Датчик перепаду тиску і дифманометр: фільтри, вентиляція, насоси

Три різні прилади, які в прайсах звуться однаково

Якщо завдання зводиться до аварійного сигналу або зупинки вентилятора — потрібне реле перепаду тиску. Якщо потрібен тренд забруднення фільтра чи розрахунок витрати — потрібен перетворювач з аналоговим виходом. Якщо показання має читатись на місці, без щита — потрібне виконання з літерою D і вбудованим дисплеєм. Конкретні моделі під кожен з цих трьох випадків зібрані нижче, у таблиці каталогу.

Запит «датчик перепаду тиску» повертає три різні класи приладів, і плутанина між ними коштує або грошей, або зірваної мембрани. Різниця не в якості й не в бренді, а в тому, що прилад віддає назовні.

Перетворювач перепаду тиску

Міряє різницю між двома точками і віддає її безперервним аналоговим сигналом. Типовий представник у вентиляції — Siemens QBM3020-5: діапазон 0…500 Па, вихід DC 0…10 В, живлення AC 24 В ±15 % або DC 13,5…33 В. Контролер бачить не «засмічено чи ні», а конкретну цифру, тому може будувати уставку, тренд і сигналізацію самостійно.

Реле перепаду тиску

Віддає сухий контакт: спрацювало або ні. У Dwyer DXW-11-153-2 це перекидний контакт SPDT з навантажувальною здатністю 5 А при 125/250 В AC і 5 А активного навантаження при 30 В DC. Жодної цифри перепаду назовні не виходить, тільки факт переходу через уставку, яка виставляється зовнішнім гвинтом.

Дифманометр

Показувальний прилад: шкала або дисплей на місці, без обов'язкового сигналу в систему. У каталожній практиці цим словом називають і суто механічні стрілкові прилади, і електронні перетворювачі з індикацією. До другої групи належать виконання QBM3020 з літерою D, наприклад QBM3020-5D: у нього є і вихід 0…10 В, і дворядковий LCD по 8 позицій у рядку, який показує перепад прямо в паскалях. Тобто «дифманометр» у сучасному прайсі найчастіше означає перетворювач, якому додали екран.

Практичний висновок простий. Якщо треба тільки зупинити вентилятор або дати аварію — достатньо реле. Якщо треба бачити, як фільтр забруднюється з часом, або рахувати витрату — потрібен перетворювач з аналоговим виходом.

Одиниці: паскалі, мілібари, psi

Диференційні прилади живуть у двох різних світах одиниць, і це головне джерело помилок при підборі. Вентиляція рахує в паскалях, гідравліка — в барах або psi. Паспорт Siemens дає перерахунок прямим рядком: 100 Па = 1 гПа = 1 мбар. Звідси вся родина QBM3020 вкладається в діапазон від 0,5 мбар до 25 мбар:

• QBM3020-1U — від мінус 50 до плюс 50 Па, тобто ±0,5 мбар, двосторонній;
• QBM3020-1 — 0…100 Па, 0…1 мбар;
• QBM3020-3 — 0…300 Па, 0…3 мбар;
• QBM3020-5 — 0…500 Па, 0…5 мбар;
• QBM3020-10 — 0…1000 Па, 0…10 мбар;
• QBM3020-25 — 0…2500 Па, 0…25 мбар.

Для порівняння, найменше реле Dwyer з каталогу, DXW-11-153-1, має діапазон уставки 2,5…10 psid, і виробник друкує поряд bar-еквівалент: 0,17…0,69 бар. Нижня уставка 0,17 бар — це 17 000 Па, тобто приблизно у 170 разів більше за верх діапазону QBM3020-1. Ці прилади не конкурують між собою, вони з різних задач.

Три задачі, три різні вимоги до приладу

Фільтр у вентиляції

Класична задача: показати, що касету пора міняти. Перепад на чистому фільтрі і на забрудненому відрізняється в рази, але обидва значення лежать у десятках і сотнях паскалів. У переліку застосувань QBM3020 Siemens прямо називає нагляд за фільтрами і керування вентиляторами, а також контроль тиску в лабораторіях, на виробництві та в чистих приміщеннях. Діапазон беруть з розрахунку на кінцевий перепад: якщо фінальний опір касети лежить у районі 250 Па, працює QBM3020-5 (0…500 Па), а не QBM3020-25, на якому ця точка впаде в перші десять відсотків шкали.

Вентилятор і витрата повітря

Витрата пов'язана з перепадом не лінійно, тому паспорт QBM3020 передбачає два режими характеристики, що перемикаються DIP-перемикачем: лінійну (заводська установка) і кореневу. На кореневій характеристиці потенціометром задається кінцеве значення, причому межі цього налаштування в паспорті свої для кожного виконання: ±(30…50) Па для -1U, 50…100 Па для -1, 100…300 Па для -3, 300…500 Па для -5, 500…1000 Па для -10 і 1600…2500 Па для -25. Окремо Siemens називає застосування в системах VAV зі змінною витратою на припливі й витяжці.

Насос, теплообмінник, рідинний фільтр

Тут уже рідина під тиском, і вентиляційний прилад не підходить за визначенням: у паспорті QBM3020 середовище описане як повітря і неагресивні гази, а пневматичне приєднання — це ніпелі з PVC діаметром 6,2 мм під пластикову трубку. Для рідини беруть реле серії DX: за паспортом воно працює з сумісними газами й рідинами, змочувані частини — латунне приєднання і фтореластомерна мембрана, процесне приєднання 1/4" NPT внутрішнє. Межа тиску 200 psig, тобто 13,8 бар, дозволяє ставити його в контур, що сам по собі стоїть під тиском, і ловити на ньому перепад у десяті частки бара. Якщо задача не в перепаді, а в абсолютному тиску в системі, це інший клас приладів — про нього є окремий розбір у статті про датчики тиску, їх типи і діапазони, а для насосних станцій — окремий матеріал про підбір.

Як вибрати діапазон і не зіпсувати прилад

Перевантаження рахується по кожному порту окремо

Це найменш очевидна річ у всьому паспорті, і саме на ній гинуть датчики. Siemens нормує допустиме одностороннє перевантаження двома різними числами: на вході P1 це 5000 Па, а для виконань -5, -10 і -25 навіть 10 000 Па, тоді як на вході P2 — лише 400 Па. Порти несиметричні, і різниця між ними більш ніж десятикратна.

Порахуйте, що це означає в запасах шкали. Для QBM3020-1 з діапазоном 0…100 Па ліміт P1 у 5000 Па — це п'ятдесят повних діапазонів, а ліміт P2 у 400 Па — лише чотири. Для QBM3020-5 з діапазоном 0…500 Па на P1 припадає 10 000 Па, тобто двадцять діапазонів, а на P2 все ті ж 400 Па, тобто менше за один повний діапазон. Переплутали трубки місцями на запуску, дали вентилятором пару кілопаскалів у P2 — і прилад поїхав. Далі за паспортом: тиск руйнування становить 1,5 від перевантаження в діапазоні 0…70 °C і 2 від перевантаження при кімнатній температурі.

У реле DX обмеження сформульоване інакше, але суть та сама: тривалий односторонній тиск не повинен перевищувати 1,25 повного диференційного діапазону. «Повний диференційний діапазон» тут означає верх діапазону уставки, тобто 25 psi для виконання -2. Для DXW-11-153-2 це дає 1,25 × 25 = 31,25 psi, приблизно 2,15 бар. Зверніть увагу, наскільки це менше за 200 psig із рядка межі тиску: 13,8 бар прилад тримає, коли тиск прикладений з обох боків, а односторонній напір обмежений двома барами. Відкрили один кран раніше за другий — і вийшли за паспорт, формально не наблизившись до цифри 200 psig.

Гістерезис у реле ніколи не нульовий

Реле вмикається на одній уставці, а відпускає на іншій, і різниця між ними в серії DX нормована окремою таблицею. Для діапазону 2,5…10 psid гістерезис становить 1,5 psi (0,10 бар) на нижній уставці й 2,5 psi (0,17 бар) на верхній. Для діапазону 10…25 psid — 2,5 psi (0,17 бар) і 3,5 psi (0,24 бар) відповідно. Тобто на нижньому краю шкали 10…25 psid ви не отримаєте реакцію точніше ніж у 2,5 psi, що є чвертю від самої уставки. Якщо задача вимагає вужчого вікна, реле не підходить, потрібен перетворювач з уставкою в контролері.

Повторюваність самого приладу при цьому заявлена як ±2 % від повного діапазону, і це окрема від гістерезису цифра. Якщо рахувати самому не хочеться, надішліть нам фінальний перепад на забрудненій касеті, середовище й тип входу контролера — ми звіримо виконання за паспортом.

Монтаж: положення корпусу вирішує більше, ніж здається

Паспорт QBM3020 містить застереження, яке часто ігнорують: наведені в технічних даних значення дійсні лише для вертикально встановленого датчика, тобто коли штуцери дивляться вниз. При горизонтальному монтажі, кришкою догори або донизу, можливі відхилення, і виробник пропонує компенсувати їх кнопкою обнулення.

Друга вимога стосується конденсату. Датчик має стояти не просто ніпелями вниз, а ще й вище за зонди в повітропроводі. Паспорт формулює наслідок прямо: якщо штуцери дивляться вгору або датчик розташований нижче за зонди, конденсат збирається всередині приладу й пошкоджує його. У комплект входить два метри пластикової трубки, яку на об'єкті підрізають під реальну відстань.

Розведення трубок має однозначне правило: сторона з вищим тиском (меншим розрідженням) іде на ніпель P1, він же «+», сторона з нижчим тиском (більшим розрідженням) — на P2, він же «−».

У реле DX геометрія інша. Монтажна орієнтація — порти в горизонтальній площині з допуском ±10°. Порт високого тиску позначений знаком «+» і розташований ліворуч, якщо дивитись на бік із шильдиком, низького — «−» праворуч. Трубопровід має спиратись на власні опори, а не висіти на приладі, і при затягуванні різьби ключ тримають за лиски штуцера, не передаючи момент на корпус. Перед встановленням або зняттям система має бути скинута з тиску.

Електричне підключення

У QBM3020 три клеми: G (+) — живлення AC 24 В або DC 13,5…33 В, M (0) — загальний і вимірювальний нуль, U зі стрілкою — сигнал DC 0…10 В. Схема трипровідна, гальванічної розв'язки немає, вихід захищений від короткого замикання й від переполюсування, мінімальний опір навантаження на вході контролера — понад 10 кОм. Споживання менше 0,5 ВА і менше 10 мА, тому один трансформатор тягне кілька датчиків, але він має бути SELV з роздільними обмотками й розрахований на тривалий (100 %) режим роботи. Під цю задачу підходять блоки живлення 24 В з каталогу. Вимога UL додає обмеження потужності джерела 15 Вт і проводку тільки мідну. Захист лінії живлення — інерційний запобіжник до 10 А, або автомат до 13 А з характеристикою B, C чи D за EN 60898, або джерело з обмеженням струму до 10 А. І окремий пункт для довгих трас: якщо кабель довший за 50 метрів і йде паралельно силовим, він має бути екранованим. Клеми приймають провід до 1,5 мм², ввід — Pg 11, корпус IP54 за EN 60529, клас захисту III за EN 60730-1. У каталозі зібрані виконання з виходом DC 0…10 В; якщо вхід вашого контролера приймає лише 4…20 мА, напишіть нам модель входу, і ми звіримо виконання за паспортом.

Реле DX підключається через знімну клемну колодку з трьома контактами: NC, NO і COM. Логіка за паспортом така: коли перепад вище уставки, NO замкнутий, а NC розімкнутий; коли нижче — навпаки. Паспорт рекомендує провід на 250 В при 60 °C, перерізом від 2,5 до 0,25 мм² (14…24 AWG), з ізоляцією PVC або еквівалентною, клас горючості 94-V0 або FV-0. Отвір під кабельний ввід має діаметр 0,871 дюйма під фітинг 1/2". Паспорт окремо наголошує, що конденсат не повинен потрапляти в корпус через кабельний канал, і за потреби в окремому кабельному блоці ставлять дренаж. Якщо контакт заводиться на дискретний вхід контролера, корисно звірити логіку входу з розбором підключення датчиків до ПЛК.

Нуль, характеристика і уставка

Пусконалагодження QBM3020 за паспортом виконується в такому порядку: спочатку підключити проводку, причому трубки на цьому кроці ще не під'єднані; потім натиснути й утримувати кнопку обнулення довше ніж дві секунди, доки коротко не спалахне світлодіод, а на виконаннях з LCD не з'явиться «0 Pa»; і лише після цього під'єднати пневматичні трубки. Натискання коротше за дві секунди на LCD-виконаннях відкриває меню, яке закривається само через вісім секунд або повторними натисканнями кнопки. Характеристика перемикається DIP-перемикачем, заводське положення — лінійна.

Уставка реле DX виставляється зовнішнім гвинтом під пласку викрутку, під гумовою заглушкою на правій стороні приладу, якщо дивитись з боку шильдика. Обертання за годинниковою стрілкою збільшує уставку, проти — зменшує. Паспорт містить конкретне обмеження: не викручувати гвинт до стану, коли в корпусі перестає бути видно внутрішню різьбу. Налаштування роблять від джерела тиску з манометром, контролюючи стан контакту, а не на око. Якщо потрібен загальний порядок дій з налаштування реле за тиском, він розібраний у матеріалі про регулювання реле тиску.

Що є в каталозі

Картки цих моделей лежать у каталозі датчиків: позиції Siemens і позиції Dwyer instruments. Якщо потрібен ширший вибір, у розділі усі датчики тиску зібрані позиції і за абсолютним тиском, і за перепадом. Якщо виконання під вашу задачу треба звірити за паспортом, напишіть нам з номером моделі й умовами на об'єкті.

Типові помилки

• Діапазон узятий із запасом «на всякий випадок». Прилад на 0…2500 Па, поставлений на фільтр з робочою точкою 200 Па, працює в перших восьми відсотках шкали, де похибка нуля й температурний дрейф з'їдають весь сигнал. Точність у паспорті нормується у відсотках від повної шкали, а не від показання.
• Трубки заведені навпаки. Для QBM3020 це означає подачу тиску на порт з лімітом 400 Па замість порту з лімітом 5000 або 10 000 Па.
• Вентиляційний датчик поставили на воду. Паспорт QBM3020 обмежує середовище повітрям і неагресивними газами, а приєднання — це PVC-ніпель на 6,2 мм під трубку. Для пари, гарячого чи агресивного середовища потрібне інше виконання змочуваних частин, а часто й сифон перед приладом: датчики тиску для пари та агресивних середовищ.
• Від реле чекають цифри. Сухий контакт не показує перепад. Якщо потрібен тренд забруднення фільтра, реле замінюють перетворювачем, а не «налаштовують точніше».
• Ігнорується гістерезис. Реле, виставлене на 12 psi у діапазоні 10…25 psid, відпустить не на 12, а приблизно на 9,5 psi.
• Корпус закріплений як вийшло. Паспортна точність QBM3020 дійсна тільки для вертикального положення ніпелями вниз, і датчик має стояти вище за зонди в каналі.

Часті питання

Чим датчик перепаду тиску відрізняється від дифманометра?

Датчик (перетворювач) віддає сигнал у систему, дифманометр показує значення на місці. У сучасних каталогах межа розмита, бо електронні виконання роблять і те, і те: у QBM3020-5D є і вихід 0…10 В, і дворядковий LCD, який показує перепад у паскалях. Коли постачальник називає прилад дифманометром, перше питання — чи є в нього вихідний сигнал.

Який діапазон брати під фільтр у вентиляції?

Відштовхуйтесь від кінцевого перепаду на забрудненій касеті, щоб робоча точка припадала приблизно на верхню половину шкали. Родина QBM3020 покриває 0…100, 0…300, 0…500, 0…1000 і 0…2500 Па, а виконання -1U міряє в обидва боки, від мінус 50 до плюс 50 Па. Беріть найменший діапазон, у який робоча точка впевнено вкладається.

Чи можна поставити QBM3020 на водяний фільтр?

Ні. Паспортне середовище — повітря і неагресивні гази, допустима температура середовища 0…70 °C, приєднання — пластикові ніпелі Ø 6,2 мм під трубку. Для рідини беруть прилад з відповідними змочуваними частинами, наприклад реле серії DX з латунним приєднанням 1/4" NPT і фтореластомерною мембраною.

Що буде, якщо переплутати P1 і P2?

На QBM3020 порт P2 витримує лише 400 Па одностороннього перевантаження проти 5000 Па (а на виконаннях -5, -10, -25 — 10 000 Па) на P1. Прилад гине не від самої перестановки, а від перевищення цих 400 Па на P2: поки робочий тиск на цьому штуцері лишається нижчим, показання на -1U і -1 просто змінює знак, а чутливий елемент цілий. Подача робочого напору понад 400 Па не на той штуцер виводить прилад за паспорт відразу. Тиск руйнування паспорт задає як 1,5 від перевантаження в діапазоні 0…70 °C і 2 від перевантаження при кімнатній температурі.

Прилад показує не нуль при зупиненому вентиляторі. Це брак?

Найчастіше ні. Паспортні значення QBM3020 дійсні лише для вертикального монтажу ніпелями вниз; при іншому положенні виробник прямо передбачає відхилення й пропонує компенсувати їх кнопкою обнулення. Процедура: від'єднати трубки, утримати кнопку понад дві секунди до спалаху світлодіода або появи «0 Pa» на дисплеї, потім під'єднати трубки назад.

Реле клацає, але назад не повертається. У чому причина?

Швидше за все перепад не впав нижче точки відпускання. У серії DX гістерезис нормований таблицею: для діапазону 10…25 psid це 2,5 psi (0,17 бар) біля нижньої уставки і 3,5 psi (0,24 бар) біля верхньої. Поки перепад не впаде на цю величину нижче за уставку, контакт лишається в спрацьованому стані.

Чи можна ставити реле DX у вибухонебезпечній зоні?

У бюлетені на серію DX, за яким написана ця стаття, зазначено лише узгодження CE і UL, а корпус описаний як weatherproof UL type 4X (IP65). Маркування вибухозахисту в цьому документі немає, тому для зон з класифікацією потрібне виконання з явним Ex-сертифікатом і відповідним паспортом.