Датчики температуры и давления «Вакууммаш» для промышленных систем автоматизации
Компания НПО «Вакууммаш» была основана в 1995 году в самом центре промышленного кластера города Ижевска. Сегодня разработки предприятия применяются в металлургии и энергетике, химической и нефтегазовой промышленности, машиностроении, пищевой и других отраслях, как на территории России, так и в странах ближнего зарубежья. Начиная как разработчик и интегратор автоматизированных систем, со временем компания «Вакууммаш» стала создавать оборудование для автоматизации: датчики температуры и давления, измерительные преобразователи, и т. д. И задолго до того, как импортозамещение стало всеобщей тенденцией, наряду с собственной продукцией, активно выпускала аналоги изделий зарубежных производителей. Сегодня же разработки, позволяющие заместить недоступные бренды, стали одним из основных видов деятельности компании.
Более подробно о датчиках температуры и давления рассказал заместитель технического директора НПО «Вакууммаш» Мирошкин Михаил Викторович.
➤ Михаил Викторович, НПО «Вакууммаш» давно принимает участие в программе импортозамещения, а за последний год список изделий расширился. Аналоги каких брендов вы производите?
НПО «Вакууммаш» заменяет изделия таких производителей, как Danfoss, Emerson, Yokogawa, WIKA, Honeywell, Endress+Hauser, Siemens, APLISENS, PIEZUS, Keller, Gaesko, Ametek, Fluke, Krohne, Watlow, Gefran. Датчики изготавливаются с такими же или улучшенными характеристиками, с учетом особенностей эксплуатации на предприятии заказчика. В целом компания может изготовить по спецзаказу любые датчики температуры и давления, не уступающие импортным аналогам по качеству при значительном выигрыше в цене. Нам доверяют свои проекты такие крупнейшие российские предприятия, как СИБУР, ЛУКОЙЛ, РУСАЛ, АЗОТТЕХ, ЕвроХим и другие.
➤ Датчики температуры были первым оборудованием автоматизации, которое вы стали разрабатывать. Давайте с них и начнем. Какие направления работы вы бы могли выделить по датчикам температуры?
Я бы выделил четыре основных направления: собственно, термопары и термосопротивления, измерительные преобразователи, которые с ними применяются, многозонные датчики температуры, а также гильзы защитные для защиты термопреобразователей от воздействия термометрируемой среды.
Принцип действия термопар основан на зависимости термоэлектродвижущей силы термопары от температуры. В основе работы термопреобразователей сопротивления лежит изменение электрического сопротивления в случае изменения их собственной температуры. Термопары и термосопротивления могут измерять температуру как химически неагрессивных, так и агрессивных сред: газообразных, жидких, твердых поверхностей и расплавов. Измерительный диапазон датчиков зависит от исполнения, но в целом линейка изделий НПО «Вакууммаш» охватывает диапазон от -196°C до +1600°C.
Термоэлектрические преобразователи НПО «Вакууммаш» (рис. 1) изготавливаются с проволочными или кабельными чувствительными элементами и в соответствии с ГОСТ Р 8.585 имеют следующие номинальные статические характеристики (НСХ): ТХА (К), ТХК (L), ТНН (N), ТЖК (J), ТПП (S), ТПП (R) и ТПР (B).
Рис. 1. Термоэлектрический преобразователь ТХА-К
Чувствительный элемент термопреобразователей сопротивления (рис. 2) может быть медным проволочным (модификации 50М, 53М, 100М), платиновым проволочным (модификации 46П, 50П, 100П, PT100) или платиновым тонкопленочным, изготовленным по технологии напыления (Pt100, Pt500, Pt1000).
Рис. 2. Термопреобразователь сопротивления ТПС с платиновым проволочным чувствительным элементом
➤ А измерительные преобразователи для термопар и термосопротивлений вы выпускаете аналоговые или цифровые?
И те, и другие. Они служат для преобразования термоэлектродвижущей силы термопар и термосопротивлений в унифицированные выходные сигналы. Номенклатурная линейка включает аналоговые устройства ПИ С и ПИ Т и цифровые VMЕ (рис. 3).
Аналоговые измерительные преобразователи (ПИ) предназначены для преобразования термоэлектродвижущей силы термоэлектрических преобразователей по ГОСТ 6616 в исполнениях ПИ Т, ПИ Т Ех ia и сопротивления термопреобразователей сопротивления по ГОСТ 6651 в исполнениях ПИ С, ПИ С Ех ia в унифицированный выходной сигнал 4–20 мА постоянного тока, пропорциональный измеряемой температуре. Для цифровых преобразователей VMЕ измерительный температурный диапазон и НСХ задается программно. Данные изделия могут выпускаться с унифицированным выходным сигналом 4–20 мА или с поддержкой HART-протокола.
Рис. 3. Преобразователи измерительные с аналоговой обработкой сигнала, с цифровой обработкой сигнала и HART- протоколом VME, VME Ex iа
➤ Они различаются только функционально или по конструктивному исполнению тоже?
Конструктивно измерительные преобразователи обоих типов (и аналоговые, и цифровые) могут выпускаться в корпусе для установки в головку первичного преобразователя, либо в корпусе для щитового монтажа на рейку по ГОСТ Р МЭК 60715-2003.
➤ Какой измерительный диапазон и метрологическую точность обеспечивают цифровые преобразователи VME?
Диапазон измерений цифровых преобразователей VME‑100 в различных модификациях составляет от -200°C до +1300°C, пределы допускаемой основной приведенной погрешности для исполнений с классом точности 0,1 при температуре окружающей среды 20 ± 5°C во всех диапазонах измерений – не более 0,1%. Для преобразователей типа VME‑103/104 и VME Ex ia‑105 (использующих токовую петлю 4–20 мА с HART-протоколом) диапазон измерений находится в пределах от –200°C до +1800°C, пределы допускаемой основной приведенной погрешности для исполнений с классом точности 0,1 при температуре окружающей среды 20 ± 5°C – не более 0,1%. Напряжение питания цифровых преобразователей 12...36 В, потребляемая мощность не более 0,8 Вт, диапазон температур окружающей среды -60°C...+85°C.
➤ Теперь вопрос о многозонных датчиках температуры. Какие исполнения выпускаете?
Многозонные датчики температуры – отдельное направление линейки промышленной термометрии компании (рис. 4). Они представляют собой сборку термопар или термосопротивлений, которые применяются для измерения температуры в нескольких точках объекта одновременно: вдоль оси печей термообработки или в реакторах, колоннах и резервуарах каталитического синтеза, крекинга, гидроочистки, изомеризации нефтепродуктов. Линейка промышленных датчиков температуры НПО «Вакууммаш» включает многозонные датчики ТПМ.301 (с видами взрывозащиты Ex ia или Ex db) на основе кабельных термопар с различными НСХ, а также многозонные преобразователи сопротивления ТПС 401, 402, 403, 404 на основе нагревостойкого кабеля КНМСН (ТПС 402, 403) или гибкой сильфонной трубы (ТПС 404).
Рис. 4. Общий вид многозонных термоизмерительных датчиков температуры ТПМ 301 производства НПО «Вакууммаш», установленных в реакторе
➤ Как устанавливаются многозонные датчики температуры?
Устанавливаются многозонные преобразователи температуры в специальных термокарманах или непосредственно в реакторе (например, для измерения температуры катализатора). Конструктивно они состоят из нескольких датчиков (в соответствии с количеством зон измерения) с разной монтажной длиной, закрепленных на общем монтажном фланце, выполненном по различным стандартам DIN EN1092, ASME 16.5, ГОСТ 33259, ГОСТ 12815. Коммутация с вторичными устройствами реализуется с помощью компенсационных проводов или коммутационной коробки, в которую установлены измерительные преобразователи (ПИ), речь о которых шла выше.
➤ Для каких серий делаете взрывозащищенные исполнения?
Все термометрические датчики НПО «Вакууммаш» изготавливаются в общепромышленном и взрывозащищенных исполнениях «искробезопасная цепь» (Ex ia) или «взрывонепроницаемая оболочка» (Ex db).
➤ Теперь о сроках. Какую гарантию вы предоставляете на датчики температуры? Какой у них срок службы? И, что очень важно, какой межповерочный интервал?
Стандартный гарантийный срок – 18 месяцев со дня ввода в эксплуатацию, но не более 24 месяцев со дня выпуска при соблюдении условий хранения, транспортирования и эксплуатации. Средний срок службы датчиков – до 10 лет в зависимости от температуры эксплуатации. Межповерочный интервал – 5 лет для преобразователей измерительных VME, термопреобразователей сопротивления ТПС, термопреобразователей ТХА (К), ТХК (К), ТНН, ТЖК.
➤ Давайте перейдем к продукции, которую вы выпускаете относительно недавно, – датчикам давления. Их ведь изготавливает специально созданное под это направление предприятие ООО «ВакууммашЭлектро», верно? Датчики каких типов входят в линейку?
Да, датчики давления (рис. 5) выпускает компания «ВакууммашЭлектро», наше дочернее предприятие. Оно расположено в городе Сарапул (Республика Удмуртия). В линейку моделей входят датчики для измерения основных видов давления: избыточного, абсолютного, разрежения (вакуумметрического давления), давления-разрежения, гидростатического и дифференциального (разности давлений).
Датчики предназначены для непрерывного преобразования значений давления в выходные токовые сигналы 4-20 мА, либо цифровые сигналы HART и RS-485 Modbus RTU.
Рис. 5. Датчики давления серии «VMP»
➤ Какие чувствительные элементы применяются?
В качестве чувствительных элементов используются тензорезистивные преобразователи давления трех типов:
- изготовленные по технологии «кремний на сапфире», где чувствительным элементом является двухслойная сапфиро-титановая мембрана с монокристаллическими кремниевыми тензорезисторами. Уникальные изолирующие свойства и радиационная стойкость сапфира позволяют эксплуатировать чувствительный элемент в температурном диапазоне от -200°C до +350°С, при высоких электромагнитных помехах и под воздействием радиации;
- тензопреобразователи давления из кремниевых деталей в металлостеклянном корпусе, состоящие из кристалла, работающего на тензорезистивном эффекте, и кремниевого основания для снижения механических напряжений, воздействующих на кристалл при изменении температур. Так как в данной конструкции воздействие давления производится практически на тензометр, эти тензопреобразователи предназначены только для неагрессивных газов низкого давления;
- изготовленные на базе второго типа, где давление среды воздействует на мембрану, исполненную из нержавеющей стали, и затем передается через масло на кремниевый чувствительный элемент давления, что позволяет ему иметь повышенную чувствительность по сравнению с преобразователем первого типа и измерять давление агрессивных жидкостей и газов.
➤ На какие среды рассчитаны ваши датчики давления? В частности, интересует температура измеряемой среды.
В случае прямого подключения к процессу датчики давления VMP выдерживают температуру измеряемой среды -40°C...+125°C в стандартном исполнении и -60°C...+220°C опционально. Для расширения температурного диапазона до +350°C может применяться отвод-охладитель собственного производства ВакууммашЭлектро, как встроенный в датчик, так и отдельным изделием. Давление перегретого пара измеряется с применением стандартной схемы, предусматривающей наличие разделительных сосудов с импульсными линиями.
➤ Какое программное обеспечение используется для математической корректировки погрешностей?
Для существенного повышения точности измерений и улучшения метрологических характеристик датчиков используются схемы, построенные на микропроцессорах, и программное обеспечение, которое выполняет математическую корректировку погрешностей разного типа, возникающих под воздействием внешних факторов. Компания «ВакууммашЭлектро» использует собственные схемотехнические разработки и задекларированное программное обеспечение для своих изделий.
➤ Есть ли исполнение с внешним индикатором, на который выводятся показания прибора? Или датчик нужно подключать к устройству отображения?
С 2023 года мы начали производство устройства индикации измеряемого давления «УИ-ВМЭ» для малогабаритных датчиков общепромышленного исполнения и коммунальных систем. Также мы разработали модельный ряд интеллектуальных датчиков давления VMP с индикацией (ЖК дисплеем) и на данный момент они проходят стендовые испытания после перехода на новую элементную базу с преобладанием компонентов и материалов российского производства.
➤ Оборудование для подключения датчиков давления к процессу – клапанные блоки – выпускаете сами или поставляете от других производителей?
Для подключения датчиков давления к автоматизированной системе управления технологическими процессами (АСУ ТП) используются клапанные блоки линейки БК: одновентильные, двухвентильные или трехвентильные (рис. 6). Эти изделия предназначены для работы в таких рабочих средах, как жидкость, газ или пар.
Данные вещества не агрессивны к материалам, из которых изготовлен БК. При этом рабочее давление в измерительной линии не должно превышать 40 МПа, а температура должна находиться в диапазоне от -60°C до +150°C. Корпус БК изготовлен из нержавеющей стали, устойчивой к коррозии. Сальники изготавливаются из фторопласта или графита, в зависимости от исполнения.
Рис. 6. Двухвентильный клапанный блок линейки БК
➤ Коснемся программы импортозамещения. Сколько проектов вы уже осуществили в ее рамках? Хотя бы за 2023 год.
Знаете, их столько, что точную цифру я вам, возможно, даже не назову. За один 2023 год их были сотни. Могу привести несколько примеров. Так, были разработаны аналоги датчиков Keller 23-й серии в стандартном и угловом исполнениях. Это датчики избыточного, абсолютного, вакуумметрического и дифференциального давления с высокой полосой пропускания обрабатываемого сигнала – до 3000 Гц (0,33 с), что позволяет измерять быстрые переменные давления при лабораторных изучениях скоротечных процессов. С помощью датчиков с высокой полосой пропускания сигнала можно зафиксировать амплитуду и длительность взрыва молекул топлива при воспламенении. Сегодня мы производим свыше 100 модификаций датчиков давления в общепромышленном исполнении, а также с видами взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка» (Ех db) и искробезопасная электрическая цепь (Ex ia), которые являются аналогами продукции Danfoss моделей MBS 1200; 1250; 1700; 1750; 3000 и других, WIKA моделей S-11; S-20; OT-1; R-1; O-10; A-10; E-10; E-11 и других, APLISENS моделей APC2000PD; PC28 различных исполнений, PIEZUS моделей APZ 3420; 3421; 3420m; 3420s; 3410; 3440; 1110; 1120, а также других зарубежных брендов и их номенклатуры. Причем мы не только производим аналоги, но и в ряде случаев улучшаем характеристики.
➤ А по датчикам температуры?
Их также очень много. Приведу наиболее интересные.
Проект №1. Для АО «МХК «ЕвроХим» был изготовлен аналог датчика температуры Minco, способный работать в местах повышенной вибрации, в то время как импортное изделие при аналогичных условиях выходило из строя. Заменой стал датчик модели ТПС 301 в вибростойком исполнении (рис. 7).
Рис. 7. Термопреобразователь сопротивления ТПС 301 по заказу АО «МХК «ЕвроХим», аналог импортного датчика Minco
Проект №2. ПАО «КАМАЗ» также поставило задачу разработать аналоги импортных датчиков «Дозаматик» для измерения температуры расплава алюминия в печи, но при этом необходимо было доработать КИП так, чтобы рабочий на производственном объекте не мог достать датчики из печи и вмешаться в процесс измерения температуры. В результате была изготовлена специальная конструкция модели ТХА-К.232. Отработав около месяца в печи (то есть выработав положенный ресурс), изделие продемонстрировало полное соответствие поставленным целям (рис. 8).
Рис. 8. Термоэлектрический преобразователь ТХА-К.232 по заказу ПАО «КАМАЗ», аналог импортных датчиков «Дозаматик»
Проект №3. Пермская ГРЭС столкнулась с прекращением поставок немецких датчиков температуры для измерения горячих газов в камере сгорания. По индивидуальному техзаданию для ГРЭС был разработан аналог с такими же характеристиками, как у немецких приборов, – датчик ТХА-К.301 (рис. 9).
Рис. 9. Термоэлектрический преобразователь ТХА-К.301 по заказу Пермской ГРЭС
Проект №4. ОАО «Амкодор» потребовался аналог Danfoss для измерения температуры гидравлического оборудования, АКПП и масла. Наши специалисты изготовили датчик модели ТПС 311, полностью соответствующий по всем техническим параметрам импортному изделию (рис. 10).
Рис. 10. Термопреобразователь сопротивления ТПС 311 по заказу ОАО «Амкодор», аналог импортных датчиков «Danfoss»
➤ Расскажите, пожалуйста, о новых изделиях. Расширяется ли номенклатура? Какие датчики у вас появились?
За последнее время мы выпустили несколько моделей – аналогов оборудования WIKA, Danfoss и KELLER для измерения давления.
Датчики давления VMP-ДИ-11ХА, VMP-ДА-10ХА и VMP-ДИВ-13ХА являются аналогами приборов WIKA серии A-10. Они оптимально подойдут для применения на объектах энергетического комплекса и в различных отраслях промышленности. Отличаются широкими температурными диапазонами (температура окружающей среды -45°C...+105°С, измеряемой среды -45°C...+125°С). Также подчеркну, что их титановая мембрана обладает большей механической прочностью, чем стальная 316L в импортном изделии.
Датчики давления VMP-ДИ-1ххх-хх МПа-0,5-Р1(М3)-42N-IP67-6Е(/d1)-tx-6 – это аналоги датчиков Danfoss MBS 1200 и 1250 с выходным сигналом 4...20 мА. Предназначены для машиностроения, гидравлических систем со встроенным демпфером и пневмооборудования.
Датчики давления в различных вариантах исполнения с переменными характеристиками:
- VMP-ДИ-11XA-(1...100) МПа-0,5-Р1-42N-IP67-6Е-t5(-55/105°С)-6
- VMP-ДИ-11XA-(1...100) МПа-0,5-МР3-05N-IP67-6Е/d1-t5(-55/105°С)-6
- VMP-ДИ-11XA-(1...100) МПа-0,5-DT04-4P-10N-IP67-6Е/d1-t5(-55/105°С)-6
являются аналогами большинства моделей датчиков давления Danfoss MBS 1200 и 1250 с выходными сигналами 4...20 мА, 0...5 В и 0...10 В, как с демпфером, так и без него. Предназначены для машиностроения, гидравлических систем и пневмооборудования.
Технические особенности изделий:
- диапазоны измерения:
— для избыточного давления от 0...0,06 до 100 МПа и 150 МПа в ОЕМ-исполнении;
— для абсолютного давления от 0...0,06 до 0,25 МПа с допустимыми перегрузками от 110 до 300%; - основная погрешность от верхнего предела измерений – 0,5% в стандартном исполнении, а опционально – 0,25%;
- электрическое присоединение датчика (разъемы) – М12х1 Type A Male 4 pin, Packard Metri-Pack 12065286, Deutsch DT04-4P;
- присоединение к процессу – G1/4-A DIN3852 стандарт, G1/4-A EN837, исполнение с демпфером, опционально с резьбой К1/4, М12х1,25 и др.
- температура окружающей среды -40°C...105°С, измеряемой среды – от -45°C до +125°С, а для датчика с радиаторными вставками – до +350°С.
- степень защиты оболочки IP67.
Наконец, для автомобильной промышленности мы выпустили ОЕМ-преобразователи давления – аналоги приборов KELLER серии 21Y в миниатюрном исполнении. Преобразователи с выходными сигналами 0...10 В монтируются с помощью стандартного свечного ключа S19. Эти приборы созданы по техническому заданию российских разработчиков, поэтому присоединение к процессу сделано по ГОСТ РФ, а не по европейским стандартам. Но по желанию заказчика мы можем изготовить прибор с любым другим присоединением.
В целом, на нашем предприятии постоянно расширяется действующий ассортимент продукции, проводятся необходимые организационные и технические мероприятия (в т. ч. испытательные работы) с целью совершенствования выпускаемых изделий, увеличения ресурса их работы и гарантийного срока эксплуатации.
- 426057, Ижевск,
- проезд Дерябина, д. 2/52
- ☎ +7 (3412) 91-86-50
- help@vakuummash.ru
- vakuummash.ru
