Датчик тиску для пари та агресивних середовищ: сифон, мембрана, температура

Пара й агресивне середовище: з чого починається вибір

Коротко. Датчик тиску на парі вибирають не за тиском, а за температурою на штуцері. Стандартний промисловий перетворювач живе приблизно до 80…100 °C: у Wika A-10 базові межі це 0…80 °C, у S-11 і S-20 стандартний рядок паспорта дає -30…+100 °C. Пара гарячіша. Далі є рівно два законні шляхи, і обидва описані в паспортах виробника: поставити між процесом і приладом сифон, у якому збирається конденсат, або взяти виконання з охолоджувальним елементом. Для хімії питання інше: значення має не «нержавіюча чи ні», а конкретна марка сталі, матеріал ущільнення і межа тиску, яку це ущільнення дозволяє.

Усі цифри нижче — з паспортів WIKA, бо саме ці сімейства ми тримаємо в каталозі: S-20 (PE 81.61), S-11 (PE 81.02), SA-11 (PE 81.80), IS-3 (PE 81.58), A-10 (PE 81.60), сифон 910.15 (AC 09.06) і охолоджувальний елемент 910.32 (AC 09.21). Номер сторінки на кожне твердження є в кінці. Температуру насиченої пари ми тут не перераховуємо з тиску: беріть її зі своїх процесних даних, а ми дамо межі приладу.

Перша межа — температура середовища, не тиск

Це та графа, через яку найчастіше гине датчик. Подивіться, як сильно вона різниться навіть у межах одного виробника.

Два практичні висновки з цієї таблиці. По-перше, A-10 на паровій лінії без сифона або охолоджувача стоятиме поза паспортом — і це не «запас міцності», це зростання похибки й скорочений ресурс. По-друге, навколишня температура теж нормована, і в A-10 паспорт додає умову, яку часто пропускають: заявлена межа навколишнього діє лише в монтажному місці, захищеному від конденсації, а самі обмеження й дерейтинг навколишньої температури залежать від температури середовища.

Сифон: водяна пробка за DIN 16282, а не «коліно для краси»

Паспорт AC 09.06 відносить сифон саме до охолоджувальних елементів: у розділі «Applications» він названий елементом захисту від надмірного нагріву рідин, газів і пари. А механізм описаний нижче, у «Description», і він не схожий на радіатор: усередині сифона збирається конденсат, який не пускає гаряче середовище в прилад. Звідси головне практичне правило з того ж паспорта, яке на монтажі ігнорують у половині випадків: перед введенням в експлуатацію сифон рекомендовано заповнити роздільною рідиною. Порожній сифон у перші хвилини роботи не захищає нічого.

Геометрії стандартизовані за DIN 16282, і вибір не довільний. U-подібний сифон призначений для горизонтального відбору тиску, трубний (trumpet) — для вертикального. Компактна форма коротша: вона зменшує вплив вібрації й захищає прилад від піків тиску та пульсацій. Форми A і C мають різьбове приєднання, B і D — під вварювання.

Межі в сифона свої, і їх треба тримати в голові окремо від меж датчика: допустимі температури до 550 °C, номінальні тиски до 420 бар. Але це межі сімейства. Конкретне виконання може бути значно скромнішим: у формі A з приєднанням G ½ (накидна гайка з лівою/правою різьбою за DIN 16283) максимальний робочий тиск становить 160 бар. Матеріал теж вирішує: паспорт дає окремі діаграми «тиск-температура», і набір кривих на них різний: для U-подібної та трубної форми, як і для з'єднувальних трубок, накреслені дві кривих — нержавіюча і вуглецева сталь, а для компактної форми крива є лише для нержавіючої.

Охолоджувальний елемент: 150 чи 200 °C і чим за це платимо

Охолоджувальний елемент — це інший механізм. За AC 09.21 він знижує температуру середовища повітряною конвекцією та тепловим випромінюванням, причому паспорт додає корисне: при цьому зменшується й можлива температурна похибка. Цікавий побічний ефект, про який мало хто знає: той самий елемент можна використати для підігріву дуже холодного середовища, якщо навколишня температура вища за температуру середовища.

Виконань два, і відрізняються вони кількістю ребер: 150 °C — три ребра, 200 °C — п'ять. Приєднання з обох боків G ½ B за EN 837, матеріал 1.4571. Гранична межа 600 бар — але паспорт ставить до неї дві умови одночасно: відповідне ущільнення за EN 837 і температура на самому вимірювальному приладі нижче 100 °C. Якщо прилад гарячіший, на 600 бар розраховувати не можна.

Тепер про плату. У S-20 з інтегрованим охолоджувачем межа середовища піднімається до -40…+200 °C, але разом з нею з'являються два обмеження: максимальний діапазон такого виконання — 400 бар, а сам охолоджувач доступний лише для приєднань G¼A, G¼B, G½B, ½NPT, R¼ і PT¼. Навколишня при цьому обмежується -40…+125 °C з дерейтингом, і паспорт дає формули, а не «приблизно». Виглядають вони так: при температурі середовища нижче 125 °C навколишня може бути до 125 °C; при середовищі від 125 °C і вище гранична навколишня рахується як -0,62 × T_сер + 202 °C. У зворотний бік: при навколишній нижче 80 °C середовище може бути до 200 °C, а при навколишній від 80 °C межа середовища це -1,61 × T_нав + 326 °C. Підставимо: при середовищі 200 °C навколишня не повинна перевищувати 78 °C, а при навколишній 100 °C середовище обмежене 165 °C. Тобто охолоджувач не знімає проблему, а переносить її на вентиляцію шафи або на тінь над приладом.

Друга частина плати — механіка. Вібростійкість S-20 за паспортом 20 g, а з металевим круглим роз'ємом M12 × 1 навіть 40 g — але для приладів з охолоджувальним елементом вона падає до 10 g. У S-11 те саме: 20 g без охолоджувача і 10 g з ним, а ударостійкість взагалі з 1 000 g до 400 g. Довга консоль, нічого дивного. На компресорі або на вібруючому трубопроводі це вже окреме питання до монтажу.

Мембрана, корпус, ущільнення: що справді контактує з середовищем

«Нержавіюча мембрана» — це ще не відповідь на питання про хімію. Контакт має щонайменше три елементи, і найслабший з них зазвичай не мембрана.

Почнемо з мембрани. У S-20 паспорт розділяє змочуваний матеріал за діапазонами: 316L до 25 бар включно, 316L плюс PH-сталь понад 25 бар, ASTM 630 разом із PH-сталлю понад 1 000 бар. Корпус — 316Ti. У S-11 змочувані частини це 316Ti для G½B і G1B flush, і 316L для гігієнічного G1B. У SA-11 — 1.4435, причому з нормованою шорсткістю: Ra не більше 0,76 мкм за ASME BPE SF3, крім зварного шва.

А тепер слабке місце. Ущільнення обмежує одночасно температуру й тиск, і таблиця S-11 показує це найнаочніше. Без охолоджувача до 100 °C: NBR і FKM тримають до 600 бар, EPDM — лише до 200 бар. До 125 °C: NBR 600 бар, FKM уже 400, EPDM ті самі 200. З охолоджувачем до 150 °C: FKM до 300 бар, EPDM до 200. Тобто одне й те саме ущільнення на різних температурах дає різну межу тиску, і замовляти «датчик 0…400 бар з EPDM на 120 °C» просто немає сенсу. Є й опція FFKM, але лише для плаского приєднання G½B: там вона тримає 600 бар на всіх температурах середовища. І ще одне: мінімально допустима температура для FKM/FPM у S-11 це -20 °C, тобто взимку на вулиці це вже межа.

Третій елемент — те, чим заповнена комірка. У S-20 це синтетична олива для діапазонів до 25 бар і суха вимірювальна комірка понад 25 бар. У S-11 — синтетична олива або харчова рідина за FDA 21 CFR 178.3750. У SA-11 заповнення харчове за визначенням: KN 77 (FDA 21CFR178.3750) або Neobee M-20 (21CFR174.5). Для харчового виробництва це не формальність, а те, що питає аудитор.

Окремо про кисень і водень, бо тут «агресивність» зовсім іншої природи. Кисневе виконання S-20 нормоване за залишковими вуглеводнями (менше 500 мг/м² для діапазонів до 30 бар і менше 200 мг/м² вище), має межу температури -20…+60 °C, максимальний діапазон 400 бар і витік менше 1 × 10⁻⁶ мбар·л/с. Водневе — зі змочуваними 316L і Elgiloy. Це замовні виконання, а не «той самий датчик, тільки знежирений».

Ті самі межі по середовищу діють і для реле тиску, тільки проявляються інакше: мідний сильфон PSM-520 або латунне приєднання Dwyer DX на парі й хімії не живуть, і відмова виглядає не як похибка, а як реле, що перестало перемикати. Симптоми й порядок перевірки — у діагностиці відмов реле тиску.

Пласка мембрана: в'язке, з частинками, кристалізуюче

Коли середовище не агресивне хімічно, а просто не тече, проблема в самому штуцері. Вузький канал заростає, застигає або набивається частинками, і датчик показує тиск, якого вже немає. Відповідь на це — пласке приєднання, і для цього є S-11: паспорт прямо називає його призначення — в'язкі середовища та середовища з частинками, плюс вакуум-щільність.

Тут є обмеження, яке ламає половину запитів. Діапазон у S-11 залежить від приєднання: G½B flush покриває 0…2,5 до 0…600 бар, а G1B flush — лише 0…0,1 до 0…1,6 бар. Гігієнічне G1B за 3-A Sanitary Standards дає 0…0,1 до 0…25 бар. Тобто попросити «пласку мембрану G1 на 100 бар» не вийде, і це не питання наявності.

Якщо до в'язкості додається пара, мийка й кристалізація, це вже SA-11. У його паспорті перелік середовищ сформульовано широко й конкретно одночасно: гази, стиснене повітря, пара; рідкі, пастоподібні, порошкові та кристалізуючі середовища; системи чистої пари для SIP. Асептичні приєднання розраховані на процесні температури до 150 °C, частини мембранного роздільника повністю зварені, прилад придатний для SIP і CIP, ступінь захисту до IP68. Вібростійкість 15 g, ударостійкість 500 g.

Ex-зона: де потрібен IS-3

Якщо середовище ще й вибухонебезпечне, звичайний перетворювач не ставлять незалежно від того, яка в нього температурна межа. IS-3 — це іскробезпечне виконання Ex ia, і паспорт заявляє придатність до температур середовища до +200 °C; опційні діапазони це -40…+150 і -40…+200 °C.

Тільки не читайте це як «IS-3 = 200 °C у газовій зоні». Паспорт на с. 8 дає чесне застереження: для Ex ia допустимі межі температури середовища й навколишнього залежать від обраної опції, EPL, температурного класу, електричного приєднання та ущільнення — одного універсального числа там немає. Для Ex ec і Ex tc межі, навпаки, жорсткі й короткі: T6 це -15…+55 °C, T4/T5 це -15…+70 °C. Тому підбір під Ex завжди йде від маркування зони, а не від бажаної температури.

Чого ми не робимо

Не ставимо A-10 чи інший загальнопромисловий перетворювач на парову лінію «з запасом» — у паспорті є число, і воно 80 °C для базового виконання.

Не плутаємо два способи боротьби з температурою. Паспорт відносить сифон до охолоджувальних елементів, але працює він конденсатною пробкою — тому порожній сифон не захищає нічого, і його заповнюють перед пуском. Ребристий 910.32 знижує температуру конвекцією та випромінюванням, і в нього своя межа: 150 °C на трьох ребрах, 200 °C на п'яти. Різні механізми, різні умови застосування.

Не перераховуємо тиск пари в температуру за таблицями — цього джерела ми не цитуємо, тому температуру середовища беремо з ваших процесних даних.

І не беремося за парову або хімічну лінію без вхідних даних. Якщо даних немає, ми так і скажемо, замість того щоб відправити «щось нержавіюче».

Що є в каталозі

Перетворювачі тиску Wika, по сімействах: S-20 на 0…16 бар для важких умов, S-11 на 0…4 бар і S-11 на 0…10 бар з пласкою мембраною, SA-11 на 0…10 бар для пари, CIP і SIP, IS-3 на 0…10 бар для Ex-зон, A-10 на 0…10 бар для звичайних промислових задач і O-10 на 0…10 бар з роз'ємом M12. Увесь розділ — датчики тиску, бренд цілком — Wika, про сам бренд і решту його ліній — сторінка Wika, повний каталог датчиків — тут.

Сифонів 910.15 і охолоджувальних елементів 910.32 у каталозі на сайті немає: це аксесуари під конкретне приєднання й конкретну пару «тиск-температура», їх підбирає менеджер за заявкою разом з датчиком. По SA-11 і IS-3 історія схожа: це конфігуровані виконання, і ціну саме на вашу конфігурацію дає менеджер за запитом. У розділі датчиків є також позиції Endress+Hauser (зокрема з керамічною мембраною) і Siemens — їхніх параметрів ми тут не наводимо, бо в цьому проході звіряли лише паспорти WIKA; якщо вам потрібен саме такий варіант, питайте менеджера. Поточний статус конкретного партномера перевіряє менеджер за заявкою.

І про бюджет, бо це питають одразу. Якщо середовище не гаряче й не агресивне, а задача звичайна — вода, повітря, гідравліка в межах 80 °C, — переплачувати за парове виконання немає за що: беріть A-10 на 0…10 бар, це серійне виконання, а не конфігурація під замовлення. Парові й асептичні прилади дорожчі рівно за те, що в них є: охолоджувач, повністю зварений роздільник, нормована шорсткість, сертифікати. Якщо не впевнені, на якому боці межі ваша задача, надішліть температуру на штуцері — ми скажемо, чи вистачить A-10.

Якщо сигнал іде на контролер, подивіться заодно підключення датчиків до ПЛК і блоки живлення 24 В: для двопровідної схеми 4…20 мА живлення й вхід рахуються разом.

Поширені запитання

Чи можна поставити перетворювач тиску прямо на паропровід?

Залежить від температури на штуцері, не від тиску. Стандартний S-20 нормований на -30…+100 °C; виконання з інтегрованим охолоджувальним елементом піднімає межу до -40…+200 °C, але вже з обмеженням навколишньої температури і з дерейтингом за формулою. Якщо температура вища або невідома — між процесом і приладом ставлять сифон.

Сифон чи охолоджувальний елемент — що вибрати?

Вони вирішують різні задачі. Сифон тримає конденсатну пробку, яка не пускає гаряче середовище в прилад, і додатково гасить піки тиску та пульсації (компактна форма). Охолоджувальний елемент знижує температуру конвекцією та випромінюванням і дає 150 °C на трьох ребрах або 200 °C на п'яти. На парі ми інколи ставимо обидва — але це наша монтажна практика, у паспортах такої рекомендації немає.

Чому з охолоджувачем падає вібростійкість?

Бо прилад виноситься на подовженій ніжці. У S-20 паспортні 20 g перетворюються на 10 g для виконань з охолоджувальним елементом; у S-11 так само 20 g проти 10 g, а ударостійкість — 1 000 g проти 400 g. Якщо датчик стоїть на компресорі чи на вібруючій обв'язці, це треба враховувати при виборі місця монтажу.

Який датчик для CIP/SIP і кристалізуючих середовищ?

SA-11. У його паспорті прямо перелічені пара, пастоподібні, порошкові та кристалізуючі середовища і системи чистої пари для SIP; асептичні приєднання — на процесні температури до 150 °C, частини роздільника повністю зварені, змочуваний матеріал 1.4435 з шорсткістю Ra ≤ 0,76 мкм за ASME BPE SF3.

Нержавіюча мембрана витримає будь-яку хімію?

Ні, і зазвичай першим здає не мембрана. Ущільнення обмежує температуру й тиск одночасно: за таблицею S-11 EPDM тримає 200 бар, FKM на 125 °C уже 400 бар замість 600, а мінімум для FKM/FPM це -20 °C. Для кисню й водню взагалі потрібні окремі виконання: у S-20 кисневе нормоване за залишковими вуглеводнями й обмежене -20…+60 °C і 400 бар, водневе має змочувані 316L і Elgiloy.

Коли сифон не потрібен?

Коли температура на штуцері вже лежить у паспортних межах приладу: для S-20 це -30…+100 °C у стандартному виконанні, для SA-11 — до +150 °C, для S-11 з охолоджувальним елементом — теж до +150 °C. За паспортом сифон потрібен для захисту від надмірного нагріву, а не сам по собі, тож на негарячому середовищі він лишається зайвим об'ємом і зайвим рознімним з'єднанням. Друга ситуація — в'язке або кристалізуюче середовище: вузьке коліно там заросте швидше, ніж захистить, і правильна відповідь це пласка мембрана S-11 або SA-11, а не трубка.

Що робити далі

Надішліть нам шість пунктів, і ми підберемо прилад разом з тим, що між ним і процесом: середовище (назва, концентрація, наявність частинок), температура на штуцері в робочому режимі й у піку, робочий і максимальний тиск, процесне приєднання (різьба або асептичний хомут), потрібний вихід і живлення, і нарешті зона — Ex-маркування, якщо воно є, плюс вібрація на місці монтажу. Якщо під ваші умови з нашого каталогу не підходить нічого, ми скажемо це прямо. Писати — на сторінку контактів.

Суміжні матеріали: промислові датчики тиску: типи й вибір, датчик тиску для насосної станції, датчик перепаду тиску і дифманометр, діагностика відмов реле тиску.

Джерела. WIKA data sheet PE 81.61 ∙ 02/2026, «Pressure transmitter, model S-20» — с. 1 (стабільність, ресурс), с. 5-6 (приєднання, ущільнення, межі перевантаження), с. 11 (межі температури середовища й навколишнього, змочувані матеріали, передавальне середовище), с. 12 (крива й формули дерейтингу для охолоджувальних елементів, вібрація й удар, ресурс), с. 13 (виконання для кисню й водню), с. 14 (узгодження, зокрема UkrSEPRO, MTTF). WIKA data sheet PE 81.02 ∙ 04/2026, «Flush pressure transmitter, model S-11» — с. 1 (призначення, вакуум-щільність), с. 4 (температури з охолоджувачем і без, вібрація й удар), с. 5 (приєднання й діапазони, таблиця ущільнень з межами тиску, змочувані матеріали, заповнення). WIKA data sheet PE 81.80 ∙ 03/2026, «Pressure transmitter, model SA-11» — с. 1 (середовища, SIP/CIP, зварений роздільник, IP68), с. 6 (температури, вібрація й удар, матеріали, шорсткість, заповнення). WIKA data sheet PE 81.58 ∙ 02/2026, «Pressure transmitter, Intrinsic safety Ex ia, model IS-3» — с. 1 (Ex ia, до 200 °C), с. 8 (залежність допустимих температур від опції, EPL, класу, роз'єму й ущільнення; межі для Ex ec і Ex tc; виконання для кисню й водню), с. 15 (опційні діапазони температури середовища). WIKA data sheet PE 81.60 ∙ 02/2026, «Pressure transmitter, model A-10» — с. 9 (стандартні й розширені температурні діапазони, умова захисту від конденсації, вологість). WIKA data sheet AC 09.06 ∙ 01/2025, «Syphons and connecting pipes, model 910.15» — с. 1 (принцип з конденсатною пробкою, заповнення перед пуском, геометрії за DIN 16282, межі 550 °C і 420 бар), с. 2 (діаграми тиск-температура), с. 3 (форма A: приєднання, накидна гайка за DIN 16283, 160 бар, матеріали). WIKA data sheet AC 09.21 ∙ 01/2015, «Cooling element, model 910.32» — с. 1 (принцип, зменшення температурної похибки, застосування для підігріву холодного середовища), с. 2 (150 °C на трьох ребрах і 200 °C на п'яти, G ½ B за EN 837, 600 бар, матеріал 1.4571).