Лекция 2.3 Измерение давления

0:02 Итак, следующее раздел давление, это тоже энергетический показатель, как и температура. Он очень важен для нас с точки зрения молекулярной физики, вы тоже прекрасно знаете, что. В ряде случаев, зная температуру и давление, вы можете найти огромное количество других параметров того же самого газа. Если он идеальный, так это вообще идеальный вариант.

0:27 Либо параметры жидкости, состояния жидкости. Ну и, собственно, давление у нас классифицируется следующим образом. В общем виде давление бывает избыточное атмосферное и абсолютное. Ну что такое избыточное давление, это давление выше атмосферы, то есть, по сути, аналог температуры в градусах Цельсия и в градусах Кельвина, так? Вот избыточное давление, это, по сути, аналог градусов Цельсия, когда мы пляшем у Цельсия. Это от точки кристаллизации воды, замерзание воды, а? Избыточное давление, это от текущего значения атмосферного давления, то есть давление, с которым сейчас на нас давит воздух, но атмосферное давление. Понятно, это давление опять же столба газа, который над нами находится, зависит оно от огромного количества факторов, тоже, как вы прекрасно знаете.

1:33 Но и она меняется соответственно в ряде технологических систем. Нам нужно работать именно с избыточным давлением. Ну, допустим, когда мы выбрасываем газы в атмосферу, то есть нам нужно создать некоторый напор, чтобы эти газы выходили хорошо. Ну и абсолютное давление, это как раз аналог температуры по шкале Кельвина, то есть это точка абсолютного 0. Это абсолютный вакуум, по сути, состояние пространство, где при котором. Отсутствуют свободно движущиеся молекулы. Ну, это если взять какой, то баллон металлический, из него вытащить все молекулы газа. Вот это есть абсолютное давление, мы от него начинаем.

2:22 Вот и вся аналогия соответственно единицы измерения, которые вы можете встретить на производстве. Это Паскали, это понятная, простая нам величина. Бары. Это 10 в 5 паскалей, ну и, собственно, уже некоторый архаизм. Хотя много, где вы можете подобное увидеть, то есть это очень удобная величина, откуда она взялась. Ну, атмосферное давление как раз примерно равно 10 в 5 в Паскале.

2:59 То есть примерно 100 килопаскаль, поэтому появилось это искусственное обозначение, в котором мы можем свободно фигурировать. Старое обозначение, которое до сих пор болтается это. Еще раз 1 атмосфера это 10 в 5 степени паскалей + 5. Здесь таблица 1 Паскаль связан с баром, как 10% и ты 5! То есть, 1 Паскаль, это 10 в ты 5 бара, это немножко разные вещи.

3:52 Продолжаем. Килограммы силы на сантиметр квадратный кгс дробь см в квадрате, это килограммы силы на сантиметр квадрате. Единица измерений, которая у нас была до 50 годов до реформы системы измерений, ну, общемировой реформы до того, как была введена система Си. Ну и в принципе в старых учебниках по физике, которые там изданы до 50 годов, вы легко можете увидеть вот эту величину измерений давления. То есть Паскали тогда не фигурировали особо, а так как у нас достаточно много заводов, построено до войны до. Революции то и часть технологических систем у нас существует как раз в килограммах сил на сантиметр квадратный. То есть просто всю жизнь на этом предприятии использовалась данная величина, поэтому никто не переходит на Паскале, потому что это просто. Неудобно, то есть исторически так привыкли, поэтому КГС на сантиметр квадратный. Не пугайтесь, это килограмм сил на сантиметр квадратный. Ну и отсюда определение, что такое давление. Как вы помните, это сила, подленная на площадь, здесь как раз оно и видно.

5:12 То есть это такая несколько устаревшая, но до сих пор применяемая величина. Ну еще 1 модификация, так? Ну, здесь на самом деле, прошу прощения, описочка. Здесь получается у нас грамм сил на сантиметр квадратный. Ладно, не обращаем внимание тогда на этот столбик. Последний миллиметр ртутного столба. Ну, здесь вы все прекрасно знаете, чего это такое. Да, это вот как раз 1 барометр, который был, который использовал как раз ртуть для. Измерения атмосферного давления отсюда вот это все и появилось. То есть такое установившийся стереотип, что атмосферное давление примерно 760 мм ртутного столба нормальная?

6:05 Ну и, собственно, почему ртуть, потому что высокая плотность? Да, если бы использовали водный столб, тогда бы у нас барометр имел бы высоту порядка 10 м с ртутью, мы обошлись. Высотой столбика порядка 1 м, вот и весь фокус. Да ну тогда еще не особо знали, что ртуть крайне опасный металл и очень вреден для здоровья, поэтому и злоупотребляли.

6:33 Подобными материалами. Ну и, собственно, избыточная атмосферная абсолютная. То есть избыточное давление есть? Давление среды + атмосфера по отношению к абсолютному и есть еще. Скажем так, производные от этого определения есть такое понятие, как вакуумметрическое давление или давление разрежения. Это когда мы от атмосферного движемся вниз, то есть. Избыточное давление это от атмосферного вверх, то есть с избытком его много вакуумметрическое или давление разрежения. Это от атмосферы вниз, когда мы выкачиваем, допустим, газ.

7:27 Ну, есть еще 1 вариант, ну тоже производное определение, это дифференциальное давление, то есть разность, давление между 2 точками, но это все технологические термины. Они не столь важны на практике, вы с этим разберетесь. Разновидности приборов для измерения давления, то есть какие они бывают. Ну, 1 самый понятный, самый очевидный вариант. Это манометры, вот классическая картинка манометр, какой то приборчик со стрелочкой. Это оно и есть далее.

8:08 Экм электроконтактные манометры, но в чем смысл был манометр, манометр, точно так же, как с термометром, допустим, с жидкостным? Это просто показывающий прибор, то есть это некоторое устройство, которое имеет шкалу на шкале есть какая то стрелочка по. Которой мы должны визуально интерпретировать значение технологического параметра. Понятно, что эту системку мы завести в контроллер не можем, система АСУ ТП подключить не можем, потому что нам в этом случае нужен человек, который будет бегать и смотреть.

8:48 Для того чтобы в ряде случаев достижения предельных значений избавиться от человека, можно к этому манометру присоединить к Антарктике, которые будут замыкаться при достижении предела. То есть некоторый аналог механического будильника, когда стрелка манометра достигнет определенного значения, зазвенит звоночек. Вот, собственно, появились электроконтактные манометры, то есть там есть контакт, который замыкается при достижении. Стрелочкой определенного значения, то есть чистая механика и еще 1 из их модификаций, это реле давления. Эти штуки у них вообще нет шкалы, то есть они человеку вообще ничего не показывают. Они показывают, только достигнут ли верхний предел или нет.

9:37 Ну и, собственно, есть преобразователи давления, они же датчики давления уже полноценные. То есть это то, что мы с вами используем в системах АСУ ТП, то есть вот эти 2 типа Экм и Реле мы используем как? Дискретные сигналы как сигналы предупреждений аварийных событий, а вот датчики давления имеют на выходе аналоговый сигнал. То есть меняет свое значение непрерывно, и мы при помощи вот этих устройств можем.

10:07 Прямо получить значение давления, которое сейчас технологическом процессе. Ну и, собственно, по порядочку устройства манометра. Вот он в разобран разобранном виде приведен на Слайде. Основной смысл в манометре есть некоторая пружинка. Вот она, латунная, ее видно, давайте давайте обсудим, откуда она взялась. Еще раз определение, что такое давление, это сила, подленная на площадь. Если площадь у нас имеет постоянное значение, то есть Константа она не меняется, то для того, чтобы. Оценить значение давления нам нужно с вами измерить величину силы, как мы с вами прекрасно знаем. Для измерения силы в механике у нас есть Дина Динарама Муми, тьфу ты, простите.

11:07 Динамометр, то есть устройство, которое измеряет силу. Ну, если вы помните школьный курс физики. Динамометр он. Он у нас представлял из себя некоторую пружинку со шкалой и стрелочкой. То есть мы с вами силу мерили через деформацию? Вот в датчиках давления используется как раз этот принцип, то есть сила измеряется через деформацию.

11:42 Ну и в итоге принцип работы всех датчиков давления манометров ЭКМ. Неважно, мы всегда с вами испытываем, какую то деформацию измеряем величину этой деформации. Потому что это самый удобный способ измерить. Величину силы, с которой воздействует среда. И так если мы вот сюда вот через штуцер подключим жидкость или газ, она будет давить на вот эту пружинку. Чем выше давление, тем сильнее эта пружинка разгибается.

12:16 То есть просто вот он динамометр, классический давление поднялось, сила увеличилась, пружинка разогнулась. Вот здесь вот находится редуктор, то есть шестерен очки, и стрелочка начинает перемещаться по шкале, то есть чистая механика. Все просто, ну вот эта вот трубочка серповидная называется трубка бурдона, она полая внутри. Ну, по сути, это как это некоторый аналог. Знаете, дудки есть для праздников дней рождений, в которые дуешь, и бумажка разворачивается. Вот трубка бурдона, аналогичная только из металла.

12:58 Чем сильнее давление, тем сильнее деформация. Полая внутри и в зависимости от величины давления выбирается толщина стенки. Ну, собственно, бывают разные варианты исполнений слева. То, что мы с вами уже рассмотрели классический вариант справа с промежуточной мембраной. Ну, это тот случай, когда, допустим. Мы измеряем давление кислоты, кислоту, мы в Латунь не можем подавать. Она, понятно, очень быстро разрушится, поэтому ставится некоторая промежуточная мембрана, допустим, из нержавейки.

13:37 На нее воздействует среда, а дальше уже через механизм у нас меняется положение стрелочки, ну. Ну, тоже еще 1 из модификаций, то есть более сложный вариант трубочки. Обратите внимание здесь прямо в явном виде. Пружинку видно, то специально ее намотали. Ну, сделано это для того, чтобы больше была амплитуда перемещений, то есть, чтобы более точно измерять. Ну и вот этих манометров их огромное количество.

14:09 И они используются повсеместно, в том числе это нормативные требования. Нужны они для того, чтобы, когда вы проходите мимо трубопровода, мимо технологического процесса, вы могли визуально оценить, сколько там. Килограмм сил на сантиметр, квадратный бар, паскалей и прочее. Либо атмосфер, да? Система ХАСУ ТП мы манометры в чистом виде не применяем, потому что это показывающий прибор. Это все таки для технологического персонала для того, чтобы сверить значение, ну и вот 1 устройство. Которое мы можем использовать системах управления, это электроконтактные манометры. Это, по сути, устройство, которое срабатывает при превышении, то есть у него есть такая же стрелочка. Основная и стрелочка, которая устанавливает предел значений. Ну, все остальное внутри точно так же, то есть точно такая же серповидная трубочка, точно такая же механика только добавляется. Контакты Ки, вот они видны, их огромное количество модификации контактики могут замыкаться, могут размыкаться не принципиально. То есть здесь основной смысл, что это дискретный сигнал?

15:35 Технологический персонал видит значение стрелочки. То есть сколько там Килопаскалей контроллер видит только то, что давление превысило максимальное значение, либо не превысил, то есть это такой гибрид.

15:55 Ну и, собственно, реле давления, это устройство, у которого еще и шкалу выбросили. То есть все от технологов спрятали, остались только контакты и механика? Более подробно мы с вами этот раздел рассматривать не будем, перейдем к тому, что нам более важно более привычно. Это преобразователи давления с аналоговым выходом, то есть датчики давления, понятные и любимые нами. Подключаются к системе АСТП, нужны для непрерывного измерения давления перепада давлений, избыточного, абсолютного атмосферного и так далее, в зависимости от задач.

16:39 Ну и имеют аналоговый выход, как мы с вами обсуждали уже, как правило, 4 20 миллиампер. Собственно, выход нужен для того, чтобы подключить это все к контроллеру. Принцип работы. Вот точно такой же, как у манометров. Единственное отличие вы, наверное, уже могли заметить такую тенденцию, что? Вне зависимости от того, что мы измеряем температуру, давление, расход, уровень неважно в. Системах Асу ТП в системах измерений мы с вами стараемся в любом случае на выходе получить электрический сигнал. То есть, чтобы чувствительный элемент, то есть тот элемент на? Который непосредственно воздействует среда, выдавал нам электрический параметр, а никакой другой. Ну и простая аналогия да термометр сопротивления выдает электрический параметр. Сопротивления, то есть именно она меняется при изменении температуры термопара, выдает электрический сигнал Эдс. Именно он меняется, или она электродвижущая сила меняется при изменении? Разности температур вот точно так же с датчиками давления чувствительный элемент, то на что давит среда? Должен выдавать нам электрический сигнал и 1 пример электрического сигнала.

18:21 Это тензорезистор. Ну, исходя из названия, резистор, что будет изменяться у него? Очевидно, что сопротивление только не от температур, а от давления, а принцип работы точно такой же то. Есть среда, давит на чувствительный элемент, чувствительный элемент, начинает изгибаться, деформироваться. При деформации меняется сопротивление вот этих вот дорожечек.

18:48 Все, а дальше наша задача по величине изменения сопротивления. Пересчитать величину деформации и при постоянной площади мы с вами можем рассчитать давление. Вот и весь фокус, то есть опять деформация. То есть измерение силы через деформацию и дальше через силу мы рассчитываем давление, но на выходе мы имеем сигнал сопротивления. Тогда возникает вопрос, а как же потом вдруг возникает токовый сигнал на? выходе датчика, если чувствительные элементы этого датчика выдает нам сопротивление, но здесь все просто. Вы прекрасно видите, что датчик достаточно объемный. В голове датчика находится электронная схема.

19:39 Которая преобразует сигнал сопротивления в сигнал токовый 4 20 миллиампер. То есть это этим заданием занимается сам датчик, то есть сам датчик, дает нам удобный красивый функциональный сигнал, унифицированный 4, 20 миллиампер.

19:59 Но имейте ввиду, что внутри вот такой вот чудесный элементик, то есть, по сути, вот в железе он вот так вот выглядит. Ну, некоторые аналог до крошки консервной банки такая, вот перфо ой мембрана. Мембрана. С концентрическими окружностями, которая деформируется в направлении воздействия среды. Ну, самый простой вариант манометра, который вы могли видеть это манометр, который находится у автомобильного компрессора, то есть, по сути, у того устройства. Которые служат для накачки колес там, как правило. Вот если у вас не ручной насос старый, то там, как правило, всегда есть манометр, который нам говорит о. Том, сколько же там, в колесе? Но этот манометр связан с технологическим процессом при помощи какой то трубочки. Ну, если мы берем колесо, то это резиновый. Шланг, как правило, если технологический процесс, то датчик давления связан с трубой, с печкой и так далее связан металлической трубочкой небольшого сечения.

21:20 То есть в любом случае мы с вами должны вытащить среду из технологического процесса и подать ее внутрь датчика. То есть это может быть вода, это может быть газ что угодно. При этом датчик температуры не обязательно должен находиться возле технологического процесса. Его можно оттащить чуть подальше, где удобно, а? Вот датчик температуры, да, к сожалению, мы вырезаем прямо в трубу, прямо в печку. То есть там чувствительный элемент должен быть внутри процесса?

21:50 Ну, исходя из принципа да датчик давления, но мы с вами помним, что жидкости и газы передают давление по всем направлениям одинаково, поэтому, собственно. Мы можем сигнал вытащить через трубочку и датчик поставить там, где попрохладнее там, где поудобнее там, где меньше пыли, грязи, искр и прочего.

22:12 Еще 1 вид чувствительного элемента это. Емкостная мембрана или емкостной сенсор, который изображен вот здесь, вот на картиночке. Так звук есть слышно меня? Хорошо и так емкостная мембрана. Еще раз давление меряем через деформацию. Что такое конденсатор, я думаю, вы уже знаете. То есть это 2 обкладочки металлические, между которыми находится диэлектрик? Емкость конденсатора зависит от расстояния между обкладками. Соответственно, мы с вами можем менять расстояние между обкладками за счет воздействия среды, измеряемой. Тем самым мы меняем емкость системы, ну а дальше принцип очень. Простой, допустим, газ давит на мембрану мембрана, деформируется расстояние, меняется емкость, меняется емкость. Это тоже электрический сигнал, а потом сигнал емкости.

23:19 Ячейки мы преобразуем опять же внутри электроники датчика в токовый сигнал, то есть опять давление. Через силу, силу, через деформацию, в данном случае деформацию, через механическое перемещение. А перемещение мы оцениваем через емкость вот такой вот многоступенчатый процесс и. Ну и, к сожалению, в большинстве датчиков именно так и работает измерение. То есть мы делаем несколько преобразований до удобного состояния? Ну и как я уже сказал, процесс преобразования у нас состоит из нескольких основных элементов.

24:07 То есть у нас есть труба, которая подключен трубопровод или трубочка импульсная? По этой трубочке среда идет до датчика и воздействует на чувствительный элемент. Чувствительные элементы деформируется под воздействием среды. Но еще раз обращаю ваше внимание, что это. Упругая деформация, то есть она восстанавливается потом при снятии давления среды. Ну разумеется, да, если вы, допустим, датчик возьмете на 100 кило Паскаль, а подключите к нему с, допустим, 10. Мегапаскаль, да то вряд ли этот датчик выживет, то есть там будет уже не упругая деформация. Его сломает, а вот если датчик рассчитан на измеряемое значение среды. Ну, допустим, на 100 Килопаскаля. Вы его взяли как раз там на 100 или на 150 килопаскаль? Тогда все хорошо газ подали, он деформировался, газ убрали, он восстановился. То есть обычная упругая деформация, как у пружинки чуть?

25:09 Чувствительный элемент выдает нам электрический сигнал, сопротивление емкость. Эдс может иногда даже этот электрический сигнал. Мы в электронном блоке датчика в его голове преобразуем к токовому сигналу 4 20 миллиампер, то есть вот такой вот стадийный процесс.

25:29 Ну и собственно визуальное представление датчиков, оно примерно следующее, то есть их огромное количество производителей датчиков давления. Тоже огромное количество здесь, вот в качестве примера просто взят челябинский бренд Метран. 150 Но достаточно топовый сегмент из российских. Ну и, собственно, вот они визуально различного исполнения. Кому то можно подключать только 1 трубочку, у кого то есть экранчики, у кого то? Экранчиков нет, где то можно подключать несколько трубочек, как правило, 2, ну и так далее. То есть самое главное нам понять принцип работы?

26:13 Давление, сила, деформация, электрический сигнал. Который мы потом преобразуем в ток, ну как измерять ток, мы с вами еще поговорим. Ну так прошу прощения, тут немножко наехала. Ну ладно, вот она же емкостная ячейка, но подробнее рассматривать не будем. Она будет у вас в курсе контрольно измерительных. приборов, что нужно сейчас, пока вскользь обсудить? А потом в конце этой лекции мы с вами подробненько рассмотрим данный процесс. Как подключается датчик давления к контроллеру?

26:56 В данном случае контроллер у нас, вот он прячется. Это так называемое сопротивление нагрузки обращаю ваше внимание, что датчик давления выдает нам токовый сигнал от 4 до 20 миллиампер датчик давления. Это электронное устройство, поэтому любому датчику давления.

27:18 Нужен источник питания, без него он работать не будет. Вот собственно источник питания, вот он справа нарисован на схемке блок питания БП слева сам датчик и. Есть линия связи, обратите внимание вот на нижнюю часть. Не смотрите, она нам сейчас не понадобится. Обратите внимание, к датчику подходит 2 проводочка раз 2.

27:44 Эта схема называется двухпроводной, потому что к датчику подходит 2 провода. А вот это вот вся конструкция называется Токовая петля. Почему токовая петля, потому что ток выходит из блока питания, проходит через контроллер через нагрузку?

28:04 Через датчик и обратно возвращается. То есть в классической терминологии движется от плюса к минусу? Датчик, по сути, меняет значение тока в цепи контроллер величиной этого тока, измеряет. То есть запомните, пожалуйста, что при подключении датчиков? Давления у нас всегда должно быть 3 основных элемента, датчик, контроллер и блок питания и подключаются они последовательно от 1 к другому.

28:39 От блока питания к контроллеру от контроллера к датчику, от датчика, к блоку питания. То есть последовательно каждый элемент связан с соседом, то? То есть каждый элемент связан с 2 другими?

Расшифровка сделана автоматически (Yandex SpeechKit) и может содержать ошибки в терминах.