Пост посвящен датчику скорости потока Out Of Liquid — термоанемометру для измерения расхода жидких сред. Под катом читатель найдет описание принципа работы датчика, а также видео, на котором этот принцип наглядно демонстрируется.
Элемент представляет собой небольшую трубку из нержавеющей стали и подходит как для воды, так и для агрессивных жидкостей и газов.
Отступление (о датчике FS7)
Недавно была опубликована статья про термоанемометрический датчик расхода газа FS7, сегодняшний текст можно назвать её продолжением.
Напомню что FS7 представляет собой миниатюрную керамическую пластинку размером 6.9 на 2.4 мм, на которую нанесены два платиновых термосопротивления (RTD). Одно из них имеет номинальное сопротивление 45 Ом и используется как нагреватель, другое имеет номинальное сопротивление 1200 Ом и служит датчиком температуры. Первый элемент, соответственно, обозначется Pt45, второй — Pt1200.
Датчик помещается в трубу, по которой проходит поток, а элементы Pt45 и Pt1200 включаются в мостовую схему. В отсутствие потока сопротивления нагревателя и датчика температуры не изменяются, мост уравновешен. Однако когда среда начинает двигаться «мимо» датчика, часть тепла нагревателя отдается потоку, т.е. сопротивление нагревателя (элемента Pt45) снижается. При этом сопротивление элемента Pt1200 остается прежним, а значит мост разбалансируется. Сигнал разбаланса зависит от количества отданного потоку тепла, которое в свою очередь зависит от скорости потока.
Впрочем, обо всем этом гораздо подробнее написано в предыдущей статье, сегодня рассмотрим датчик для условий, в которых использование FS7 не рекомендуется.
О датчике Out Of Liquid
Датчики FS7 предназначаются для газов и также подходят для некоторых жидких сред, например для масел. Однако для агрессивных жидких сред, для содержащих воду жидкостей, а также для агрессивных газов предназначен датчик Out Of Liquid.
Out Of Liquid — это тот же термоанемометр, состоящий из двух платиновых RTD с номинальным сопротивлением 50 и 1000 Ом. Элемент Pt50 выполняет роль нагревателя, а элемент Pt1000 — роль датчика температуры среды.
Принципиальное отличие датчика Out Of Liquid заключается в том что термосопротивления не помещаются в среду, как в случае FS7, а припаиваются к внешней стенке трубы, через которую идет поток. Хороший тепловой контакт между термосопротивленями и средой достигается за счет небольшой толщины стенки трубы и за счет конструкции элементов Pt50 и Pt1000. Эти платиновые термосопротивления, во-первых, выполнены по тонкопленочной технологии, а значит имеют небольшой размер (2.3 x 2 мм) и плоскую форму, а во-вторых, нижняя сторона обоих элементов покрыта дополнительным металлическим слоем.
Такие металлизированные термосопротивления используются и отдельно в качестве датчиков температуры. Они востребованы в приложениях, где требуется хороший контакт с поверхностью объекта измерений.
Производству различных платиновых тонкопленочных термосопротивлений посвящена статья Термосопротивления: производственный процесс.
Трубка Out Of Liquid выполнена из нержавейки, её длина составляет 40 мм, внешний диаметр — 4 мм, внутренний диаметр — 3.8 мм. Трубка либо врезается в основную трубу, либо отводится от неё как шунт, тут всё зависит от конечной задачи.
От конечной задачи (габаритов трубы, состава и температуры среды и т.п.) зависит и выбор компонентов для схемы включения датчика. По этой причине производитель не предоставляет подробных руководств по применению Out Of Liquid.
Схема включения Out Of Liquid повторяет схему включения любого другого термоанемометра. Pt50 и Pt1000 выполняют роль нижних плеч измерительного моста, сигнал разбаланса которого подается на усилитель, а оттуда обратно на мост. Таким образом, при наличии потока сигнал обратной связи сообщает нагревателю более высокую температуру и измерительный мост снова уравновешивается. Сигнал на выходе усилителя, как было сказано выше, используется и в качестве выходного сигнала. Величина выходного напряжения нелинейно зависит от скорости потока, проходящего через Out Of Liiquid.
Пример схемы включения:
Пример зависимости выходного напряжения от скорости потока [фото из документации]:
Out Of Liquid имеет четыре вывода, по два на каждое термосопротивление. Элемент Pt50 имеет красные провода, Pt1000 — белые. Легко догадаться что поток должен идти от Pt1000 к Pt50, а не наоборот, иначе тепло от нагревателя будет идти на датчик температуры и влиять на его сопротивление.
К слову, у элемента FS7 нагреватель и датчик температуры располагаются друг под другом, т.е. поток может быть направлен в обе стороны относительно чувствительного элемента.
С помощью датчика Out Of Liquid можно измерять расход от 0 до 3000 мл/мин (≈4 м/с). Рабочий температурный диапазон датчика — от 50 до 180°C, время отклика не превышает 300 мсек.
Для знакомства с модулем Out Of Liquid, но не для использования в готовом изделии, доступна отладочная плата.
Помимо схемы включения датчика, на ней расположены цепи управления питанием, потенциометр и две кнопки для подстройки резистора R1 (верхнее плечо измерительного моста), светодиоды для индикации скорости потока, а также контактные площадки, бóльшая часть которых почему-то висит в воздухе.
Нехитрый процесс включения платы показан на видео.
О ценах
Мы продаем датчики Out Of Liquid по розничной цене 24 евро, понимая под розницей количества до 50 штук. При оптовых закупках цена закономерно снижается, например при заказе 100 штук цена элемента составит уже 15 евро. Кстати говоря, официальное наименование датчика Out Of Liquid — непроизносимое P1K0/050.232.2K.C.050.M.U.S.
Пользуясь случаем приведу ссылку на недавно запущенный сайт efo-sensor.ru, посвященный датчикам производства IST-AG и других производителей.
Заключение
В заключении традиционно благодарю читателя за внимание и напоминаю, что вопросы по применению продукции, о которой мы пишем на хабре, можно также задавать на email, указанный в моем профиле.
Автор: ЭФО
