Введение в датчики давления с выходным напряжением

Датчики давления с выходным напряжением широко используются в промышленных и лабораторных условиях для преобразования физических параметров давления в пропорциональные электрические сигналы. Эти устройства обычно генерируют сигналы напряжения, такие как 0–5 В постоянного тока, 0–10 В постоянного тока или ratiometric выходы, которые линейно соответствуют приложенным диапазонам давления. Конфигурация выходного напряжения предлагает явные преимущества в приложениях, требующих высокой помехозащищенности, простого интерфейса и совместимости с системами сбора данных. В отличие от датчиков на основе тока (4–20 мА), датчики с выходным напряжением превосходны в средах, где сопротивление кабеля незначительно и где необходимо минимизировать энергопотребление. Их применение охватывает многочисленные секторы, включая автомобильное тестирование, управление технологическими процессами, гидравлические системы и лабораторное оборудование, обеспечивая надежные решения для измерений с точностью, как правило, от ±0,1% до ±0,5% от полной шкалы.

Принципы работы и выходные характеристики

Датчики давления с выходным напряжением работают по принципу преобразования механической деформации, вызванной давлением, в электрические сигналы с помощью чувствительных элементов, таких как тензодатчики или пьезоэлектрические материалы. В датчиках на основе тензодатчиков давление, приложенное к диафрагме, вызывает деформацию приклеенных тензодатчиков, изменяя их электрическое сопротивление пропорционально давлению. Это изменение сопротивления разбалансирует мостовую схему Уитстона, выдавая выходной сигнал на уровне милливольт, который усиливается до стандартных диапазонов напряжения. Общие конфигурации выхода включают 0–5 В постоянного тока, 0–10 В постоянного тока и 1–5 В постоянного тока, причем последняя обеспечивает живой ноль (1 В), который отличает сбой системы от законных показаний нулевого давления. Усовершенствованные датчики могут включать напряжения возбуждения до 10 В постоянного тока с выходной чувствительностью около 3 мВ/В, что означает, что возбуждение 10 В постоянного тока выдает выходной сигнал полной шкалы 30 мВ. Эти устройства поддерживают точность с помощью схем температурной компенсации, которые минимизируют тепловые эффекты на баланс нуля и чувствительность, обычно указываемые как ±0,005% от полной шкалы/°F.

Основные сценарии применения

Датчики давления с выходным напряжением выполняют критические функции в нескольких отраслях промышленности. В автомобильном тестировании они контролируют давление в коллекторе, давление в топливной рампе и давление в гидравлической системе трансмиссии, обеспечивая сигналы напряжения, совместимые с системами сбора данных для анализа производительности. Приложения управления промышленными процессами включают мониторинг насосов и компрессоров, где сигналы 0–10 В постоянного тока напрямую взаимодействуют с программируемыми логическими контроллерами (ПЛК) для регулирования давления в реальном времени. Мониторинг гидравлических систем использует эти датчики для измерения давления жидкости в цилиндрах и приводах, при этом выходные напряжения обеспечивают быструю реакцию на изменения давления для обеспечения безопасности и эффективности. Приложения лабораторного оборудования включают мониторинг давления в медицинском оборудовании и испытательных камерах окружающей среды, где сигналы напряжения облегчают точную запись и анализ данных. Совместимость выходных напряжений со стандартным оборудованием для сбора данных делает эти датчики идеальными для исследований и разработок, требующих многоточечного мониторинга давления.

Кондиционирование сигнала и интеграция системы

Эффективная интеграция датчиков давления с выходным напряжением требует надлежащего кондиционирования сигнала для поддержания точности измерений. Стабильность напряжения возбуждения имеет решающее значение, поскольку изменения напрямую влияют на точность выходного сигнала; регулируемые источники питания с низким уровнем пульсаций (обычно 1 MΩ) для точного захвата сигнала.

Технические характеристики и критерии выбора

Ключевые параметры производительности для датчиков давления с выходным напряжением включают точность, термическую стабильность и долговечность. Спецификации точности обычно варьируются от ±0,15% до ±0,5% от полной шкалы, при этом модели с более высокой точностью достигают ±0,15% за счет усовершенствованной температурной компенсации. Тепловые эффекты на ноль и диапазон являются критическими факторами, при этом спецификации, такие как ±0,005% от полной шкалы/°F, обеспечивают производительность в диапазонах рабочих температур от -100°F до 325°F (-73°C до 163°C). Диапазоны давления простираются от вакуума до 7500 фунтов на квадратный дюйм, а такие материалы, как нержавеющая сталь 17-4 PH, обеспечивают совместимость с различными средами. Критерии выбора должны включать требуемый диапазон давления, совместимость со средой, потребности в точности, диапазон рабочих температур и электрические требования. Для опасных сред могут потребоваться искробезопасные конструкции с соответствующими сертификатами (ATEX, IECEx).

Преимущества и ограничения по сравнению с токовым выходом

Датчики с выходным напряжением предлагают несколько преимуществ по сравнению с конфигурациями токовой петли, включая более простую интерфейсную электронику, более низкое энергопотребление и более высокую скорость отклика из-за цепей с более низким импедансом. Они идеально подходят для приложений на короткие расстояния (обычно <50 футов), где падение напряжения незначительно. Однако сигналы напряжения более восприимчивы к электромагнитным помехам и падению напряжения на длинных кабелях, что делает датчики с токовой петлей (4–20 мА) предпочтительными для больших расстояний или шумных сред. Выходные напряжения также требуют выделенных источников питания в каждой точке измерения, в то время как двухпроводные устройства токовой петли могут питаться через сигнальные линии. Выбор между выходным напряжением и током должен учитывать расстояние, шумовую среду, доступность питания и совместимость системы.

Заключение: оптимизация реализации выходного напряжения

Датчики давления с выходным напряжением продолжают развиваться с улучшениями в материалах, алгоритмах компенсации и возможностях интеграции. Тенденция к более высокой точности, более широкой температурной компенсации и наложениям цифровой связи (например, IO-Link) повышает их полезность в средах умных фабрик. Правильный выбор, установка и кондиционирование сигнала обеспечивают оптимальную производительность, делая датчики с выходным напряжением ценными компонентами в системах измерения и управления в различных отраслях.

-Endress+Hauser

-ALLEN BRADLEY 

-YOKOGAWA 

-MTL

-P+F

-Больше продуктов