Waterdruksensor

Waterdruksensoren meten de waterdruk door componenten zoals leidingen, slangen en tanks voor verschillende watertoepassingen. Deze sensoren zetten fysieke druk om in een elektrisch signaal dat vervolgens wordt omgezet in een digitale waarde die kan worden opgeslagen of weergegeven op een extern display. Deze sensoren worden gebruikt in verschillende toepassingen, zoals gemeentelijke watervoorzieningssystemen, irrigatie, industriële procesbesturing, pompbesturing, tankniveaubewaking, HVAC-systemen en scheepvaarttoepassingen. De keuze van een geschikte sensor hangt af van meerdere factoren, waaronder druk- en temperatuurbereik, nauwkeurigheid, materiaalcompatibiliteit, grootte en installatiegemak, type uitvoer en kosten.

Inhoudsopgave

• Werkingsprincipe
• Waterdruksensor in een tank
• Waterdruksensor in een pijp
• Toepassingen
• Selectiecriteria
• FAQs

Werkingsprincipe

Een waterdruksensor, ook wel waterdrukomvormer genoemd, is een apparaat dat de waterdruk meet en de meting omzet in een elektrisch signaal. Dit elektrische signaal kan vervolgens de druk weergeven, registreren of regelen.

Het werkingsprincipe van een waterdruksensor is relatief eenvoudig en kan worden onderverdeeld in drie hoofdstappen.

1. Drukmeting: De sensor meet de waterdruk door de kracht te detecteren die het water uitoefent op een specifiek gebied. Dit gebeurt meestal met een membraan of een drukgevoelig element, zoals een piëzo-elektrisch kristal of een rekstrook. Wanneer de waterdruk verandert, vervormt of verandert het membraan of drukgevoelige element van vorm.
2. Conversie naar elektrisch signaal: De vervorming of vormverandering van het membraan of drukgevoelige element wordt dan omgezet in een elektrisch signaal. Dit wordt meestal gedaan met behulp van een Wheatstone-brugcircuit, dat de verandering in weerstand veroorzaakt door de vervorming kan meten. In een piëzo-elektrisch kristal genereert de vervorming een spanning die direct kan worden gemeten.
3. Signaalverwerking: Het elektrische signaal wordt dan verwerkt en omgezet in een formaat dat gemakkelijk gelezen en begrepen kan worden. Dit kan inhouden dat het signaal wordt versterkt, ruis wordt weggefilterd en indien nodig wordt omgezet in een digitaal signaal. Het verwerkte signaal kan dan de druk op een meter weergeven en vastleggen voor later

Opmerking:Sommige sensoren leveren uitgangen die gebaseerd zijn op nul (bijvoorbeeld 0 - 5 V), terwijl andere uitgangen leveren die niet gebaseerd zijn op nul (bijvoorbeeld 1 - 5 V). Het nadeel van een op nul gebaseerde uitvoer is dat een 0-aflezing kan betekenen dat er geen druk is of dat de sensor defect is. Een nulwaarde op een niet-nuluitgang duidt op een storing.

Drukopties

Een waterdruksensor kan absolute druk, overdruk of differentiële druk meten:

• Absoluut: Absolute drukmetingen worden uitgevoerd tegen nuldruk, ongeacht de atmosferische druk. Dit is belangrijk voor toepassingen die onder de atmosferische druk kunnen komen of toepassingen die afgesloten zijn van de atmosfeer.

  • Onderwaterdruksensor: De atmosferische druk kan diep onder water aanzienlijk veranderen. Een absolute drukmeting geeft de druk aan die het water uitoefent ondanks de veranderende atmosferische druk.

• Maat: Overdrukmetingen worden uitgevoerd ten opzichte van de atmosferische druk. Deze metingen zijn nuttig voor toepassingen die afhankelijk zijn van de atmosferische druk, zoals loodgieters- en watervoorzieningssystemen.

• Drukverschil: Drukverschilmetingen geven het drukverschil tussen twee verschillende watermassa's aan. Dit type meting wordt gebruikt om drukverliezen over filters of restricties te meten.

Lees ons artikel over druksoorten voor meer informatie over de verschillen tussen de druksoorten en de drukmeters die worden gebruikt om ze te meten.

Waterdruksensor in een tank

Wanneer een waterdruksensor wordt gebruikt om de druk in een tank te meten, kan het waterniveau ook worden bepaald met behulp van de Wet van Pascal. Met andere woorden, waterdruk (P) is gelijk aan de dichtheid van het water (⍴) vermenigvuldigd met de zwaartekracht (g) op het water vermenigvuldigd met de hoogte van de waterkolom (h). Of:

Waterdruksensoren in een tank worden meestal op twee plaatsen geïnstalleerd, zoals te zien is in Figuur 2:

• Binnenkant tank (A): Een waterdruksensor in een tank wordt bovenop een buis met open uiteinde geïnstalleerd. Als het water in de buis stijgt, verandert de luchtdruk die de sensor kan volgen.

• Bij uitlaat (B): Als de uitlaat van de tank aansluit op een horizontale leiding, kan een waterdruksensor worden geïnstalleerd op de leiding tussen de uitlaat en een afsluiter (bijvoorbeeld een kogelkraan).

Waterdruksensor in een pijp

Waterdrukverschilsensoren (Afbeelding 3 met label A) kunnen het debiet in een pijp meten. Deze druksensoren meten de drukverandering over een restrictie in de pijp (bijvoorbeeld een opening of venturi) (Afbeelding 3 met label D). Wanneer water door de restrictie stroomt, neemt de snelheid toe en daalt de druk. Om de stroomsnelheid te meten, wordt een vereenvoudigde versie van het principe van Bournelli gebruikt:

Waar:

• P1 & P2: Stroomopwaartse en stroomafwaartse druk

• ⍴: Vloeistofdichtheid (water = 1 ^g/cm3)

• v1 & v2: Stroomopwaartse en stroomafwaartse snelheden

Volgens dit principe is de verandering in druk gelijk aan de verandering in kinetische energie. Met de gegevens over drukverandering en vloeistofdichtheid kan dus de verandering in snelheid over de restrictie worden berekend, die evenredig is met het debiet (Q = A * v). Als de snelheid bijvoorbeeld verdubbelt, verdubbelt ook de stroomsnelheid.

3 kleppen spruitstuk

Waterdruksensoren gebruiken meestal een verdeelblok met 3 kleppen (Afbeelding 3 met label B) voor aansluiting op een leiding. Een drieklepsventiel bestaat uit twee afsluitkleppen die de druksensor isoleren van het proces en een derde vereffeningsventiel dat de twee afsluitkleppen verbindt. Wanneer de vereffeningsklep wordt geopend, wordt de druk tussen de lage- en hogedrukafsluiters gelijk.

• Isolatie: Door de sensor te isoleren van de pijp wordt onderhoud, kalibratie en vervanging eenvoudiger. De watertoevoer naar de sensor kan worden afgesloten zonder het hele systeem uit te schakelen.

• Veiligheid: De 3-kleppenverdeler zorgt er ook voor dat de waterdruk in de leiding de watersensor niet kan beschadigen tijdens installatie of verwijdering.

• Drukbalans: De vereffeningsklep in de 3-kleppenverdeler balanceert de druk aan de hoge- en lagedrukzijde. Hierdoor kan de waterdruksensor op nul worden gezet voor kalibratiedoeleinden.

Toepassingen

• Sanitair en HVAC-systemen: Waterdruksensoren worden gebruikt in woningen, commerciële en industriële omgevingen om de waterdruk in sanitair en verwarmings-, ventilatie- en airconditioningsystemen te controleren en te regelen.

• Irrigatie- en pompsystemen: Deze sensoren zorgen voor voldoende waterdruk voor landbouwirrigatie, tuinbesproeiingssystemen en diverse pompoperaties.

• Industriële processen en zuiveringsinstallaties: Ze worden gebruikt in diverse industrieën zoals de chemische, farmaceutische en voedingsmiddelenindustrie voor procesbesturing en -automatisering, maar ook in waterzuiveringsinstallaties voor het bewaken en regelen van de waterdruk tijdens zuiverings- en distributieprocessen.

• Scheepvaart en olie- en gasindustrie: Ze bewaken systemen op schepen en onderzeeërs en worden gebruikt om de druk van waterinjectiesystemen in de olie- en gasindustrie te bewaken.

• Systemen voor brandbestrijding en lekdetectie: Deze sensoren controleren de druk in sprinklersystemen en detecteren en lokaliseren lekken in leidingen en tanks.

• Energiecentrales en watervoorzieningsnetwerken: Ze regelen de watertoevoer en -druk in waterkrachtturbines en bewaken en regelen de waterdruk in gemeentelijke watervoorzieningssystemen.

• Zwembad- en spa-apparatuur: Ze zorgen voor een goede waterdoorstroming en filtratie in zwembad- en spasystemen.

Selectiecriteria

• Afmetingen en installatie: De sensor moet passen binnen de fysieke beperkingen van de toepassing en eenvoudig te installeren en te onderhouden zijn.

• Uitgangssignaal: Het uitgangssignaal van de sensor moet compatibel zijn met het besturingssysteem dat het signaal zal ontvangen. Gangbare uitgangssignalen zijn 4-20mA, 0-10V, 0-5V of digitale uitgangen zoals RS485 of CAN-bus.

• Compatibel met media: De sensor moet compatibel zijn met de vloeistof of het gas waarmee hij in contact komt. Dit omvat de constructiematerialen van de sensor, zoals het membraan en de afdichtingen.

• Bereik: Het drukbereik van de sensor moet geschikt zijn voor de maximale en minimale drukken die in de toepassing zullen optreden.

• Nauwkeurigheid: De sensor moet druk kunnen meten met een nauwkeurigheid die geschikt is voor de toepassing. Dit omvat overwegingen voor lineariteit, hysterese en herhaalbaarheid.

  • Lineariteit: Als de druk verandert, neemt de output van de sensor toe of af in een rechte lijn. Als dat niet het geval is, is er een lineariteitsfout.

  • Hysterese: De huidige uitvoer van de sensor is afhankelijk van zijn uitvoer in het verleden. Als de aflezing anders is wanneer de druk toeneemt dan wanneer deze afneemt, dan is dat een hysteresisfout.

  • Herhaalbaarheid: Het vermogen van de sensor om dezelfde output te geven voor dezelfde druk, ongeacht hoe vaak deze wordt gemeten. Een hoge herhaalbaarheid betekent dat de sensor consistent en betrouwbaar is.

• Bedrijfsomgeving: De sensor moet doeltreffend kunnen werken in de verwachte temperatuur- en vochtigheidsomstandigheden. Het moet ook bestand zijn tegen mogelijke trillingen, schokken of elektromagnetische interferentie.

• Certificeringen: Afhankelijk van de toepassing kan de sensor specifieke certificeringen nodig hebben, zoals voor gebruik op gevaarlijke locaties of voor drinkwatertoepassingen.

• Kostprijs Tot slot moet de prijs van de sensor passen binnen het budget voor het project, waarbij niet alleen rekening wordt gehouden met de initiële kosten, maar ook met de totale eigendomskosten, inclusief onderhoud en mogelijke vervangingskosten.

FAQs

Hoe werkt een waterdruksensor?

Een waterdruksensor heeft een element (bijvoorbeeld een membraan) dat vervormt wanneer de waterdruk verandert. De vervorming stuurt een elektrisch signaal naar een omzetter om de waterdruk weer te geven.

Wat is het verschil tussen een waterdruksensor en een waterdrukschakelaar?

Een waterdruksensor registreert continu de waterdruk en kan worden gebruikt om een proces te regelen. Een schakelaar is echter in de eerste plaats ontworpen om een proces onder specifieke drukomstandigheden te regelen.