Czujnik różnicy ciśnień: obwód, interfejs, typy, testowanie, objawy i zastosowania

Czasami określenie całkowitego ciśnienia cieczy (lub) gazu nie jest istotne, ale alternatywnie należy po prostu zidentyfikować różnicę między dwoma punktami w obserwowanym układzie. Dlatego w takich warunkach stosuje się czujnik różnicy ciśnień. Czujnik ten zapewnia pomiar porównawczy pomiędzy dwoma punktami przed i za zaworem w rurociągu. Jeśli zawór jest całkowicie otwarty, ciśnienie po obu stronach musi być podobne. Jeśli występują różnice w ciśnieniu, może to oznaczać, że zawór nie jest otwarty (lub) występuje niedrożność. W tym artykule pokrótce wyjaśniono czujnik różnicy ciśnień , ich działanie i zastosowania.

Co to jest czujnik różnicy ciśnień?

Czujnik różnicy ciśnień to rodzaj czujnika używanego do pomiaru zmian ciśnienia w dwóch punktach i zapewnia względny pomiar między tymi dwoma punktami. Te ciśnienie czujniki są dobrze znane ze swojej niezawodności i jakości. Zadaniem czujnika różnicy ciśnień jest dostarczanie danych dotyczących wzajemnego połączenia dwóch zakresów ciśnień w obrębie gazów, cieczy i pary. Wykorzystuje się je do bezpiecznego i niezawodnego określania zmian ciśnienia. Czujnik ten ma wiele zastosowań w różnych gałęziach przemysłu, w tym w kontroli i optymalizacji. Można je również znaleźć w systemach o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa, monitorowaniu filtrów i pomiarach poziomu w zamkniętych pojemnikach.

Czujniki te są przeznaczone głównie do wykrywanie pojemnościowe technologia. Czujnik ten ma cienkie membrany, umieszczone pomiędzy dwiema równoległymi metalowymi płytkami. Zawsze, gdy działa siła zewnętrzna, membrana lekko się ugnie, powodując zmianę pojemności, a tym samym zmianę wartości wyjściowej czujnika.

Działa czujnik różnicy ciśnień

Czujnik różnicy ciśnień działa poprzez pomiar spadku ciśnienia pomiędzy dwoma punktami w rurze. W jednym miejscu rury informuje o stanie naładowania filtra cząstek stałych i sprawdza jego działanie, natomiast w innym punkcie steruje niskociśnieniową recyrkulacją spalin. Zazwyczaj czujniki te są wyposażone w dwa porty, do których można podłączyć rury. Następnie rury są po prostu podłączane do systemu w miejscu, w którym ma zostać wykonany pomiar.

Obwód czujnika różnicy ciśnień

Obwód czujnika różnicy ciśnień za pomocą dwóch tensometry pokazano poniżej. Obwód ten wykorzystuje dopasowaną parę tensometrów. Za każdym razem, gdy wzrasta różnica ciśnień, jeden tensometr zostanie ściśnięty, podczas gdy drugi tensometr zostanie rozciągnięty. W poniższym obwodzie woltomierz zarejestruje brak równowagi w obwodzie mostka i wyświetli się jako pomiar ciśnienia:

Korzystając z tego obwodu, możemy określić, co następuje:

Rozpoznaj, który port w obwodzie jest portem „wysokiego” ciśnienia.

Port „B” w obwodzie jest portem „wysokiego” ciśnienia.

Jeśli stały rezystor R1 nie otworzy się, rozpoznaj, co zarejestruje woltomierz.

Jeżeli stały rezystor „R1” nie otworzy się, woltomierz w obwodzie będzie działał całkowicie ekskluzywnie.

Zidentyfikuj komponent powodujący usterkę, która sprawia, że ​​woltomierz jest całkowicie ekskluzywny.

Składnik usterki, który sprawia, że ​​woltomierz jest całkowicie ekskluzywny, jest następujący:

Tensometr 1 nie działa, nastąpi zwarcie.
Tensometr 2 ulegnie awarii, wówczas zostanie otwarty.
Gdy „R1” zawiedzie, otworzy się.
Kiedy „R2” ulegnie awarii, nastąpi zwarcie.

MPX7002DP Czujnik różnicy ciśnień współpracujący z Arduino Uno

Połączenie czujnika różnicy ciśnień MPX7002DP za pomocą kabla Arduino Uno pokazano poniżej. To połączenie pomaga w projektowaniu urządzenia medycznego typu open source. To urządzenie medyczne jest używane przez lekarzy i personel medyczny w leczeniu różnych schorzeń układu oddechowego. W tym przypadku zastosowano płytkę zaciskową czujnika różnicy ciśnień, która wykorzystuje czujnik różnicy ciśnień MPX7002DP.

Komponenty wymagane do wykonania tego połączenia obejmują głównie; czujnik różnicy ciśnień MPX7002DP i płytkę Arduino Uno. Połączenia tego interfejsu są następujące:

Masę czujnika różnicy ciśnień MPX7002DP podłącza się do styku GND płytki Arduino Uno.

Pin +5V czujnika jest podłączony do +5V Arduino.

Pin analogowy czujnika podłączony jest do pinu A0 Arduino.

Po wykonaniu wszystkich połączeń prześlij kod do pliku Płyta Arduino który wczytuje czujnik ciśnienia do Arduino.

// Kod testowy MPX7002DP
// Ten kod ćwiczy MPX7002DP
// Czujnik ciśnienia podłączony do A0
int Pin czujnika = A0; // wybierz pin wejściowy dla czujnika ciśnienia
int wartość czujnika = 0; // zmienna do przechowywania wartości surowych danych pochodzących z czujnika
wartość wyjściowa pływaka = 0; // zmienna do przechowywania przeliczonej wartości kPa
unieważnij konfigurację() {
//Uruchom port szeregowy z szybkością 9600 bps i poczekaj, aż port się otworzy:
Serial.begin(9600);
podczas gdy (!Serial) {
; // poczekaj na połączenie portu szeregowego. Wymagane tylko dla natywnego portu USB
}
pinMode(Pin czujnika, WEJŚCIE); // Czujnik ciśnienia jest na pinie analogowym 0
}
pusta pętla() {
// odczytaj wartość z czujnika:
wartość czujnika = analogRead(Pin czujnika);
// mapuj surowe dane na kPa
wartośćwyjściowa = mapa(wartość czujnika, 0, 1023, -2000, 2000);
// wydrukuj wyniki na monitorze szeregowym:
Serial.print(“czujnik = ” );
Serial.print(wartość czujnika);
Serial.print(“\toutput = “);
Serial.println(wartośćwyjściowa);
// poczekaj 100 milisekund przed następną pętlą
// dla przetwornika analogowo-cyfrowego i
// czujnik ciśnienia do ustalenia po ostatnim odczycie:
opóźnienie(100);
}

Wyjście czujnika różnicy ciśnień podłączone jest do pinu analogowego A0. Zatem rzeczywiste dane będą przechowywane jako wartość całkowita w zmiennej sensorPin.

Surowe, przekonwertowane dane analogowe są przechowywane w zmiennej całkowitej znanej jako sensorValue.

Dane wyjściowe zmienione w kPa będą przechowywane w zmiennej typu float znanej jako dane wyjściowe.

Komunikacja szeregowa w funkcji konfiguracji jest inicjowana, a zmienną sensorPin można ustawić jako wejście.

Dane czujnika w funkcji pętli są odczytywane z pinu analogowego i mapowane na wartość kPa.

Następnie dane są wysyłane do terminala szeregowego, gdzie można je przejrzeć.

Aby umożliwić systemowi rozwiązanie problemu, wprowadza się stumilisekundowe opóźnienie

Następnie cała procedura powtarza się w nieskończoność!

Typy czujników różnicy ciśnień

Powszechnie stosowane typy czujników różnicy ciśnień to: rezystancyjne, piezoelektryczne, pojemnościowe, MEMS i optyczne.

Typ rezystancyjny

Rezystancyjny czujnik różnicy ciśnień wykorzystuje zmianę rezystancji elektrycznej tensometru do pomiaru zmian ciśnienia. Jest on połączony z odkrytą membraną i medium pod ciśnieniem. Tensometr zawiera metalowy element oporowy na elastycznym podłożu i jest połączony z membraną lub (lub) osadzany bezpośrednio za pomocą procesów cienkowarstwowych. Metalowa membrana zapewnia wysokie nadciśnienie i ciśnienie rozrywające.

A tensometr osadza się na ceramicznej membranie metodą osadzania grubowarstwowego. W porównaniu do urządzeń z membraną metalową, tolerancja ciśnienia rozrywającego i nadciśnienia jest zwykle znacznie niższa. Czujniki te wykorzystują zmianę rezystywności materiałów półprzewodnikowych, gdy są poddawane naprężeniom spowodowanym ugięciem membrany. Wielkość zmiany będzie sto razy większa w porównaniu ze zmianą rezystancji generowaną w metalowym tensometrze. Dlatego czujniki te mierzą mniejsze zmiany ciśnienia niż czujniki ceramiczne lub metalowe.

Typ piezoelektryczny

Ten typ czujnika różnicy ciśnień wykorzystuje właściwości materiałów piezoelektrycznych do wytwarzania ładunku na powierzchni za każdym razem, gdy zostanie zapewnione ciśnienie. Tutaj przyłożona siła i wielkość ładunku są do siebie proporcjonalne, a polaryzacja wyraża ścieżkę. Ładunek gromadzi się i szybko rozprasza, gdy zmienia się ciśnienie, umożliwiając szybki dynamiczny pomiar ciśnienia.

Typ optyczny

Ten typ czujnika różnicy ciśnień wykorzystuje interferometrię do pomiaru zmian wywołanych ciśnieniem w światłowodzie, które nie są zakłócane przez zakłócenia elektromagnetyczne. Jest używany w hałaśliwym otoczeniu (lub) w pobliżu źródeł takich jak sprzęt radiograficzny. Można je formować z małych elementów (lub) w technologii MEMS, która jest medycznie bezpieczna do stosowania miejscowego. Mierzy ciśnienie w kilku punktach wzdłuż światłowodu.

Technologia MEMS

Termin MEMY w czujniku MEMS oznacza „Micro-Electro-Mechanical System”, który ma pojemnościowy lub piezoelektryczny mechanizm wykrywania ciśnienia, wykonany na krzemie z rozdzielczością na poziomie mikronów. Wyjście elektryczne MEMS o małej wielkości można przekształcić w sygnał analogowy (lub) cyfrowy za pomocą elektroniki kondycjonującej sygnał w pakiecie. Są to małe urządzenia do montażu powierzchniowego, zwykle o grubości około 2 do 3 mm z każdej strony.

Aby zapoznać się z instrukcjami, kliknij ten link wytwarzanie MEMSów .

Jak przetestować czujnik różnicy ciśnień?

Czujnik różnicy ciśnień można przetestować za pomocą multimetru, ustawiając go na 20 V i manometrem. Poniżej omówiono krok po kroku proces testowania.

• Najpierw podłącz multimetr GND do ujemnego bieguna akumulatora i szybko sprawdź wiarygodność, weryfikując napięcie akumulatora. Musi wynosić około 12,6 V po włączeniu akumulatora i wyłączeniu silnika.
• Sprawdź w instrukcji serwisowej producenta, aby rozpoznać sygnał, masę, napięcie odniesienia 5 V i sondę wsteczną przewodów.
• Włącz stacyjkę bez uruchamiania silnika. Zatem multimetr musi wyświetlać napięcie w zakresie od 4,5 do 5 V, głównie dla napięcia odniesienia 5 V, stabilne 0 V dla przewodu GND. Dla przewodu sygnałowego waha się od 0,5 do 4,5 wolta.
• Włącz silnik poprzez przewód sygnałowy z sondą tylną.
• Odwróć silnik i obserwuj, czy nastąpiła zmiana odczytu napięcia. Jeśli nie ma zmian, przejdź do sprawdzenia węży łączących za pomocą manometru.
• Odłącz węże od czujnika ciśnienia przy pracującym silniku.
• Za pomocą manometru oblicz ciśnienie w obu wężach. Aby uzyskać odpowiednią dokładność, użyj manometru przeciwciśnienia spalin, aby zmierzyć ciśnienie w zakresie od 0 do 15 PSI.
• Ponownie sprawdź napięcie sygnału, a napięcie musi być liczbą pomiędzy wartościami ciśnienia w wężu.
  Jeśli napięcie znacznie się zmienia lub wartości ciśnienia nie są zgodne z odczytem napięcia, oznacza to, że czujnik różnicy ciśnień jest uszkodzony i będzie wymagał wymiany.

Objawy

Do złych objawów czujników różnicy ciśnień zalicza się zanieczyszczenie, uszkodzenie elektroniki na skutek silnego nagrzewania się silnika oraz zatkanie i uszkodzenia spowodowane wibracjami w wyniku długotrwałego użytkowania w części silnika.

• Najczęstszym problemem w tego typu czujnikach jest uszkodzenie membrany. Powoduje to zniekształcenie (lub) utratę zdolności czujnika różnicy ciśnień do zginania się i reagowania na zmiany ciśnienia.
• Jeszcze jednym problemem jest uszkodzenie obszaru portu czujnika z powodu osadzania się zanieczyszczeń lub zanieczyszczeń w rurce i ograniczania prawidłowego przepływu cieczy do czujnika.
• Ilekroć czujnik różnicy ciśnień przestaje sygnalizować ponowne uruchomienie PCM, czujnik ten zostaje zasłonięty przez zanieczyszczenia.
• Niektóre znaki wskazujące, że czujnik nie regeneruje się prawidłowo z powodu awarii czujnika, niskiego zużycia paliwa, słabych osiągów silnika, wysokich temperatur silnika, wzrostu czarnego dymu z wydechu, maksymalnych temperatur skrzyni biegów itp.
• W przypadku awarii czujnika nie można całkowicie usunąć gazów spalinowych, gdy przeciwciśnienie wpycha spaliny z powrotem do komory spalania, powodując wymieszanie czujnika z olejem silnikowym.
• Do głównych objawów awarii czujnika różnicy ciśnień zalicza się: przerwy zapłonu/detonację, brak mocy silnika, sprawdź, czy świeci się kontrolka silnika, ekstremalne zużycie paliwa, a silnik nie uruchamia się prawidłowo.
• Podczas rozwiązywania problemów z czujnikami silnika zaleca się najpierw szukać oznak widocznych uszkodzeń. Sprawdź wszystkie połączenia, zaczynając od złącza elektrycznego czujnika, i poszukaj uszkodzeń, takich jak pęknięcia lub stopienie. Wszelkie uszkodzone przewody będą musiały zostać wymienione.
• Następnie sprawdź węże podłączone do czujnika. Ponownie poszukaj uszkodzeń, takich jak pęknięcia lub stopienie.
• Jeśli węże są uszkodzone, należy je wymienić i najprawdopodobniej przekierować, aby nie uległy ponownemu uszkodzeniu w ten sam sposób. Jeżeli węże wyglądają na dobre, sprawdź, czy nie są zablokowane lub zatkane. W przypadku zatkania węże należy wyczyścić lub wymienić.

Zastosowania

Poniżej omówiono zastosowania czujników różnicy ciśnień.

• Czujniki różnicy ciśnień są stosowane w medycynie do leczenia zakrzepicy żył głębokich.
• Są one również stosowane w pompach infuzyjnych, respiratorach i sprzęcie do wykrywania oddychania.
• Czujniki te można znaleźć w wielu lokalizacjach do wykrywania przepływu, wykrywania poziomu lub głębokości oraz testowania szczelności.
• Czujniki różnicy ciśnień często spotyka się w środowiskach przemysłowych, gdzie można wykorzystać zmianę ciśnienia do określenia przepływu cieczy lub gazów.
• Są one stosowane w oczyszczalniach ścieków, podmorskim przetwarzaniu ropy i gazu oraz w systemach zdalnego ogrzewania wykorzystujących podgrzaną wodę (lub) parę.
• Generalnie służą one do monitorowania różnicy ciśnień i kontrolowania wody, gazów i oleju.
• Można je również znaleźć w pomiarach poziomu w zamkniętych pojemnikach, monitorowaniu filtrów i systemach o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa.
• Czujniki te są wykorzystywane w wielu zastosowaniach w centrach danych.
• Są one bardzo pomocne w pomiarach przepływu przez zwężki Venturiego, rurki Pitota, kryzy i innych zastosowaniach opartych na przepływie.
• Czujnik różnicy ciśnień służy do monitorowania przepływu procesu, pomiaru bezpiecznych poziomów w zbiornikach cieczy i zarządzania pętlami regulacyjnymi.
• Są one stosowane w pomieszczeniach czystych, HVAC i automatyce budynków, szpitalach, komorach izolacyjnych, laboratoriach, przemyśle farmaceutycznym itp.
• Niezwykle dokładne urządzenia wykorzystują te czujniki do wszystkich nieagresywnych i niepalnych gazów.
• Można ich używać do monitorowania filtrów w różnych zastosowaniach
• Czujniki różnicy ciśnień można znaleźć w instalacjach przeciwpożarowych w ich jednostkach tryskaczowych.
• Są one bardzo pomocne, gdy trzeba zmierzyć ilość cieczy w zamkniętym naczyniu.

Jest to zatem przegląd mechanizmu różnicowego czujnik ciśnienia, działa i jego zastosowania. Czujnik ten jest niezbędnym elementem w różnych zastosowaniach w różnych gałęziach przemysłu. Czujnik ten może mierzyć zmiany ciśnienia z dużą dokładnością, co pozwala na bezpieczny i wydajny proces wielu systemów.

Urządzenia pomiarowe są po prostu poddawane działaniu szerokiego zakresu naprężeń termicznych, chemicznych lub mechanicznych, przez co mierzone wartości zmieniają się i tracą precyzję w czasie. Na przykład histereza lub przesunięcie zera mogą prowadzić do zagrożeń bezpieczeństwa i zmniejszenia wydajności procesu. Tak częsta kalibracja nie pozwala uniknąć takich zmian, chociaż wykrywa je w odpowiednim czasie. Dlatego sugeruje się przeprowadzanie raz w roku kalibracji elektrycznych i mechanicznych urządzeń do pomiaru ciśnienia. Tutaj mam pytanie do Ciebie, co to jest czujnik ciśnienia?