Инженерные руководства
Датчики абсолютного, манометрического и дифференциального давления — нет, это не одно и то же
If you've ever stared at a sensor datasheet, seen "absolute" or "gauge" buried in the specs, and thought "pressure is pressure, whatever" — эта статья для вас. Выбор неправильного типа ссылки может дать вам неправильные показания. 14,7 фунтов на квадратный дюйм — целая атмосфера ошибок, заложенная в ваш дизайн с первого дня.
The One Concept That Makes Everything Click: "Relative to What?"
Каждое измерение давления — это сравнение двух вещей. Вы всегда спрашиваете: "How much higher is the pressure HERE compared to the pressure THERE?" Разница между типами датчиков проста: what "there" is.
"There" = a sealed vacuum cavity inside the sensor. You're measuring against nothing.
"There" = the air outside, right now, wherever the sensor happens to be.
"There" = whatever you decide to connect to the second port. Could be anything.
Вот и все. Все остальное — спецификации, варианты использования, ошибки — вытекает из этих трех определений.
Датчики абсолютного давления: измерение в условиях вакуума
АбсолютныйКак это работает
Датчик абсолютного давления имеет внутри герметичную вакуумную полость. Одна сторона чувствительного элемента обращена к месту измерения; другие лица, закрывающие вакуум. Чтение, которое вы получаете, общее истинное давление, независимо от погоды, высоты или от того, хлопнула ли соседняя дверь.
Реальные примеры
A barometric sensor reports absolute pressure — "the weight of atmosphere above this point" doesn't care about yesterday's weather. If it used gauge reference instead, your barometer would always read zero.
Дроны используют датчики абсолютного давления (часто называемые барометрами) для отслеживания высоты. Когда дрон набирает высоту, атмосферное давление падает — датчик это сразу определяет. Сдвиг на 0,03 гПа соответствует изменению высоты примерно на 25 см.
Когда использовать датчик абсолютного давления
- Измерение атмосферного/барометрического давления
- Отслеживание высоты (дроны, носимые устройства, резервное копирование GPS)
- Vacuum systems — you need to know how close you are to "nothing"
- Герметичные системы с закрытым объемом, где давление наружного воздуха является переменным или незначимым.
- Водонепроницаемые конструкции, в которых нет вентиляционного отверстия для выхода в атмосферу.
Осторожно: Абсолютные датчики стоят немного дороже, чем манометрические датчики с эквивалентной точностью, поскольку эталонная вакуумная полость усложняет производство. Но сегодня для большинства МЭМС-сенсоров разница в цене незначительна — при объёме центы, а не доллары.
Датчики избыточного давления: измерение окружающего воздуха
ИзмерятьКак это работает
Датчик избыточного давления имеет одну сторону элемента, обращенную к технологическому процессу, а другую сторону. выброшен в атмосферу. Показание = ваше давление минус текущее давление окружающего воздуха. Вот почему манометр показывает ноль, когда шина спущена — давление внутри равно давлению снаружи.
Реальные примеры
Когда на наклейке написано 32 фунта на квадратный дюйм, это означает 32 фунта на квадратный дюйм. выше атмосферного. Измеренное датчиком абсолютного давления на уровне моря, давление на той же шине составит ~46,7 фунтов на квадратный дюйм. Показания манометра учитывают окружающую среду, поэтому разница между внутренним и внешним пространством остается постоянной.
Гидравлической системе, работающей при манометрическом давлении 3000 фунтов на квадратный дюйм, не важно, составляет ли атмосферное давление 14,5 или 14,7 фунтов на квадратный дюйм — разница в 0,2 фунта на квадратный дюйм составляет 0,007% от измеренного значения, что в любом случае ниже минимального уровня шума датчика.
Когда использовать датчик избыточного давления
- Давление в шинах, магистрали сжатого воздуха, гидравлические системы
- Измерение уровня в вентилируемых резервуарах (гидростатическое)
- Давление большинства промышленных процессов, где в качестве эталона используется окружающая среда
- Any application where "zero" should mean "same as the room"
Осторожно: Датчикам манометра необходим выход в атмосферу. Это вентиляционное отверстие является путем для влаги, пыли и насекомых. Во влажных, грязных или погружаемых средах используйте вентилируемый кабель с мембраной Gore-Tex или переключитесь на абсолютный/герметичный манометр.
Датчики перепада давления: измерение разницы между двумя неизвестными
ДифференциалКак это работает
Датчик перепада давления имеет два порта давления. Он измеряет только разницу между ними. Оба порта могут находиться под совершенно разным давлением — датчик заботится только о зазоре.
Реальные примеры
Установите дифференциальный датчик напротив воздушного фильтра. Чистый фильтр = небольшая разница давлений. По мере засорения давление вверх по течению растет относительно нижнего — дельта растет. Достигните порога, и вы поймете, что пришло время замены. Абсолютное давление в воздуховоде не имеет значения; имеет значение только падение на фильтре.
Поместите дифференциальный датчик на диафрагму в трубе, и падение давления покажет вам скорость потока по уравнению Бернулли. Вероятно, это самый распространенный метод измерения промышленного расхода на планете.
Когда использовать датчик перепада давления
- Обнаружение засорения фильтра/сетки
- Измерение расхода (диафрагмы, трубки Вентури, трубки Пито)
- Измерение уровня в резервуарах под давлением (один порт внизу, один вверху)
- Мониторинг давления в чистом помещении (поддержание слегка положительного давления в помещении по сравнению с коридором)
- Испытание на герметичность — подайте давление на деталь и следите за падением давления.
Осторожно: Дифференциальные датчики должны выдерживать все, к чему вы примените оба порты. Если вы установите давление 100 фунтов на квадратный дюйм на стороне высокого давления дифференциального датчика 10 фунтов на квадратный дюйм - даже с разницей всего в 10 фунтов на квадратный дюйм - вы повредите его. Всегда проверяйте оба дифференциальный диапазон и номинальное давление в линии (максимальное абсолютное давление, которое может выдержать любой порт).
Параллельное сравнение
| Свойство | Абсолютный | Измерять | Дифференциал |
|---|---|---|---|
| Ориентир | Герметичный вакуум | Окружающая атмосфера | Что бы ни было на порту 2 |
| Считывает ноль, когда | Давление = 0 (вакуум) | Давление = окружающий воздух | Оба порта под одинаковым давлением |
| Типичные показания на уровне моря (в режиме ожидания) | ~14,7 фунтов на квадратный дюйм / 1013 гПа | 0 фунт/кв. дюйм / 0 бар | 0 (оба порта открыты для одного и того же источника) |
| Влияет ли погода? | Нет - в этом суть | Да, читается относительно окружающей среды | Зависит от того, к какому порту подключен порт 2. |
| Требуется вентиляция? | Нет | Да | Нет (но имеет 2 присоединения к процессу) |
| Общее использование | Высота, барометр, вакуум | Шины, гидравлика, уровень бака | Состояние фильтра, расход, проверка на герметичность |
| Относительная стоимость | $ (небольшая премия) | $ (самый дешевый) | $$ (более сложный пакет) |
Как выбрать: процедура принятия решения из двух вопросов
Задайте эти два вопроса по порядку:
Вопрос 1: Должны ли мои измерения игнорировать атмосферное давление?
Тотальное, истинное давление. Высота над уровнем моря, вакуумные системы, герметичные корпуса, приложения, подверженные воздействию погодных условий.
Вопрос 2: Сравнение двух конкретных точек или измерение одной точки относительно комнаты?
Вас волнует перепад давления на чем-то: фильтре, диафрагме, стене.
Стандартное промышленное давление — гидравлика, пневматика, вентилируемый уровень бака.
Еще один: герметичный манометр — гибрид, о котором никто не говорит
Герметичный манометрА герметичный манометр Датчик измеряет относительно фиксированного давления — обычно 1 атмосфера, запечатанная внутри датчика на заводе. Это поведение похоже на манометр без физического вентиляционного отверстия.
Используется, когда вам нужны характеристики манометра, но нет возможности иметь вентиляционное отверстие — при погружении в воду, в промывных средах, при установке на открытом воздухе в тропических условиях. Компромисс: переместите его от уровня моря до 5000 метров, и вы получите нулевое смещение, поскольку запечатанный эталон больше не соответствует реальной атмосфере. Для датчика глубины, который остается в пределах 100 метров от высоты калибровки, он работает нормально.
Что это значит для вашей спецификации
Решение об эталонном типе имеет последствия, выходящие за рамки самого датчика:
- Управление вентиляцией (датчики манометра) — дополнительные механические усилия по проектированию; потенциальные сбои в работе из-за проникновения влаги
- Калибровка — абсолютные датчики калибруются на заводе по вакууму; датчики манометра калибруются по местному атмосферному давлению на калибровочной станции
- Высотные характеристики — absolute sensors read correctly at any altitude by design; a gauge sensor's "zero" shifts with barometric pressure
- Уплотнение — абсолютные и герметичные датчики манометра могут быть полностью герметизированы; Датчикам манометра необходимо, чтобы вентиляционный путь оставался открытым
Для большинства встраиваемых систем и IoT-проектов наблюдается тенденция к абсолютные МЭМС-датчики с цифровым выходом. Они полностью устраняют проблему с вентиляцией, обеспечивают давление и температуру через I²C или SPI и позволяют MCU выполнять относительные математические операции во встроенном программном обеспечении. Хотите калибр? Вычтите текущее барометрическое давление. Хотите дифференциал? Используйте два датчика и вычитайте их в программном обеспечении.
ТЛ;ДР
- Абсолютный — меры против вакуума. Используется для высоты, барометров, вакуумных систем, водонепроницаемого оборудования.
- Измерять — меры по отношению к окружающему воздуху. Используется для шин, гидравлики, большинства промышленных систем давления.
- Дифференциал — измеряет перепад между двумя портами. Используется для фильтров, расходомеров, течеискателей.
- Герметичный манометр — поведение манометра, нет вентиляционного отверстия. Используется для измерения глубины при погружении.
- Если сомневаетесь: выберите абсолютный цифровой датчик — вы всегда можете вычесть значение, чтобы получить значение, но вы не сможете добавить атмосферу обратно после того, как она испарится.
Все еще не уверены, какой тип датчика подходит для вашего применения? Сообщите нам, что вы измеряете и в какой среде это происходит — мы укажем вам нужную часть, обычно в течение часа.
Свяжитесь с нами →
