Tipuri de traductoare de presiune

Introducere simplă a transmițătorului de presiune

Un transmițător de presiune, un senzor de presiune a cărui ieșire este un semnal standard, este un instrument care acceptă o variabilă de presiune și o convertește proporțional într-un semnal standard de ieșire. Acesta poate converti parametrii fizici ai presiunii gazului, lichidului etc. resimțiți de senzorul celulei de sarcină în semnale electrice standard (cum ar fi 4-20mADC etc.) pentru a furniza instrumente secundare, cum ar fi alarme de indicare, înregistratoare, regulatoare etc., pentru măsurare, indicare și reglare a procesului.

Clasificarea traductoarelor de presiune

De obicei, traductoarele de presiune despre care vorbim sunt împărțite conform principiului:
Traducătoare de presiune capacitive, traducătoare de presiune rezistive, traducătoare de presiune inductive, traducătoare de presiune semiconductoare și traducătoare de presiune piezoelectrice pentru măsurarea de înaltă frecvență. Printre acestea, traductoarele de presiune rezistive sunt cele mai utilizate. Traducătorul de presiune capacitiv este reprezentativ pentru produsele de înaltă calitate, cum ar fi transmițătorul 3051S de la Rosemount.

Traductoarele de presiune pot fi împărțite în metal, ceramică, siliciu difuz, siliciu monocristalin, safir, film pulverizat etc., în funcție de componentele sensibile la presiune.

• Transmițătorul de presiune metalic are o precizie slabă, dar are o influență mică a temperaturii și este potrivit pentru zone cu o gamă largă de temperaturi și cerințe de precizie scăzute.
• Senzorii de presiune ceramici au o precizie mai bună, dar sunt mai afectați de temperatură. Ceramica are, de asemenea, avantajul rezistenței la impact și la coroziune, putând fi utilizată în domeniul intervenției.
• Precizia transmisiei presiunii a siliciului difuz este foarte mare, iar deviația de temperatură este, de asemenea, mare, așa că este necesară, în general, compensarea temperaturii înainte de a putea fi utilizat. Mai mult, chiar și după compensarea temperaturii, presiunea peste 125°C nu poate fi măsurată. Cu toate acestea, la temperatura camerei, coeficientul de sensibilitate al siliciului difuz este de 5 ori mai mare decât cel al ceramicii, așa că este utilizat în general în domeniul măsurătorilor de înaltă precizie.
• Transmițătorul de presiune din siliciu monocristalin este cel mai precis senzor din practica industrială. Este o versiune îmbunătățită a senzorului de presiune din siliciu difuz. Bineînțeles, prețul este și el îmbunătățit. În prezent, Yokogawa din Japonia este reprezentantul în domeniul presiunii din siliciu monocristalin.
• Traductorul de presiune din safir nu este sensibil la schimbările de temperatură și are caracteristici bune de funcționare chiar și în condiții de temperatură ridicată; safirul are o rezistență extrem de puternică la radiații; nu are deviație pn; poate funcționa normal în cele mai dificile condiții de lucru și este fiabil. Performanță ridicată, precizie bună, eroare minimă de temperatură și performanță generală ridicată a costurilor.
• Traducătorul de presiune cu peliculă subțire prin pulverizare catodică nu conține niciun adeziv și prezintă o stabilitate și o fiabilitate pe termen lung mai mari decât senzorul tensometru lipicios; este mai puțin afectat de temperatură: când temperatura se modifică cu 100 ℃, deviația la zero este de doar 0,5%. Performanța sa la temperatură este mult superioară senzorului de presiune cu siliciu de difuzie; în plus, poate intra în contact direct cu medii corozive generale.

Principiile diferitelor tipuri de traductoare de presiune

• Principiul transmițătorului de presiune capacitiv.

Când presiunea acționează direct asupra suprafeței diafragmei de măsurare, aceasta produce o mică deformare. Circuitul de înaltă precizie de pe diafragma de măsurare transformă această mică deformare într-un semnal de tensiune extrem de liniar, proporțional cu presiunea și proporțional cu tensiunea de excitație, apoi utilizează un cip dedicat pentru a converti acest semnal de tensiune într-un semnal de curent standard industrial de 4-20mA sau un semnal de tensiune de 1-5V.

• Principiul transmițătorului de presiune cu siliciu difuz

Presiunea mediului măsurat acționează direct asupra diafragmei senzorului (de obicei o diafragmă 316L), determinând diafragma să producă o micro-deplasare proporțională cu presiunea mediului, modificând valoarea rezistenței senzorului și detectând-o cu un circuit Wheatstone. Această modificare, convertind și emițând un semnal de măsurare standard corespunzător acestei presiuni.

• Principiul transmițătorului de presiune din siliciu monocristalin

Senzorii de presiune piezorezistivi sunt construiți folosind efectul piezorezistiv al siliciului monocristalin. Ca element elastic se utilizează o plachetă de siliciu monocristalin. Atunci când presiunea se modifică, siliciul monocristalin produce o deformare, astfel încât rezistența la deformare difuzată direct pe acesta produce o modificare proporțională cu presiunea măsurată, iar apoi semnalul de ieșire de tensiune corespunzător este obținut prin circuitul în punte.

• Principiul transmițătorului de presiune ceramic

Presiunea acționează direct asupra suprafeței frontale a diafragmei ceramice, provocând o ușoară deformare a acesteia. Rezistorul cu peliculă groasă este imprimat pe spatele diafragmei ceramice și conectat la o punte Wheatstone (punte închisă) datorită efectului piezorezistiv al varistorului. Puntea generează un semnal de tensiune extrem de liniar, proporțional cu presiunea și proporțional cu tensiunea de excitație. În general, utilizat pentru măsurarea presiunii compresoarelor de aer, se utilizează mai mult ceramică.

• Principiul transmițătorului de presiune cu manometru extensometru

Cele mai utilizate traductoare de presiune cu tensometru sunt tensometrele metalice și tensometrele semiconductoare. Tensometrul metalic este un tip de dispozitiv sensibil care transformă schimbarea de deformare pe piesa de testare într-un semnal electric. Există două tipuri de tensometre cu fir și tensometre cu folie metalică. De obicei, tensometrul este strâns lipit de matricea de deformare mecanică printr-un adeziv special. Când matricea este supusă unei schimbări de tensiune, tensometrul de rezistență se deformează și el, astfel încât valoarea rezistenței tensometrului se modifică, astfel încât tensiunea aplicată rezistorului se modifică. Traductoarele de presiune cu tensometru sunt relativ rare pe piață.

• Transmițător de presiune din safir

Traductorul de presiune din safir utilizează principiul de funcționare al rezistenței la deformare, adoptă componente sensibile de înaltă precizie din siliciu-safir și convertește semnalul de presiune într-un semnal electric standard printr-un circuit amplificator dedicat.

• Transmițător de presiune prin pulverizare catodică

Elementul sensibil la presiune pentru pulverizare este fabricat prin tehnologie microelectronică, formând o punte Wheatstone fermă și stabilă pe suprafața diafragmei elastice din oțel inoxidabil. Când presiunea mediului măsurat acționează asupra diafragmei elastice din oțel inoxidabil, puntea Wheatstone de pe cealaltă parte produce un semnal electric de ieșire proporțional cu presiunea. Datorită rezistenței sale bune la impact, peliculele pulverizate sunt adesea utilizate în situații cu impacturi frecvente de presiune, cum ar fi echipamentele hidraulice.

Precauții pentru alegerea transmițătorului de presiune

• Selectarea intervalului valorii de presiune a traductorului:

Mai întâi, determinați valoarea maximă a presiunii măsurate în sistem. În general, trebuie să selectați un transmițător cu un interval de presiune de aproximativ 1,5 ori mai mare decât valoarea maximă sau să lăsați intervalul normal de presiune să cadă pe transmițătorul de presiune. 1/3~2/3 din intervalul normal este, de asemenea, o metodă comună.

• Ce fel de mediu de presiune:

Lichidele vâscoase și nămolul vor bloca orificiile de presiune. Solvenții sau substanțele corozive vor distruge materialele din transmițător care intră în contact direct cu aceste medii.
Materialul traductorului de presiune general care intră în contact cu mediul este oțelul inoxidabil 316. Dacă mediul nu este coroziv pentru oțelul inoxidabil 316, atunci practic toți traductorii de presiune sunt potriviți pentru măsurarea presiunii mediului;
Dacă mediul este coroziv pentru oțelul inoxidabil 316, trebuie utilizată o garnitură chimică și măsurare indirectă. Dacă se utilizează tubul capilar umplut cu ulei siliconic pentru a ghida presiunea, se poate preveni coroziunea transmițătorului de presiune și se poate prelungi durata de viață a acestuia.

• Câtă precizie are nevoie emițătorul:

Precizia este determinată de: neliniaritate, histerezis, nerepetabilitate, temperatură, scară de decalaj zero și temperatură. Cu cât precizia este mai mare, cu atât prețul este mai mare. În general, precizia traductorului de presiune cu siliciu difuz este de 0,5 sau 0,25, iar traductorul de presiune cu siliciu capacitiv sau monocristalin are o precizie de 0,1 sau chiar 0,075.

• Conectarea la proces a traductorului:

În general, traductoarele de presiune sunt instalate pe țevi sau rezervoare. Desigur, o mică parte dintre ele sunt instalate și utilizate cu debitmetre. Există de obicei trei forme de instalare a traductoarelor de presiune: cu filet, cu flanșă și cu clemă. Prin urmare, înainte de a selecta traductorul de presiune, trebuie luată în considerare și conexiunea la proces. Dacă este filetată, este necesar să se determine specificațiile filetului. Pentru flanșe, este necesar să se ia în considerare specificațiile flanșei cu diametrul nominal.

Introducere în industria transmițătoarelor de presiune

Aproximativ 40 de țări din întreaga lume sunt implicate în cercetarea și producția de senzori, dintre care Statele Unite, Japonia și Germania sunt regiunile cu cea mai mare producție de senzori. Cele trei țări reprezintă împreună peste 50% din piața mondială de senzori.

În prezent, piața traductoarelor de presiune din țara mea este o piață matură, cu o concentrare ridicată a pieței. Cu toate acestea, poziția dominantă o ocupă țările străine, reprezentate de Emerson, Yokogawa, Siemens etc. Produsele de marcă reprezintă aproximativ 70% din cota de piață și au un avantaj absolut în proiectele inginerești de dimensiuni mari și mijlocii.

Acest lucru se datorează consecințelor adoptării timpurii de către țara mea a strategiei „piaței pentru tehnologie”, care a afectat puternic întreprinderile de stat ale țării mele și a fost cândva într-o stare de eșec, dar, în același timp, unii producători, reprezentați de întreprinderile private din China, apar în liniște și devin mai puternici. Piața viitoare a traductoarelor de presiune din China este plină de noi necunoscute.