Типи датчиків тиску

Просте самовведення датчика тиску

Як датчик тиску, вихідним сигналом якого є стандартний сигнал, передавач тиску є інструментом, який приймає змінний тиск і перетворює його в стандартний вихідний сигнал у пропорції.Він може перетворювати фізичні параметри тиску газу, рідини тощо, які відчуває датчик тензодатчика, у стандартні електричні сигнали (наприклад, 4-20 мАЦП тощо), щоб забезпечити додаткові інструменти, такі як сигналізатори, реєстратори, регулятори тощо для вимірювання та індикація І регулювання процесу.

Класифікація датчиків тиску

Зазвичай передавачі тиску, про які ми говоримо, поділяються за принципом:
Ємнісні передавачі тиску, резистивні передавачі тиску, індуктивні передавачі тиску, напівпровідникові передавачі тиску та п’єзоелектричні передавачі тиску для високочастотного вимірювання.Серед них найбільше використовуються резистивні передавачі тиску.Ємнісний передавач тиску розглядає передавач Rosemount 3051S як представник високоякісної продукції.

Залежно від компонентів, чутливих до тиску, передавачі тиску можна розділити на металеві, керамічні, дифузійний кремній, монокристалічний кремній, сапфір, напилену плівку тощо.

• Металевий датчик тиску має низьку точність, але має незначний температурний вплив і підходить для областей з широким діапазоном температур і низькими вимогами до точності.
• Керамічні датчики тиску мають кращу точність, але на них більше впливає температура.Кераміка також має перевагу ударостійкості та корозійної стійкості, які можуть бути використані в області реагування.
• Точність передачі тиску розсіяного кремнію дуже висока, а температурний дрейф також великий, тому, як правило, потрібна температурна компенсація, перш ніж його можна буде використовувати.Більше того, навіть після температурної компенсації тиск вище 125°C неможливо виміряти.Однак при кімнатній температурі коефіцієнт чутливості розсіяного кремнію в 5 разів перевищує чутливість кераміки, тому він зазвичай використовується в області високоточних вимірювань.
• Монокристалічний кремнієвий датчик тиску є найточнішим датчиком у промисловій практиці.Це модернізована версія дифузного кремнію.Звичайно, ціна також підвищується.В даний час представником в області тиску монокристалічного кремнію є японська Yokogawa.
• Сапфіровий датчик тиску не чутливий до температурних перепадів і має хороші робочі характеристики навіть в умовах високих температур;сапфір має надзвичайно сильну радіаційну стійкість;відсутність дрейфу pn;він може нормально працювати в найгірших робочих умовах і є надійним Висока продуктивність, хороша точність, мінімальна похибка температури та висока загальна продуктивність.
• Тонкоплівковий передавач тиску для розпилення не містить клею, і він демонструє більш високу довгострокову стабільність і надійність, ніж липкий тензодатчик;на нього менше впливає температура: коли температура змінюється на 100 ℃, дрейф нуля становить лише 0,5%.Його температурні характеристики набагато перевершують дифузійний кремнієвий датчик тиску;крім того, він може безпосередньо контактувати із загальними корозійними середовищами.

Принципи роботи різних типів датчиків тиску

• Принцип роботи ємнісного передавача тиску.

Коли тиск безпосередньо діє на поверхню вимірювальної діафрагми, діафрагма виробляє невелику деформацію.Високоточна схема на вимірювальній діафрагмі перетворює цю невелику деформацію в високолінійну напругу, пропорційну тиску і пропорційну напрузі збудження.Подайте сигнал, а потім використовуйте спеціальний чіп для перетворення цього сигналу напруги в промисловий стандартний сигнал струму 4-20 мА або сигнал напруги 1-5 В.

• Принцип дії дифузного кремнієвого передавач тиску

Тиск вимірюваного середовища безпосередньо діє на діафрагму датчика (зазвичай діафрагма 316L), змушуючи діафрагму виробляти мікрозміщення, пропорційне тиску середовища, змінюючи значення опору датчика та виявляючи його за допомогою Контур Уітстона Ця зміна, перетворення та вихід стандартного вимірювального сигналу, відповідного цьому тиску.

• Принцип роботи монокристалічного кремнієвого передавача тиску

П'єзорезистивні датчики тиску створені з використанням п'єзорезистивного ефекту монокристалічного кремнію.В якості пружного елемента використовується монокристалічна кремнієва пластина.Коли тиск змінюється, монокристалічний кремній створює деформацію, так що опір деформації, безпосередньо розсіяний на ньому, виробляє зміну, пропорційну вимірюваному тиску, і тоді відповідний вихідний сигнал напруги отримує мостова схема.

• Принцип роботи керамічного датчика тиску

Тиск безпосередньо діє на передню поверхню керамічної діафрагми, викликаючи незначну деформацію діафрагми.Товстоплівковий резистор надрукований на задній частині керамічної діафрагми і підключений до моста Уітстона (закритого моста) завдяки п'єзорезистивному ефекту варистора. Міст генерує високолінійний сигнал напруги, пропорційний тиску і пропорційний напрузі збудження. .Зазвичай використовується для вимірювання тиску повітряних компресорів, більше використовується кераміка.

• Принцип роботи тензометричного датчика тиску

Найбільш часто використовуваними тензометричними датчиками тиску є металеві опорні тензодатчики та напівпровідникові тензодатчики.Металевий тензодатчик опору є різновидом чутливого пристрою, який перетворює зміну деформації випробуваного зразка в електричний сигнал.Існує два види тензодатчика з дроту та тензодатчика з металевої фольги.Зазвичай тензодатчик щільно прикріплюється до матриці механічної деформації за допомогою спеціального клею.Коли матриця піддається зміні напруги, тензодатчик опору також деформується, так що значення опору тензодатчика змінюється, так що змінюється напруга, прикладена до резистора.Тензодатчики тиску є відносно рідкісними на ринку.

• Сапфіровий датчик тиску

Сапфіровий передавач тиску використовує принцип дії стійкості до деформації, використовує високоточні чутливі компоненти з кремнію і сапфіру та перетворює сигнал тиску в стандартний електричний сигнал через спеціальну схему підсилювача.

• Датчик тиску напилювальної плівки

Чутливий до тиску розпилення елемент виготовлений за технологією мікроелектроніки, утворюючи міцний і стабільний міст Уітстона на поверхні еластичної діафрагми з нержавіючої сталі.Коли тиск вимірюваного середовища діє на еластичну діафрагму з нержавіючої сталі, міст Уітстона з іншого боку виробляє електричний вихідний сигнал, пропорційний тиску.Завдяки хорошій ударостійкості плівки, що розпилюються, часто використовуються у випадках з частим тиском, наприклад, гідравлічне обладнання.

Запобіжні заходи щодо вибору датчика тиску

• Вибір значення діапазону тиску передавача:

Спочатку визначають максимальне значення вимірюваного тиску в системі.Взагалі кажучи, вам потрібно вибрати датчик з діапазоном тиску, який приблизно в 1,5 рази перевищує максимальне значення, або дозволити нормальному діапазону тиску впасти на датчик тиску.1/3~2/3 нормального діапазону також є поширеним методом.

• Яке середовище тиску:

В’язкі рідини та бруд заблокують напірні порти.Чи знищать розчинники або корозійні речовини матеріали в передавачі, які безпосередньо контактують з цими середовищами.
Матеріалом загального датчика тиску, який контактує із середовищем, є нержавіюча сталь марки 316.Якщо середовище не є корозійним для нержавіючої сталі 316, то в основному всі датчики тиску підходять для вимірювання тиску середовища;
Якщо середовище є корозійним для нержавіючої сталі 316, слід використовувати хімічне ущільнення та використовувати непрямі вимірювання.Якщо для регулювання тиску використовується капілярна трубка, наповнена силіконовою олією, це може запобігти корозії датчика тиску та продовжити термін служби датчика тиску.

• Яка точність потрібна передавачу:

Точність визначається: нелінійністю, гістерезисом, неповторюваністю, температурою, шкалою нульового зміщення та температурою.Чим вище точність, тим вище ціна.Як правило, точність дифузійного кремнієвого датчика тиску становить 0,5 або 0,25, а ємнісного або монокристалічного кремнієвого передавач тиску має точність 0,1 або навіть 0,075.

• Процес підключення передавача:

Як правило, датчики тиску встановлюються на трубах або резервуарах.Звичайно, невелика їх частина встановлюється і використовується з витратомірами.Зазвичай є три форми установки передавачів тиску: різьбовий, фланцевий і затискний.Тому перед вибором перетворювача тиску необхідно також враховувати підключення до процесу.Якщо він різьбовий, необхідно визначити специфікацію різьблення.Для фланців необхідно враховувати технічні характеристики фланців номінального діаметра.

Введення в індустрію датчиків тиску

Близько 40 країн світу займаються дослідженнями та виробництвом датчиків, серед яких США, Японія та Німеччина є регіонами з найбільшою продуктивністю датчиків.На ці три країни разом припадає понад 50% світового ринку датчиків.

Нині ринок датчиків тиску в моїй країні є зрілим ринком із високою концентрацією ринку.Однак домінуюче положення займають зарубіжні країни, представлені компаніями Emerson, Yokogawa, Siemens та ін. Брендові вироби займають близько 70% частки ринку і мають абсолютну перевагу у великих і середніх інженерних проектах.

Це пов’язано з наслідками раннього прийняття моєю країною стратегії «ринку технологій», яка дуже сильно вдарила по державним підприємствам моєї країни і колись зазнала краху, але водночас деякі виробники представляли приватними підприємствами Китаю, тихо з'являтися і ставати сильнішими.Майбутній ринок датчиків тиску в Китаї сповнений нових невідомостей.