Датчики давления воды измеряют давление воды через такие компоненты, как трубопроводы, шланги и резервуары для различных систем водоснабжения. Эти датчики преобразуют физическое давление в электрический сигнал, который затем преобразуется в цифровое значение, которое сохраняется или отображается на внешнем дисплее. Эти датчики используются в различных приложениях, таких как муниципальные системы водоснабжения, ирригация, управление промышленными процессами, управление насосами, мониторинг уровня в резервуарах, системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и морские приложения. Выбор подходящего датчика зависит от множества факторов, включая диапазон давления и температуры, точность, совместимость материалов, размер и простоту установки, тип выхода и стоимость.

Рисунок 1: Датчик давления воды

Принцип работы

Датчик давления воды, также известный как преобразователь давления воды, представляет собой устройство, которое измеряет давление воды и преобразует результаты измерений в электрический сигнал. Этот электрический сигнал затем может отображать, записывать или контролировать давление.

Принцип работы датчика давления воды относительно прост и может быть разбит на три основных этапа.

1. Измерение давления: Датчик измеряет давление воды, определяя силу, которую вода оказывает на определенную область. Обычно это делается с помощью диафрагмы или чувствительного к давлению элемента, такого как пьезоэлектрический кристалл или тензометрический датчик. Когда давление воды изменяется, мембрана или чувствительный к давлению элемент деформируется или меняет форму.
2. Преобразование в электрический сигнал: Деформация или изменение формы мембраны или чувствительного к давлению элемента затем преобразуется в электрический сигнал. Обычно это делается с помощью мостовой цепи Уитстона, которая может измерить изменение сопротивления, вызванное деформацией. В пьезоэлектрическом кристалле деформация генерирует напряжение, которое можно измерить напрямую.
3. Обработка сигналов: Затем электрический сигнал обрабатывается и преобразуется в формат, который можно легко прочитать и понять. Это может включать в себя усиление сигнала, фильтрацию любого шума и преобразование его в цифровой сигнал, если это необходимо. Обработанный сигнал затем может отображать давление на манометре и записывать его на последующий срок

Заметка: Некоторые датчики имеют выходы, отсчитываемые от нуля (например, 0–5 В), в то время как другие — выходы, отсчитывающие от нуля (например, 1–5 В). Недостатком вывода, отсчитываемого от нуля, является то, что показания 0 могут указывать на нулевое давление или на то, что датчик вышел из строя. Нулевое значение на ненулевом выходе указывает на сбой.

Варианты давления

Датчик давления воды может измерять абсолютное, манометрическое или дифференциальное давление:

• Абсолютный: Измерения абсолютного давления проводятся при нулевом давлении, независимо от атмосферного давления. Это важно для областей применения, где давление может быть ниже атмосферного, или для применений, изолированных от атмосферы.
  • Подводный датчик давления: Атмосферное давление может значительно меняться глубоко под водой. Измерение абсолютного давления показывает давление, которое оказывает вода, несмотря на изменение атмосферного давления.
• Измерительный прибор: Измерения манометрического давления проводятся в зависимости от атмосферного давления. Эти измерения полезны для приложений, зависящих от атмосферного давления, таких как водопровод и системы водоснабжения.
• Перепад давления: Измерения дифференциального давления показывают разницу давлений между двумя разными водоемами. Этот тип измерения используется для измерения перепадов давления на фильтрах или ограничениях.

Прочтите нашу статью о типах давления, чтобы узнать больше о различиях между типами давления и манометрами, используемыми для их измерения.

Датчик давления воды в баке

Когда для измерения давления в резервуаре используется датчик давления воды, уровень воды также можно определить с помощью закона Паскаля. Другими словами, давление воды (P) равно плотности воды (⍴), умноженной на силу тяжести (g) на воде, умноженную на высоту водного столба (h). Или:

Датчики давления воды в резервуаре обычно устанавливаются в одном из двух мест, как показано на рисунке 2:

• Внутренний бак (А): Датчик давления воды в баке установлен сверху на трубке с открытым концом. По мере того, как вода поднимается в трубке, меняется давление воздуха, которое датчик может отслеживать.
• На выходе (B): Если выходное отверстие бака подключается к горизонтальной трубе, на трубе между выпускным отверстием и запорным клапаном (например, шаровым краном) может быть установлен датчик давления воды.

Рисунок 2: Датчик давления воды в резервуаре обычно устанавливается в верхней части трубки с открытым концом (A) внутри резервуара или на горизонтальной трубе на выходе из резервуара (B).

Датчик давления воды в трубе

Датчики перепада давления воды (рис. 3 с маркировкой A) могут измерять расход в трубе. Эти датчики давления измеряют изменение давления на узле в трубе (например, через отверстие или трубку Вентури) (Рисунок 3 помечен D). Когда вода протекает через ограничение, его скорость увеличивается, а давление падает. Для измерения расхода используется упрощенная версия принципа Бурнелли:

Где:

• П1 и П2: Давление на входе и выходе
• ⍴: Плотность жидкости (вода = 1 г/^см3)
• v1 и v2: Скорости на входе и на выходе

Согласно принципу, изменение давления равно изменению кинетической энергии. Таким образом, с помощью данных об изменении давления и плотности жидкости можно рассчитать изменение скорости через ограничение, которое пропорционально расходу (Q = A * v). Например, если скорость удваивается, то расход также удваивается.

3-клапанный коллектор

В датчиках давления воды обычно используется 3-клапанный коллектор (рис. 3 с маркировкой B) при подключении к трубе. 3-клапанный состоит из двух запорных клапанов, которые изолируют датчик давления от технологического процесса, и третьего уравнительного клапана, который соединяет два запорных клапана. При открытии уравнительного клапана давление между запорными клапанами низкого и высокого давления выравнивается.

• Изоляция: Изоляция датчика от трубы упрощает техническое обслуживание, калибровку и замену. Поток воды к датчику можно перекрыть, не отключая всю систему.
• Безопасность: 3-клапанный коллектор также гарантирует, что давление воды в трубе не может повредить датчик воды во время установки или демонтажа.
• Баланс давления: Уравнительный клапан в 3-клапанном коллекторе уравновешивает давление на стороне высокого и низкого давления. Это позволяет обнулить датчик давления воды для калибровки.

Рисунок 3: Преобразователь перепада давления (A) имеет две точки подключения (C) к трубе с каждой стороны ограничения (D). 3-клапанный коллектор (B) защищает датчик в случае слишком высокого давления в трубе.

Применение

• Водопроводные системы и системы отопления, вентиляции и кондиционирования: Датчики давления воды используются в жилых, коммерческих и промышленных помещениях для мониторинга и управления давлением воды в системах водоснабжения и отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
• Ирригационные и насосные системы: Эти датчики обеспечивают достаточное давление воды для сельскохозяйственного орошения, систем полива садов и различных насосных операций.
• Промышленные процессы и очистные сооружения: Они используются в различных отраслях промышленности, таких как химическая, фармацевтическая, пищевая промышленность для управления технологическими процессами и автоматизации, а также на водоочистных сооружениях для мониторинга и управления давлением воды во время процессов очистки и распределения.
• Морская и нефтегазовая промышленность: Они контролируют системы на судах и подводных лодках и используются для контроля давления систем впрыска воды в нефтегазовой промышленности.
• Системы пожаротушения и обнаружения утечек: Эти датчики контролируют давление в спринклерных системах пожаротушения, а также обнаруживают и локализуют утечки в трубопроводах и резервуарах.
• Электростанции и водопроводные сети: Они контролируют расход и давление воды в гидроэнергетических турбинах, а также контролируют и контролируют давление воды в муниципальных системах водоснабжения.
• Оборудование для бассейнов и спа: Они обеспечивают надлежащий поток воды и фильтрацию в бассейнах и спа-системах.

Рисунок 4: Датчики давления воды необходимы на гидроэлектростанциях.

Критерии выбора

• Размер и установка: Датчик должен соответствовать физическим ограничениям приложения и быть простым в установке и обслуживании.
• Выходной сигнал: Выходной сигнал датчика должен быть совместим с системой управления, которая будет принимать сигнал. К распространенным выходным сигналам относятся 4-20 мА, 0-10 В, 0-5 В или цифровые выходы, такие как RS485 или шина CAN.
• Совместимость с носителями: Датчик должен быть совместим с жидкостью или газом, с которыми он будет контактировать. Это включает в себя конструкционные материалы датчика, такие как мембрана и уплотнения.
• Диапазон: Диапазон давления датчика должен соответствовать максимальному и минимальному давлению, которое будет испытываться в приложении.
• Точность: Датчик должен быть способен измерять давление с точностью, подходящей для конкретного применения. Это включает в себя соображения линейности, гистерезиса и повторяемости.
  • Линейность: При изменении давления выходная мощность датчика увеличивается или уменьшается по прямой линии. Если это не так, то возникает ошибка линейности.
  • Гистерезис: Выходной ток датчика зависит от его прошлых выходов. Если показания отличаются при повышении давления и при его снижении, это ошибка гистерезиса.
  • Повторяемость: Способность датчика выдавать один и тот же выход при одном и том же давлении, независимо от того, сколько раз он измерялся. Высокая повторяемость означает, что датчик является стабильным и надежным.
• Условия эксплуатации: Датчик должен быть способен эффективно работать в ожидаемых температурно-влажностных условиях. Он также должен быть способен выдерживать любую потенциальную вибрацию, удары или электромагнитные помехи.
• Сертификаты: В зависимости от области применения датчику может потребоваться специальная сертификация, например, для использования в опасных зонах или для питьевой воды.
• Стоить: Наконец, цена датчика должна вписываться в бюджет проекта, учитывая не только первоначальную стоимость, но и общую стоимость владения, включая затраты на техническое обслуживание и потенциальную замену.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Как работает датчик давления воды?

Датчик давления воды имеет элемент (например, диафрагму), который деформируется при изменении давления воды. Деформация посылает электрический сигнал на преобразователь для отображения давления воды.

В чем разница между датчиком давления воды и переключателем датчика давления воды?

Датчик давления воды непрерывно регистрирует давление воды и может использоваться для управления процессом. Однако переключатель в первую очередь предназначен для управления процессом в определенных условиях давления.