Slėgio daviklių tipai

Paprastas slėgio daviklio įvedimas savarankiškai

Slėgio siųstuvas, kaip slėgio jutiklis, kurio išvestis yra standartinis signalas, yra prietaisas, kuris priima slėgio kintamąjį ir proporcingai konvertuoja jį į standartinį išvesties signalą. Jis gali konvertuoti apkrovos elemento jutiklio jaučiamus dujų, skysčio ir kt. fizinius slėgio parametrus į standartinius elektrinius signalus (pvz., 4–20 mADC ir kt.), kad galėtų tiekti antrinius prietaisus, tokius kaip signaliniai signalai, registratoriai, reguliatoriai ir kt. matavimui, indikacijai ir procesų reguliavimui.

Slėgio daviklių klasifikacija

Paprastai slėgio davikliai, apie kuriuos kalbame, skirstomi pagal principą:
Talpiniai slėgio davikliai, varžiniai slėgio davikliai, indukciniai slėgio davikliai, puslaidininkiniai slėgio davikliai ir pjezoelektriniai slėgio davikliai aukšto dažnio matavimui. Tarp jų dažniausiai naudojami varžiniai slėgio davikliai. Talpinis slėgio daviklis yra „Rosemount 3051S“ daviklis, kuris yra aukštos klasės gaminių atstovas.

Slėgio davikliai pagal slėgiui jautrius komponentus gali būti skirstomi į metalinius, keraminius, difuzinio silicio, monokristalinio silicio, safyro, purškiamos plėvelės ir kt.

• Metalinis slėgio daviklis yra prasto tikslumo, tačiau mažai veikia temperatūrą ir tinka vietovėms, kuriose yra platus temperatūros diapazonas ir maži tikslumo reikalavimai.
• Keraminiai slėgio jutikliai yra tikslesni, tačiau jiems didesnę įtaką daro temperatūra. Keramika taip pat turi pranašumą dėl atsparumo smūgiams ir korozijai, todėl ją galima naudoti reagavimo srityje.
• Difuzinio silicio slėgio perdavimo tikslumas yra labai didelis, o temperatūros poslinkis taip pat didelis, todėl prieš naudojimą paprastai reikalinga temperatūros kompensacija. Be to, net ir po temperatūros kompensacijos negalima išmatuoti slėgio, viršijančio 125 °C. Tačiau kambario temperatūroje difuzinio silicio jautrumo koeficientas yra 5 kartus didesnis nei keramikos, todėl jis paprastai naudojamas didelio tikslumo matavimo srityje.
• Pramoninėje praktikoje tiksliausias jutiklis yra monokristalinio silicio slėgio daviklis. Tai patobulinta difuzinio silicio versija. Žinoma, kaina taip pat yra aukštesnė. Šiuo metu monokristalinio silicio slėgio srityje atstovauja Japonijos „Yokogawa“.
• Safyro slėgio daviklis nėra jautrus temperatūros pokyčiams ir pasižymi geromis darbinėmis savybėmis net ir esant aukštai temperatūrai; safyras pasižymi itin stipriu atsparumu spinduliuotei; nėra pn dreifo; jis gali normaliai veikti net ir blogiausiomis darbo sąlygomis ir yra patikimas. Didelis našumas, geras tikslumas, minimali temperatūros paklaida ir didelės bendros sąnaudos.
• Plonasluoksnis purškiamasis slėgio daviklis neturi jokių klijų ir pasižymi didesniu ilgalaikiu stabilumu bei patikimumu nei lipnus deformacijos matuoklis; jam mažiau įtakos turi temperatūra: kai temperatūra pasikeičia 100 ℃, nulio poslinkis yra tik 0,5 %. Jo temperatūros charakteristikos yra gerokai pranašesnės už difuzinio silicio slėgio jutiklį; be to, jis gali tiesiogiai liestis su bendromis korozinėmis terpėmis.

Įvairių tipų slėgio daviklių principai

• Talpinio slėgio daviklio principas.

Kai slėgis tiesiogiai veikia matavimo diafragmos paviršių, diafragma šiek tiek deformuojasi. Didelio tikslumo matavimo diafragmos grandinė šią nedidelę deformaciją paverčia labai tiesine įtampa, proporcinga slėgiui ir sužadinimo įtampai. Signalas, o tada speciali mikroschema konvertuoja šį įtampos signalą į pramoninio standarto 4–20 mA srovės signalą arba 1–5 V įtampos signalą.

• Difuzinio silicio slėgio daviklio principas

Matuojamos terpės slėgis tiesiogiai veikia jutiklio diafragmą (dažniausiai 316L diafragmą), todėl diafragma sukuria mikroposlinkį, proporcingą terpės slėgiui, keičia jutiklio varžos vertę ir aptinka ją Wheatstone grandine. Šis pokytis konvertuojamas ir išvedamas standartinis matavimo signalas, atitinkantis šį slėgį.

• Monokristalinio silicio slėgio daviklio principas

Pjezorezistiniai slėgio jutikliai sukonstruoti naudojant monokristalio silicio pjezorezistinį efektą. Monokristalio silicio plokštelė naudojama kaip elastingas elementas. Kai keičiasi slėgis, monokristalio silicio plokštelė sukuria deformaciją, todėl tiesiai ant jos išsklaidyta deformacijos varža sukuria pokytį, proporcingą išmatuotam slėgiui, o tada tiltelio grandine gaunamas atitinkamas įtampos išėjimo signalas.

• Keraminio slėgio daviklio principas

Slėgis tiesiogiai veikia keraminės diafragmos priekinį paviršių, sukeldamas nedidelę diafragmos deformaciją. Storo sluoksnio rezistorius yra atspausdintas ant keraminės diafragmos galo ir dėl varistoriaus pjezovaržinio efekto sujungtas su Vitstono tilteliu (uždaru tilteliu). Tiltelis generuoja labai tiesinį įtampos signalą, proporcingą slėgiui ir proporcingą sužadinimo įtampai. Paprastai naudojamas oro kompresorių slėgiui matuoti, naudojama daugiau keramikos.

• Deformacijos matuoklio slėgio daviklio principas

Dažniausiai naudojami deformacijos davikliai yra metaliniai varžiniai deformacijos davikliai ir puslaidininkiniai deformacijos davikliai. Metaliniai varžiniai deformacijos davikliai yra jautrus įtaisas, kuris bandinio deformacijos pokytį paverčia elektriniu signalu. Yra dviejų rūšių: vieliniai deformacijos davikliai ir metalinės folijos deformacijos davikliai. Paprastai deformacijos daviklis yra sandariai pritvirtintas prie mechaninės deformacijos matricos specialiais klijais. Kai matrica patiria įtempio pokytį, deformuojasi ir varžinis deformacijos daviklis, todėl keičiasi deformacijos daviklio varžos vertė, taigi keičiasi ir rezistoriui taikoma įtampa. Deformacijos davikliai rinkoje yra gana reti.

• Safyro slėgio daviklis

Safyro slėgio daviklis veikia deformacijos varžos principu, naudoja didelio tikslumo silicio-safyro jautrius komponentus ir per specialią stiprintuvo grandinę paverčia slėgio signalą standartiniu elektriniu signalu.

• Purškimo plėvelės slėgio daviklis

Purškimo būdu veikiantis slėgiui jautrus elementas pagamintas naudojant mikroelektronikos technologiją, suformuojant tvirtą ir stabilų Vitstono tiltelį ant elastingos nerūdijančio plieno diafragmos paviršiaus. Kai matuojamos terpės slėgis veikia elastingą nerūdijančio plieno diafragmą, kitoje pusėje esantis Vitstono tiltelis sukuria slėgiui proporcingą elektrinį išėjimo signalą. Dėl gero atsparumo smūgiams, purškiamos plėvelės dažnai naudojamos ten, kur dažnai patiriami slėgio smūgiai, pavyzdžiui, hidraulinėje įrangoje.

Slėgio daviklio pasirinkimo atsargumo priemonės

• Siųstuvo slėgio diapazono vertės pasirinkimas:

Pirmiausia nustatykite maksimalią išmatuoto slėgio vertę sistemoje. Paprastai reikia pasirinkti daviklį, kurio slėgio diapazonas yra maždaug 1,5 karto didesnis už maksimalią vertę, arba leisti slėgio daviklio slėgio diapazonui nukristi iki normalaus diapazono. Įprastas metodas yra ir 1/3–2/3 normalaus diapazono.

• Kokio tipo slėgio terpė:

Klampūs skysčiai ir purvas užkimš slėgio angas. Tirpikliai arba ėsdinančios medžiagos gali sunaikinti siųstuvo medžiagas, kurios tiesiogiai liečiasi su šiomis terpėmis.
Bendrojo slėgio daviklio, kuris liečiasi su terpe, medžiaga yra 316 nerūdijantis plienas. Jei terpė nėra korozinė 316 nerūdijančiam plienui, tai iš esmės visi slėgio davikliai tinka terpės slėgiui matuoti;
Jei terpė yra korozinė 316 nerūdijančiam plienui, reikia naudoti cheminį sandariklį ir netiesioginį matavimą. Jei slėgiui valdyti naudojamas kapiliarinis vamzdelis, užpildytas silikonine alyva, tai gali apsaugoti slėgio daviklį nuo korozijos ir pailginti jo tarnavimo laiką.

• Koks tikslumas reikalingas siųstuvui:

Tikslumas nustatomas pagal: netiesiškumą, histerezę, nepakartojamumą, temperatūrą, nulio poslinkio skalę ir temperatūrą. Kuo didesnis tikslumas, tuo didesnė kaina. Paprastai difuzinio silicio slėgio daviklio tikslumas yra 0,5 arba 0,25, o talpinio arba monokristalinio silicio slėgio daviklio tikslumas yra 0,1 arba net 0,075.

• Siųstuvo proceso jungtis:

Paprastai slėgio davikliai montuojami ant vamzdžių arba rezervuarų. Žinoma, nedidelė jų dalis montuojama ir naudojama su srauto matuokliais. Paprastai yra trys slėgio daviklio montavimo būdai: sriegis, flanšas ir spaustukas. Todėl prieš renkantis slėgio daviklį reikia atsižvelgti ir į proceso jungtį. Jei jis yra srieginis, būtina nustatyti sriegio specifikaciją. Flanšams būtina atsižvelgti į nominalaus skersmens flanšo specifikacijas.

Slėgio daviklio pramonės įvadas

Apie 40 pasaulio šalių užsiima jutiklių tyrimais ir gamyba, iš kurių Jungtinės Valstijos, Japonija ir Vokietija yra regionai, kuriuose pagaminama daugiausia jutiklių. Šios trys šalys kartu sudaro daugiau nei 50 % pasaulinės jutiklių rinkos.

Šiuo metu slėgio daviklių rinka mano šalyje yra brandi rinka su didele rinkos koncentracija. Tačiau dominuojančią padėtį užima užsienio šalys, kurioms atstovauja „Emerson“, „Yokogawa“, „Siemens“ ir kt. Firminiai produktai sudaro apie 70 % rinkos dalies ir turi absoliutų pranašumą dideliuose ir vidutinio dydžio inžineriniuose projektuose.

Taip yra dėl pasekmių, atsiradusių dėl mano šalies ankstyvo „technologijų rinkos“ strategijos priėmimo, kuri smarkiai paveikė mano šalies valstybines įmones ir kažkada buvo bankrutavusioje būsenoje, tačiau tuo pat metu kai kurie gamintojai, atstovaujami Kinijos privačių įmonių, tyliai atsiranda ir stiprėja. Kinijos būsima slėgio daviklių rinka kupina naujų nežinomųjų.