Τύποι πομπών πίεσης

Απλή αυτο-εισαγωγή του μεταδότη πίεσης

Ως αισθητήρας πίεσης του οποίου η έξοδος είναι ένα τυπικό σήμα, ένας πομπός πίεσης είναι ένα όργανο που δέχεται μια μεταβλητή πίεσης και τη μετατρέπει σε ένα τυπικό σήμα εξόδου αναλογικά. Μπορεί να μετατρέψει τις φυσικές παραμέτρους πίεσης αερίου, υγρού κ.λπ. που γίνονται αισθητές από τον αισθητήρα δυναμοκυψέλης σε τυπικά ηλεκτρικά σήματα (όπως 4-20mADC κ.λπ.) για να παρέχει δευτερεύοντα όργανα όπως ενδεικτικούς συναγερμούς, καταγραφείς, ρυθμιστές κ.λπ. για μέτρηση και ένδειξη και ρύθμιση διεργασιών.

Η ταξινόμηση των πομπών πίεσης

Συνήθως οι πομποί πίεσης για τους οποίους μιλάμε χωρίζονται σύμφωνα με την αρχή:
Χωρητικοί πομποί πίεσης, πομποί πίεσης αντίστασης, επαγωγικοί πομποί πίεσης, πομποί πίεσης ημιαγωγών και πιεζοηλεκτρικοί πομποί πίεσης για μετρήσεις υψηλής συχνότητας. Μεταξύ αυτών, οι πομποί πίεσης αντίστασης είναι οι πιο χρησιμοποιούμενοι. Ο χωρητικός πομπός πίεσης λαμβάνει τον πομπό 3051S της Rosemount ως εκπρόσωπο των προϊόντων υψηλής τεχνολογίας.

Οι πομποί πίεσης μπορούν να χωριστούν σε μέταλλο, κεραμικό, διάχυτο πυρίτιο, μονοκρυσταλλικό πυρίτιο, ζαφείρι, μεμβράνη με ψεκασμό κ.λπ. ανάλογα με τα ευαίσθητα στην πίεση εξαρτήματα.

• Ο μεταλλικός πομπός πίεσης έχει χαμηλή ακρίβεια, αλλά έχει μικρή επίδραση στη θερμοκρασία και είναι κατάλληλος για περιοχές με ευρύ φάσμα θερμοκρασιών και χαμηλές απαιτήσεις ακρίβειας.
• Οι κεραμικοί αισθητήρες πίεσης έχουν καλύτερη ακρίβεια, αλλά επηρεάζονται περισσότερο από τη θερμοκρασία. Τα κεραμικά έχουν επίσης το πλεονέκτημα της αντοχής στην κρούση και της αντοχής στη διάβρωση, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον τομέα της απόκρισης.
• Η ακρίβεια μετάδοσης πίεσης του διάχυτου πυριτίου είναι πολύ υψηλή και η απόκλιση θερμοκρασίας είναι επίσης μεγάλη, επομένως απαιτείται γενικά αντιστάθμιση θερμοκρασίας πριν από τη χρήση του. Επιπλέον, ακόμη και μετά την αντιστάθμιση θερμοκρασίας, η πίεση άνω των 125°C δεν μπορεί να μετρηθεί. Ωστόσο, σε θερμοκρασία δωματίου, ο συντελεστής ευαισθησίας του διάχυτου πυριτίου είναι 5 φορές μεγαλύτερος από αυτόν των κεραμικών, επομένως χρησιμοποιείται γενικά στον τομέα των μετρήσεων υψηλής ακρίβειας.
• Ο πομπός πίεσης μονοκρυσταλλικού πυριτίου είναι ο πιο ακριβής αισθητήρας στη βιομηχανική πρακτική. Είναι μια αναβαθμισμένη έκδοση του διάχυτου πυριτίου. Φυσικά, η τιμή είναι επίσης αναβαθμισμένη. Επί του παρόντος, η Yokogawa της Ιαπωνίας είναι ο εκπρόσωπος στον τομέα της πίεσης μονοκρυσταλλικού πυριτίου.
• Ο πομπός πίεσης από ζαφείρι δεν είναι ευαίσθητος στις αλλαγές θερμοκρασίας και έχει καλά χαρακτηριστικά λειτουργίας ακόμη και υπό συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας. Το ζαφείρι έχει εξαιρετικά ισχυρή αντοχή στην ακτινοβολία, δεν παρουσιάζει μετατόπιση pn, μπορεί να λειτουργήσει κανονικά υπό τις χειρότερες συνθήκες εργασίας και είναι αξιόπιστο. Υψηλή απόδοση, καλή ακρίβεια, ελάχιστο σφάλμα θερμοκρασίας και υψηλή συνολική απόδοση κόστους.
• Ο πομπός πίεσης λεπτής μεμβράνης με ψεκασμό δεν περιέχει κόλλα και παρουσιάζει υψηλότερη μακροπρόθεσμη σταθερότητα και αξιοπιστία από τον αισθητήρα κολλώδους μετρητή τάσης. Επηρεάζεται λιγότερο από τη θερμοκρασία: όταν η θερμοκρασία αλλάζει κατά 100 ℃, η μηδενική απόκλιση είναι μόνο 0,5%. Η απόδοσή του στη θερμοκρασία είναι πολύ ανώτερη από τον αισθητήρα πίεσης πυριτίου διάχυσης. Επιπλέον, μπορεί να έρθει σε άμεση επαφή με γενικά διαβρωτικά μέσα.

Αρχές διαφορετικών τύπων πομπών πίεσης

• Η αρχή του χωρητικού πομπού πίεσης.

Όταν η πίεση ασκείται απευθείας στην επιφάνεια του διαφράγματος μέτρησης, το διάφραγμα παράγει μια μικρή παραμόρφωση. Το κύκλωμα υψηλής ακρίβειας στο διάφραγμα μέτρησης μετατρέπει αυτήν τη μικρή παραμόρφωση σε μια εξαιρετικά γραμμική τάση ανάλογη με την πίεση και ανάλογη με την τάση διέγερσης. Σηματοδοτήστε και στη συνέχεια χρησιμοποιήστε ένα ειδικό τσιπ για να μετατρέψετε αυτό το σήμα τάσης σε ένα βιομηχανικά τυποποιημένο σήμα ρεύματος 4-20mA ή σήμα τάσης 1-5V.

• Η αρχή του διαχυμένου πομπού πίεσης πυριτίου

Η πίεση του μετρούμενου μέσου επενεργεί άμεσα στο διάφραγμα του αισθητήρα (συνήθως ένα διάφραγμα 316L), προκαλώντας το διάφραγμα να παράγει μια μικρομετατόπιση ανάλογη με την πίεση του μέσου, αλλάζοντας την τιμή αντίστασης του αισθητήρα και ανιχνεύοντάς την με ένα κύκλωμα Wheatstone. Αυτή η αλλαγή μετατρέπει και εξάγει ένα τυπικό σήμα μέτρησης που αντιστοιχεί σε αυτήν την πίεση.

• Αρχή λειτουργίας του μονοκρυσταλλικού πομπού πίεσης πυριτίου

Οι πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες πίεσης κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο του μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Ως ελαστικό στοιχείο χρησιμοποιείται πλακίδιο μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Όταν αλλάζει η πίεση, το μονοκρυσταλλικό πυρίτιο παράγει τάση, έτσι ώστε η αντίσταση τάσης που διαχέεται απευθείας σε αυτό να παράγει μια αλλαγή ανάλογη με τη μετρούμενη πίεση, και στη συνέχεια το αντίστοιχο σήμα εξόδου τάσης λαμβάνεται από το κύκλωμα γέφυρας.

• Αρχή λειτουργίας κεραμικού πομπού πίεσης

Η πίεση ασκείται απευθείας στην μπροστινή επιφάνεια του κεραμικού διαφράγματος, προκαλώντας μια μικρή παραμόρφωση του διαφράγματος. Η αντίσταση παχιάς μεμβράνης είναι τυπωμένη στο πίσω μέρος του κεραμικού διαφράγματος και συνδέεται με μια γέφυρα Wheatstone (κλειστή γέφυρα) λόγω της πιεζοηλεκτρικής αντίστασης του βαρίστορ. Η γέφυρα παράγει ένα εξαιρετικά γραμμικό σήμα τάσης ανάλογο με την πίεση και ανάλογο με την τάση διέγερσης. Γενικά χρησιμοποιείται για τη μέτρηση πίεσης των αεροσυμπιεστών, χρησιμοποιούνται περισσότερα κεραμικά.

• Αρχή λειτουργίας του πομπού πίεσης μετρητή τάσης

Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι πομποί πίεσης μετρητή τάσης είναι οι μετρητές τάσης μεταλλικής αντίστασης και οι μετρητές τάσης ημιαγωγών. Ο μετρητής τάσης μεταλλικής αντίστασης είναι ένα είδος ευαίσθητης συσκευής που μετατρέπει την αλλαγή τάσης στο δοκίμιο σε ηλεκτρικό σήμα. Υπάρχουν δύο είδη μετρητή τάσης από σύρμα και μετρητή τάσης από μεταλλικό φύλλο. Συνήθως ο μετρητής τάσης είναι σφιχτά συνδεδεμένος με τη μηχανική μήτρα τάσης μέσω μιας ειδικής κόλλας. Όταν η μήτρα υπόκειται σε αλλαγή τάσης, ο μετρητής τάσης αντίστασης παραμορφώνεται επίσης, έτσι ώστε η τιμή αντίστασης του μετρητή τάσης να αλλάζει, έτσι ώστε η τάση που εφαρμόζεται στην αντίσταση να αλλάζει. Οι πομποί πίεσης μετρητή τάσης είναι σχετικά σπάνιοι στην αγορά.

• Πομπός πίεσης ζαφειριού

Ο πομπός πίεσης από ζαφείρι χρησιμοποιεί την αρχή λειτουργίας αντίστασης στην καταπόνηση, υιοθετεί εξαρτήματα υψηλής ακρίβειας ευαίσθητα στο πυρίτιο-ζαφείρι και μετατρέπει το σήμα πίεσης σε ένα τυπικό ηλεκτρικό σήμα μέσω ενός ειδικού κυκλώματος ενισχυτή.

• Μεταδότης πίεσης μεμβράνης ψεκασμού

Το στοιχείο ψεκασμού ευαίσθητο στην πίεση κατασκευάζεται με τεχνολογία μικροηλεκτρονικής, σχηματίζοντας μια σταθερή και σταθερή γέφυρα Wheatstone στην επιφάνεια του ελαστικού διαφράγματος από ανοξείδωτο χάλυβα. Όταν η πίεση του μετρούμενου μέσου ασκείται στο ελαστικό διάφραγμα από ανοξείδωτο χάλυβα, η γέφυρα Wheatstone στην άλλη πλευρά παράγει ένα ηλεκτρικό σήμα εξόδου ανάλογο με την πίεση. Λόγω της καλής αντοχής της σε κρούσεις, οι μεμβράνες ψεκασμού χρησιμοποιούνται συχνά σε περιπτώσεις με συχνές κρούσεις πίεσης, όπως σε υδραυλικό εξοπλισμό.

Προφυλάξεις επιλογής πομπού πίεσης

• Επιλογή εύρους τιμής πίεσης πομπού:

Αρχικά, προσδιορίστε τη μέγιστη τιμή της μετρούμενης πίεσης στο σύστημα. Γενικά, πρέπει να επιλέξετε έναν πομπό με εύρος πίεσης περίπου 1,5 φορές μεγαλύτερο από τη μέγιστη τιμή ή να αφήσετε το κανονικό εύρος πίεσης να πέσει στον πομπό πίεσης. Το 1/3~2/3 του κανονικού εύρους είναι επίσης μια συνηθισμένη μέθοδος.

• Τι είδους μέσο πίεσης:

Τα παχύρρευστα υγρά και οι λάσπες θα φράξουν τις θύρες πίεσης. Οι διαλύτες ή οι διαβρωτικές ουσίες θα καταστρέψουν τα υλικά στον πομπό που βρίσκονται σε άμεση επαφή με αυτά τα μέσα.
Το υλικό του γενικού μεταδότη πίεσης που έρχεται σε επαφή με το μέσο είναι ανοξείδωτος χάλυβας 316. Εάν το μέσο δεν είναι διαβρωτικό για τον ανοξείδωτο χάλυβα 316, τότε ουσιαστικά όλοι οι μεταδότες πίεσης είναι κατάλληλοι για τη μέτρηση της πίεσης του μέσου.
Εάν το μέσο είναι διαβρωτικό για τον ανοξείδωτο χάλυβα 316, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί χημική σφράγιση και έμμεση μέτρηση. Εάν ο τριχοειδής σωλήνας που είναι γεμάτος με λάδι σιλικόνης χρησιμοποιείται για την καθοδήγηση της πίεσης, μπορεί να αποτρέψει τη διάβρωση του μεταδότη πίεσης και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής του μεταδότη πίεσης.

• Πόση ακρίβεια χρειάζεται ο πομπός:

Η ακρίβεια καθορίζεται από: μη γραμμικότητα, υστέρηση, μη επαναληψιμότητα, θερμοκρασία, κλίμακα μηδενικής μετατόπισης και θερμοκρασία. Όσο υψηλότερη είναι η ακρίβεια, τόσο υψηλότερη είναι η τιμή. Γενικά, η ακρίβεια του πομπού πίεσης διάχυτου πυριτίου είναι 0,5 ή 0,25, και ο χωρητικός ή μονοκρυσταλλικός πομπός πίεσης πυριτίου έχει ακρίβεια 0,1 ή ακόμα και 0,075.

• Διαδικασία σύνδεσης του πομπού:

Γενικά, οι μεταδότες πίεσης εγκαθίστανται σε σωλήνες ή δεξαμενές. Φυσικά, ένα μικρό μέρος αυτών εγκαθίσταται και χρησιμοποιείται με μετρητές ροής. Συνήθως υπάρχουν τρεις μορφές εγκατάστασης μεταδοτών πίεσης: σπείρωμα, φλάντζα και σφιγκτήρας. Επομένως, πριν από την επιλογή του μεταδότη πίεσης, πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη η σύνδεση της διεργασίας. Εάν είναι με σπείρωμα, είναι απαραίτητο να προσδιοριστούν οι προδιαγραφές του σπειρώματος. Για τις φλάντζες, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη οι προδιαγραφές της φλάντζας της ονομαστικής διαμέτρου.

Εισαγωγή στη βιομηχανία πομπών πίεσης

Περίπου 40 χώρες σε όλο τον κόσμο ασχολούνται με την έρευνα και την παραγωγή αισθητήρων, εκ των οποίων οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Ιαπωνία και η Γερμανία είναι οι περιοχές με τη μεγαλύτερη παραγωγή αισθητήρων. Οι τρεις χώρες μαζί αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 50% της παγκόσμιας αγοράς αισθητήρων.

Στις μέρες μας, η αγορά μεταδοτών πίεσης στη χώρα μου είναι μια ώριμη αγορά με υψηλή συγκέντρωση. Ωστόσο, η κυρίαρχη θέση κατέχουν οι ξένες χώρες που εκπροσωπούνται από τις Emerson, Yokogawa, Siemens κ.λπ. Τα επώνυμα προϊόντα αντιπροσωπεύουν περίπου το 70% του μεριδίου αγοράς και έχουν απόλυτο πλεονέκτημα σε μεγάλα και μεσαία μηχανολογικά έργα.

Αυτό οφείλεται στις συνέπειες της πρόωρης υιοθέτησης της στρατηγικής «αγορά τεχνολογίας» από τη χώρα μου, η οποία έπληξε σε μεγάλο βαθμό τις κρατικές επιχειρήσεις της χώρας μου και κάποτε βρισκόταν σε κατάσταση αποτυχίας, αλλά ταυτόχρονα, ορισμένοι κατασκευαστές, που εκπροσωπούνται από τις ιδιωτικές επιχειρήσεις της Κίνας, εμφανίζονται αθόρυβα και δυναμώνουν. Η μελλοντική αγορά πομπών πίεσης της Κίνας είναι γεμάτη με νέα άγνωστα.