Vrste tlačnih oddajnikov

Preprosta samostojna predstavitev tlačnega oddajnika

Kot tlačni senzor, katerega izhod je standardiziran signal, je tlačni oddajnik instrument, ki sprejema tlačno spremenljivko in jo sorazmerno pretvarja v standardiziran izhodni signal. Fizične parametre tlaka plina, tekočine itd., ki jih zazna merilna celica, lahko pretvori v standardizirane električne signale (kot je 4–20 mADC itd.), da zagotovi sekundarne instrumente, kot so prikazovalni alarmi, snemalniki, regulatorji itd., za merjenje in prikazovanje ter regulacijo procesov.

Klasifikacija tlačnih oddajnikov

Običajno so tlačni oddajniki, o katerih govorimo, razdeljeni po načelu:
Kapacitivni tlačni oddajniki, uporovni tlačni oddajniki, induktivni tlačni oddajniki, polprevodniški tlačni oddajniki in piezoelektrični tlačni oddajniki za visokofrekvenčne meritve. Med njimi so najpogosteje uporabljeni uporovni tlačni oddajniki. Kapacitivni tlačni oddajnik je Rosemountov oddajnik 3051S kot predstavnik vrhunskih izdelkov.

Tlačne oddajnike lahko glede na tlačno občutljive komponente razdelimo na kovinske, keramične, difuzirane silicijeve, monokristalne silicijeve, safirne, razpršene filmske itd.

• Kovinski oddajnik tlaka ima slabo natančnost, vendar majhen vpliv temperature in je primeren za območja s širokim temperaturnim razponom in nizkimi zahtevami glede natančnosti.
• Keramični tlačni senzorji imajo boljšo natančnost, vendar nanje bolj vpliva temperatura. Keramika ima tudi prednost odpornosti na udarce in korozijo, kar se lahko uporablja na področju odziva.
• Natančnost prenosa tlaka pri difuziranem siliciju je zelo visoka, temperaturni drift pa je tudi velik, zato je pred uporabo običajno potrebna temperaturna kompenzacija. Poleg tega tlaka nad 125 °C ni mogoče izmeriti niti po temperaturni kompenzaciji. Vendar pa je pri sobni temperaturi koeficient občutljivosti difuziranega silicija 5-krat večji od koeficienta občutljivosti keramike, zato se običajno uporablja na področju visoko natančnih meritev.
• Monokristalni silicijev oddajnik tlaka je najnatančnejši senzor v industrijski praksi. Gre za nadgrajeno različico difuznega silicija. Seveda je nadgrajena tudi cena. Trenutno je japonska Yokogawa predstavnik na področju monokristalnega silicijevega tlaka.
• Safirni tlačni oddajnik ni občutljiv na temperaturne spremembe in ima dobre delovne lastnosti tudi pri visokih temperaturah; safir ima izjemno močno odpornost na sevanje; brez pn drifta; lahko normalno deluje tudi v najslabših delovnih pogojih in je zanesljiv. Visoka zmogljivost, dobra natančnost, minimalna temperaturna napaka in visoka skupna stroškovna učinkovitost.
• Razpršilni tankoplastni tlačni oddajnik ne vsebuje lepila in kaže večjo dolgoročno stabilnost in zanesljivost kot lepljivi senzor napetosti; nanj manj vpliva temperatura: ko se temperatura spremeni za 100 ℃, je ničelni premik le 0,5 %. Njegova temperaturna zmogljivost je veliko boljša od difuzijskega silicijevega tlačnega senzorja; poleg tega pa lahko pride v neposreden stik s splošno korozivnimi mediji.

Načela različnih vrst tlačnih oddajnikov

• Načelo kapacitivnega tlačnega oddajnika.

Ko tlak neposredno deluje na površino merilne membrane, ta povzroči majhno deformacijo. Visoko precizno vezje na merilni membrani pretvori to majhno deformacijo v visoko linearen napetostni signal, sorazmeren s tlakom in vzbujevalno napetostjo, nato pa se ta napetostni signal s pomočjo namenskega čipa pretvori v industrijski standardni tokovni signal 4–20 mA ali napetostni signal 1–5 V.

• Načelo difuznega silicijevega oddajnika tlaka

Tlak merjenega medija neposredno deluje na membrano senzorja (običajno membrano iz nerjavečega jekla 316L), zaradi česar membrana ustvari mikropremik, sorazmeren s tlakom medija, kar spremeni vrednost upora senzorja in jo zazna z Wheatstoneovim vezjem. To spremembo pretvori in odda standardni merilni signal, ki ustreza temu tlaku.

• Načelo monokristalnega silicijevega tlačnega oddajnika

Piezorezistivni tlačni senzorji so izdelani z uporabo piezorezistivnega učinka monokristalnega silicija. Kot elastični element se uporablja monokristalna silicijeva rezina. Ko se tlak spremeni, monokristalni silicij ustvari deformacijo, tako da deformacijska upornost, ki neposredno difundira nanj, povzroči spremembo, sorazmerno z izmerjenim tlakom, nato pa mostično vezje dobi ustrezen izhodni napetostni signal.

• Načelo keramičnega tlačnega oddajnika

Tlak deluje neposredno na sprednjo površino keramične membrane, kar povzroči njeno rahlo deformacijo. Debeloslojni upor je natisnjen na zadnji strani keramične membrane in je zaradi piezoresistivnega učinka varistorja povezan z Wheatstonovim mostom (zaprti most). Most ustvarja zelo linearen napetostni signal, sorazmeren s tlakom in vzbujevalno napetostjo. Na splošno se uporablja za merjenje tlaka v zračnih kompresorjih, pogosteje pa se uporablja keramika.

• Načelo oddajnika tlaka z merilnikom deformacij

Najpogosteje uporabljeni oddajniki tlaka z deformacijskimi merilniki so kovinski uporovni merilniki in polprevodniški merilniki. Kovinski uporovni merilniki so občutljiva naprava, ki pretvarja spremembo napetosti na preskušancu v električni signal. Obstajata dve vrsti žičnih merilnikov in kovinskih folijskih merilnikov. Običajno je merilnik tesno vezan na matrico mehanskih deformacij s posebnim lepilom. Ko je matrica izpostavljena spremembi napetosti, se deformacijski merilnik deformira tudi, tako da se vrednost upora merilnika spremeni, tako da se spremeni napetost, ki se uporablja na uporu. Oddajniki tlaka z deformacijskimi merilniki so na trgu relativno redki.

• Safirni oddajnik tlaka

Safirni tlačni oddajnik uporablja princip delovanja na podlagi odpornosti na deformacijo, uporablja visoko natančne silicij-safirne komponente in pretvarja tlačni signal v standardni električni signal prek namenskega ojačevalnega vezja.

• Oddajnik tlaka razpršilnega filma

Razpršilni element, občutljiv na pritisk, je izdelan z mikroelektronsko tehnologijo in na površini elastične membrane iz nerjavečega jekla tvori trden in stabilen Wheatstonov most. Ko tlak merjenega medija deluje na elastično membrano iz nerjavečega jekla, Wheatstonov most na drugi strani ustvari električni izhodni signal, sorazmeren tlaku. Zaradi dobre odpornosti na udarce se razpršene folije pogosto uporabljajo v primerih s pogostimi tlačnimi udarci, kot je hidravlična oprema.

Previdnostni ukrepi pri izbiri tlačnega oddajnika

• Izbira vrednosti območja tlaka oddajnika:

Najprej določite najvišjo vrednost izmerjenega tlaka v sistemu. Na splošno morate izbrati oddajnik s tlačnim območjem, ki je približno 1,5-krat večje od najvišje vrednosti, ali pa pustiti, da se normalno tlačno območje ujema z oddajnikom tlaka. Običajna metoda je tudi 1/3~2/3 normalnega območja.

• Kakšen tlačni medij:

Viskozne tekočine in blato bodo blokirali tlačne odprtine. Ali topila ali korozivne snovi uničijo materiale v oddajniku, ki so v neposrednem stiku s temi mediji?
Material splošnega tlačnega oddajnika, ki je v stiku z medijem, je nerjaveče jeklo 316. Če medij ni koroziven za nerjaveče jeklo 316, so v osnovi vsi tlačni oddajniki primerni za merjenje tlaka medija;
Če je medij koroziven za nerjaveče jeklo 316, je treba uporabiti kemično tesnilo in posredno merjenje. Če se za vodenje tlaka uporablja kapilarna cev, napolnjena s silikonskim oljem, lahko to prepreči korozijo tlačnega oddajnika in podaljša njegovo življenjsko dobo.

• Koliko natančnosti potrebuje oddajnik:

Natančnost določajo: nelinearnost, histereza, neponovljivost, temperatura, ničelni odmik lestvice in temperatura. Višja kot je natančnost, višja je cena. Na splošno je natančnost difuznega silicijevega oddajnika tlaka 0,5 ali 0,25, kapacitivni ali monokristalni silicijev oddajnik tlaka pa ima natančnost 0,1 ali celo 0,075.

• Procesna povezava oddajnika:

Tlačni oddajniki so običajno nameščeni na ceveh ali rezervoarjih. Seveda se manjši del njih namesti in uporablja z merilniki pretoka. Običajno obstajajo tri vrste namestitve tlačnih oddajnikov: navojni, prirobnični in objemni. Zato je treba pred izbiro tlačnega oddajnika upoštevati tudi procesni priključek. Če je navojni, je treba določiti specifikacijo navoja. Pri prirobnicah je treba upoštevati specifikacije prirobnice nazivnega premera.

Uvod v industrijo tlačnih oddajnikov

Približno 40 držav po svetu se ukvarja z raziskavami in proizvodnjo senzorjev, med katerimi so Združene države Amerike, Japonska in Nemčija regije z največjo proizvodnjo senzorjev. Te tri države skupaj predstavljajo več kot 50 % svetovnega trga senzorjev.

Dandanes je trg tlačnih oddajnikov v moji državi zrel trg z visoko tržno koncentracijo. Vendar pa prevladujejo tuje države, ki jih zastopajo Emerson, Yokogawa, Siemens itd. Izdelki znanih blagovnih znamk predstavljajo približno 70 % tržnega deleža in imajo absolutno prednost pri velikih in srednje velikih inženirskih projektih.

To je posledica posledic zgodnjega sprejetja strategije "trga za tehnologijo" v moji državi, ki je močno prizadela državna podjetja v moji državi in ​​so bila nekoč v stanju propada, hkrati pa se nekateri proizvajalci, ki jih zastopajo kitajska zasebna podjetja, tiho pojavljajo in krepijo. Kitajski trg tlačnih oddajnikov prihodnosti je poln novih neznank.