Тыпы датчыкаў ціску

Простае самастойнае ўвядзенне датчыка ціску

Датчык ціску, выхад якога ўяўляе сабой стандартны сігнал, — гэта прылада, якая прымае зменную ціску і прапарцыйна пераўтварае яе ў стандартны выхадны сігнал. Ён можа пераўтвараць фізічныя параметры ціску газу, вадкасці і г.д., якія вымяраюцца датчыкам нагрузкі, у стандартныя электрычныя сігналы (напрыклад, 4-20 мАЦП і г.д.) для забеспячэння выкарыстання другасных прыбораў, такіх як індыкацыя сігналізацыі, самапісцы, рэгулятары і г.д., для вымярэння і індыкацыі, а таксама для рэгулявання працэсаў.

Класіфікацыя датчыкаў ціску

Звычайна датчыкі ціску, пра якія мы гаворым, падзяляюцца па прынцыпе:
Ёмістныя датчыкі ціску, рэзістыўныя датчыкі ціску, індуктыўныя датчыкі ціску, паўправадніковыя датчыкі ціску і п'езаэлектрычныя датчыкі ціску для высокачастотных вымярэнняў. Сярод іх найбольш часта выкарыстоўваюцца рэзістыўныя датчыкі ціску. Ёмістны датчык ціску — гэта пераўтваральнік Rosemount 3051S, які з'яўляецца прадстаўніком высакаякасных прадуктаў.

Датчыкі ціску можна падзяліць на металічныя, керамічныя, дыфузныя крэмніевыя, монакрышталічныя крэмніевыя, сапфіравыя, распыленыя плёнкавыя і г.д. у залежнасці ад кампанентаў, адчувальных да ціску.

• Металічны перадатчык ціску мае нізкую дакладнасць, але мала ўплывае на тэмпературу і падыходзіць для абласцей з шырокім дыяпазонам тэмператур і нізкімі патрабаваннямі да дакладнасці.
• Керамічныя датчыкі ціску маюць лепшую дакладнасць, але больш схільныя да тэмпературнага ўздзеяння. Кераміка таксама мае перавагу ў выглядзе ўдаратрываласці і каразійнай устойлівасці, што дазваляе выкарыстоўваць яе ў галіне рэагавання.
• Дакладнасць перадачы ціску дыфузнага крэмнію вельмі высокая, а тэмпературны дрэйф таксама вялікі, таму звычайна патрабуецца тэмпературная кампенсацыя перад яго выкарыстаннем. Больш за тое, нават пасля тэмпературнай кампенсацыі ціск вышэй за 125°C вымераць немагчыма. Аднак пры пакаёвай тэмпературы каэфіцыент адчувальнасці дыфузнага крэмнію ў 5 разоў вышэйшы, чым у керамікі, таму ён звычайна выкарыстоўваецца ў галіне высокадакладных вымярэнняў.
• Монакрышталічны крэмніевы пераўтваральнік ціску з'яўляецца найбольш дакладным датчыкам у прамысловай практыцы. Гэта ўдасканаленая версія дыфузнага крэмнію. Вядома, цана таксама палепшылася. У цяперашні час прадстаўніком у галіне монакрышталічнага крэмніевага пераўтваральніка ціску з'яўляецца японская кампанія Yokogawa.
• Сапфіравы пераўтваральнік ціску не адчувальны да змен тэмпературы і мае добрыя працоўныя характарыстыкі нават ва ўмовах высокіх тэмператур; сапфір мае надзвычай высокую радыяцыйную ўстойлівасць; адсутнасць pn-дрэйфу; ён можа нармальна працаваць у самых неспрыяльных умовах эксплуатацыі і надзейны. Высокая прадукцыйнасць, добрая дакладнасць, мінімальная тэмпературная памылка і высокая агульная эканамічнасць.
• Распыляльны тонкаплёнкавы датчык ціску не ўтрымлівае клею і дэманструе больш высокую доўгатэрміновую стабільнасць і надзейнасць, чым клейкі тэнзаметр; ён менш схільны да тэмпературнага ўздзеяння: пры змене тэмпературы на 100 ℃ дрэйф нуля складае ўсяго 0,5%. Яго тэмпературныя характарыстыкі значна пераўзыходзяць дыфузійны крэмніевы датчык ціску; акрамя таго, ён можа непасрэдна кантактаваць з агульнымі агрэсіўнымі асяроддзямі.

Прынцыпы розных тыпаў датчыкаў ціску

• Прынцып дзеяння ёмістнага датчыка ціску.

Калі ціск непасрэдна ўздзейнічае на паверхню вымяральнай дыяфрагмы, яна стварае невялікую дэфармацыю. Высокадакладная схема на вымяральнай дыяфрагме пераўтварае гэтую невялікую дэфармацыю ў высокалінейнае напружанне, прапарцыйнае ціску і прапарцыйнае напрузе ўзбуджэння, а затым з дапамогай спецыяльнай мікрасхемы гэты сігнал напружання пераўтвараецца ў стандартны прамысловы сігнал току 4-20 мА або сігнал напружання 1-5 В.

• Прынцып дыфузнага крэмніевага пераўтваральніка ціску

Ціск вымяранага асяроддзя непасрэдна ўздзейнічае на дыяфрагму датчыка (звычайна дыяфрагму з нержавеючай сталі 316L), прымушаючы дыяфрагму ствараць мікразрушэнне, прапарцыйнае ціску асяроддзя, змяняючы значэнне супраціву датчыка і выяўляючы гэта з дапамогай ланцуга Уітстана. Гэта змяненне пераўтвараецца і выводзіцца стандартны вымяральны сігнал, які адпавядае гэтаму ціску.

• Прынцып працы пераўтваральніка ціску з монакрышталічнага крэмнію

П'езарэзістыўныя датчыкі ціску пабудаваны з выкарыстаннем п'езарэзістыўнага эфекту монакрышталічнага крэмнію. У якасці пругкага элемента выкарыстоўваецца монакрышталічная крэмніевая пласціна. Пры змене ціску монакрышталічны крэмній стварае дэфармацыю, так што супраціўленне дэфармацыі, якое непасрэдна распаўсюджваецца на яго, выклікае змяненне, прапарцыйнае вымеранаму ціску, і затым маставая схема атрымлівае адпаведны сігнал выхаднога напружання.

• Прынцып керамічнага пераўтваральніка ціску

Ціск непасрэдна ўздзейнічае на пярэднюю паверхню керамічнай дыяфрагмы, выклікаючы яе невялікую дэфармацыю. Тоўстаплёнкавы рэзістар надрукаваны на задняй паверхні керамічнай дыяфрагмы і падлучаны да моста Уітстана (замкнёны мост) дзякуючы п'езарэзістыўнаму эфекту варыстара. Мост генеруе высокалінейны сігнал напружання, прапарцыйны ціску і прапарцыйны напрузе ўзбуджэння. Звычайна выкарыстоўваецца для вымярэння ціску паветраных кампрэсараў, часцей выкарыстоўваецца кераміка.

• Прынцып працы тэнзаметрычнага датчыка ціску

Найбольш распаўсюджанымі тэнзаметрамі-перадатчыкамі ціску з'яўляюцца металічныя тэнзаметры супраціву і паўправадніковыя тэнзаметры. Металічныя тэнзаметры супраціву - гэта адчувальная прылада, якая пераўтварае змяненне напружання на выпрабавальным узоры ў электрычны сігнал. Існуе два тыпы тэнзаметраў: драцяныя і металічныя фальгіраваныя. Звычайна тэнзаметр шчыльна злучаны з матрыцай механічных дэфармацый з дапамогай спецыяльнага клею. Калі матрыца падвяргаецца змене напружання, тэнзаметр супраціву таксама дэфармуецца, так што значэнне супраціву тэнзаметра змяняецца, такім чынам змяняецца напружанне, прыкладзенае да рэзістара. Тэнзаметры-перадатчыкі ціску адносна рэдкія на рынку.

• Сапфіравы датчык ціску

Сапфіравы датчык ціску выкарыстоўвае прынцып працы на аснове супраціву дэфармацыі, выкарыстоўвае высокадакладныя кампаненты з крэмнію і сапфіру, адчувальныя да яго, і пераўтварае сігнал ціску ў стандартны электрычны сігнал праз спецыяльную схему ўзмацняльніка.

• Датчык ціску распыляльнай плёнкі

Распыляльны адчувальны да ціску элемент выраблены з выкарыстаннем мікраэлектроннай тэхналогіі, утвараючы трывалы і стабільны масток Уітстана на паверхні эластычнай дыяфрагмы з нержавеючай сталі. Калі ціск вымяранага асяроддзя ўздзейнічае на эластычную дыяфрагму з нержавеючай сталі, масток Уітстана з іншага боку стварае электрычны выхадны сігнал, прапарцыйны ціску. Дзякуючы добрай ударатрываласці, распыленыя плёнкі часта выкарыстоўваюцца ў выпадках частых уздзеянняў ціску, напрыклад, у гідраўлічным абсталяванні.

Меры засцярогі пры выбары датчыка ціску

• Выбар дыяпазону значэнняў ціску перадатчыка:

Спачатку вызначце максімальнае значэнне вымеранага ціску ў сістэме. Як правіла, трэба выбраць перадатчык з дыяпазонам ціску, які прыкладна ў 1,5 разы большы за максімальнае значэнне, або дазволіць перадатчыку ціску знаходзіцца ў межах нармальнага дыяпазону. Таксама распаўсюджаным метадам з'яўляецца дыяпазон ад 1/3 да 2/3 нармальнага дыяпазону.

• Які тып ціску асяроддзя:

Глейкія вадкасці і бруд заблакуюць напорныя порты. Ці могуць растваральнікі або каразійныя рэчывы разбурыць матэрыялы перадатчыка, якія непасрэдна кантактуюць з гэтымі асяроддзямі?
Матэрыял агульнага пераўтваральніка ціску, які кантактуе з асяроддзем, - гэта нержавеючая сталь 316. Калі асяроддзе не выклікае карозіі ў дачыненні да нержавеючай сталі 316, то практычна ўсе пераўтваральнікі ціску падыходзяць для вымярэння ціску асяроддзя;
Калі асяроддзе выклікае карозію ў дачыненні да нержавеючай сталі 316, варта выкарыстоўваць хімічнае ўшчыльненне і ўскоснае вымярэнне. Калі для накіравання ціску выкарыстоўваецца капілярная трубка, запоўненая сіліконавым алеем, гэта можа прадухіліць карозію датчыка ціску і падоўжыць тэрмін яго службы.

• Якая дакладнасць патрэбна перадатчыку:

Дакладнасць вызначаецца: нелінейнасцю, гістэрэзісам, непаўтаральнасцю, тэмпературай, шкалой зрушэння нуля і тэмпературай. Чым вышэй дакладнасць, тым вышэйшы кошт. Звычайна дакладнасць дыфузнага крэмніевага датчыка ціску складае 0,5 або 0,25, а ёмістнага або монакрышталічнага крэмніевага датчыка ціску мае дакладнасць 0,1 або нават 0,075.

• Працэс падключэння перадатчыка:

Звычайна датчыкі ціску ўсталёўваюцца на трубах або рэзервуарах. Вядома, невялікая частка з іх усталёўваецца і выкарыстоўваецца з расходомерамі. Звычайна існуе тры тыпы мантажу датчыкаў ціску: разьбовыя, фланцавыя і хамутныя. Таму перад выбарам датчыка ціску неабходна ўлічваць і тэхналагічнае злучэнне. Калі яно разьбовае, неабходна вызначыць спецыфікацыю разьбы. Для фланцаў неабходна ўлічваць спецыфікацыі фланцаў намінальнага дыяметра.

Увядзенне ў галіну перадатчыкаў ціску

Каля 40 краін свету займаюцца даследаваннямі і вытворчасцю датчыкаў, з якіх ЗША, Японія і Германія з'яўляюцца рэгіёнамі з найбольшай вытворчасцю датчыкаў. На гэтыя тры краіны разам прыпадае больш за 50% сусветнага рынку датчыкаў.

У наш час рынак датчыкаў ціску ў маёй краіне з'яўляецца развітым рынкам з высокай канцэнтрацыяй. Аднак дамінуючую пазіцыю займаюць замежныя краіны, прадстаўленыя Emerson, Yokogawa, Siemens і г.д. Фірмовая прадукцыя займае каля 70% рынку і мае абсалютную перавагу ў буйных і сярэдніх інжынерных праектах.

Гэта звязана з наступствамі ранняга прыняцця маёй краінай стратэгіі «рынку тэхналогій», якая моцна ўдарыла па дзяржаўных прадпрыемствах маёй краіны і калісьці знаходзілася ў стане няўдачы, але ў той жа час некаторыя вытворцы, прадстаўленыя прыватнымі прадпрыемствамі Кітая, ціха з'яўляюцца і ўмацоўваюцца. Будучы рынак датчыкаў ціску Кітая поўны новых невядомых.