Все о датчиках давления 4-20 мА

Что такое датчик давления 4-20 мА?

Преобразователь давления с выходом 4–20 мА — это устройство измерения давления, используемое на заводах или в других местах, которое преобразует показания давления в электрический токовый сигнал в диапазоне от 4 до 20 миллиампер. Этот аналоговый сигнал (который отличается от сигналов преобразователей давления с цифровым выходом ) показывает измеренное давление пропорционально фактическому измеренному значению. Например, 4 мА обычно означает отсутствие давления (0 фунтов на квадратный дюйм) или самое низкое давление, а 20 мА означает самое высокое давление, которое может выдержать преобразователь давления (или самое высокое значение, которое хочет использовать пользователь). Этот стандартизированный аналоговый выход означает, что преобразователи давления 4–20 мА могут работать с любым программируемым логическим контроллером (ПЛК), распределенной системой управления (РСУ) или системой сбора данных в любой отрасли, что существенно отличается от механических манометров, которые обычно не могут иметь аналоговые выходы от этих манометров.
Стандарт 4–20 мА стал важнейшей частью промышленного приборостроения благодаря множеству преимуществ. Сигналы тока 4–20 мА не подвержены влиянию падения напряжения, которое возникает при использовании очень длинных соединительных проводов. Это отличает их от сигналов напряжения датчиков давления (например, 0–5 В постоянного тока). Кроме того, наличие активного нуля при 4 мА позволяет системным операторам отличать истинное нулевое показание от обрыва провода или неисправности датчика, которые показывают 0 мА. Эта диагностическая функция делает датчики давления 4–20 мА необходимыми для критически важных для безопасности применений в нефтегазовой промышленности, водоподготовке, фармацевтической промышленности и на производственных предприятиях.

Почему нам нравится использовать преобразователи давления с петлей 4-20 мА?

Инженеры используют датчики давления 4–20 мА, поскольку они обладают множеством эксплуатационных и экономических преимуществ. Во-первых, эти аналоговые датчики давления позволяют различным предприятиям контролировать давление (или отрицательное давление, дифференциальное давление, смешанное давление или вакуумметрическое давление) в режиме реального времени, что позволяет специалистам по КИП проводить предиктивное обслуживание и избегать дорогостоящих отказов оборудования и незапланированных простоев. Во многих приложениях управления технологическими процессами поддержание корректных уровней давления или дифференциального давления гарантирует нормальную работу производственной линии, отсутствие дефектов в выпускаемой продукции, минимальное энергопотребление и соблюдение всех правил.

На современных заводах многие полевые приборы должны быть способны работать в суровых условиях, таких как экстремальные температуры, высокое давление, вибрация, электромагнитные помехи и агрессивные среды. Конструкция датчика давления 4-20 мА решает эти проблемы благодаря использованию антикоррозионных материалов для смачиваемых деталей, таких как нержавеющая сталь, тантал, сплав хастеллой, герметичной электронике и промышленным разъёмам (например, IP65, IP67 или даже IP68 для погружного датчика давления 4-20 мА). Топология токовой петли также обеспечивает лучшую защиту от помех, чем системы на основе напряжения, поэтому сигналы остаются чёткими даже в промышленных условиях с высоким уровнем электрических помех.

Кроме того, благодаря простоте установки датчика давления 4–20 мА, его настройка и обслуживание обходятся дешевле. Для стандартных двухпроводных датчиков давления требуется только источник питания и само устройство. Питание и сигнал передаются по одним и тем же двум проводам. Благодаря простоте установки снижаются затраты на установку, подключение становится проще, чем у трёх- или четырёхпроводных полевых приборов, а также значительно упрощается устранение неисправностей.

Как работают устройства с датчиками давления 4–20 мА

В большинстве датчиков давления 4–20 мА используются либо емкостные монокристаллические кремниевые датчики, либо пьезорезистивные датчики. Когда давление изгибает диафрагму, пьезорезистивные датчики давления используют кремниевую диафрагму с тензорезисторами, изменяющими сопротивление. Изменение сопротивления преобразуется в точный аналоговый выходной сигнал 4–20 мА, напрямую зависящий от приложенного давления или перепада давления. Эта технология измерения давления отличается высокой точностью, обычно в пределах ±0,25% от полной шкалы или может достигать более высокой точности. Она также обладает хорошей температурной стабильностью и малым временем отклика, что делает её идеальным решением для измерения динамического давления.

Ещё одна распространённая концепция датчиков давления 4–20 мА — ёмкостная технология. Эти датчики давления измеряют изменение ёмкости между мембранным разделителем, воспринимающим давление, и неподвижным электродом. Ёмкостные датчики отлично подходят для измерения низких давлений, таких как 1 кПа или 5 фунтов на кв. дюйм, с высокой точностью и сохраняют стабильные показания в течение длительного времени. Они также лучше работают в условиях слишком высокого статического давления, что делает их идеальными для использования в условиях периодических скачков давления.

Датчик дифференциального давления 4-20 мА

Датчики дифференциального давления с выходами 4–20 мА измеряют разность давлений между двумя технологическими соединениями. Они часто используются для измерения расхода, проверки фильтров и уровня в закрытых резервуарах. Эти специализированные датчики используют либо два чувствительных элемента, либо один элемент с отдельными портами высокого и низкого давления для определения разности и выдают сигнал 4–20 мА, пропорциональный разнице.

Преимущества датчика давления 4-20 мА с дисплеем

Преобразователь давления 4-20 мА с дисплеем сочетает в себе традиционный аналоговый выход и локальный цифровой индикатор, что значительно упрощает его использование. Встроенный дисплей позволяет специалистам проверять показания прямо на месте установки без использования дополнительных диагностических инструментов. Эта функция очень удобна для специалистов по КИП при вводе в эксплуатацию, устранении неисправностей и регулярном техническом обслуживании, поскольку сокращает время, необходимое для выявления проблем в технологическом процессе.

Большинство современных датчиков давления (DP) оснащены ЖК- или светодиодными экранами, на которых отображаются значения давления в таких единицах измерения, как фунт/кв. дюйм, бар, МПа, мм вод. ст., кПа или других единицах измерения. Большинство цифровых датчиков давления имеют кнопочную настройку, позволяющую специалистам изменять демпфирование, смещение нуля и диапазон измерения в полевых условиях, не отключая устройство от сети. Некоторые новые датчики давления 4–20 мА с дисплеями также имеют функции диагностики, которые отображают минимальные и максимальные зарегистрированные значения, состояние аварийных сигналов и коды ошибок, что ускоряет устранение неисправностей.

Электронный дисплей датчика давления особенно полезен в труднодоступных местах или в местах, слишком маленьких для размещения дисплея системы управления. Операторы могут быстро визуально контролировать состояние оборудования во время обходов, мгновенно выявляя проблемы, без необходимости возвращаться в диспетчерскую или доставать портативные коммуникаторы.

Распространенные диапазоны давления: 4–20 мА, 0–10 бар и выше для датчиков давления

Для различных промышленных применений требуются различные диапазоны давления. Например, датчик давления 4-20 мА 0-10 бар (около 0-145 фунтов на кв. дюйм) является одним из наиболее распространённых для общепромышленных процессов, систем сжатого воздуха и гидравлических контуров. Давление 10 бар также хорошо подходит для многих паровых применений низкого давления, водопроводных сетей и пневматических систем. Однако мы взяли только пример для 10 бар, мы также предлагаем датчики давления 100 фунтов на кв. дюйм, 200 фунтов на кв. дюйм, 10 МПа и макс. 700 бар. Большинство китайских производителей датчиков давления продают эти совершенно новые датчики давления или датчики перепада давления с различными типами соединений, такими как резьба 1/2”NPT, G-резьба, трёхзажимные и фланцевые соединения, поэтому они могут работать с различными трубопроводными системами.

Датчики давления 0–100 фунтов на кв. дюйм (около 0–7 бар) столь же популярны и широко применяются. Они работают с распространёнными настройками давления в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, мониторинга насосов и управления компрессорами. Гидравлические системы, системы высокого давления газа и литьевые машины — всё это использует более высокие диапазоны давления, например, 0–1000 фунтов на кв. дюйм или 0–6000 фунтов на кв. дюйм. Преимущество стандартизированной технологии датчиков давления 4–20 мА заключается в том, что выходной сигнал остаётся неизменным независимо от диапазона давления. Это упрощает интеграцию систем и замену приборов.

Вакуумные и компаундные датчики позволяют измерять как вакуум, так и избыточное давление, что важно для холодильных систем, ректификационных колонн и вакуумной упаковки. Эти специализированные приборы для измерения давления также поддерживают тот же выходной ток 4–20 мА при измерении давления в диапазонах от -1 до +3 бар, от -14,7 до +15 фунтов на кв. дюйм или от -5000 до +5000 мм вод. ст. (компаундное измерение).

Распространенные области применения датчиков давления контура 4–20 мА: контроль давления воды, масла и пара

Датчик давления воды 4-20 мА

Датчики давления воды с токовой петлей 4–20 мА широко применяются в муниципальных водоочистных сооружениях, распределительных сетях, системах орошения и системах автоматизации зданий. Эти датчики давления воды с токовой петлей 4–20 мА контролируют давление на выходе насоса, в системе фильтрации и распределительной линии, обеспечивая бесперебойную подачу воды и выявляя утечки. Они управляют циклами обратной промывки, обеспечивают использование необходимого количества химикатов и предотвращают работу насосов всухую на водоочистных сооружениях. Для поддержания чистоты, а также контроля систем безразборной мойки (CIP) и линий транспортировки продукции, в пищевой промышленности используются санитарные датчики давления воды из полированной нержавеющей стали с трёхзажимными соединениями.

Датчики давления масла с выходом 4-20 мА

Датчики давления масла с выходным током 4–20 мА являются важными компонентами гидравлических систем, контуров смазки и нефтеперерабатывающих заводов. Эти датчики давления защищают дорогостоящие гидравлические компоненты мобильного оборудования и производственных машин, контролируя давление в системе и активируя аварийные сигналы при его превышении безопасного уровня или снижении ниже минимального, что может привести к отказу насоса или утечке. Датчики давления масла, изготовленные из нержавеющей стали, устойчивой к воздействию углеводородов, используются на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах для измерения давления в нефтепроводах, ректификационных колоннах и резервуарных парках хранения нефтепродуктов. Датчики давления масла используются в судостроении, энергетике и автомобильных испытаниях, чтобы гарантировать, что давление смазки достаточно высокое и не допустит серьёзного повреждения оборудования.

Датчики давления парового контура 4-20 мА

Датчики давления пара жизненно важны для производства электроэнергии, обработки химикатов, стерилизации пищевых продуктов и отопления целых районов. Эти высокотемпературные датчики давления способны выдерживать температуру пара свыше 200 °C (400 °F) благодаря специальной конструкции, включающей охлаждающие элементы, выносные уплотнения и капиллярные системы, которые защищают чувствительную электронику от экстремальных температур. Для поддержания необходимого рабочего давления в системах управления котлами используются датчики давления пара. Это обеспечивает безопасность и эффективность работы, а также предотвращает опасные ситуации превышения давления. На заводах по производству фармацевтической продукции и медицинских приборов датчики давления пара используются в автоклавах и стерилизационном оборудовании. Эти устройства обеспечивают постоянное поддержание необходимого давления, что гарантирует эффективность циклов стерилизации и соответствие установленным государством стандартам безопасности.

Что нужно знать о цене датчика давления 4–20 мА

Цены на датчики давления 4–20 мА могут сильно различаться в зависимости от их характеристик, принципа действия, технических характеристик, точности и уровня качества. Разные компании выпускают датчики давления 4–20 мА начального уровня стоимостью менее 100 долларов. Они, как правило, обладают базовыми функциями и достаточной точностью для некритических задач. Эти доступные и недорогие датчики давления стоимостью около 100 долларов обычно не имеют электронного дисплея и протокола HART, имеют ограниченный диапазон измерения давления и базовые функции.

Датчики давления или перепада давления имеют лучшие функции, стоят от 100 до 300 долларов, более точны (от ±0,5% до ±0,25%), изготовлены из нержавеющей стали, с цифровым управлением.

Дисплей для прямого считывания показаний или настройки, может работать в более широком диапазоне температур и статического давления, а также отличается большей стабильностью с течением времени. Эти датчики хорошо подходят для большинства промышленных применений, где важны точность и надёжность, но нет экстремальных условий. Премиальные датчики стоимостью более 300 долларов США обеспечивают более высокую точность (±0,1% или лучше 0,075%), сертифицированы для использования во взрывоопасных зонах (сертифицированы ATEX), оснащены расширенной диагностикой и подходят для использования в коррозионных и санитарных условиях.

Цена датчика давления 4-20 мА также включает сертификацию и разрешительную документацию. Устройства, сертифицированные для взрывоопасных сред (ATEX, IECEx, CSA), санитарных применений (3-A, EHEDG) или соответствующих директивам по оборудованию, работающему под давлением, стоят дороже, поскольку требуют проведения множества испытаний и оформления документации. При выборе нового датчика давления 4-20 мА обращайте внимание не только на первоначальную стоимость покупки. Оцените общую стоимость владения, которая включает установку, калибровку и обслуживание. Это связано с тем, что более качественные приборы часто обеспечивают более высокую долгосрочную ценность благодаря меньшему количеству отказов и более длительным интервалам калибровки.

5 распространенных вопросов о датчике давления 4–20 мА (FAQ)

1. В чем разница между преобразователем давления и датчиком давления?

Между этими двумя терминами есть небольшие различия, хотя они часто используются взаимозаменяемо. Датчик давления 4–20 мА преобразует давление в электрический сигнал. Датчик давления, с другой стороны, имеет дополнительную схему, которая преобразует сигнал, делая его сильнее и стабильнее при 4–20 мА. Оба устройства выполняют в промышленности одно и то же: измеряют давление и выдают стандартный токовый выходной сигнал, который могут считывать системы управления. Стандарт 4–20 мА является отраслевым стандартом для систем управления технологическими процессами, поскольку он совместим практически со всеми ПЛК и РСУ.

2. Можно ли использовать датчик давления стоимостью менее 100 долларов в промышленных целях?

Недорогие **датчики давления 4–20 мА стоимостью менее 100 долларов** можно использовать для мониторинга не очень важных объектов, в учебных заведениях или для краткосрочных установок. Однако для важных промышленных процессов, требующих высокой точности, долговременной надежности и соответствия требованиям безопасности, лучше всего приобретать датчики среднего или высокого класса. Более качественные устройства точнее (±0,25% или лучше), лучше сохраняют температуру, долговечны благодаря корпусу из нержавеющей стали и имеют сертификаты, необходимые для использования в опасных зонах. Подумайте о совокупной стоимости владения. Сломанный дешёвый датчик может стоить гораздо больше потерянного времени и стоимости оборудования, чем сэкономленных при его покупке денег.

3. Когда я приобрету датчик давления 4–20 мА с дисплеем?

Датчик давления в контуре с цифровым дисплеем очень полезен при техническом обслуживании и устранении неисправностей. Встроенный дисплей позволяет специалистам проверять значения давления прямо в полевых условиях, не испытывая трудностей с подключением диагностических приборов или необходимостью посещения диспетчерской для выявления проблемы. ЖК-дисплей также полезен при вводе датчиков в эксплуатацию, проведении регулярных осмотров или при проверке и ремонте оборудования. Многие датчики с дисплеями также позволяют изменять настройки в полевых условиях одним нажатием клавиши, отображать диагностическую информацию, такую как минимальные и максимальные значения давления, а также состояние аварийной сигнализации или выполнять настройку нуля. Датчики давления с локальным дисплеем могут значительно сэкономить время и повысить эффективность работы в местах с затрудненным доступом к дисплеям системы управления, например, в удаленных установках или в ограниченном пространстве.

4. Какой диапазон давления мне следует выбрать для использования?

Наиболее распространенным диапазоном является датчик давления 4-20 мА 0-10 бар (0-145 PSI), который подходит для большинства промышленных процессов, систем сжатого воздуха и сетей водоснабжения. Выберите датчик с полным диапазоном шкалы, который в 1,5-2 раза превышает ваше максимальное ожидаемое давление для конкретных целей. Это обеспечит вам дополнительную безопасность. В муниципальных системах датчики давления воды обычно работают в диапазоне 0-10 бар или 0-100 PSI. В гидравлических системах датчики давления масла могут работать в диапазоне 0-250 бар (0-3600 PSI) или выше. **Датчики давления пара обычно должны иметь возможность работать при высоких температурах и иметь диапазоны давления, соответствующие условиям в котле. Для пара низкого давления это обычно 0-16 бар (0-232 PSI), а для промышленных процессов это обычно выше.

5. Как определить справедливую цену датчика давления 4–20 мА?

Цена датчика давления 4–20 мА зависит от ряда факторов, таких как точность, материалы, сертификаты и дополнительные функции. Модели начального уровня стоимостью менее 100 долларов США подойдут для простых, не слишком важных задач. Датчики среднего класса (100–300 долларов США) обладают промышленным уровнем точности ±0,25–0,5%, изготовлены из нержавеющей стали и стабильны во времени, что делает их подходящими для большинства применений. Датчики премиум-класса (стоимостью более 300 долларов США) обладают более высокой точностью (±0,1%), имеют сертификаты для использования в опасных зонах (ATEX, CSA), одобрения для санитарно-гигиенического применения (3-A, EHEDG) и расширенную диагностику. При выборе новых датчиков давления 4–20 мА обращайте внимание не только на первоначальную цену. Вместо этого подумайте о совокупной стоимости владения, которая включает в себя сложность установки, частоту калибровки, ожидаемый срок службы и возможные простои. Несмотря на то, что первоначальная стоимость выше, надёжный и точный датчик часто оказывается более выгодным в долгосрочной перспективе.