Рейтинг: 4.5/5.0 (1933 проголосовавших)Категория: Руководства
G01L9/12 - путем измерения изменений электрической емкости
Владельцы патента RU 2258913:
Открытое акционерное общество "Энгельское опытно-конструкторское бюро "Сигнал" им.А.И.Глухарева (ОАО ЭОКБ "Сигнал" им.А.И.Глухарева) (RU)
Изобретение относится к области авиационного приборостроения, а именно к датчикам давления, устанавливаемым на борту летательных аппаратов, и может быть использовано в самолетных бортовых системах и в других комплексах измерения. Емкостный датчик избыточного давления содержит корпус со штуцером и мембраной, емкостный преобразователь, включающий в себя эталонный конденсатор и измерительный конденсатор. В верхней части корпуса датчика размещена дополнительная мембрана, геометрические размеры которой идентичны геометрическим размерам мембраны, размещаемой в корпусе датчика. Обе мембраны соединены друг с другом при помощи штока, проходящего по оси через сквозные отверстия подвижного и эталонного конденсаторов. Неподвижный электрод жестко соединен с эталонным конденсатором при обеспечении их электроизоляции от корпуса при помощи стеклянных втулок. Своим наружным торцем он образует обкладку подвижного конденсатора, вторая обкладка которого закреплена на штоке. Резьбовая втулка - упор несет внутри себя элементы подвижного и эталонного конденсаторов, а ее торец предохраняет мембрану от воздействия перегрузочного давления. Внутренняя полость датчика вакуумирована, а в крышке выполнено отверстие, сообщающее надмембранную полость дополнительной мембраны с атмосферой. Технический результат: использование двух одинаковых мембран, связанных по оси жестким штоком, что обеспечивает компенсацию температурной погрешности датчика, позволяя одновременно улучшить линейность его характеристики. 3 ил.
Изобретение относится к области авиационного приборостроения, а именно, к датчикам давления, устанавливаемым на борту летательных аппаратов, и может быть использовано в самолетных бортовых системах и других комплексах измерения, требования к надежности которых сопоставимы с требованиями, предъявляемыми к объектам аэрокосмической техники.
Известен датчик избыточного давления, конструкция которого описана в книге Д.И.Агейкина и др. «Датчики контроля и регулирования». М. Машиностроение, 1965, стр.635, фиг.у.101.
Целью предлагаемого изобретения и является создание конструкции, отличающейся высокой точностью и надежностью работы.
Упомянутый датчик давления содержит корпус с мембраной, штуцер, кожух, электроразъем, емкостный преобразователь, состоящий из чувствительного к давлению измерительного и нечувствительного к давлению эталонного конденсаторов.
Подвижный электрод измерительного конденсатора закреплен на штоке мембраны, а электроды эталонного конденсатора имеют форму колец.
Подвижный электрод измерительного конденсатора соединен в одно целое со штоком при помощи спекаемой стеклянной втулки.
Неподвижный электрод измерительного конденсатора закреплен посредством стеклянной втулки на штоке в гнезде верхнего основания с образованием воздушного зазора между данным электродом и верхним основанием, а электроды эталонного конденсатора посредством спекания стеклянных столбиков закреплены в нескольких точках, равномерно расположенных по окружностям этих электродов, в гнездах верхнего и нижнего оснований соответственно.
Подвижный электрод измерительного конденсатора имеет диаметр в 1,2 раза меньше диаметра неподвижного электрода измерительного конденсатора, а его токопровод выполнен тонким из упругого материала, расположен у основания штока мембраны и соединен с неподвижным электродом эталонного конденсатора.
Однако в процессе производства датчика выявились существенные недостатки конструкции, обуславливающие необходимость отбраковки части полностью изготовленных датчиков, причем возможность его применения в качестве датчика избыточного давления исключена.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез датчика избыточного давления, на фиг.2 показан поперечный разрез датчика избыточного давления, на фиг.3 - продольный разрез по сечению, указанному на фиг.1.
Датчик избыточного давления (см. фиг.1) содержит корпус со штуцером 1, с мембраной 2, приваренной к корпусу через промежуточное основание 3. Кожух 4, приваренный к основанию 3, несет на себе дополнительную мембрану 5, геометрические размеры которой идентичны размерам мембраны 2, поскольку обе они изготавливаются при помощи одних и тех же приспособлений по одинаковой технологии. Кожух 4, являющийся внешним образующим элементом датчика, соединен с крышкой 6. Элементы датчика 3, 4 и 6 выполняют функцию экранирования измерительного и эталонного конденсаторов, размещенных внутри них. Для закрепления внутри датчика эталонного конденсатора использована резьбовая втулка - упор 7, торец которой предохраняет мембрану 2 от воздействия перегрузочного давления.
Внутри втулки - упора 7, на ее противоположной от мембраны стороне размещен корпус неподвижного электрода 8. Внутри корпуса 8 на изолирующих втулках 9 (см. фиг.1 и 2) установлен образующий обкладку конденсатора неподвижный электрод 10. К корпусу неподвижного электрода 8 присоединен корпус эталонного электрода 11, внутри которого на таких же втулках 9 (см. фиг.2) размещен эталонный электрод 12, своим торцем образуя обкладку эталонного конденсатора. Неподвижный 10 и эталонный 11 электроды имеют осевые сквозные отверстия, через которые проходит шток 13, закрепленный своей нижней частью на мембране 2 и своей верхней частью на мембране 5.
На штоке 13 закреплен подвижный электрод 14, изолированный от штока 13 при помощи стеклянной втулки 15.
К подвижному электроду 14 присоединен токопровод 16, выполненный в виде изогнутой пластины (см. фиг.1). В стенке кожуха 4 размещен электрогермовывод 17, обеспечивающий электрическую связь с подвижным электродом 14.
Электрическая связь с неподвижным 10 и эталонным 11 электродами обеспечивается при помощи изогнутых проволочных электрических выводов 18 и 19, размещенных в электрогермовыводах 20 и 21 (см. фиг.3).
Отличительной особенностью предложенной конструкции является использование двух одинаковых мембран, связанных по оси жестким штоком. Это прежде всего обеспечивает компенсацию температурной погрешности датчика, обуславливаемую тем, что температурные изменения геометрических размеров мембран взаимокомпенсируются, т.к. деформации, обусловленные изменением температуры, всегда направлены навстречу друг другу.
При изменении температуры окружающей среды закрепленный на штоке 13 подвижный электрод 14 сохраняет свое положение относительно неподвижного электрода 10, определяемое только значением величины измеряемого давления Ризм. Кроме того, применение двух одинаковых мембран 2, 5, расположенных симметрично относительно плоскости, перпендикулярной перемещению штока 13, позволяет существенно улучшить линейность характеристики, поскольку одинаковое отклонение от линейности характеристик каждой мембраны в отдельности взаимно погашается, уменьшая область нелинейности.
Работа емкостного датчика избыточного давления осуществляется следующим образом. Измеряемое давление Ризм. поступает в корпус со штуцером, деформируя мембрану 2 и связанную с ней штоком 13 мембрану 5, находящуюся под действием атмосферного давления (см. фиг.1, 3).
Величина перемещения подвижного электрода 14, закрепленного на штоке 13, определяется разностью между измеряемым давлением Ризм. и атмосферным давлением Ратм. вызывая изменение емкости чувствительного к давлению конденсатора, пропорционального измеряемой разности давлений.
Емкость измерителя, т.е. чувствительного к давлению конденсатора, образованного неподвижным электродом 10 и подвижным электродом 14, изменяется, в то время как емкость эталонного конденсатора, образованного неподвижным электродом 10 и эталонным электродом 12, сохраняется неизменной. Для дальнейшего преобразования измеряемого перепада давления в электрический сигнал используется изменение отношений емкостей эталонного (12-10) и измерительного (14-10) конденсаторов.
Для повышения точности измерения избыточного давления и исключения воздействия окружающей среды на работу емкостного измерителя в предлагаемом датчике полость, в которой размещены подвижный, неподвижный и эталонный электроды, вакуумирована. Электрическая связь с устройством формирования выходного сигнала емкостного датчика давления осуществляется при помощи проволочных электрических выводов 16, 18 и 19 через электрогермовыводы 17, 20 и 21, содержащие в конструкции стеклянные втулки - изоляторы, исключающие электрическую связь с кожухом 4.
Работа емкостного датчика избыточного давления осуществляется следующим образом.
Измеряемое давление Ризм. (см. фиг.1, 3)поступает в корпус со штуцером 1, деформируя мембрану 2 и связанную с ней штоком 13 мембрану 5, на которую воздействует давление окружающей атмосферы, проходящее в полость через отверстие в крышке 6.
Перемещение подвижного электрода 14, закрепленного на штоке 13, соединяющем мембраны 2 и 5, определяется значением измеряемого избыточного давления, что определяет изменение значения емкости чувствительного к давлению конденсатора пропорционально измеряемому давлению Ризм.
Емкость измерителя, т.е. чувствительного к давлению конденсатора, образованного неподвижным электродом 10 и подвижным электродом 14, изменяется, тогда как емкость эталонного конденсатора, образованного неподвижным электродом 10 и эталонным электродом 12, сохраняется неизменной в процессе измерения избыточного давления. Изменение отношений емкостей эталонного и измерительного конденсаторов используется для дальнейшего преобразования в электрический сигнал.
Включение в конструкцию датчика дополнительной мембраны, закрываемой снаружи крышкой с образованием полости, которая через отверстие связана с окружающей атмосферой, позволяет измерять избыточное давление при отвакуумированной внутренней полости датчика. Предложенное техническое решение позволяет создать датчик, отличающийся повышенной точностью измерения избыточного давления, обусловленной закреплением штока в двух центрах противолежащих идентичных мембран.
Емкостный датчик избыточного давления, содержащий корпус со штуцером и мембраной, емкостный преобразователь, состоящий из чувствительного к давлению и нечувствительного к давлению эталонного конденсаторов, образованных электроизолированными электродами, при этом подвижный электрод закреплен на штоке мембраны, а электроды эталонного конденсатора имеют форму колец, и токопровод подвижного электрода измерительного конденсатора выполнен в виде изогнутой пластины, отличающийся тем, что в верхней части корпуса датчика размещена дополнительная мембрана, геометрические размеры которой идентичны геометрическим размерам мембраны, размещаемой в корпусе датчика, соединенные друг с другом при помощи штока, проходящего по оси датчика через сквозные отверстия подвижного и эталонного конденсаторов, неподвижный электрод жестко соединен с эталонным конденсатором при обеспечении их электроизоляции от корпуса при помощи электроизолирующих втулок, образуя своим наружным торцом обкладку конденсатора, вторая обкладка которого образована торцом подвижного электрода, закрепленного на штоке, резьбовая втулка - упор несет внутри себя элементы подвижного и эталонного конденсаторов, а ее торец предохраняет мембрану от воздействия перегрузочного давления, причем внутренняя полость датчика вакуумирована, а в крышке выполнено отверстие, сообщающее надмембранную полость дополнительной мембраны с атмосферой.
Rosemount 3051С. Датчики с сенсорным
модулем на базе емкостной ячейкой для измерения
перепада давлений, избыточного, абсолютного
давлений с верхними пределами измерений от 0,025 до
27580 кПа.
Rosemount 3051Т. Штуцерная конструкция
сенсорного модуля с использованием усовершенство
ванного пьезорезистивного сенсора для измерений
избыточного и абсолютного давлений с верхними
пределами измерений от 2,07 до 68950 кПа.
Rosemount 3051L. Комплекс датчиков,
предназначенных для измерений гидростатического
давления (уровня) жидкости в резервуарах с верхними
пределами измерений от 0,62 до 2070 кПа. Компактные
и удобные в обслуживании датчики для открытых,
закрытых резервуаров, с различными типами
фланцевых соединений, возможностью промывки
мембран и защитой от парафиновых отложений.
Rosemount 3051H. Датчик обеспечивает
измерение перепада давлений, избыточного,
абсолютного давлений с верхними пределами
измерений в высокотемпературных процессах (до
191°С) от 0,62 до 13800 кПа без использования
выносных мембран или капилляров.
Модели российской сборки
Серия датчиков Rosemount 3051 представлена широким спектром моделей. Принятые обозначения датчиков давления
3051 по конструктивному исполнению и измеряемому давлению:
С - копланарная конструкция на базе емкостного/тензорезистивного сенсора;
Т - штуцерная конструкция на базе тензорезистивного сенсора;
Н - конструкция, сочетающая копланарное и традиционное фланцевое исполнение на базе емкостного/пьезорезистивного сенсора
для высокотемпературных процессов;
L конструкция для измерения гидростатического давления (уровня);
D - для измерения перепада давлений;
G - для измерения избыточного давления;
A - для измерения абсолютного давления.
Предлагаемые потребителю модели датчиков серии 3051 - CD, CG, CA, TG, TA, HD, HG, L.
КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДАТЧИКОВ ROSEMOUNT 3051 И 2051
Сенсорные модули
В датчиках Rosemount 3051 и 2051 используются два вида сенсорных модулей на базе емкостного тензорезистивного
сенсора (рис.1). Для датчиков перепада и гидростатического избыточного давлений моделей 3051СD, 3051CG, 3051L, 2051СD,
2051CG, 2051L используется сенсор на базе емкостной ячейки, для датчиков абсолютного и избыточного давлений моделей 3051CA,
3051TA, 3051TG, 2051TA, 2051TG - тензорезистивный сенсор.
Мембраны, воспринимающие давление измеряемой среды, расположены в одной горизонтальной плоскости, в результате
чего ячейка получила название копланарной (Coplanar).
В датчиках на базе емкостного сенсора давление
процесса через разделительные мембраны (мембрану в
датчиках избыточного давления) и заполняющую жидкость
передается на измерительную мембрану, расположенную
между пластинами конденсатора. Под воздействием
измеряемого давления мембрана прогибается и в результате
изменяется электрическая емкость ячеек, образованных
сенсорной мембраной и пластинами конденсатора.
Генерируемый электрический сигнал преобразуется
в цифровой и передается на микроконтроллер.
В датчиках с тензорезистивным сенсором
измеряемое давление через разделительную мембрану и
заполняющую жидкость передается на измерительную
Сенсор на базе емкостной ячейки
(3051CD, 3051CG, 2051CD, 2051CG)
Сенсор на базе тензорезистивный ячейки
Рис.1. Сенсорные модули датчиков давления Rosemount 3051С.
1 - капсульная защита,
2 - пластины конденсатора,
3 - сенсорная мембрана,
4 - разделительные мембраны,
5 - заполняющая жидкость.
Рис.2. Конструкция емкостного сенсора.
мембрану, изгиб которой вызывает изменение сопротивления
в цепи моста Уинстона. Сигнал рассогласования преобразуется
в цифровой сигнал для обработки микропроцессором.
Сенсорный модуль датчиков 3051 и 2051 имеет
встроенный термометр для коррекции и учета температурных
эффектов. Во время процедуры характеризации на заводе все
сенсоры подвергаются воздействию температур и давления
во всем рабочем диапазоне. В результате характеризации
коэффициенты корекции заносятся в ПЗУ и используются для
коррекции выходного сигнала при работе датчика в условиях
эксплуатации.
Схема электронного преобразователя позволяет
быстро и удобно производить тестирование и
конфигурирование датчика с помощью коммуникатора
моделей 475, 375, Метран-650. Двухсекционная конструкция
электронного блока позволяет выполнить подключение к
клеммам без нарушения целостности электронных схем.
Выходной блок электронной платы преобразует
сигналы измерительной информации в выходной сигнал.
Стандартным аналоговым выходным сигналом является выход
4-20 мА; экономичный датчик имеет вольтовой выходной
сигнал В (или 0,8-3,2 В в датчиках 3051).
По заказу может быть установлен ЖК-индикатор,
который выводит цифровые значения сигнала в физических
единицах или процентах от диапазона измерений. ЖК
индикатор используется как в стандартных, так и в экономичных
датчиках.
Данные конфигурации хранятся в энергонезависимой
памяти электронного модуля датчика. Эти данные остаются в
датчике даже при отключенном электропитании, поэтому при
включении питания датчик сразу готов к работе.
КОДЫ, ДИАПАЗОНЫ ИЗМЕРЕНИЙ, ХАРАКТЕРИСТИКИ
Pmax - максимальное значение верхней границы (ВГД) диапазона измерений;
Pmin - минимальное значение верхней границы (ВГД) диапазона измерений.
* Для датчиков давления, производимых в России, Pmin отличается. При оформлении заказа необходимо уточнять Pmin в
отделе технической поддержки.
** Модели 3051H, 3051L отсутствуют в линейке датчиков давления, производимых на территории России.
Примечание:
1. Измерение давления разрежения обеспечивается любым датчиком 3051 (кроме CA, TA) с помощью настройки
коммуникаторами 475, 375, Метран-650 пользователем или заводом изготовителем при наличии соответствующей информации в
заказе.
2. Нуль и диапазон могут быть установлены любыми в допустимых пределах сенсора, при этом диапазон может быть
больше или равен минимальному диапазону, приведенному в табл.1 для соответствующего типа датчика и кода диапазона.
* Для датчиков с кодом выхода F используется калиброванный диапазон (шкала).
Pmax - максимальное значение верхней границы диапазона;
Pв - верхний предел измерений (шкала), на который настроен датчик.
• Влияние изменения температуры окружающей среды
Дополнительная погрешность, вызванная изменением температуры окружающей среды на каждые 10°С в рабочем диапазоне
температур, выраженная в % от диапазона изменения выходного сигнала, не превышает значений, приведенных в табл.4
• Влияние изменения статического давления
±(0,05%Pmax)/6,9 МПа при давлении в линии
(1) Если температура рабочей среды превышает 85°С, то на
каждый градус превышения максимальная температура
окружающей среды должна быть снижена на 1,5°С, а для
модели 3051Н - на 0,6°С.
(2) 104°С при измерении вакуумметрического давления.
(3) 71°С при измерении вакууметрического давления.
(4) Не используется для модели 3051СА.
Примечание: температурные пределы модели
3051CD0 от -45 до 100°С и предельная температура 350°С для
случая монтажа датчика с применением выносных
разделительных мембран модели 1199 и до 260°С при прямом
монтаже датчика с мембраной на удлинителе.
• Устойчивы к воздействию относительной влажности
окружающего воздуха
до 100% при температуре 35°С и более низких с конденсацией
влаги.
• Степень защиты от воздействия пыли и воды IP66 по
Рис.4. Время отклика.
Рабочие характеристики выходят на заданный уровень менее,
чем за 2,0 с (10,0 с для протокола Profibus) после включения
• Выбор времени демпфирования
Датчик 3051 имеет электронное демпфирование выходного
сигнала, которое позволяет сгладить выходной сигнал при
быстром изменении выходного сигнала. Время
демпфирования устанавливается от 0 до 25,6 с.
* Номинальное время отклика при нормальных
условиях и температуре 24°С.
** Макроцикл сегмента не включен.
Резьба кабельного ввода 1/2-14 NPT; G 1/2; М20х1,5
(СМ20). В датчике с кодом выхода А соединения для сигнала
HART неразъемно подключены к клеммному блоку.
Номенклатура кабельных вводов, поставляемых с
датчиками 3051С/Т российской сборки, приведена в разделе
"Кабельные вводы".
• Все модели, кроме 3051L и 3051Т
1/4 - 18 NPT с межцентровым расстоянием 2 1/8";
1/2 - 14 NPT с межцентровым расстоянием 2", 2 1/8", или 21/4".
Со стороны высокого давления: фланец 50, 80 или 100 мм,
класса PN 40 или 10/16.
Со стороны низкого давления:
1/4 - 18 NPT на фланце;
1/2 - 14 NPT на переходнике.
1/2-14 NPT внутренняя резьба, G 1/2 A DIN 16288 внешняя
резьба (выполнено из нержавеющей стали только для датчиков
на диапазоны 1-4).
• Детали, подвергающиеся действию рабочей среды
(смачиваемые детали)
Дренажные/вентиляционные клапаны
Материал нержавеющая сталь 316, Hastelloy (сплав С-276) или
Monell (сплав 400) (Monel не применяется с моделями 3051L
или 3051 Н)
• Фланцы и переходники
Углеродистая сталь с покрытием, CF-8M (отливка из
нержавеющей стали 316, литейный сплав типа С - CW12MW,
или сплав Monel M30C.
• Смачиваемые уплотнительные кольца
PTFE со стеклянным или графитовым наполнителем.
СМАЧИВАЕМЫЕ ДЕТАЛИ МОДЕЛИ 3051L
• Технологические соединения на фланцах
(сторона высокого давления)
Рабочие мембраны, включая поверхность
уплотняющей прокладки
Нержавеющая сталь 316 L, Hastelloy (сплав С-276) или тантал
Удлинители
CF-3M (отливка из нержавеющей стали 316 L), Hastelloy (сплав
С-276), подходит к номенклатуре труб сортамента 40 и 80.
Монтажный фланец
Углеродистая сталь с цинково кобальтовым покрытием или
нержавеющая сталь.
• Стандартные технологические соединения
(сторона низкого давления)
Разделительные мембраны
Нержавеющая сталь 316 L, Hastelloy (сплав С-276)
Стандартные фланцы и переходники
CF-3M (отливка из нержавеющей стали 316)
ДЕТАЛИ, НЕ ПОДВЕРГАЮЩИЕСЯ
ВОЗДЕЙСТВИЮ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ (НЕСМАЧИВАЕМЫЕ)
Алюминиевый с низким содержанием меди или CF-3M (отливка
из нержавеющей стали 316). Полиуретановое покрытие.
Защита от пыли и влаги IP65, IP66.
• Корпус сенсорного модуля Coplanar
CF-3M (отливка из нержавеющей стали 316)
Углеродистая сталь с покрытием цинк кобальт; аустенитная
нержавеющая сталь 316 L; легированная сталь с цинковым
покрытием; сплав K 500 (Monel)
• Уплотнительные кольца крышек
• Заполняющая жидкость сенсорного модуля
Силиконовое масло (D.C. 200) или инертное масло
(галоидоуглерод или Fluorinert®
FC-43 для датчика 3051 Т).
• Технологическая заполняющая жидкость (только в
Моделях 3051 L и 3051 Н)
3051 L: Syltherm®
XLT, Силиконовое масло (D.C. Silicone 704,
D.C. Silicone 200), инертное масло, раствор глицерина, Neobee
M 20 или раствор пропиленгликоля
3051 Н: инертное масло, Neobee M 20 или D.C. Silicone 200.
Кроме этих конфигурационных параметров в
программном обеспечении датчика содержится информация,
которая не может быть изменена пользователем: тип датчика,
пределы сенсора, минимальная шкала, заполняющая
жидкость, изоляционные материалы, серийный номер модуля
и номер версии программного обеспечения.
Диагностика
Датчик проводит непрерывную самодиагностику. При
возникновении неисправности датчик активизирует
аналоговый предупредительный сигнал, выбираемый
пользователем. Коммуникатор HART или система управления
могут затем запросить датчик о характере неисправности.
Датчик выдает информацию для выполнений корректирующих
действий. Если оператор считает, что неисправность возникла
в цепи, датчик может быть настроен на выдачу специального
выходного сигнала для тестирования цепи.
Используя доступ по HART-протоколу, пользователь
может легко провести конфигурирование, диагностику и
калибровку датчика.
Конфигурирование
Конфигурирование датчика легко осуществить с
помощью портативных коммуникаторов 475, 375. Конфигури
рование устанавливает рабочие параметры датчика:
- давление в точках 4 и 20 мА;
- значение времени демпфирования
(от 0 до 25,6 с по выбору пользователя);
- вид физических единиц;
- тэг: 8 алфавитно цифровых знаков;
- дескриптор: 16 алфавитно цифровых знаков;
- сообщение: 32 алфавитно цифровых знака;
- дата и др.параметры.
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
Входные параметры
Ubx = З0 В
Специальные условия для безопасного использования (X):
Питание датчиков должно выполняться через барьеры
искрозащиты с выходной искробезопасной цепью уровня "ia"
и электрическими параметрами, соответствующими
электрооборудованию подгруппы IIС по ГОСТ 51330.10.
Внешние измерительные устройства, подключаемые к
искробезопасной цепи, должны иметь взрывозащиту вида
"искробезопасная электрическая цепь". Для преобразователей
с опцией Т1 проверка изоляции эффективным напряжением
переменного тока 500 В не должна проводиться (сработает
защита).
ЕМ
Взрывонепроницаемая оболочка
1ЕхdIIСТ6 X ( -50°С. Токр. 65°С)
1ЕхdIIСТ5 X ( -50°С. Токр. 80°С)
Специальные условия для безопасного использования (X):
Датчик с видом взрывозащиты Exd должен эксплуатироваться
с кабельными вводами, которые обеспечивают необходимый
вид и уровень взрывозащиты и степень защиты оболочки.
Если для подключения прибора используется только один
кабельный ввод, неиспользуемый ввод должен быть закрыт
заглушкой, которая поставляется с датчиком, или заглушкой,
сертифицированной на данный вид и степень защиты оболочки.
Категория АТЕХ: искробезопасность и
пылезащищенное исполнение
№ сертификата: BAS 97ATEX1089X II 1GD
ЕЕх ia IIС Т5 ( -60°. Токр. +40°С)
ЕЕх ia IIС Т4 ( -60°. Ток. +70°С)
Т80° ( -20°. Токр < +40°С) IР66
Маркировка СЕ 1180
Входные параметры
Ui = 30 В
Специальные условия безопасной эксплуатации (Х):
При дополнительной установке блока для защиты от
переходных процессов, прибор не способен выдерживать
напряжение тестирование 500 В, как определено в п.6.4.12 EN
50020: 1994. Это следует учитывать при монтаже.
Категория АТЕХ: искробезопасность и
пылезащищенное исполнение
№ сертификата: КЕМА 00АТЕХ2013Х II 1/2 GD
ЕЕх d IIС Т6 (Токр. = от -50° до 65°С)
ЕЕх d IIС Т5 (Токр. = от -50° до 80°С)
Т90°С, IP66
Маркировка СЕ 1180
Vмакс = 55 В постоянного тока
Специальные условия безопасной эксплуатации (X)
Устройство содержит тонкую мембрану. При установке,
монтаже и использовании следует принимать в расчет условия
окружающей среды, которые могут воздействовать на
мембрану. Для обеспечения надежной работы следуйте
руководству по эксплутации.
Датчики давления 3051 соответствуют требованиям
IECEN 61326 и NAMUR NE-21.
ПРОТОКОЛ FOUNDATION FIELDBUS
Сертификаты для работы в опасных зонах
Европейские сертификаты
11
Категория АТЕХ: искробезопасность и
пыленевозгораемость
№ сертификата: BAS 98АТЕХ1355Х II 1GD
ЕЕх ia IIС Т4 (Токр= от -60 до 60°С)
Т70° (Токр= от -20° до 40°С) IP66
Маркировка СЕ 1180
Входные параметры
Uвх=30 В, lвх = 300 мА, Рвх=1,З Вт, Свх = 0 мкФ
Категория АТЕХ FISCO: искробезопасность
№ сертификата: BAS 98АТЕХ1355Х II 1G
ЕЕх ia II Т4 (Токр= от -60 до 60°С)
IP66
Маркировка СЕ 1180
Входные параметры
Uвх=17,5 B, Iвх=380 мА, Рвх=5,32 Вт,
Свх
25 мкФ, Lm. 10 мкГн
Специальные условия безопасной эксплуатации (X):
При дополнительной установке блока для защиты от
переходных процессов, прибор не способен выдерживать
напряжение тестирования 500 В согласно EN50020:1994, п.
6.4.12. Это следует учитывать при монтаже.
Категория АТЕХ: искробезопасность и
пылезащищенное исполнение
№ сертификата: КЕМА 00АТЕХ2013Х 1/2 GD
ЕЕх d IIC Т6 (Токр= от -50 до 65°С)
ЕЕх d IIС Т5 (Токр= от -50 до 80°С)
Характеристики пылезащищенной оболочки
Т90°С,IP66
Маркировка СЕ 1180
Vмакс = 55 В постоянного тока
Специальные условия безопасной эксплуатации (X):
Устройство содержит тонкую мембрану.
При установке, монтаже и использовании следует принимать в
расчет условия окружающей среды, которые могут
воздействовать на мембрану. Для обеспечения надежной
работы следуйте инструкциям изготовителя.
Межповерочный интервал - 3 года.
Поверка проводится по МИ 1997-89 или МИ 4212
- паспорт и руководство по эксплуатации (краткое) - 1 шт.;
- методика поверки - 1 шт.;
- комплект монтажных узлов - 1 (в зависимости от заказа);
- лист данных калибровки (опция QG) (при заказе);
- остальное в соответствии с дополнительно заказываемым
За более подробной информацией обращайтесь в
ближайшее региональное представительство или головной
офис компании (координаты см. на обложке).
Гарантийный срок - 12 месяцев со дня ввода в
эксплутацию, но не более 18 месяцев с даты изготовления.
КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДАТЧИКА
Уплотнительное кольцо переходника
Блок для автоматического регулирования: ПИД, арифметические операции, интегратор,
характеризация сигнала, и т.д.; требуется корпус PlantWeb и выходной сигнал Foundation Fieldbus
Блок диагностики: диагностика закупорки импульсных линий и cтатистический мониторинг
процесса; требуется корпус PlantWeb и выходной сигнал Foundation Fieldbus
Интегральный вентильный блок
В сборе со встроенным вентильным блоком модели 306,
требуемый тип технологического соединения 1/2 дюйма, код 2В
В сборе с выносной разделительной мембраной 1199 (опция)
Одна разделительная мембрана 1199 (непосредственного монтажа или удаленная),
требуемый тип технологического соединения код 2В
Кронштейн из нерж.ст. для крепления на 2" трубе или панели, болты из нержавеющей стали
(2) Не применяется с протоколом Foundation Fieldbus (код выхода F) или Profibus (код выхода W).
(3) Подстройка нуля и регулировка шкалы стандартны, если не указаны коды J1 и J3.
(4) Вариант V5 не требуется с вариантом Т1: внешний узел заземления включен в Т1, IM, EM.
(5) Опция доступна для датчика пятой версии, указывается код TR.
(6) Для датчиков 3051, собранных в ПГ "Метран" не требуется, т.к. гос.поверка проводится по умолчанию с отметкой в паспорте.
Пример записи при заказе:
3051TG 5 А 2В 2 1 А В4 Т1
ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ ОФОРМЛЕНИЯ ЗАКАЗА
ДАТЧИК УРОВНЯ ЖИДКОСТИ, МОНТИРУЕМЫЙ НА ФЛАНЦЕ. МОДЕЛЬ 3051L
Ошибка нуля может быть устранена нажатием кнопки при калибровке на месте.
Менее ±0,1% на единицу перегрузки (g) от 60 до 2000 Гц по любой оси для монтажа на трубе.
‰ Влияние источника питания
Менее ±0,005% на 1 В.
‰ Обобщенная техническая характеристика
ОТХ датчика (для датчиков разности давления), складывающаяся из основной погрешности и дополнительных погрешностей от изменения температуры окружающей среды и статического давления, составляет ±0,1% (вариант Ultra), ±0,15% (вариант Classic) при изменении температуры на 28°С от нормальной (20°С), изменении статического давления на 6,9 МПа в диапазоне измерений Pmax/5 до Pmax.
ГАБАРИТНЫЕ И ПРИСОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ
Монтаж датчика 3051S_C на двухдюймовой трубе
Монтаж датчика 3051S_C на панели
Монтаж датчика 3051S_Т на двухдюймовой трубе (код опции В4).
Монтаж датчика 3051S_Т на панели (код опции В4).
ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ ОФОРМЛЕНИЯ ЗАКАЗА
Варианты Super Module
Вариант Ultra, основная приведенная погрешность ±0,025%; перенастройка 200:1, 10-летняя стабильность
Вариант Classic, основная приведенная погрешность ±0,055%; перенастройка 100:1, 5-летняя стабильность
Измеряемое давление датчика. Конструкция присоединений к процессу
Датчик перепада давлений. Фланец - платформа Coplanar
Датчик избыточного давления, давления-разрежения. Фланец - платформа Coplanar
Датчик абсолютного давления. Фланец - платформа Coplanar
Датчик избыточного давления, давления-разрежения. Штуцерное соединение
Датчик абсолютного давления. Штуцерное соединение
от -745 до 745 Па
от -6,22 до 6,22 кПа
от -6,22 до 6,22 кПа
от -100 до 210 кПа
от -62,2 до 62,2 кПа
от -62,2 до 62,2 кПа
от -100 до 1030 кПа
от -248 до 248 кПа
от -98 до 248 кПа
от -100 до 5500 кПа
от -2070 до 2070 кПа
от -98 до 2070 кПа
от -100 до 27600 кПа
от -13800 до 13800
от -98 до 13800 кПа
от -100 до 68900 кПа
Материал разделительных мембран
Нержавеющая сталь 316L
Сплав Monel с золотым покрытием (кольца из ТФЕ с
Нержавеющая сталь 316L с золотым покрытием
Тип соединения с технологическим процессом
А) Для датчиков давления 3051S_CD, CG, CA
В сборе с интегральным вентильным блоком модели 0305
В сборе с одной выносной мембраной модели 1199
В сборе с двумя выносными мембранами модели 1199
В сборе с компактной измерительной диафрагмой модели 405
В сборе с фланцем Coplanar и трубкой Annubar
Б) Для датчиков давления 3051S_ТG, ТA
Тип технологического соединения
В сборе с интегральным вентильным блоком модели 0306
В сборе с одной выносной мембраной модели 1199
1/2-14 NPT c внутренней резьбой
G1/2 A DIN 16288 c внешней резьбой (для диапазонов 1А-4А)
В сборе с вентильным блоком из нержавеющей стали модели БКН-1, производства ПГ "Метран". Различные
типы и размеры резьб (М20х1,5; 1/2-14NPT; 1/4-18NPT)
4-20 мА с цифровым сигналом на базе протокола HART
FOUNDATION fieldbus - цифровой протокол
Без корпуса (только Super Modul)
Алюминий с полиуретановым
Нержавеющая сталь 316
Алюминий с полиуретановым
Нержавеющая сталь 316
Алюминий с полиуретановым
Соединительная коробка с выводом
для выносного индикатора
Нержавеющая сталь 316
Функциональные возможности PlantWeb
Блок регуляторного управления: ПИД, арифметические операции, интегратор, характеризация сигнала, и т.д.;
трубуется корпус PlantWeb и выходной сигнал FOUNDATION fieldbus
Блок диагностики: диагностика закупорки импульсных линий и статический мониторинг процесса; требуется
корпус PlantWeb и выходной сигнал FOUNDATION fieldbus
Монтажный кронштейн для монтажа на панели или 2"трубе
Кронштейн для традиционного фланца из углеродистой стали для монтажа на 2"трубе
Кронштейн для традиционного фланца из углеродистой стали для монтажа на панели
Плоский кронштейн для традиционного фланца из углеродистой стали для монтажа на
Кронштейн для традиционного фланца В1, с ботами из нержавеющей стали
Кронштейн для традиционного фланца В2, с ботами из нержавеющей стали
Кронштейн для традиционного фланца В3, с ботами из нержавеющей стали
Кронштейн для традиционного фланца В1, все детали из нержавеющей стали
Кронштейн для традиционного фланца В3, все детали из нержавеющей стали
Специальная конфигурация (программное обеспечение)
Программное конфигурирование по выбору пользователя
Калибровка избыточного давления, только для модели 3051S_CA-4A
Специальная конфигурация (аппаратное обеспечение)
Органы регулировния (настройка нуля, шкалы, выбора уровня тревожной сигнализации,
защиты доступа к данным)
Переходник соединения с процессом 1/2-14 NPT
Внешний болт заземления корпуса
Без дренажного вентиляционного клапана (установка заглушек)
Фланец Coplanar без дренажных вентиляционных отверстий
Керамический дренажный вентиляционный клапан
Сертификация взрывозащищенности 1ExdIICT5
Сертификация искробезопасности 0ExiaIICT5, 0ExiaIICT4
Заполняющая жидкость - инертный наполнитель (для датчиков перепада и избыточного давлений)
Болты из аустенитной нержавеющей стали 316
Встроенный ЖКИ 0-100% (требуется корпус PlantWeb)
Выносной ЖКИ 0-100% и интерфейсный блок, кабель длиной 15 метров, корпус PlantWeb с кронштейном из
нержавеющей стали. Материал корпуса определяется кодом корпуса соединительной коробки
Выносной ЖКИ 0-100% и интерфейсный блок, кабель длиной 31 метр, корпус PlantWeb с кронштейном из
нержавеющей стали. Материал корпуса определяется кодом корпуса соединительной коробки
Очистка датчика для специального применения
Статическое давление до 31 МПа (только для датчиков 3051S_CD)
Лист данных калибровки
Клеммный блок защиты от переходных процессов
(1) Модель 3051S_CD0 выпускается только с традиционным фланцем, мембраной из нержавеющей стали 316, с силиконовым наполнителем и болтами из аустенитной нержавеющей стали 316.
(2) Проконсультируйтесь в ближайшем региональном представительстве или центральном офисе по поводу характеристик.
(3) Вентильный блок БКН-1, производства ПГ "Метран" указывается в модели датчика и заказывается отдельно с вариантом типов резьб. За более подробной информацией обращайтесь в ближайшее региональное представительство или головной офис ПГ "Метран" (координаты см.на обложке).
(4) Не применяется с выходным сигналом FOUNDATION fieldbus, запросите лист конфигурации в ближайшем региональном представительстве или головном офисе ПГ “Метран”.
(5) Не применяется с выходным сигналом FOUNDATION fieldbus и для кодов корпусов 2E, 2F, 2G,2M.
(6) Не применяется с выходным сигналом FOUNDATION fieldbus.
Типовые номера моделей:
3051S-1-C D-2A-2-E12-A-1В-B4 - датчик разности давлений.
3051S-1-T G-2A-2-E11-БКН1-A-1A-B4 - датчик избыточного давления с вентильным блоком БКН-1 производства ПГ "Метран".
Межповерочный интервал - 2 года.
- паспорт (руководство по эксплуатации) русскоязычный
- комплект монтажных узлов - 1 (в зависимости от заказа);
- лист данных калибровки (поверка - опция Q4);
- остальное в соответствии с дополнительно заказываемым
За более подробной информацией обращайтесь
в ближайшее региональное представительство или
головной офис Промышленной группы "Метран"
(координаты см. на обложке).
Датчики давления серии 3051
Самая продаваемая серия в мире!
‰ Измеряемые среды: газ, жидкость, пар,
3051С Самые продаваемые в настоящее время
датчики с емкостной ячейкой для измерений
‰ Диапазоны верхних пределов измерений, кПа:
перепада давлений, избыточного, абсолютного
- абсолютное давление 1,15. 68900;
давлений в диапазоне от 0,012 до 27580 кПа.
- избыточное давление 0,012. 13800;
3051Т Традиционная для российского рынка
- перепад давлений 0,025. 13800;
конструкция сенсорного модуля с использованием
- гидростататическое давление (уровень)
усовершенствованного пьезорезистивного сенсора
для измерений избыточного и абсолютного давлений
‰ Перенастройка диапазонов измерений 1:100
от 2,07 до 68948 кПа.
(1:200 - для датчиков 3051S)
3051L Комплекс датчиков, предназначенных для
‰ Предел допускаемой основной приведенной
измерений гидростатического уровня жидкости в
резервуарах от 0,62 до 2070 кПа. Компактные и
простые в обслуживании датчики для открытых,
- 4-20 мА с цифровым сигналом на базе
закрытых резервуаров (танкеров), с различными
типами фланцевых соединений, возможностью
промывки мембран и защитой от парафиновых
- экономичный 0,8-3,2; 1-5 В с цифровым
сигналом на базе HART-протокола
‰ Все модели могут быть выполнены с
3051H Обеспечение измерений перепада давлений,
избыточного, абсолютного давлений в
‰ Сертифицирован в России по взрывозащите
высокотемпературных процессах (до 191°С) без
‰ Внесен в Госреестр средств измерений под
использования выносных мембран или капилляров
?14061-99, сертификат ?6737
от 0,62 до 13800 кПа.
Россия, 454138, Челябинск, Комсомольский проспект, 29, а/я 11608
телефон (3512) 98-85-10, факс (3512) 41-45-17. е-mail:metran@metran.ru
Серия датчиков 3051 представлена широким спектром моделей. Принятые обозначения датчиков давления 3051 по конструктивному исполнению и измеряемому давлению:
С - копланарная конструкция на базе емкостного/пъезорезистивного сенсора; Т - штуцерная конструкция на базе пъезорезистивного сенсора;
Н - конструкция, сочетающая копланарное и традиционное фланцевое исполнение на базе емкостного/пъезорезистивного сенсора для высокотемпературных процессов;
L - конструкция для гидростатического измерения уровня (подробнее см. в каталоге "Измерение уровня"); D - для измерения перепада давлений;
G - для измерения избыточного давления;
A - для измерения абсолютного давления.
Предлагаемые потребителю модели датчиков серии 3051 - CD, CG, CA, TG, TA, LD, LG, HD, HG.
КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Рис.1. Функциональная блок-схема типового датчика давления модели 3051С с выходом 4-20 мА.
Существует два вида сенсорных модулей (рис.2). Для датчиков перепада и избыточного давлений моделей 3051СD, 3051CG используется метод емкостной ячейки, на датчиках абсолютного и избыточного давлений моделей 3051CA, 3051TA, 3051TG применяется пьезорезистивный сенсор.
Во время работы датчика на базе емкостного сенсора разделительные мембраны находятся со стороны высокого и низкого давления датчика, передают рабочее давление процесса заполняющей масляной жидкости. Эта жидкость, в свою очередь, передает давление сенсорной мембране в центре ? -ячейки сенсора. Сенсорная мембрана действует как растянутая пружина, отклоняясь в ответ на перепад давлений (в датчиках избыточного давления атмосферное давление прикладывается аналогичным образом со стороны низкого давления).
На датчиках с пьезорезистивным сенсором, абсолютное давление, приложенное к разделительной мембране, передается на поликремниевый сенсор через кремнийорганическую или инертную жидкость, как показано на рис.2. Давление процесса, приложенное к сенсору, создает очень малый прогиб чувствительной мембраны, который приводит к изменению сопротивления
в цепи мостика Уитсона. Изменение сопротивления, характеризующее давление, преобразуется в цифровой сигнал для обработки микропроцессором.
Сенсорный модуль датчиков 3051 имеет встроенный термометр для коррекции и учета температурных эффектов. Во время процедуры характеризации на заводе все сенсоры подвергаются воздействию температур и давления во всем рабочем диапазоне. Результаты этих измерений используются для расчета коэффициентов линеаризации, которые хранятся
в памяти сенсорного модуля и обеспечивают коррекцию сигнала при работе датчика.
Электронный модуль состоит из платы, изготовленной с использованием печатного монтажа и микропроцессорной технологии ASIC. Эта плата принимает цифровой входной сигнал от сенсорного модуля вместе с коэффициентами коррекции, а затем корректирует и линеаризирует его. Выходной блок электронного модуля преобразует цифровой сигнал в аналоговый и осуществляет связь с коммуникатором HART. Стандартным аналоговым выходным сигналом является выход 4-20 мА; экономичный датчик имеет вольтовой выходной сигнал (1-5 или 0,8-3,2 В).
Дополнительный ЖК-индикатор легко вставляется
в электронную плату и выводит цифровые значения сигнала
в физических единицах или процентах от аналоговой шкалы. ЖК-индикатор используется как в стандартных, так и в экономичных датчиках.
Данные конфигурации хранятся в энергонезависимой памяти электронного модуля датчика. Эти данные остаются в датчике даже при отключенном электропитании, поэтому при включении питания датчик
сразу готов к работе.
Коды и характеристики выходных сигналов Код А. 4-20 мА постоянного тока с изменением по линейному закону или по закону квадратного корня от
входного давления (по выбору пользователя); поддерживает HART-протокол.
Код М, экономичный. 1-5 В или 0,8-3,2 В (код опции С2) постоянного тока с изменением по линейному закону или закону квадратного корня от входного сигнала (по выбору пользователя); поддерживает HART-протокол (кроме 3051Р).
Код F. Электроника для обеспечения работы в протоколе FOUNDATION Fieldbus
Сигнализация аварийного режима
Если программа самодиагностики обнаружит неисправность датчика, то для предупреждения пользователя аналоговый выходной сигнал будет установлен:
- для кода А - либо ниже 3,75 мА, либо на 22 мА;
- для кода М - ниже 0,94 В, либо выше 5,4 В (ниже 0,75 В, либо выше 4,4 В для опции С2).
Высокий или низкий уровень сигнала выбирается пользователем с помощью внутренней перемычки.
Постоянная времени отклика аналогового выхода на входной ступенчатый сигнал составляет от 0 до 36 с (выбирается пользователем). Это время добавляется к времени отклика сенсорного модуля.
Требуется внешний источник питания. Стандартный датчик (4-20 мА) работает без нагрузки при напряжениях постоянного тока от 10,5 до 55 В.
Максимальное сопротивление контура определятся уровнем напряжения внешнего источника питания в соответствии с диаграммой (рис.3).
Требуется внешний источник питания. Стандартный датчик (4-20 мА) работает без нагрузки при напряжениях постоянного тока от 10,5 до 55 В.
Максимальное сопротивление контура определятся уровнем напряжения внешнего источника питания в соответствии с диаграммой (рис.3). Минимальное сопротивление контура связи 250 Ом.
Максимальное сопротивление цепи опреляется по формуле:
43,5s(напряжение питания - 10,5) В
