Импульсы давления в гидравлической системе могут значительно превышать нормальное рабочее давление. При выборе датчика давления высокого давления недостаточно ориентироваться только на номинальное давление, указанное на табличке оборудования. Необходимо также выяснить возможные кратковременные пиковые значения в точке установки датчика, продолжительность и частоту повторения импульсов, а затем по каждому параметру сопоставить их с диапазоном измерения, допустимым давлением перегрузки и динамическими характеристиками изделия.

I. Сначала выясните, откуда возникают импульсы давления в гидравлической системе

Нормальное давление и кратковременный пик — разные показатели

При запуске гидравлического насоса, быстром переключении клапана, внезапной остановке исполнительного механизма или изменении нагрузки скорость потока в трубопроводе быстро меняется, из-за чего локальное давление может кратковременно повыситься. Стабильные показания манометра не означают, что в трубопроводе отсутствуют кратковременные скачки давления.

Уставка предохранительного клапана обычно служит для ограничения давления в системе, однако клапану требуется определённое время для срабатывания. На локальное давление также влияют место установки и сопротивление трубопровода. Поэтому нельзя просто считать уставку предохранительного клапана максимальным кратковременным давлением, которое должен выдерживать датчик.

При выборе следует собрать данные о нормальном рабочем давлении, установленном давлении системы и фактически измеренном пиковом давлении в точке установки. Если измерить пик пока невозможно, выясните у разработчика оборудования частоту переключений, скорость срабатывания клапана и историю неисправностей, а также согласуйте с производителем границы выбора.

Для разных условий эксплуатации важны разные риски

Для гидравлической станции с медленными изменениями давления диапазон измерения в основном выбирают исходя из нормального рабочего интервала и возможного максимального давления. Для оборудования с быстрым переключением или частыми пусками и остановками необходимо также учитывать частоту повторения импульсов.

То, что единичный пик не превышает допустимый предел перегрузки, не означает отсутствия риска при длительных повторяющихся импульсах. При многократном воздействии давления чувствительный элемент, уплотнения и штуцер могут подвергаться усталостному износу. Ресурс следует оценивать с учётом условий испытаний изделия на циклическое давление.

При кавитации, запертом объёме жидкости или локальном гидравлическом ударе пиковое давление может зависеть от места измерения. Точку измерения следует расположить как можно ближе к предполагаемому месту установки датчика, учитывая наиболее неблагоприятные режимы работы при различных сочетаниях действий оборудования.

II. Разберитесь в диапазоне измерения, давлении перегрузки и разрушающем давлении

Эти три показателя давления нельзя смешивать

Диапазон измерения — это интервал, в котором датчик измеряет давление с характеристиками, установленными производителем. Например, для диапазона избыточного давления 0–40 MPa значение 40 MPa является верхним пределом диапазона. Оно не означает, что выше этого значения точность выходного сигнала гарантирована или что датчик сразу выйдет из строя.

Давление перегрузки — это давление выше диапазона измерения, которое изделие допускает при условиях, установленных производителем. Требования к продолжительности и числу воздействий, а также к характеристикам после их прекращения могут различаться у разных изделий; необходимо сверяться с документацией конкретной модели. Возможность перегрузки не заменяет использование в нормальном диапазоне, а надёжность при частых выходах за диапазон не следует оценивать только по показателю единичной перегрузки.

Разрушающее давление — предельный показатель, связанный с отказом конструкции, рассчитанной на давление. Это не допустимое рабочее давление и не безопасный порог. При выборе также следует проверить номинальное давление соединителей, уплотнений и трубопроводов: весь монтажный узел должен соответствовать условиям эксплуатации.

Значение перегрузки необходимо рассчитывать с учётом конкретного диапазона

Например, если для модели указано давление перегрузки «2-кратное значение верхнего предела диапазона или 300 MPa — в зависимости от того, какое значение меньше», то для исполнения 0–40 MPa оно составит 80 MPa, а для исполнения 0–160 MPa по этому правилу — 300 MPa, а не 320 MPa.

Эти значения приведены лишь как примеры расчёта предела перегрузки по заданному правилу и не означают, что многократные импульсы, близкие к этому пределу, допустимы в течение длительного времени. Форму импульса, его продолжительность и допустимое число циклов необходимо уточнить у производителя.

Если пиковое давление системы часто выходит за пределы диапазона измерения, выходной сигнал может насыщаться даже без достижения предела перегрузки, поэтому фактический пик не будет достоверно отображаться. В этом случае следует повторно оценить диапазон измерения, при необходимости предусмотреть снижение или сглаживание давления и проверить влияние этих мер на быстродействие системы управления.

III. При измерении пикового давления учитывайте динамический отклик

Высокая статическая точность не гарантирует регистрацию скачков давления

Импульс давления может длиться очень недолго. На результат измерения влияют быстродействие датчика, частота дискретизации контроллера и полоса пропускания регистрирующего оборудования. Если быстродействие любого звена недостаточно, зарегистрированный пик может быть ниже фактического давления.

Например, указанное для изделия время нарастания ≤5 ms до достижения 90% диапазона описывает способность реагировать на ступенчатое изменение при определённых условиях испытаний. Это не означает, что датчик может точно воспроизводить любую форму импульса длительностью в несколько миллисекунд или меньше. Фактические динамические характеристики следует также оценивать с учётом условий испытаний и частотной характеристики.

Для регистрации скачков давления можно использовать датчик, предназначенный для динамических измерений давления, и совместимое с ним оборудование для сбора данных. Требования к частоте дискретизации и полосе пропускания следует определить с учётом ожидаемой максимальной скорости изменения давления, а также проверить, не происходит ли насыщение сигнала. Обычный индикатор или низкоскоростной регистратор данных дают лишь ограниченную информацию.

При использовании средств сглаживания необходимо учитывать требования к управлению

В точках контроля, где не требуется регистрировать скачки давления в реальном времени, после инженерной оценки можно рассмотреть применение дроссельного отверстия, демпфера и других подобных средств для снижения воздействия быстрых импульсов на чувствительный элемент датчика. Необходимо проверить их стойкость к давлению, совместимость с рабочей средой и способ установки.

Дросселирование и демпфирование замедляют изменение давления со стороны датчика и могут скрывать фактические пики давления в системе. Если точка измерения используется для быстрого замкнутого регулирования, защитной блокировки или анализа импульсов, необходимо проверить, соответствует ли быстродействие после сглаживания требованиям системы.

Устройства для сглаживания давления также могут засоряться или создавать проблемы при обслуживании. Во время наладки следует сравнить результаты измерений до и после изменений, регулярно проверять состояние канала и получить подтверждение от разработчика оборудования, что соответствующие защитные функции не будут нарушены.

IV. Завершите выбор модели с учётом параметров изделия

Сопоставьте диапазон измерения, соединение и рабочую среду

При выборе датчика давления высокого давления сначала определите, нужен ли датчик избыточного или абсолютного давления, а затем выберите диапазон измерения с учётом нормального рабочего давления, измеренных пиков и требований системы управления. Слишком малый диапазон повышает вероятность выхода за его пределы; слишком большой может снизить разрешение при измерении небольших изменений давления. Выбор следует делать с учётом точности и фактического диапазона сигнала.

Для измерений в гидравлических системах и промышленных процессах можно рассмотреть универсальный китайский датчик давления для трубопроводов высокой точности TXY. Согласно документации, диапазон избыточного давления серии составляет от 0–0.01 MPa до 0–250 MPa; доступны двухпроводное подключение 4–20 mA и различные варианты выходного напряжения. Точные параметры зависят от выбранного исполнения.

Согласно документации серии, давление перегрузки составляет двойной верхний предел диапазона или 300 MPa — в зависимости от того, какое значение меньше; материал, контактирующий со средой, — нержавеющая сталь 304 или 316. При выборе всё равно необходимо проверить совместимость фактической гидравлической среды с материалами, контактирующими со средой, и уплотнениями, а также уточнить условия испытания на перегрузку для конкретного исполнения.

Надёжность зависит также от монтажа и приёмки

Для присоединения к источнику давления можно выбрать подходящую для объекта резьбу, например M20×1.5 или G1/4, однако близкие размеры резьбы не означают взаимозаменяемости способов уплотнения и допустимых давлений. Перед монтажом проверьте стандарт соединения, конструкцию уплотнения и допустимое давление соединителя.

В электрической части убедитесь, что напряжение питания и тип выходного сигнала совместимы с системой управления, а экранированный кабель и способ заземления соответствуют условиям на объекте. Согласно документации, температура рабочей среды составляет -30～+85℃, температура окружающей среды — -20～+85℃. Следует также учитывать изменения температуры при запуске и остановке оборудования.

Перед вводом в эксплуатацию в безопасных условиях проверьте нулевую точку, выходной сигнал при верхнем пределе диапазона, герметичность соединений и фактические колебания давления; после некоторого периода работы повторно проверьте нулевую точку и изменение показаний. Монтаж, демонтаж, сброс давления и приёмку систем высокого давления должны выполнять квалифицированные специалисты в соответствии с инструкциями по эксплуатации оборудования.

Перед закупкой рекомендуется собрать данные о рабочем давлении, пиках в точке установки, частоте импульсов, рабочей среде, температуре, типе соединения и выходном сигнале, передать их техническим специалистам компании Сиань Шэнхунчуан Инструмент и Приборы и подтвердить условия перегрузки и динамические характеристики выбранного исполнения, прежде чем окончательно определять модель.