Видове предаватели на налягане

Лесно самостоятелно въвеждане на предавател на налягане

Като сензор за налягане, чийто изход е стандартен сигнал, предавателят на налягане е инструмент, който приема променлива на налягането и я преобразува пропорционално в стандартен изходен сигнал. Той може да преобразува физическите параметри на налягането на газ, течност и др., усещани от сензора за натоварване, в стандартни електрически сигнали (като 4-20mADC и др.), за да осигури вторични инструменти, като например аларми, записващи устройства, регулатори и др., за измерване и индикация, както и за регулиране на процесите.

Класификация на предавателите на налягане

Обикновено преобразувателите на налягане, за които говорим, се разделят според принципа:
Капацитивни предаватели за налягане, резистивни предаватели за налягане, индуктивни предаватели за налягане, полупроводникови предаватели за налягане и пиезоелектрични предаватели за налягане за високочестотни измервания. Сред тях резистивните предаватели за налягане са най-използваните. Капацитивният предавател за налягане е предавателят 3051S на Rosemount, представител на продукти от висок клас.

Предавателите на налягане могат да бъдат разделени на метални, керамични, дифузиран силиций, монокристален силиций, сапфир, разпрашен филм и др. според компонентите, чувствителни на налягане.

• Металният предавател на налягане има ниска точност, но има малко температурно влияние и е подходящ за зони с широк температурен диапазон и ниски изисквания за точност.
• Керамичните сензори за налягане имат по-добра точност, но са по-силно повлияни от температурата. Керамиката също така има предимството на устойчивост на удар и корозия, което може да се използва в областта на реакцията.
• Точността на предаване на налягане на дифузния силиций е много висока, а температурният дрейф също е голям, така че обикновено е необходима температурна компенсация, преди да може да се използва. Освен това, дори след температурна компенсация, налягането над 125°C не може да бъде измерено. При стайна температура обаче коефициентът на чувствителност на дифузния силиций е 5 пъти по-висок от този на керамиката, така че той обикновено се използва в областта на високопрецизните измервания.
• Монокристалният силициев предавател за налягане е най-точният сензор в индустриалната практика. Той е подобрена версия на дифузен силиций. Разбира се, цената също е подобрена. В момента Yokogawa от Япония е представител в областта на монокристалния силициев предавател за налягане.
• Сапфиреният предавател на налягане не е чувствителен към температурни промени и има добри работни характеристики дори при високи температурни условия; сапфирът има изключително силна радиационна устойчивост; няма pn дрейф; може да работи нормално при най-лоши работни условия и е надежден. Висока производителност, добра точност, минимална температурна грешка и висока обща цена.
• Разпрашителният тънък филмов предавател на налягане не съдържа лепило и показва по-висока дългосрочна стабилност и надеждност от лепкавия тензодатчик; той е по-малко повлиян от температурата: когато температурата се промени със 100 ℃, нулевото отклонение е само 0,5%. Температурните му характеристики са много по-добри от тези на дифузионния силициев сензор за налягане; освен това, той може да бъде в директен контакт с общи корозивни среди.

Принципи на различните видове предаватели на налягане

• Принципът на капацитивен предавател на налягане.

Когато налягането действа директно върху повърхността на измервателната диафрагма, тя създава малка деформация. Високопрецизната схема на измервателната диафрагма трансформира тази малка деформация в силно линейно напрежение, пропорционално на налягането и пропорционално на възбуждащото напрежение, и след това използва специален чип за преобразуване на този напреженов сигнал в стандартен за индустрията токов сигнал 4-20mA или напреженов сигнал 1-5V.

• Принципът на дифузния силициев предавател на налягане

Налягането на измерваната среда действа директно върху диафрагмата на сензора (обикновено диафрагма от 316L), което води до микроизместване на диафрагмата, пропорционално на налягането на средата. Променя стойността на съпротивлението на сензора и го регистрира с помощта на верига на Уитстон. Тази промяна се преобразува и извежда стандартен измервателен сигнал, съответстващ на това налягане.

• Принцип на монокристалния силициев предавател на налягане

Пиезорезистивните сензори за налягане са конструирани с помощта на пиезорезистивния ефект на монокристалния силиций. Монокристалната силициева пластина се използва като еластичен елемент. Когато налягането се промени, монокристалният силиций създава напрежение, така че съпротивлението на напрежение, директно разпръснато върху него, предизвиква промяна, пропорционална на измереното налягане, и след това съответният изходен сигнал на напрежение се получава от мостовата схема.

• Принцип на керамичния предавател на налягане

Налягането действа директно върху предната повърхност на керамичната диафрагма, причинявайки лека деформация на диафрагмата. Дебелослойният резистор е отпечатан на гърба на керамичната диафрагма и е свързан към мост на Уитстон (затворен мост) поради пиезорезистивния ефект на варистора. Мостът генерира силно линеен сигнал на напрежение, пропорционален на налягането и пропорционален на възбуждащото напрежение. Обикновено се използва за измерване на налягането на въздушни компресори, като се използва повече керамика.

• Принцип на тензодатчика за налягане

Най-често използваните тензодатчици за налягане са метални съпротивителни тензодатчици и полупроводникови тензодатчици. Металните съпротивителни тензодатчици са вид чувствително устройство, което преобразува промяната в напрежението върху изпитваното тяло в електрически сигнал. Има два вида тензодатчици с тел и метално фолио. Обикновено тензодатчиците са здраво свързани с механичната матрица за напрежение чрез специално лепило. Когато матрицата е подложена на промяна в напрежението, тензодатчиците също се деформират, така че стойността на съпротивлението на тензодатчика се променя, а оттам и напрежението, приложено към резистора. Тензодатчиците за налягане са сравнително рядко срещани на пазара.

• Сапфирен предавател на налягане

Сапфиреният предавател за налягане използва принципа на работа, базиран на съпротивление на опън, използва високопрецизни силициево-сапфирени чувствителни компоненти и преобразува сигнала за налягане в стандартен електрически сигнал чрез специална усилвателна схема.

• Предавател за налягане на разпрашително фолио

Разпрашителният чувствителен към налягане елемент е произведен по микроелектронна технология, образувайки здрав и стабилен мост на Уитстон върху повърхността на еластичната диафрагма от неръждаема стомана. Когато налягането на измерваната среда действа върху еластичната диафрагма от неръждаема стомана, мостът на Уитстон от другата страна произвежда електрически изходен сигнал, пропорционален на налягането. Поради добрата си устойчивост на удар, разпрашените филми често се използват в случаи с чести въздействия на налягане, като например в хидравлично оборудване.

Предпазни мерки при избор на предавател на налягане

• Избор на диапазон на стойност на налягането на трансмитера:

Първо определете максималната стойност на измереното налягане в системата. Най-общо казано, трябва да изберете предавател с диапазон на налягане, който е около 1,5 пъти по-голям от максималната стойност, или да оставите нормалния диапазон на налягане да попада върху предавателя на налягане. 1/3~2/3 от нормалния диапазон също е често срещан метод.

• Какъв вид среда за налягане:

Вискозни течности и кал ще блокират напорните отвори. Разтворителите или корозивните вещества ще разрушат материалите в трансмитера, които са в пряк контакт с тези среди.
Материалът на общия предавател за налягане, който е в контакт със средата, е неръждаема стомана 316. Ако средата не е корозивна за неръждаема стомана 316, тогава по принцип всички предаватели за налягане са подходящи за измерване на налягането на средата;
Ако средата е корозивна за неръждаема стомана 316, трябва да се използва химическо уплътнение и да се извършва индиректно измерване. Ако капилярната тръба, запълнена със силиконово масло, се използва за насочване на налягането, това може да предотврати корозията на предавателя на налягане и да удължи живота му.

• Каква точност е необходима на предавателя:

Точността се определя от: нелинейност, хистерезис, неповторяемост, температура, скала на нулево отместване и температура. Колкото по-висока е точността, толкова по-висока е цената. Обикновено точността на дифузния силициев предавател за налягане е 0,5 или 0,25, а капацитивният или монокристален силициев предавател за налягане има точност от 0,1 или дори 0,075.

• Процесно свързване на предавателя:

Обикновено, предавателите на налягане се монтират на тръби или резервоари. Разбира се, малка част от тях се монтират и използват с разходомери. Обикновено има три начина за монтаж на предаватели на налягане: резба, фланец и скоба. Следователно, преди да изберете предавател на налягане, трябва да се вземе предвид и технологичната връзка. Ако е резбована, е необходимо да се определи спецификацията на резбата. За фланци е необходимо да се вземат предвид спецификациите на фланеца с номинален диаметър.

Въведение в индустрията за предаватели на налягане

Около 40 държави по света се занимават с изследвания и производство на сензори, като Съединените щати, Япония и Германия са регионите с най-голямо производство на сензори. Трите държави заедно представляват повече от 50% от световния пазар на сензори.

В днешно време пазарът на предаватели за налягане в моята страна е зрял пазар с висока пазарна концентрация. Доминираща позиция обаче заемат чуждестранните страни, представени от Emerson, Yokogawa, Siemens и др. Марковите продукти заемат около 70% от пазарния дял и имат абсолютно предимство в големи и средни инженерни проекти.

Това се дължи на последиците от ранното приемане на стратегията „пазар за технологии“ в моята страна, която засегна силно държавните предприятия в страната ми и някога беше в състояние на провал. В същото време обаче някои производители, представлявани от частни китайски предприятия, тихо се появяват и стават по-силни. Бъдещият пазар на предаватели на налягане в Китай е пълен с нови неизвестни.