Датчик перепада давления и дифманометр: фильтры, вентиляция, насосы

Три разных прибора, которые в прайсах называются одинаково

Если задача сводится к аварийному сигналу или остановке вентилятора — нужно реле перепада давления. Если нужен тренд загрязнения фильтра или расчёт расхода — нужен преобразователь с аналоговым выходом. Если показание должно читаться на месте, без щита — нужно исполнение с буквой D и встроенным дисплеем. Конкретные модели под каждый из этих трёх случаев собраны ниже, в таблице каталога.

Запрос «датчик перепада давления» возвращает три разных класса приборов, и путаница между ними стоит либо денег, либо порванной мембраны. Разница не в качестве и не в бренде, а в том, что прибор отдаёт наружу.

Преобразователь перепада давления

Измеряет разницу между двумя точками и отдаёт её непрерывным аналоговым сигналом. Типичный представитель в вентиляции — Siemens QBM3020-5: диапазон 0…500 Па, выход DC 0…10 В, питание AC 24 В ±15 % или DC 13,5…33 В. Контроллер видит не «засорено или нет», а конкретную цифру, поэтому может строить уставку, тренд и сигнализацию самостоятельно.

Реле перепада давления

Отдаёт сухой контакт: сработало или нет. У Dwyer DXW-11-153-2 это перекидной контакт SPDT с нагрузочной способностью 5 А при 125/250 В AC и 5 А активной нагрузки при 30 В DC. Никакой цифры перепада наружу не выходит, только факт перехода через уставку, которая выставляется наружным винтом.

Дифманометр

Показывающий прибор: шкала или дисплей на месте, без обязательного сигнала в систему. В каталожной практике этим словом называют и чисто механические стрелочные приборы, и электронные преобразователи с индикацией. Ко второй группе относятся исполнения QBM3020 с буквой D, например QBM3020-5D: у него есть и выход 0…10 В, и двухстрочный LCD по 8 позиций в строке, показывающий перепад прямо в паскалях. То есть «дифманометр» в современном прайсе чаще всего означает преобразователь, которому добавили экран.

Практический вывод простой. Если нужно только остановить вентилятор или выдать аварию — достаточно реле. Если нужно видеть, как фильтр загрязняется со временем, или считать расход — нужен преобразователь с аналоговым выходом.

Единицы: паскали, миллибары, psi

Дифференциальные приборы живут в двух разных мирах единиц, и это главный источник ошибок при подборе. Вентиляция считает в паскалях, гидравлика — в барах или psi. Паспорт Siemens даёт пересчёт прямой строкой: 100 Па = 1 гПа = 1 мбар. Отсюда всё семейство QBM3020 укладывается в диапазон от 0,5 мбар до 25 мбар:

• QBM3020-1U — от минус 50 до плюс 50 Па, то есть ±0,5 мбар, двусторонний;
• 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 сравнения, наименьшее реле Dwyer из каталога, DXW-11-153-1, имеет диапазон уставки 2,5…10 psid, и производитель печатает рядом bar-эквивалент: 0,17…0,69 бар. Нижняя уставка 0,17 бар — это 17 000 Па, то есть примерно в 170 раз больше верха диапазона QBM3020-1. Эти приборы не конкурируют между собой, они из разных задач.

Три задачи, три разных требования к прибору

Фильтр в вентиляции

Классическая задача: показать, что кассету пора менять. Перепад на чистом фильтре и на загрязнённом отличается в разы, но оба значения лежат в десятках и сотнях паскалей. В перечне применений QBM3020 Siemens прямо называет надзор за фильтрами и управление вентиляторами, а также контроль давления в лабораториях, на производстве и в чистых помещениях. Диапазон берут из расчёта на конечный перепад: если финальное сопротивление кассеты лежит в районе 250 Па, работает QBM3020-5 (0…500 Па), а не QBM3020-25, на котором эта точка попадёт в первые десять процентов шкалы.

Вентилятор и расход воздуха

Расход связан с перепадом не линейно, поэтому паспорт QBM3020 предусматривает два режима характеристики, переключаемых DIP-переключателем: линейную (заводская установка) и корневую. На корневой характеристике потенциометром задаётся конечное значение, причём пределы этой настройки в паспорте свои для каждого исполнения: ±(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 и 1600…2500 Па для -25. Отдельно Siemens называет применение в системах VAV с переменным расходом на притоке и вытяжке.

Насос, теплообменник, жидкостный фильтр

Здесь уже жидкость под давлением, и вентиляционный прибор не подходит по определению: в паспорте QBM3020 среда описана как воздух и неагрессивные газы, а пневматическое присоединение — это ниппели из PVC диаметром 6,2 мм под пластиковую трубку. Для жидкости берут реле серии DX: по паспорту оно работает с совместимыми газами и жидкостями, смачиваемые части — латунное присоединение и фторэластомерная мембрана, процессное присоединение 1/4" NPT внутреннее. Предел давления 200 psig, то есть 13,8 бар, позволяет ставить его в контур, который сам по себе под давлением, и ловить на нём перепад в десятые доли бара. Если задача не в перепаде, а в абсолютном давлении в системе, это другой класс приборов — о нём есть отдельный разбор в статье о датчиках давления, их типах и диапазонах, а для насосных станций — отдельный материал о подборе.

Как выбрать диапазон и не испортить прибор

Перегрузка считается по каждому порту отдельно

Это наименее очевидная вещь во всём паспорте, и именно на ней гибнут датчики. Siemens нормирует допустимую одностороннюю перегрузку двумя разными числами: на входе P1 это 5000 Па, а для исполнений -5, -10 и -25 даже 10 000 Па, тогда как на входе P2 — всего 400 Па. Порты несимметричны, и разница между ними более чем десятикратная.

Посчитайте, что это значит в запасах шкалы. Для QBM3020-1 с диапазоном 0…100 Па предел P1 в 5000 Па — это пятьдесят полных диапазонов, а предел P2 в 400 Па — всего четыре. Для QBM3020-5 с диапазоном 0…500 Па на P1 приходится 10 000 Па, то есть двадцать диапазонов, а на P2 всё те же 400 Па, то есть меньше одного полного диапазона. Перепутали трубки местами на запуске, дали вентилятором пару килопаскалей в P2 — и прибор поехал. Дальше по паспорту: давление разрушения составляет 1,5 от перегрузки в диапазоне 0…70 °C и 2 от перегрузки при комнатной температуре.

В реле DX ограничение сформулировано иначе, но суть та же: длительное одностороннее давление не должно превышать 1,25 полного дифференциального диапазона. «Полный дифференциальный диапазон» здесь означает верх диапазона уставки, то есть 25 psi для исполнения -2. Для DXW-11-153-2 это даёт 1,25 × 25 = 31,25 psi, примерно 2,15 бар. Обратите внимание, насколько это меньше 200 psig из строки предела давления: 13,8 бар прибор держит, когда давление приложено с обеих сторон, а односторонний напор ограничен двумя барами. Открыли один кран раньше второго — и вышли за паспорт, формально не приблизившись к цифре 200 psig.

Гистерезис в реле никогда не нулевой

Реле включается на одной уставке, а отпускает на другой, и разница между ними в серии DX нормирована отдельной таблицей. Для диапазона 2,5…10 psid гистерезис составляет 1,5 psi (0,10 бар) на нижней уставке и 2,5 psi (0,17 бар) на верхней. Для диапазона 10…25 psid — 2,5 psi (0,17 бар) и 3,5 psi (0,24 бар) соответственно. То есть на нижнем краю шкалы 10…25 psid вы не получите реакцию точнее чем в 2,5 psi, что составляет четверть от самой уставки. Если задача требует более узкого окна, реле не подходит, нужен преобразователь с уставкой в контроллере.

Повторяемость самого прибора при этом заявлена как ±2 % от полного диапазона, и это отдельная от гистерезиса цифра. Если считать самому не хочется, пришлите нам финальный перепад на загрязнённой кассете, среду и тип входа контроллера — мы сверим исполнение по паспорту.

Монтаж: положение корпуса решает больше, чем кажется

Паспорт QBM3020 содержит предупреждение, которое часто игнорируют: приведённые в технических данных значения действительны только для вертикально установленного датчика, то есть когда штуцеры смотрят вниз. При горизонтальном монтаже, крышкой вверх или вниз, возможны отклонения, и производитель предлагает компенсировать их кнопкой обнуления.

Второе требование касается конденсата. Датчик должен стоять не просто ниппелями вниз, а ещё и выше зондов в воздуховоде. Паспорт формулирует последствие прямо: если штуцеры смотрят вверх или датчик расположен ниже зондов, конденсат собирается внутри прибора и повреждает его. В комплект входит два метра пластиковой трубки, которую на объекте подрезают под реальное расстояние.

Разводка трубок имеет однозначное правило: сторона с более высоким давлением (меньшим разрежением) идёт на ниппель P1, он же «+», сторона с более низким давлением (большим разрежением) — на P2, он же «−».

В реле DX геометрия другая. Монтажная ориентация — порты в горизонтальной плоскости с допуском ±10°. Порт высокого давления обозначен знаком «+» и расположен слева, если смотреть на сторону с шильдиком, низкого — «−» справа. Трубопровод должен опираться на собственные опоры, а не висеть на приборе, и при затягивании резьбы ключ держат за лыски штуцера, не передавая момент на корпус. Перед установкой или снятием система должна быть сброшена с давления.

Электрическое подключение

У QBM3020 три клеммы: G (+) — питание AC 24 В или DC 13,5…33 В, M (0) — общий и измерительный ноль, U со стрелкой — сигнал DC 0…10 В. Схема трёхпроводная, гальванической развязки нет, выход защищён от короткого замыкания и от переполюсовки, минимальное сопротивление нагрузки на входе контроллера — более 10 кОм. Потребление меньше 0,5 ВА и меньше 10 мА, поэтому один трансформатор тянет несколько датчиков, но он должен быть SELV с раздельными обмотками и рассчитан на длительный (100 %) режим работы. Под эту задачу подходят блоки питания 24 В из каталога. Требование UL добавляет ограничение мощности источника 15 Вт и проводку только медную. Защита линии питания — инерционный предохранитель до 10 А, или автомат до 13 А с характеристикой B, C или D по EN 60898, или источник с ограничением тока до 10 А. И отдельный пункт для длинных трасс: если кабель длиннее 50 метров и идёт параллельно силовым, он должен быть экранированным. Клеммы принимают провод до 1,5 мм², ввод — Pg 11, корпус IP54 по EN 60529, класс защиты III по EN 60730-1. В каталоге собраны исполнения с выходом DC 0…10 В; если вход вашего контроллера принимает только 4…20 мА, напишите нам модель входа, и мы сверим исполнение по паспорту.

Реле DX подключается через съёмную клеммную колодку с тремя контактами: NC, NO и COM. Логика по паспорту такая: когда перепад выше уставки, NO замкнут, а NC разомкнут; когда ниже — наоборот. Паспорт рекомендует провод на 250 В при 60 °C, сечением от 2,5 до 0,25 мм² (14…24 AWG), с изоляцией PVC или эквивалентной, класс горючести 94-V0 или FV-0. Отверстие под кабельный ввод имеет диаметр 0,871 дюйма под фитинг 1/2". Паспорт отдельно подчёркивает, что конденсат не должен попадать в корпус через кабельный канал, и при необходимости в отдельном кабельном блоке ставят дренаж. Если контакт заводится на дискретный вход контроллера, полезно сверить логику входа с разбором подключения датчиков к ПЛК.

Ноль, характеристика и уставка

Пусконаладка QBM3020 по паспорту выполняется в таком порядке: сначала подключить проводку, причём трубки на этом шаге ещё не присоединены; затем нажать и удерживать кнопку обнуления дольше двух секунд, пока коротко не вспыхнет светодиод, а на исполнениях с LCD не появится «0 Pa»; и только после этого присоединить пневматические трубки. Нажатие короче двух секунд на LCD-исполнениях открывает меню, которое закрывается само через восемь секунд или повторными нажатиями кнопки. Характеристика переключается DIP-переключателем, заводское положение — линейная.

Уставка реле DX выставляется наружным винтом под плоскую отвёртку, под резиновой заглушкой на правой стороне прибора, если смотреть со стороны шильдика. Вращение по часовой стрелке увеличивает уставку, против — уменьшает. Паспорт содержит конкретное ограничение: не выкручивать винт до состояния, когда в корпусе перестаёт быть видна внутренняя резьба. Настройку делают от источника давления с манометром, контролируя состояние контакта, а не на глаз. Если нужен общий порядок действий по настройке реле по давлению, он разобран в материале о регулировке реле давления.

Что есть в каталоге

Карточки этих моделей лежат в каталоге датчиков: позиции Siemens и позиции Dwyer instruments. Если нужен более широкий выбор, в разделе все датчики давления собраны позиции и по абсолютному давлению, и по перепаду. Если исполнение под вашу задачу нужно сверить по паспорту, напишите нам с номером модели и условиями на объекте.

Типичные ошибки

• Диапазон взят с запасом «на всякий случай». Прибор на 0…2500 Па, поставленный на фильтр с рабочей точкой 200 Па, работает в первых восьми процентах шкалы, где погрешность нуля и температурный дрейф съедают весь сигнал. Точность в паспорте нормируется в процентах от полной шкалы, а не от показания.
• Трубки заведены наоборот. Для QBM3020 это означает подачу давления на порт с пределом 400 Па вместо порта с пределом 5000 или 10 000 Па.
• Вентиляционный датчик поставили на воду. Паспорт QBM3020 ограничивает среду воздухом и неагрессивными газами, а присоединение — это PVC-ниппель на 6,2 мм под трубку. Для пара, горячей или агрессивной среды нужно другое исполнение смачиваемых частей, а часто и сифон перед прибором: датчики давления для пара и агрессивных сред.
• От реле ждут цифры. Сухой контакт не показывает перепад. Если нужен тренд загрязнения фильтра, реле заменяют преобразователем, а не «настраивают точнее».
• Игнорируется гистерезис. Реле, выставленное на 12 psi в диапазоне 10…25 psid, отпустит не на 12, а примерно на 9,5 psi.
• Корпус закреплён как получилось. Паспортная точность QBM3020 действительна только для вертикального положения ниппелями вниз, и датчик должен стоять выше зондов в канале.

Частые вопросы

Чем датчик перепада давления отличается от дифманометра?

Датчик (преобразователь) отдаёт сигнал в систему, дифманометр показывает значение на месте. В современных каталогах граница размыта, потому что электронные исполнения делают и то, и другое: у QBM3020-5D есть и выход 0…10 В, и двухстрочный LCD, показывающий перепад в паскалях. Когда поставщик называет прибор дифманометром, первый вопрос — есть ли у него выходной сигнал.

Какой диапазон брать под фильтр в вентиляции?

Отталкивайтесь от конечного перепада на загрязнённой кассете, чтобы рабочая точка приходилась примерно на верхнюю половину шкалы. Семейство QBM3020 покрывает 0…100, 0…300, 0…500, 0…1000 и 0…2500 Па, а исполнение -1U измеряет в обе стороны, от минус 50 до плюс 50 Па. Берите наименьший диапазон, в который рабочая точка уверенно укладывается.

Можно ли поставить QBM3020 на водяной фильтр?

Нет. Паспортная среда — воздух и неагрессивные газы, допустимая температура среды 0…70 °C, присоединение — пластиковые ниппели Ø 6,2 мм под трубку. Для жидкости берут прибор с соответствующими смачиваемыми частями, например реле серии DX с латунным присоединением 1/4" NPT и фторэластомерной мембраной.

Что будет, если перепутать P1 и P2?

На QBM3020 порт P2 выдерживает всего 400 Па односторонней перегрузки против 5000 Па (а на исполнениях -5, -10, -25 — 10 000 Па) на P1. Прибор гибнет не от самой перестановки, а от превышения этих 400 Па на P2: пока рабочее давление на этом штуцере остаётся ниже, показание на -1U и -1 просто меняет знак, а чувствительный элемент цел. Подача рабочего напора свыше 400 Па не на тот штуцер выводит прибор за паспорт сразу. Давление разрушения паспорт задаёт как 1,5 от перегрузки в диапазоне 0…70 °C и 2 от перегрузки при комнатной температуре.

Прибор показывает не ноль при остановленном вентиляторе. Это брак?

Чаще всего нет. Паспортные значения QBM3020 действительны только для вертикального монтажа ниппелями вниз; при другом положении производитель прямо предусматривает отклонения и предлагает компенсировать их кнопкой обнуления. Процедура: отсоединить трубки, удержать кнопку дольше двух секунд до вспышки светодиода или появления «0 Pa» на дисплее, затем присоединить трубки обратно.

Реле щёлкает, но назад не возвращается. В чём причина?

Скорее всего перепад не упал ниже точки отпускания. В серии DX гистерезис нормирован таблицей: для диапазона 10…25 psid это 2,5 psi (0,17 бар) у нижней уставки и 3,5 psi (0,24 бар) у верхней. Пока перепад не упадёт на эту величину ниже уставки, контакт остаётся в сработавшем состоянии.

Можно ли ставить реле DX во взрывоопасной зоне?

В бюллетене на серию DX, по которому написана эта статья, указаны только согласования CE и UL, а корпус описан как weatherproof UL type 4X (IP65). Маркировки взрывозащиты в этом документе нет, поэтому для зон с классификацией нужно исполнение с явным Ex-сертификатом и соответствующим паспортом.