Логика совместимости дифференциальных датчиков давления с керамическим чувствительным элементом со средами

Дифференциальный датчик давления с керамическим чувствительным элементом использует высокочистый керамический чувствительный элемент в качестве основы и преобразует разность давления между сторонами высокого и низкого давления в стабильный электрический сигнал. Он применяется для непрерывного мониторинга расхода, уровня, состояния фильтрации, перепада давления оборудования и систем вентиляции. По сравнению с традиционной конструкцией на основе диффузионного кремния керамический материал обладает лучшей коррозионной стойкостью, износостойкостью и устойчивостью к перегрузкам, что делает его подходящим для промышленных условий со сравнительно сложным составом среды и частыми колебаниями давления.

При определении возможности применения дифференциального датчика давления для конкретной среды нельзя учитывать только свойство «коррозионной стойкости керамики». При фактическом подборе также необходимо подтвердить температуру среды, рабочее давление, диапазон перепада давления, вязкость, содержание частиц, склонность к кристаллизации, а также материалы уплотнений, контактирующих со средой. Стойкость чувствительного элемента датчика не означает, что весь напорный интерфейс, уплотнительные кольца и импульсные трубки способны длительно выдерживать данную среду.

Компания приборов и измерительной техники «Сиань Шэнхунчуан» может разрабатывать решения для измерения перепада давления в системах промышленной автоматизации с учетом трубных соединений, выходного сигнала, диапазона измерений, монтажного пространства и условий на объекте. Для проектов в химической промышленности, сфере охраны окружающей среды, машиностроении и интеллектуальном оборудовании рекомендуется определять керамический чувствительный элемент, материал корпуса и схему уплотнения после подтверждения наименования среды и технологических параметров.

Основные типы сред, подходящих для измерения

Чистые газы и обычные промышленные газы

Воздух, сжатый воздух, азот, кислород, инертные газы и очищенные технологические газы являются распространенными объектами применения дифференциальных датчиков давления с керамическим чувствительным элементом. В вентиляторах, пылеулавливающем оборудовании, системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также газопроводах по перепаду давления можно определять изменение расхода воздуха, степень засорения фильтрующего элемента или сопротивление трубопровода.

Диапазоны измерения перепада давления газа обычно невелики, например 0～1kPa, 0～5kPa, 0～10kPa или 0～100kPa. В условиях низкого перепада давления особое внимание следует уделять стабильности нуля датчика, повторяемости и направлению установки, чтобы избежать дрейфа показаний вследствие вибрации, пульсирующего потока газа или попадания конденсата в линии отбора давления.

Для сжатого воздуха, содержащего водяной пар, или влажных дымовых газов на точках отбора давления следует предусмотреть рациональные меры по дренажу, конденсации и фильтрации. Если газ содержит масляный туман, пыль или коррозионно-активные компоненты, необходимо дополнительно оценить материал мембраны, материал уплотнительных колец и конструкцию технологического соединения; нельзя подбирать датчик непосредственно по условиям обычного воздуха.

Чистая вода, оборотная вода и обычные жидкости

Водопроводная вода, очищенная вода, оборотная охлаждающая вода, умягченная вода, жидкость предварительной очистки сточных вод и большинство нейтральных сред на водной основе обычно могут контролироваться дифференциальными датчиками давления с керамическим чувствительным элементом. Типичные области применения включают перепад давления на фильтрах водоочистки, перепад давления на входе и выходе насоса, сопротивление теплообменника, перепад давления до и после дросселирующих устройств для измерения расхода жидкости и измерение уровня в герметичных емкостях.

Плотность жидких сред значительно выше плотности газов, поэтому разница высот установки создает дополнительное статическое давление. В связи с этим точки отбора высокого и низкого давления следует по возможности располагать в одной горизонтальной плоскости. Для воды, например, примерно 10m водяного столба соответствует разности давления 0.1MPa; при измерениях в малом диапазоне даже разница высот установки в несколько десятков сантиметров может заметно повлиять на результат измерения.

Для оборотной воды, шахтной воды или недостаточно отфильтрованных сточных вод с взвешенными веществами следует учитывать проблему осаждения частиц и засорения интерфейсов. Возможно применение совместно с разделителями, фильтрующими устройствами или импульсными конструкциями, удобными для промывки, что не только защищает контактирующую со средой часть датчика, но и облегчает последующее обслуживание и проверку нуля.

Слабокоррозионные среды и часть химических жидкостей

Керамические материалы обладают хорошей химической стабильностью, поэтому при определенных условиях могут использоваться для измерения перепада давления слабых кислот, слабых щелочей, солевых растворов, моющих жидкостей, вспомогательных жидкостей для гальваники и части исходных химических жидкостей. Фактическая область применения зависит от концентрации среды, температуры, скорости потока и продолжительности контакта; в особенности нельзя игнорировать коррозионную стойкость уплотнений и металлических напорных интерфейсов.

Если среда обладает коррозионной активностью, к распространенным уплотнительным материалам относятся фторкаучук, EPDM, PTFE и другие, однако границы применимости различных материалов различаются. Например, некоторые растворители могут вызывать набухание и выход из строя обычной резины; высокотемпературные щелочные растворы также могут ускорять старение определенных уплотнительных материалов. Поэтому конфигурацию следует определять по химическому наименованию среды, а не по обобщенному описанию «кислая» или «щелочная».

Для концентрированных кислот, концентрированных щелочей, сильных окислителей, сред, содержащих хлорид-ионы, органических растворителей или смешанных жидкостей с часто изменяющимся составом необходимо предоставить полную информацию о среде, а технический персонал должен проверить материалы, контактирующие со средой. При необходимости могут применяться мембранные разделители, конструкции с дистанционной передачей или специальные антикоррозионные решения, чтобы предотвратить непосредственное попадание среды в напорную полость датчика.

Среды и условия эксплуатации, для которых прямое применение не рекомендуется

Высоковязкие, легко застывающие и легко кристаллизующиеся среды

Битум, мазут, смолы, суспензии, клеи, высококонцентрированные сахарные растворы и легко кристаллизующиеся солевые растворы легко осаждаются в напорных интерфейсах или импульсных трубках, что приводит к задержке передачи давления или даже к полному засорению. Даже если сам керамический чувствительный элемент обладает хорошей стойкостью, он не может устранить погрешность измерения, возникающую при засорении каналов отбора давления.

Для таких сред следует в первую очередь рассматривать конструкции с большим проходным сечением, конструкции с плоской мембраной, обогрев или мембранные разделители. Если это допускается технологическим процессом, следует контролировать температуру среды для сохранения ее текучего состояния и предусматривать промывочные интерфейсы, чтобы избежать затвердевания среды в местах измерения давления после остановки оборудования.

При измерении перепада давления также следует избегать чрезмерных различий условий отбора давления с обеих сторон. Например, если трубопровод на стороне высокого давления короче, а на стороне низкого давления длиннее, вязкая среда вызовет несогласованность времени отклика, вследствие чего результаты динамического измерения могут быть искажены. Схема установки для таких условий должна совместно подтверждаться технологическим и приборным персоналом на объекте.

Сильнокоррозионные, высокотемпературные среды и системы с высоким статическим давлением

Сильные кислоты, сильные щелочи, плавиковая кислота, концентрированная азотная кислота, сильные окислительные растворы и химические смеси неизвестного состава не следует признавать измеряемыми только на основании наличия керамического чувствительного элемента. Некоторые среды могут вызвать быстрое разрушение интерфейсов из нержавеющей стали, сварных участков или уплотнительных материалов, что повлияет на безопасность оборудования и надежность измерений.

Высокотемпературные среды изменяют нулевую точку и чувствительность датчика, а также сокращают срок службы уплотнений. Необходимо различать фактическую температуру среды и допустимую температуру среды для датчика; когда температура процесса превышает диапазон обычной продукции, теплопередачу можно снизить с помощью конденсационной петли, теплоотводной трубки, капиллярной дистанционной передачи или высокотемпературного разделительного устройства.

Системы с высоким статическим давлением также требуют особой проверки. Например, перепад давления составляет лишь 5kPa, однако статическое давление в трубопроводе может достигать 1MPa, 2MPa или даже выше; датчик должен одновременно соответствовать требованиям к диапазону перепада давления и допустимому давлению перегрузки с одной стороны. Избыточное давление на любой из сторон высокого или низкого давления может привести к смещению нулевой точки или повреждению чувствительного элемента.

Ключевые параметры при подборе и установке

Соответствие диапазона, точности и выходного сигнала

Диапазон измерения перепада давления должен охватывать нормальный рабочий перепад давления и диапазон кратковременных колебаний; в обычных условиях фактическую рабочую точку можно поддерживать в пределах 30%～80% полного диапазона. Слишком большой диапазон снижает эффективное разрешение, а слишком малый легко приводит к перегрузке при запуске, переключении клапанов или засорении фильтрующего элемента.

В системах промышленного управления часто используются 4～20mA, 0～10V, RS485 или другие способы цифровой связи. Для случаев с расстоянием передачи более 50m, сильными электромагнитными помехами на объекте или необходимостью подключения к системам PLC, DCS сигнал 4～20mA обычно обладает лучшей помехоустойчивостью и удобством выявления неисправностей.

Помимо основной точности, следует также подтвердить долговременную стабильность, температурный дрейф, время отклика и степень защиты. Для наружных, влажных или запыленных условий можно рассмотреть конфигурации защиты IP65, IP67 и другие; при наличии вибрации оборудования необходимо уменьшить влияние механических напряжений за счет надежного монтажа, виброразвязочных соединений и подходящего способа крепления кабеля.

Определение надежного решения в соответствии с фактической средой

В целом дифференциальные датчики давления с керамическим чувствительным элементом подходят для измерения перепада давления воздуха, сжатого воздуха, азота, чистой воды, оборотной воды, масел низкой вязкости, части нейтральных или слабокоррозионных жидкостей и других сред. При мониторинге засорения фильтрующих элементов, оценке состояния насосных агрегатов, измерении расхода, измерении уровня и управлении вентиляцией они способны предоставлять стабильные данные о перепаде давления.

При работе с сильнокоррозионными, высокотемпературными, высоковязкими средами, средами с большим количеством частиц или склонными к кристаллизации основное внимание следует уделять не вопросу «можно ли измерять», а четкому определению концентрации среды, температуры, статического давления, перепада давления, способа соединения и периода обслуживания. Полная информация об условиях эксплуатации является основой для определения мембраны, уплотнений, интерфейсов и защитной конструкции.

Для подбора дифференциального датчика давления с керамическим чувствительным элементом для конкретного оборудования можно предоставить компании приборов и измерительной техники «Сиань Шэнхунчуан» наименование среды, концентрацию, температуру, нормальный перепад давления, максимальное статическое давление, трубный интерфейс и требования к сигналу. Технический персонал подтвердит диапазон и конфигурацию материалов с учетом условий на объекте, что позволит снизить риски последующего обслуживания.