Snímač diferenčního tlaku: typy, jak fungují, vlastnosti

Během provozu složitých a rozvětvených vzduchovodů a potrubí se v důsledku přítomnosti mnoha hydraulických odporů a armatur mění tlak v různých částech sítě. Nejčastěji padá, což může způsobit technické a ekologické problémy (například v rozvodných sítích plynu). Snímače rozdílu tlaku (nebo relé) jsou navrženy tak, aby rychle monitorovaly a předcházely takovým jevům.

Proč je nutné monitorování diferenčního tlaku?

Snímač diferenčního tlaku, nazývaný také snímač diferenčního tlaku, je nedílnou součástí různých zařízení, která měří průtok, rychlost a hladinu kapaliny nebo plynu v průmyslových nebo domácích procesech. Jsou větší a robustnější než polovodičové, ale koncept je stejný: měření tlakového rozdílu na membráně pomocí tenzometrické sítě s tenkovrstvými odpory nebo diferenciálními kapacitními senzory.

Měření průtoku a tlaku je jednou z nejběžnějších aplikací pro diferenciální senzory. Měřením rozdílu tlaku, když je kapalina nebo vzduch dopravován potrubím, lze vypočítat průtok pracovní tekutiny.

Informace o tlaku vzduchu také umožňují nepřímo měřit další proměnné, jako je rychlost proudění vzduchu. Je důležité si uvědomit, že pro každé zařízení, které používá stlačený vzduch, existuje maximální bezpečná úroveň, nad kterou se proudění stává nebezpečným. Při náhlém uvolnění může vzduch způsobit zničení zařízení, která jej používají. Proto jsou snímače tlaku vzduchu stejně důležité jako řídicí a spínací jednotky instalované v rozvodných sítích vzduchu. Zde je několik příkladů:

1. Schopnost stlačeného vzduchu přenášet velké množství energie je rozhodující pro řízení vozidel. Klíčovou otázkou při použití tohoto typu energie je provozní bezpečnost. Například vlaky a těžká nákladní vozidla často používají vzduchové brzdy, které jsou vysoce účinné a spolehlivé. Aby byl zachován jejich bezporuchový provoz, musí být monitorovány úrovně tlaku.
2. Pro zařízení, jako jsou pneumatické nástroje používané v moderním průmyslu, jsou vyžadovány koncentrované, kontrolované a přesné úrovně výkonu.
3. V medicíně systémy, které poskytují pomoc při dýchání pacientům infikovaným koronavirem, vyžadují přesné a časově stabilní hodnoty průtoku vzduchu. Stejný požadavek platí pro pneumatická zařízení používaná ve stomatologii.
4. Doporučené rychlosti proudění vzduchu existují pro ventilační a klimatizační systémy, které jsou instalovány ve veřejných budovách a průmyslových závodech. Pokud tlak a tím i průtok klesne pod ideální hodnotu, senzory tlaku vzduchu tuto změnu zaznamenají a lze provést úpravy, aby se příčina problému odstranila.

Schémata pro změnu rozdílu tlaku vzduchu

Hlavním způsobem měření tohoto parametru je posouzení rozdílu tlaků mezi dvěma body (například před a za filtrem) v systému přívodu vzduchu nebo klimatizace. Za tímto účelem musí být účinek vzduchu pohybujícího se potrubím převeden na odpovídající elektrický signál. Používají se následující typy senzorů:

1. Tenzometr (nebo odporový).
2. Kapacitní.
3. Induktivní.

Zařízení typu tenzometr

Princip činnosti odporového snímače je založen na následujícím. Membrána, která je v kontaktu se vzduchem, jehož tlak je měřen, se při zvýšení tlaku deformuje. V tomto případě jsou také deformovány snímače připevněné k bezdotykové ploše membrány. Piezorezistivní efekt, při kterém se při deformaci mění odpor materiálu tenzometru, se převádí na elektrický signál.

Jedna strana membrány je připojena k nízkotlakému portu a druhá strana membrány je připojena k vysokotlakému portu. Membrána se ohne a je převodníkem vnímána jako elektrický signál, který je úměrný rozdílu odpovídajících průtoků.

Snímač diferenčního tlaku vzduchu je umístěn v pouzdře z nerezové oceli nebo jiných materiálů se zvýšenou odolností proti korozi. U ventilačních systémů je to dáno nutností pracovat se vzduchem, který má vysokou relativní vlhkost. Výsledný elektrický signál prochází vestavěným mikroprocesorem, který vytváří analogový signál s vysokým rozlišením (od 4 do 20 miliampérů) nebo digitální signál. Designovým prvkem tohoto typu zařízení je přítomnost dvou závitových portů určených pro „vysoké“ a „nízké“ technologické připojení. Horní závitový otvor pro elektrické připojení je však obvykle 24 V DC.

Analogové a digitální výstupní signály jsou přenášeny do ústředny, která je vybavena několika desítkami (nebo i stovkami) konektorů, umožňujících počítačově sledovat aktuální stav čerpání vzduchu na různých místech ventilačního systému.

Typ kapacitního zařízení

Takto funguje kapacitní senzor. Dvě kapacitní kontaktní desky jsou od sebe odděleny malou mezerou. Jeden z nich je stacionární a druhý ve styku se vzduchem působí jako pružná membrána. Zvyšující se tlak vzduchu deformuje membránu, což zužuje mezeru a snižuje kapacitu. Změna kapacity je převedena na elektrický signál.

Protože snímače kapacitního typu po určitou dobu porovnávají hodnoty aktuálního tlaku vzduchu vzhledem k jeho přednastaveným hodnotám, pracují pomaleji než odporové.

Indukční typ zařízení

U indukčních snímačů diferenčního tlaku se deformace membrány převádí na lineární pohyb feromagnetického jádra na principu indukčnosti. Pohyb jádra způsobuje změnu indukovaného proudu, který je generován cívkou napájenou střídavým proudem na jiné sekundární snímací cívce. Tato změna je zase převedena na elektrický signál. Činnost takového zařízení je zřejmá z obrázku.

Indukční snímače reagují rychleji než kapacitní snímače, ale jsou konstrukčně složitější a vyžadují externí přídavné napájení.

Konstrukční prvky zařízení

Bez ohledu na způsob převodu a přenosu řídicího signálu lze u diferenciálních snímačů rozlišit tyto části:

• Primární prvek, jehož prostřednictvím se vytváří tlakový rozdíl. V tomto případě se změní průtok vzduchu za jednotku času. Nejběžnějšími typy primárních prvků jsou diafragma, Venturiho trubice, tryska nebo Pitotova trubice;
• Sekundárním prvkem je samotné čidlo, pomocí kterého se co nejpřesněji zaznamenává tlakový rozdíl vytvořený primárním prvkem. Zejména je důležité, aby měření takového indikátoru nebylo ovlivněno změnami vlastností vzduchu, jeho teploty nebo jiných parametrů, například okolní teploty;
• Kryt, jehož hlavním účelem je poskytnout maximální ochranu zařízení před škodlivým vlivem vnějších faktorů, včetně dlouhodobých (například vlhkost vzduchu).

Často sem patří také sada přenosových a spínacích vodičů, kterými je signál přenášen do ústředny.

Vzhled zařízení určeného k instalaci do ventilačního systému je znázorněn na obrázku:

Jak vybrat velikost zařízení

Výchozími údaji pro výběr jsou následující faktory:

1. Požadovaná přesnost odečtů přístroje.
2. Minimální celkové rozměry prostoru, ve kterém je zamýšlena instalace.
3. Vnější provozní podmínky.
4. Požadovaná rychlost.
5. Požadavky na vybavení.
6. Složitost běžné údržby.

Obecný návrh ventilačního systému veřejné nebo průmyslové budovy je poměrně složitý a zahrnuje použití zařízení pro různé účely.

Vyžadují široký rozsah tlakových limitů, typicky od 2500 Pa do 250 Pa, s občasnými požadavky až 25 Pa. Tradiční senzorové produkty podporují pouze jeden kalibrovaný plný rozsah pro udržení požadovaného výkonu senzoru, což vyžaduje použití 3-5 nebo dokonce více samostatných systémů pro pokrytí požadovaného rozsahu monitorovaných hodnot.

Proto jsou v praxi výhodné návrhy, které umožňují, aby jeden systém pokryl celý požadovaný rozsah při zachování optimalizovaných kalibrovaných variací vlastností vzduchu. Pomocí těchto zařízení lze optimalizovat různé senzory při zachování špičkové úrovně výkonu. Taková zařízení, i když jsou specifická pro určité účely, umožňují spotřebitelům snížit počet nezávislých součástí ve ventilačním systému 3. 5krát nebo více, což výrazně šetří náklady na materiály a energetické zdroje. Instalace a údržba jsou také zjednodušeny.

Pro vyřešení zadaných problémů tedy musí dotyčná zařízení zajistit provoz v rozsahu tlaku vzduchu od 25 do 2500 Pa, být napojena na minimálně 3. 5 kalibračních zařízení a poskytovat možnost dálkové údržby.

Je důležité mít na místě několik systémů vybavených danými senzory, což uživateli umožňuje měnit rozsahy měření podle potřeby. To vyrovnává proudění vzduchu v interiéru a optimalizuje výkon pro každý jednotlivý potrubní systém budovy.

Související videa

A snímač diferenčního tlaku filtru pevných částic (DPF). měří protitlak výfukových plynů a signalizuje, kdy by měl řídicí modul hnacího ústrojí (PCM) zahájit proces regenerace, aby se filtr vyčistil od naftových pevných částic (DPM) nebo sazí. Čidlo diferenciálního tlaku DPF hraje důležitou roli při udržování správného provozu DPF. Ucpaný filtr pevných částic je nejen drahá oprava, ale může mít také katastrofální následky pro váš naftový motor. Abychom porozuměli tomu, jak snímač diferenčního tlaku DPF funguje, proč selhává a jak jej vyměnit, pojďme stručně diskutovat o DPF.

Co je DPF a jak funguje?

Vzhledem k tomu, že se kvůli snížení emisí zpřísňují přísnější emisní předpisy, používají vznětové motory ventil EGR ke snížení emisí NOx a DPF k odstranění sazí z výfukových plynů nafty. Nástěnný DPF filtr nainstalovaný na začátku výfukového systému odstraňuje v průměru 85 % sazí vycházejících z motoru a za určitých podmínek může účinnost dosáhnout i 100 %. Aby se zabránilo ucpání filtru, motor zahájí proces regenerace vstřikováním paliva do výfukového systému. Vstřikované palivo zvýší teplotu DPF na 600 °C (nebo 1112 °F), takže škodlivé saze mohou spálit na popel. U některých vozidel se PCM spoléhá na data ze snímače diferenciálního tlaku DPF, aby spustil proces regenerace DPF.

Jak funguje snímač diferenčního tlaku DPF?

Snímač diferenčního tlaku DPF je obvykle instalován v motorovém prostoru, aby byl chráněn před teplem. Snímač je připojen k řídicí jednotce motoru (ECU) elektrickým konektorem a připojen k DPF pomocí dvou silikonových hadiček. Jedna hadice se připojuje před (nad) DPF, druhá se připojuje za (za) filtr. Měřením a porovnáním rozdílu tlaku výfukových plynů před a za filtrem může senzor odhadnout množství DPM zachyceného ve filtru a signalizovat PCM, aby zahájil proces regenerace DPF.

Proč selhávají snímače diferenčního tlaku DPF?

Jako každý elektrický snímač v motoru se mohou dráty k ECU poškodit v důsledku silných vibrací nebo prasknout a roztavit se v důsledku extrémního tepla. A stejně jako u DPF se mohou ucpat hadičky čidel vlivem sazí ve výfuku. Když částice nafty zablokují jeden nebo oba vzduchové průchody snímače, snímač již nemůže přesně snímat změny tlaku, což může vést ke katastrofálnímu poškození DPF a nakonec i motoru.

Co hledat, když selže snímač diferenčního tlaku DPF

• Špatný výkon motoru
• Špatná spotřeba paliva
• Vysoká teplota motoru
• Vysoké přenosové teploty
• Nárůst černého kouře (sazí) z výfukového systému.
• Zkontrolujte kontrolku motoru

Když DPF selže, výfukové plyny nelze úplně odstranit, protože protitlak tlačí výfukové plyny zpět do spalovací komory, což způsobí, že se DPM nebo saze smísí s motorovým olejem. Saze jsou abrazivní a po smíchání s olejem způsobují předčasné opotřebení ložisek motoru. Palivo, které musí při regeneraci unikat výfukovými plyny, se také spálí jen částečně. Zbytkové palivo smyje ochranný olejový film z vnitřních součástí motoru a vede ke katastrofální poruše.

Snímač tlaku DPF je životně důležitý pro dlouhou životnost DPF, a pokud se DPF úplně ucpe, proces regenerace to nevyřeší. Buď bude nutné odstranit a odborně vyčistit nebo vyměnit, obě možnosti stojí v průměru tisíce dolarů. Mnohem více než náklady na diagnostiku a výměnu vadného senzoru, než bude příliš pozdě.