Зовнішній тиск Р на поверхню S рідкого або газоподібного середовища, дорівнює відношенню нормальної складової суми сил F, прикладеної ззовні, до площі поверхні S, передається всередину середовища без змін і рівномірне у всі сторони. Тобто породжуваний внутрішній тиск направлений перпендикулярно до будь-якої внутрішньої площі середовища S, незалежно від її форми і положення в середовищі, а величина тиску в середовищі пропорційна величині виділеної площадки (закон Паскаля). Очевидно, що Р=F/S=ДF/ДS для будь-якої точки середовища. Внутрішній тиск рідких і газоподібних середовищ залежить не тільки від зовнішнього тиску, але і від ваги самого середовища. Ця залежність найбільш істотна для рідин, що володіють більшою густиною, ніж гази. Положення точки вимірювання щодо горизонтальних площин – поверхонь рівного тиску визначає вагову складову внутрішнього тиску – гідростатичний тиск.

2.2.1 Види вимірювальних тисків

Рисунок 2.5 – Види вимірюваних тисків в точках 1,2,3 фізичного процесу

Умовні позначення: Р – тиск, ДБ – тиск барометричний, ДА – тиск абсолютний, ДН – тиск надлишковий, ДВ – тиск вакуумметричний, ДД – тиск диференціальний.

На практиці тиск газоподібних і рідких середовищ може вимірюватися щодо двох різних рівнів (рисунок 2.5): 1) рівня абсолютного вакууму, або абсолютного нуля тиску – ідеалізованого стану середовища в замкнутому просторі, з якого видалені всі молекули і атоми речовини середовища, 2) рівня атмосферного, або барометричного, тиску.

Тиск, що вимірюється відносно вакууму, називають тиском абсолютним (ДА). Барометричний тиск (ДБ) – це абсолютний тиск земної атмосфери. Воно залежить від конкретних умов вимірювання: температури повітря і висоти над рівнем моря. Тиск, який більший або менший атмосферного, але вимірюється щодо атмосферного, називають відповідно надлишковим (ДІ) або тиском розрідження, вакуумметричним (ДВ). Очевидно, що ДА = ДБ+ДН або ДА=ДБ-ДВ. При вимірюванні різниці тиску середовищ в двох різних процесах або двох точках одного процесу, причому таких, що жоден з тисків не є атмосферним, таку різницю називають диференціальним тиском (ДД).

2.2.2 Обґрунтування вибору датчика тиску

Таблиця 2.2 – Характеристики датчиків тиску

Технічні характе-ристики |

ИНСАР | Метран 043, 045 | Метран 1151

(Alpha-line 1151) | Fisher Rosemo-unt 2088 | Honeywell ST

3000/STD924 | Siemens SITRANS P серії MKII, DS, HK | Siemens

SITRANS P серія Z

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8

Призна-чення | ДИ, ДД | ДИ, ДВ,

ДИВ, ДД | ДА, ДИ, ДД | ДА, ДИ | ДД | ДА, ДИ, ДД | ДА, ДИ

Продовження таблиці 2.2

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8

Верхня межа вимірю-вання | 4, …,

250 кПа | ДИ:

0,1 кПа, …,

60 МПа | 0,5 кПа, …,

40 МПа | 7 кПа, …,

27,5 МПа | ДД: 62, …,

1000 мбар | 30 мбар, …,

400 бар | 1, …, 400 бар

ДВ: 0,1, …,

100 кПа

ДИВ:

0,08, …,

530 кПа

ДД:

0,1 кПа, …,

25 МПа

Межа основної похибки,

% | ±0,5;

±1,0; ±1,5 | ± 0,25; ±

0,5; ±1,0 | ± 0,1; ± 0,25 | ±0,2 | ±0,1; ±0,075 | ±0,1; ±0,25 | ±0,25

Діапазон

робочих

темпе-ратур, °С | +5…+50– | 42…+70;–

42…+50;–

30…+50;–

10…+50;

+5…+50;

+5…+70– | 40…+93– | 40...85– | 40…+85– | 30…+85

(темпера-тура

зберігання:

-50..+85°С;

темпера-тура

середо-вища:

-40.. +100°С)– | 25…+85

(темпера-тура

зберігання:

-50.. +100°С;

темпера-тура

середо-вища:

-30..

+120°С)

Вихідний сигнал | I=0...5;

4...20 мA

U=0...5 В | I=0...5;

4...20;

0...20 мA | I=4...20;

10...50 мA

U=0,8...3,3;

1...5 В

HART-протокол | I=4...20 мA

U=1...5 В

HART-протокол | I=4...20 мA

DE-протокол

HART-протокол

Foundation

Fieldbus (FF) | I=4…20 мА

Hart-протокол

PROFIBUS-PA | I=4…20 мА

Напругаживлен-ня, В | =36;

24/50 Гц | =36 | =12…45 | =10,5...36 | =11...42 | =11…45 | =10…36

=30…85 | =11…30

Маса, кг | 1,5 | 1, …, 6,5 | 5,4 | 0,9 | 4,1 | 1,5 | 0,25

Технічні дані датчиків тиску приведені в [6].

Враховуючи умови, в яких повинен працювати датчик (t>100°С), зупинимо свій вибір на датчиках SITRANS P серій Z, MKII, DS, HK фірми Siemens. Серед датчиків цього класу вибираємо датчик тиску QBE2000-P2 (рисунок 2.6), що використовується для вимірювання тиску в рідких та газоподібних середовищах.

Його переваги:

- п’єзо-резистивна система вимірювання;

- вихідний сигнал DC 0...10 В;

- зміна температури не впливає на точність вимірювань;

- висока температурна стабільність;

- немає механічного старіння;

- зовнішнє різьблення G1/2";

- хороші EMС-характеристики.

Рисунок 2.6 – Датчик типу QBE2000-P

Датчик тиску QBE2000-P... використовується для вимірювання статичного і динамічного тиску в устаткуванні HVAC, зокрема, в гідравлічних і пневматичних системах, що використовують рідкі і газоподібні середовища (застосовний для пари).

Датчик тиску QBE2000-P... працює на п’єзо-резистивному способі вимірювання. Керамічна діафрагма (товстоплівкова гібридна технологія) вимірює тиск в прямому контакті з середовищем. Результат вимірювання електрично перетвориться в лінійний вихідний сигнал DC 0 ...10 В.

Таблиця 2.3 – Характеристики датчиків QBE2000-P…

Тип | Діапазон вимірювань | Сигнал

QBE2000-P1 | 0...1 бар | 0...100 кПa | 0 ...14,5 psi | DC 0...10 В

QBE2000-P2 | 0...2 бар | 0...200 кПa | 0 ...29,0 psi | DC 0...10 В

QBE2000-P4 | 0...4 бар | 0...400 кПa | 0 ...58,0 psi | DC 0...10 В

QBE2000-P5 | 0...5 бар | 0...500 кПa | 0 ...72,5 psi | DC 0...10 В

QBE2000-P10 | 0...10 бар | 0...1,0 MПa | 0...145,0 psi | DC 0...10 В

QBE2000-P16 | 0...16 бар | 0...1,6 MПa | 0...232,0 psi | DC 0...10 В

QBE2000-P20 | 0...20 бар | 0...2,0 MПa | 0...290,0 psi | DC 0...10 В

QBE2000-P25 | 0...25 бар | 0...2,5 MПa | 0...362,6 psi | DC 0...10 В

QBE2000-P40 | 0...40 бар | 0...4,0 MПa | 0...580,0 psi |