Передавачі є важливим компонентом систем автоматичного керування. Перетворювачі тиску в основному використовуються для вимірювання та контролю параметрів тиску в промислових процесах, і їх застосування широко поширене в нафтовій, хімічній та енергетичній промисловості. Існує багато типів перетворювачів тиску, класифікованих різними способами відповідно до принципів роботи та використання. Датчики тиску в основному використовуються для дистанційного відображення та контролю тиску. Вони часто працюють у середовищі з високою температурою, низьким тиском, корозією та вібрацією, що призводить до більшої ймовірності поломки. Тому дослідження факторів впливу та типових несправностей перетворювачів тиску є дуже важливим.
1. Поширені типи перетворювачів тиску
Датчик тиску — це прилад, який може перетворювати змінні тиску в стандартний вихідний сигнал. Існує певна функціональна залежність між змінною тиску та вихідним сигналом. За різними принципами роботи перетворювачі тиску можна розділити на такі типи:
(1) П'єзорезистивні передавачі. П'єзорезистивні передавачі тиснуть на передню поверхню діафрагми, викликаючи деформацію. Товстий-плівковий резистор надруковано на задній частині діафрагми-датчика тиску, утворюючи місток Вітстона. При п'єзорезистивному ефекті міст генерує сигнал напруги, прямо пропорційний напрузі збудження.
(2) П'єзоелектричні передавачі. П'єзоелектричні передавачі використовують позитивний п'єзоелектричний ефект. Цей ефект передбачає застосування зовнішньої сили до електроліту, що спричиняє деформацію. Поляризація відбувається всередині електроліту, що призводить до появи позитивних і негативних зарядів на двох його поверхнях. Коли зовнішня сила припиняється, електроліт повертається в незаряджений стан. Полярність заряду змінюється залежно від напрямку прикладеної сили. Прикладення електричного поля в напрямку полярності електроліту також викликає деформацію; ця деформація зникає після видалення. Це зворотний п'єзоелектричний ефект.
(3) Тензодатчики. Спеціальні клеї використовуються для скріплення тензодатчиків між собою, що створює механічну деформацію. Коли сила, що діє на машину, змінюється, тензодатчики опору також певною мірою деформуються, таким чином впливаючи на значення опору та змінюючи напругу на резисторі. Однак зміна значення опору в цьому випадку відносно невелика. Зазвичай вони утворюють міст напруги, який посилюється інструментальним підсилювачем і, нарешті, передається в схему обробки для відображення або виконання.
(4) Ємнісний передавач. Ємнісні трансмітери поділяються на електричні та пневматичні. Стандартизованим вхідним сигналом першого є сигнал постійного струму, а вихідним сигналом другого є тиск газу. Два тиски вимірюваного середовища вводяться в камери високого і низького тиску відповідно, діючи на ізоляційні діафрагми з обох сторін чутливого елемента. Вимірювальна діафрагма та електроди на ізоляційних листах з обох сторін утворюють конденсатор. Коли тиск з обох сторін буде різним, модуль буде зміщений, і струм з обох сторін буде різним. Під дією коливань і регулювання формуються вихідні сигнали струму, напруги або цифрові.
2. Принцип роботи датчика тиску
Датчик тиску складається з модульної схеми, головки дисплея, датчика чутливого елемента тиску та корпусу. Різниця тиску від двох направляючих трубок тиску діє на діафрагму, виміряну датчиком передавача. Вимірювальний елемент перетворює отриманий сигнал тиску в стандартний сигнал струму і напруги і посилає сигнал на сигналізацію, реєстратор і регулятор для вторинного вимірювання.
3. Поширені несправності перетворювачів тиску
Перетворювачі тиску неминуче стикаються з різними несправностями під час використання. Багато факторів можуть впливати на них, як-от витік наповнювальної рідини між внутрішньою перегородкою та чутливим елементом, відхилення-нульової-точки та діапазону, а також нестабільний вихід, усе це може призвести до зниження точності або навіть до пошкодження. Погодні умови також впливають на передавач; наприклад, удари блискавки можуть пошкодити схему діафрагми, спричинивши збій зв’язку. Вологе середовище може пошкодити проводку. Невідповідний вибір діапазону може призвести до необоротної деформації чутливого елемента. Нижче описано декілька поширених типів несправностей:
(1) Несправності ланцюга Коли виникає збій лінії, комп’ютер відображає ненормальні значення. Відкрийте розподільну коробку передавача та перевірте, чи немає ослаблених з’єднань, короткого замикання чи розриву. Усунення несправностей за допомогою таких методів, як вимірювання джерела живлення, ізоляції та опору.
(2) Перешкоди перетворення частоти. Під час підключення різні сигнальні лінії заважають одна одній, особливо коли лінії живлення та сигнальні лінії з’єднані в одному каналі. Ці перешкоди є сильнішими та можуть призвести до збою зв’язку передавача або навіть до несправності. Цього можна уникнути, збільшивши відстань між кабелем приладу та лотком кабелю живлення.
(3) Несправність крана тиску. Несправності крана тиску зазвичай включають три типи: закупорка, витік повітря та накопичення рідини. Закупорка зазвичай спричинена несвоєчасним зливом або брудним/липким середовищем. Витік повітря спричинений численними з’єднаннями передавача, запірними-клапанами та іншими аксесуарами, що збільшує кількість точок витоку. Накопичення рідини зазвичай спричинене неправильним вимірюванням тиску газу або неправильним встановленням крана тиску, що впливає на точність вимірювання.
Несправність передачі електричного сигналу. Неналежне використання або технічне обслуговування перетворювачів тиску може легко призвести до збоїв у передачі електричного сигналу. Наприклад, розміщення передавача поблизу тестованого пристрою з метою економії часу може призвести до того, що відстань передачі сигналу буде занадто великою, що призведе до перешкод або ослаблення сигналу. У таких випадках площу поперечного-перерізу кабелю слід збільшити за потреби.
4. Усунення несправностей датчика тиску
4.1 Нульовий вихідний сигнал
Коли датчик тиску показує нульовий тиск, можна виконати наступні кроки: Спочатку перевірте, чи є тиск у трубопроводі та чи нормально живиться прилад. Потім перевірте, чи не змінена полярність джерела живлення. Нарешті перевірте електронну плату, датчик тиску та напругу живлення передавача.
4.2 Відсутність реакції під час застосування тиску
Якщо під час подачі тиску немає відповіді, перевірте, чи правильно функціонують клапани на трубі відводу тиску, чи правильно працює перемикач функції захисту трансмітера, чи труба відводу тиску заблокована, перевірте нульову точку та діапазон трансмітера та замініть датчик тиску.
4.3 Відхилення показань змінної тиску
Коли датчик тиску показує значення тиску, яке є значно вищим або нижчим за звичайне, спочатку перевірте, чи немає витоку в трубі відводу тиску. Потім перевірте клапани на напірній трубі та точно-налаштуйте датчик. Якщо проблема не зникає, замініть датчик тиску.
4.4 Нестабільні показання змінного тиску
Цю проблему можна усунути шляхом ізоляції зовнішніх джерел перешкод, перевірки на наявність витоків у-провідній трубі, перевірки на наявність сміття в трубопроводі, перевірки діафрагми на ознаки зносу чи деформації та перевірки головки-датчика діафрагми.
5. Висновок
Широко використовуються датчики тиску. Незалежно від того, чи є він вітчизняним чи імпортним, під час використання можуть виникнути різні несправності через робоче середовище, неправильну експлуатацію або внутрішні причини. Тому ми повинні не тільки працювати відповідно до стандартних специфікацій, наведених у посібнику з експлуатації, але й опанувати правильну діагностику несправностей, технічне обслуговування та ремонт, щоб забезпечити термін служби та точність вимірювання датчика тиску.
