиконовое масло, которым заполнен тензомодуль и вызывает изменение сопротивления тензорезисторов и, как следствие, разбаланс мостовой схемы. Электрический сигнал из первичного преобразователя через металлостеклянные гермовыводы подается в электронный преобразователь, осуществляющий, помимо питания тензомодуля, линеаризацию, термокомпенсацию и преобразование сигнала в унифицированный выходной сигнал постоянного тока или напряжения.

Рисунок 3 - Датчик давления DMP 304

Рисунок 4- Конструкция и габаритные размеры датчика  DMP 304

 

   Фирма-производитель:  БД Сенсорс РУС - российское подразделение международной группы компаний BD Sensors, специализирующейся на разработке и производстве высококачественных датчиков давления и гидростатических датчиков уровня для различных применений и отраслей промышленности. Благодаря концентрации усилий в этой области БД Сенсорс РУС занимает достойное место среди лидеров рынка приборов и оборудования для измерения давления и уровня.

    Варианты  применения датчика:

  • гидравлика
  • водоструйная резка
  • химические и нефтехимические приложения с высоким давлением.[3]

 

В таблице 2 представлены сводные характеристики датчика DMP 304

 

 

 

Таблица 2 – Сводная таблица основных характеристик датчика давления DMP 304

Параметр

Характеристика, значение

Измеряемая физическая величина

Сверхвысокое давление жидкостей и газов

Область применения

  • гидравлика
  • водоструйная резка
  • химические и нефтехимические приложения с высоким давлением

 

Верхний предел измерения (ВПИ) избыточного давления, МПа

 

2,5; 4; 6


Диапазон рабочих температур, ºС

- 40…+100

Погрешность измерений, %

 

от ±0,5 ДИ

Дискретность измерения, с

0,1

Вид выходного сигнала

Сигнал по HART-протоколу

Напряжение питания, В

12...42

Потребляемый ток, мА

≤ 400

Масса, кг

0,26

Габариты, диаметр х длина (мм)

39,5x161

Цена, руб.

1261


 

 

 

 

 

 

3 Датчик абсолютного давления АИР-10S (малогабаритный, для суровых условий эксплуатации)

 

Датчики  давления АИР-10S(Рис.5)-малогабаритные микропроцессорные  8-диапазонные датчики давления полевого исполнения.  Датчики имеют высокую степень пылевлагозащиты (до IP67) и коррозионностойкое исполнение корпуса. Датчики предназначены для непрерывного преобразования абсолютного давления, избыточного давления, избыточного давления-разряжения, дифференциального давления в унифицированный выходной токовый сигнал 4...20 мА.

Для конфигурации датчики имеют 6 микропереключателей и 2 подстроечных резистора (тонкая подстройка «нуля» и диапазона). Безвинтовая виброустойчивая клеммная колодка обеспечивает быстрое и удобное подключение цепей питания и токового выхода. Вид сверху на электронное устройство со снятой крышкой изображен на рис.6.

Датчики оснащены современными тензорезистивными сенсорами с металлическими и керамическими мембранами. Тензорезистивные сенсоры с металлической разделительной мембраной из нержавеющей стали 316L, выполненные по технологии КНК, имеют высокую перегрузочную способность до 300% от верхнего предела измерений.  Примененные в датчиках керамические сенсоры обладают высокой стойкостью к перегрузкам (до 600%) и особо высокой стойкостью к агрессивным средам. 

Для вязких и быстро застывающих сред применяются сенсоры с открытой мембраной из нержавеющей стали или из керамики.

В датчиках применяются сенсоры ведущих европейских производителей (Бельгия, Швейцария).

Конструкция и габаритные размеры датчика АИР-10S изображены на рис.7.

 

Рисунок 5- Датчики давления АИР-10S

 

Рисунок 6- Вид сверху на электронное устройство со снятой крышкой

1 - кнопка подстройки «нуля»  «Корр.«0»; 2 - блок переключателей  для задания конфигурации; 3 - вилка  для подключения к интерфейсу RS 232; 4 -винт подстройки нижнего предела выходного сигнала «Рег.МИН»; 5 - винт подстройки верхнего предела выходного сигнала«Рег.МАКС»; 6 - колодка для внешних подключений

 

Рисунок 7- Конструкция и габаритные размеры датчика давления АИР-10S

 

Фирма-производитель: НПП «ЭЛЕМЕР» — ведущий российский приборостроительный завод, более 20 лет разрабатывающий и выпускающий надежные системы и средства автоматизации.

 Варианты применения датчика:  АИР-10S используются в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами. Взрывозащищенные преобразователи АИР-10SEx предназначены для применения во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок в соответствии с установленной маркировкой взрывозащиты, требованиями главы 7.3 ПУЭ, гл. 3.4 ПТЭЭП и других нормативных документов, регламентирующих применение электрооборудования во взрывоопасных зонах, где возможно образование взрывоопасных смесей категории IIС групп Т1 — Т6.[4]

 Основные характеристики датчика АИР-10S описаны в таблице 3.

 

 

Таблица 3 – Сводная таблица основных характеристик датчика давления АИР-10S

Параметр

Характеристика, значение

Измеряемая физическая величина

Абсолютное давление жидкостей и газов

Область применения

Взрывоопасные зоны помещений и наружных установок

 

Верхний предел измерения (ВПИ) избыточного давления, МПа

1,0;1,6;2,5;4,0;6,0;10,0;16,0;25,0

Диапазон рабочих температур, ºС

- 40…+70

Погрешность измерений, %

 

от ±0,1 %

Дискретность измерения, с

0,1

Вид выходного сигнала

Сигнал по HART-протоколу

Напряжение питания, В

36± 0,72

Потребляемый ток, мА

≤ 120

Масса, кг

0,6

Габариты, диаметр х длина (мм)

57x164

Цена, руб.

12000


 

 

 

 

 

 

 

4 Датчик перепада давления Корунд-ДД

 

Датчики  перепада давления (измерительные преобразователи дифференциального давления)  КОРУНД-ДД (Рис.8)  предназначены для непрерывного преобразования текущего значения измеряемого перепада давлений нейтральных или агрессивных жидких и газообразных сред в унифицированный сигнал постоянного тока.  
Датчики дифференциального давления КОРУНД-ДД сертифицированы Госстандартом России и внесены в реестр средств измерения под № 14446-09.

Области применения датчиков перепада давления КОРУНД-ДД:

  • системы автоматического контроля;
  • системы регулирования и управления технологическими процессами;
  • системы учета ресурсов.

Датчики перепада давления КОРУНД-ДД работают со вторичной аппаратурой, имеющей унифицированный входной токовый сигнал. 
Датчики перепада давления КОРУНД-ДД подвергаются длительной тренировке «термоударами», что  обеспечивает исключительную стабильность параметров датчиков давления. 
Межповерочный интервал датчиков перепада давления Корунд-ДД составляет 2 года. 
Схемотехнические решения, заложенные в разработку датчиков дифференциального давления Корунд-ДД, а также использование элементной базы фирмы ANALOG DEVICES INC. обеспечивают высокую надежность датчиков перепада давления КОРУНД-ДД в сложных условиях эксплуатации.  
Датчики перепада давления КОРУНД-ДД относятся  к  ремонтопригодным изделиям. Они не содержат уникальных микросборок и элементов. Ремонт датчиков перепада давления КОРУНД-ДД может быть произведен в условиях цеха КИПиА.

 Датчик разности давлений Корунд-ДД имеет измерительный блок и электронный блок, жестко соединенный с горловиной мембранного блока.

Датчики имеет два входа для подключения измеряемой разности давлений. Подключение давления осуществляется через фланцы с вентильным блоком (Рис.9).

 

 

Рисунок 8- Датчик перепада давления Корунд-ДД

 

Рисунок 9- Конструкция датчика перепада давления Корунд-ДД

 

    Фирма-производитель: ООО "СТЭНЛИ" .Компания разрабатывает и выпускает промышленные датчики давления ( измерительные преобразователи давления ) для различных отраслей народного хозяйства: нефтяной, газовой, химической, пищевой и других под фирменной маркой "КОРУНД" уже около двадцати лет. [5]

 

Варианты применения датчика: 

  • нефтяная промышленность;
  • газовая промышленность;
  • химическая промышленность;
  • жилищно-коммунальное хозяйство;
  • энергетика и др.[6]

Основные характеристики датчика Корунд-ДД описаны в таблице 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4 – Сводная таблица основных характеристик датчика давления Корунд-ДД

Параметр

Характеристика, значение

Измеряемая физическая величина

Перепад давления жидкостей и газов

Область применения

Системы автоматического контроля производственных процессов в технологических установках нефтегазодобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий

 

Верхний предел измерения (ВПИ) избыточного давления, МПа

0,4; 0,63; 1; 1,6; 2,5

Диапазон рабочих температур, ºС

- 40…+80

Погрешность измерений, %

 

 ±0,15 %

Дискретность измерения, с

0,02

Вид выходного сигнала

Сигнал по HART-протоколу

Напряжение питания, В

12…36

Потребляемый ток, мА

≤ 120

Масса, кг

4,5

Габариты, диаметр х длина (мм)

185x270

Цена, руб.

17900


 

 

 

 

 

 

 

5  Датчики  давления-разрежения  ЭЛЕМЕР-100

 

Датчики давления ЭЛЕМЕР-100 предназначены для непрерывного преобра-

зования значений абсолютного давления, избыточного давления, разрежения, избыточного давления-разрежения, разности давлений и гидростатического давления (уровня) жидких и газообразных, в том числе агрессивных, сред, газообразного кислорода и кислородосодержащих газовых смесей в унифицированный токовый сигнал и (или) цифровой сигнал на базе HART-протокола.

В датчиках ЭЛЕМЕР-100 штуцерного присоединения (ДИ, ДА, ДВ, ДИВ), применены современные сенсоры ведущих зарубежных производителей, с металлической разделительной мембраной, изготовленные по технологии КНК (кремний на кремнии). Сенсоры выдерживают перегрузки 300...500%и обладают высокой стойкостью к агрессивным средам. Сенсоры выдерживают шоковый удар 100 g / 100 мс и являются стойкими к гидроударам.

Датчики давления фланцевого типа (ДД, ДВ, ДИВ) оснащены тензорезистивными сенсорами, а также сенсорами с емкостной ячейкой, имеющими высокие метрологические характеристики и обладающими долговременной стабильностью. Большое внимание при разработке нового изделия было уделено удобству работы с ним. Так встроенный в датчик индикатор отображает значение измеряемой величины не только в цифровом, но и в графическом виде, причем индикатор прибора имеет возможность плавного вращения на 330˚, а корпус — на угол от 0˚ до 270˚. Индикация значения измеряемой величины и параметров конфигурации осуществляется на многофункциональном цифро-графическом ЖК-индикаторе с подсветкой.

Измеренное значение давления отображается на 5-разрядном цифровом индикаторе или на вспомогательном цифровом индикаторе в виде дискретной графической шкалы. В дополнительных полях индицируется

относительная величина в процентах от верхнего диапазона измерений. Также на индикаторе отображается единица измерения давления: Па, кПа, МПа, кгс/см2, кгс/м2,бар, % и т.д.

Конструкция датчика давления ЭЛЕМЕР-100 изображена на  рис. 10.

 

 

Рисунок 10- Общий вид ЭЛЕМЕР-100 (штуцерное исполнение)

Обозначения к рисунку 10:

1 – стопорные винты;

2 – клемма заземления;

3 – задняя крышка;

4 – заглушка кабельного  ввода;

5, 8 – винты крепления  шильдика к корпусу;

6 – корпус электронного  блока;

7 – шильдик;

9 – кабельный ввод;

10 – наружный блок управления;

11 – передняя крышка;

12 – окно индикатора;

13 – корпус сенсорного  блока.

   

 Фирма-производитель:  НПП «ЭЛЕМЕР» — ведущий российский приборостроительный завод, более 20 лет разрабатывающий и выпускающий надежные системы и средства автоматизации.

 Варианты применения датчика:  датчики ЭЛЕМЕР-100 используются в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности: в энергетике, в нефтегазовой и нефтехимической, в металлургической,  в пищевой  промышленности. Датчики предназначены для работы со вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, реле, регуляторами и другими устройствами автоматики.[7]

       В таблице 5 представлены основные характеристики датчика DMP 304

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5 – Сводная таблица основных характеристик датчика давления-разрежения  ЭЛЕМЕР-100

Параметр

Характеристика, значение

Измеряемая физическая величина

Избыточное давление-разрежение  жидкостей и газов

Область применения

Используются в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности

 

Верхний предел измерения (ВПИ) избыточного давления, МПа

0,0315; 0,05; 0,08; 0,125;

0,2; 0,315

Диапазон рабочих температур, ºС

- 40…+70

Погрешность измерений, %

 

 ±0,15 %

Дискретность измерения, с

0,02

Вид выходного сигнала

Сигнал по HART-протоколу

Напряжение питания, В

14,5…42

Потребляемый ток, мА

≤ 118

Масса, кг

2

Габариты, диаметр х длина (мм)

135x212

Цена, руб.

5600


 

 

 

 

 

 Заключение

 

Современная промышленность немыслима без устройств, автоматически следящих за тем или иным процессом.

Техника конструирования и применения датчиков, за последние годы развилась в самостоятельную ветвь измерительной техники. С ростом автоматизации к датчикам физических параметров стали предъявляться все более высокие требования. При этом особое значение придается следующим показателям:

- миниатюрность (возможность  встраивания)

- дешевизна (серийное производство)

- механическая прочность

В результате проделанной самостоятельной работы по изучению современных датчиков давления можно  сказать, что они существенно облегчают человеку контроль объектов на газонефтепромыслах и позволяют в ряде случаев повысить производительность труда и объем добываемой продукции за счет уменьшения времени наблюдения за тем или иным объектом. Благодаря широкому температурному диапазону эксплуатации, такие датчики могут применяться как в южных, так и в северных регионах Российской Федерации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

 

  1. Управление, контроль и диагностика приборов и систем. Электронный ресурс. Режим доступа

http://www.elmh.ru/elmcatalog/?subclass=19

  1. ООО «Метран».Каталог. Датчики давления. Режим доступа

 http://www.metran.ru/catalog/catalog_10.html

  1. BD SENSORS. Датчики давления DMP 304.Руководство по монтажу и эксплуатации. –Москва  2010. – 39 с.
  2. Научно-производственное предприятие «Элемер». Измерительные преобразователи давления АИР-10S .Руководство эксплуатации. –Москва  2009. – 56 с.
  3. ЗАО «Сисемы Управления Энерго Ресурсами». Электронный каталог.

Режим доступа. 

http://www.suer.ru/catalog/datchiki_davlenija

  1. Общество с ограниченной ответственность  «Стэнли». Измерительные преобразователи давления Корунд .Руководство по эксплуатации. –Москва  2009. – 56 с.
  2. Научно-производственное предприятие «Элемер». Измерительные преобразователи давления. Элемер-100.Руководство эксплуатации. –Москва  2009. – 64 с.