Rodzaje przetworników ciśnienia

Proste samodzielne wprowadzenie przetwornika ciśnienia

Jako czujnik ciśnienia, którego wyjściem jest sygnał standardowy, przetwornik ciśnienia jest przyrządem, który przyjmuje zmienną ciśnienia i przekształca ją proporcjonalnie na standardowy sygnał wyjściowy.Może konwertować parametry ciśnienia fizycznego gazu, cieczy itp. odczuwane przez czujnik tensometryczny na standardowe sygnały elektryczne (takie jak 4-20 mADC itp.), aby zapewnić dodatkowe instrumenty, takie jak alarmy wskazujące, rejestratory, regulatory itp. pomiar i wskazanie oraz regulacja procesu.

Klasyfikacja przetworników ciśnienia

Zazwyczaj przetworniki ciśnienia, o których mówimy, są podzielone według zasady:
Pojemnościowe przetworniki ciśnienia, rezystancyjne przetworniki ciśnienia, indukcyjne przetworniki ciśnienia, półprzewodnikowe przetworniki ciśnienia i piezoelektryczne przetworniki ciśnienia do pomiaru wysokiej częstotliwości.Wśród nich najczęściej stosowane są oporowe przetworniki ciśnienia.Pojemnościowy przetwornik ciśnienia to przetwornik 3051S firmy Rosemount jako przedstawiciel produktów wysokiej klasy.

Przetworniki ciśnienia można podzielić na metalowe, ceramiczne, krzem dyfuzyjny, krzem monokrystaliczny, szafir, powłokę napyloną, itp., zgodnie z komponentami wrażliwymi na ciśnienie.

• Metalowy przetwornik ciśnienia ma słabą dokładność, ale ma niewielki wpływ na temperaturę i jest odpowiedni dla obszarów o szerokim zakresie temperatur i niskich wymaganiach dotyczących dokładności.
• Ceramiczne czujniki ciśnienia mają lepszą dokładność, ale bardziej wpływają na nie temperatura.Ceramika ma również tę zaletę, że jest odporna na uderzenia i korozję, co można wykorzystać w zakresie reakcji.
• Dokładność przenoszenia ciśnienia rozproszonego krzemu jest bardzo wysoka, a dryf temperaturowy jest również duży, więc kompensacja temperatury jest zwykle wymagana przed użyciem.Co więcej, nawet po kompensacji temperatury nie można zmierzyć ciśnienia powyżej 125°C.Jednak w temperaturze pokojowej współczynnik czułości dyfuzyjnego krzemu jest 5 razy większy niż ceramiki, więc jest on powszechnie używany w dziedzinie pomiarów o wysokiej precyzji.
• Przetwornik ciśnienia z monokrystalicznego krzemu jest najdokładniejszym czujnikiem w praktyce przemysłowej.Jest to ulepszona wersja krzemu rozproszonego.Oczywiście podwyższona jest również cena.Obecnie Yokogawa z Japonii jest przedstawicielem w dziedzinie ciśnienia monokrystalicznego krzemu.
• Szafirowy przetwornik ciśnienia nie jest wrażliwy na zmiany temperatury i ma dobre właściwości robocze nawet w warunkach wysokiej temperatury;szafir ma niezwykle silną odporność na promieniowanie;brak dryfu pn;może pracować normalnie w najgorszych warunkach pracy i jest niezawodny Wysoka wydajność, dobra dokładność, minimalny błąd temperatury i wysoka ogólna wydajność kosztowa.
• Napylający cienkowarstwowy przetwornik ciśnienia nie zawiera żadnego kleju i wykazuje wyższą długoterminową stabilność i niezawodność niż lepki czujnik tensometryczny;ma mniejszy wpływ na temperaturę: gdy temperatura zmienia się o 100 ℃, dryf zerowy wynosi tylko 0,5%.Jego wydajność temperaturowa jest znacznie lepsza od dyfuzyjnego czujnika ciśnienia krzemu;ponadto może bezpośrednio kontaktować się z ogólnie korozyjnymi mediami.

Zasady działania różnych typów przetworników ciśnienia

• Zasada pojemnościowego przetwornika ciśnienia.

Gdy ciśnienie działa bezpośrednio na powierzchnię membrany pomiarowej, membrana powoduje niewielkie odkształcenie.Precyzyjny obwód na membranie pomiarowej przekształca to małe odkształcenie w wysoce liniowe napięcie proporcjonalne do ciśnienia i proporcjonalne do napięcia wzbudzenia.Sygnał, a następnie użyj dedykowanego układu, aby przekonwertować ten sygnał napięciowy na standardowy sygnał prądowy 4-20mA lub sygnał napięciowy 1-5V.

• Zasada rozproszonego krzemowego przetwornika ciśnienia

Ciśnienie mierzonego medium działa bezpośrednio na membranę czujnika (najczęściej membranę 316L), powodując, że membrana wytwarza mikroprzemieszczenia proporcjonalne do ciśnienia medium, zmieniając wartość rezystancji czujnika i wykrywając ją za pomocą Obwód Wheatstone'a Zmienia się i konwertuje oraz wysyła standardowy sygnał pomiarowy odpowiadający temu ciśnieniu.

• Zasada przetwornika ciśnienia z monokrystalicznego krzemu

Piezorezystancyjne czujniki ciśnienia zbudowane są z wykorzystaniem efektu piezorezystancyjnego monokrystalicznego krzemu.Jako element elastyczny zastosowano monokrystaliczny wafel krzemowy.Gdy ciśnienie się zmienia, monokrystaliczny krzem wytwarza naprężenia, tak że opór naprężeń bezpośrednio na niego dyfundowany powoduje zmianę proporcjonalną do mierzonego ciśnienia, a następnie odpowiedni sygnał napięciowy jest uzyskiwany przez obwód mostkowy.

• Zasada ceramicznego przetwornika ciśnienia

Ciśnienie działa bezpośrednio na przednią powierzchnię membrany ceramicznej, powodując nieznaczne odkształcenie membrany.Rezystor grubowarstwowy jest nadrukowany z tyłu membrany ceramicznej i połączony z mostkiem Wheatstone'a (mostek zamknięty) ze względu na efekt piezorezystancyjny warystora. Mostek generuje wysoce liniowy sygnał napięciowy, proporcjonalny do ciśnienia i proporcjonalny do napięcia wzbudzenia .Zwykle używany do pomiaru ciśnienia w sprężarkach powietrza, stosuje się więcej ceramiki.

• Zasada przetwornika ciśnienia tensometrycznego

Najczęściej stosowanymi przetwornikami ciśnienia z tensometrami są tensometry metalowe i tensometry półprzewodnikowe.Tensometr z metalową rezystancją jest rodzajem czułego urządzenia, które przekształca zmianę naprężenia na badanym elemencie na sygnał elektryczny.Istnieją dwa rodzaje tensometrów drutowych i tensometrów z folii metalowej.Zazwyczaj tensometr jest ściśle związany z mechaniczną matrycą naprężeń za pomocą specjalnego kleju.Gdy matryca jest poddawana zmianie naprężenia, tensometr rezystancyjny również odkształca się, przez co zmienia się wartość rezystancji tensometru, przez co zmienia się napięcie przyłożone do rezystora.Przetworniki tensometryczne ciśnienia są stosunkowo rzadkie na rynku.

• Szafirowy przetwornik ciśnienia

Przetwornik ciśnienia szafirowy wykorzystuje zasadę działania odporności na odkształcenia, przyjmuje precyzyjne elementy wrażliwe na krzem i szafir i przekształca sygnał ciśnienia na standardowy sygnał elektryczny poprzez dedykowany obwód wzmacniacza.

• Przetwornik ciśnienia folii do napylania

Element czuły na nacisk napylający jest wytwarzany w technologii mikroelektronicznej, tworząc mocny i stabilny mostek Wheatstone'a na powierzchni elastycznej membrany ze stali nierdzewnej.Kiedy ciśnienie mierzonego medium działa na elastyczną membranę ze stali nierdzewnej, mostek Wheatstone'a po drugiej stronie wytwarza elektryczny sygnał wyjściowy proporcjonalny do ciśnienia.Ze względu na dobrą odporność na uderzenia, folie napylane są często używane w sytuacjach, w których występują częste uderzenia ciśnienia, takie jak sprzęt hydrauliczny.

Środki ostrożności przy doborze przetwornika ciśnienia

• Wybór wartości zakresu ciśnienia przetwornika:

Najpierw określ maksymalną wartość mierzonego ciśnienia w układzie.Mówiąc ogólnie, należy wybrać przetwornik z zakresem ciśnienia, który jest około 1,5 raza większy niż wartość maksymalna lub pozwolić, aby normalny zakres ciśnienia spadł na przetworniku ciśnienia.1/3 ~ 2/3 normalnego zakresu jest również powszechną metodą.

• Jaki rodzaj medium ciśnieniowego:

Lepkie ciecze i błoto zablokują porty ciśnieniowe.Czy rozpuszczalniki lub substancje żrące zniszczą materiały w przetworniku, które mają bezpośredni kontakt z tymi mediami.
Materiałem ogólnego przetwornika ciśnienia, który styka się z medium, jest stal nierdzewna 316.Jeżeli medium nie powoduje korozji stali nierdzewnej 316, to w zasadzie wszystkie przetworniki ciśnienia nadają się do pomiaru ciśnienia medium;
Jeśli medium jest korozyjne dla stali nierdzewnej 316, należy zastosować uszczelnienie chemiczne i zastosować pomiar pośredni.Jeśli kapilara wypełniona olejem silikonowym jest używana do kierowania ciśnieniem, może to zapobiec korozji przetwornika ciśnienia i przedłużyć żywotność przetwornika ciśnienia.

• Ile dokładności potrzebuje nadajnik:

Dokładność jest określona przez: nieliniowość, histerezę, niepowtarzalność, temperaturę, skalę przesunięcia zera i temperaturę.Im wyższa dokładność, tym wyższa cena.Ogólnie dokładność przetwornika ciśnienia z krzemu rozproszonego wynosi 0,5 lub 0,25, a przetwornik ciśnienia z krzemu pojemnościowego lub monokrystalicznego ma dokładność 0,1 lub nawet 0,075.

• Przyłącze procesowe przetwornika:

Generalnie przetworniki ciśnienia są instalowane na rurach lub zbiornikach.Oczywiście niewielka część z nich jest instalowana i używana z przepływomierzami.Zazwyczaj istnieją trzy formy montażu przetworników ciśnienia: gwint, kołnierz i zacisk.Dlatego przed doborem przetwornika ciśnienia należy również wziąć pod uwagę przyłącze procesowe.Jeśli jest gwintowany, konieczne jest określenie specyfikacji gwintu.W przypadku kołnierzy konieczne jest uwzględnienie specyfikacji kołnierza średnicy nominalnej.

Wprowadzenie do przemysłu przetworników ciśnienia

Około 40 krajów na całym świecie zajmuje się badaniami i produkcją czujników, z czego Stany Zjednoczone, Japonia i Niemcy to regiony o największej wydajności czujników.Te trzy kraje razem stanowią ponad 50% światowego rynku czujników.

Obecnie rynek przetworników ciśnienia w moim kraju jest rynkiem dojrzałym o dużej koncentracji rynku.Dominuje jednak pozycja zagraniczna reprezentowana przez firmy Emerson, Yokogawa, Siemens itp. Markowe produkty stanowią około 70% udziału w rynku i mają absolutną przewagę w dużych i średnich projektach inżynierskich.

Wynika to z konsekwencji wczesnego przyjęcia przez mój kraj strategii „rynku technologii”, która mocno uderzyła w przedsiębiorstwa państwowe mojego kraju i była kiedyś w stanie niepowodzenia, ale w tym samym czasie niektórzy producenci reprezentowali przez prywatne przedsiębiorstwa chińskie, po cichu Pojawiają się i rosną w siłę.Przyszły rynek przetworników ciśnienia w Chinach jest pełen nowych niewiadomych.