Spiediena raidītāju veidi

Vienkārša spiediena raidītāja pašievadīšana

Spiediena raidītājs, kas ir spiediena sensors, kura izejas signāls ir standarta signāls, ir instruments, kas pieņem spiediena mainīgo un proporcionāli pārveido to standarta izejas signālā. Tas var pārveidot slodzes devēja sensora uztvertos gāzes, šķidruma u.c. fizikālos spiediena parametrus standarta elektriskos signālos (piemēram, 4–20 mADC u.c.), lai nodrošinātu sekundārus instrumentus, piemēram, indikācijas trauksmes signālus, ierakstītājus, regulatorus u.c. mērīšanai, indikācijai un procesa regulēšanai.

Spiediena raidītāju klasifikācija

Parasti spiediena devēji, par kuriem mēs runājam, tiek sadalīti pēc principa:
Augstas frekvences mērījumiem tiek izmantoti kapacitatīvie spiediena devēji, rezistīvie spiediena devēji, induktīvie spiediena devēji, pusvadītāju spiediena devēji un pjezoelektriskie spiediena devēji. Starp tiem visbiežāk tiek izmantoti rezistīvie spiediena devēji. Kapacitatīvais spiediena devējs ir Rosemount 3051S raidītājs, kas pārstāv augstas klases produktus.

Spiediena raidītājus var iedalīt metāla, keramikas, difūzā silīcija, monokristāliskā silīcija, safīra, izsmidzinātās plēves u.c. spiediena raidītājos atkarībā no spiedienjutīgajiem komponentiem.

• Metāla spiediena raidītājam ir slikta precizitāte, taču tam ir maza ietekme uz temperatūru, un tas ir piemērots apgabaliem ar plašu temperatūras diapazonu un zemām precizitātes prasībām.
• Keramikas spiediena sensoriem ir labāka precizitāte, taču tos vairāk ietekmē temperatūra. Keramikai ir arī triecienizturības un korozijas izturības priekšrocība, ko var izmantot reaģēšanas jomā.
• Difūzā silīcija spiediena pārneses precizitāte ir ļoti augsta, un temperatūras nobīde ir liela, tāpēc pirms tā lietošanas parasti ir nepieciešama temperatūras kompensācija. Turklāt pat pēc temperatūras kompensācijas spiedienu virs 125 °C nevar izmērīt. Tomēr istabas temperatūrā difūzā silīcija jutības koeficients ir 5 reizes lielāks nekā keramikas jutības koeficients, tāpēc to parasti izmanto augstas precizitātes mērījumu jomā.
• Monokristāla silīcija spiediena raidītājs ir visprecīzākais sensors rūpnieciskajā praksē. Tas ir difūzā silīcija uzlabota versija. Protams, arī cena ir uzlabota. Pašlaik monokristāliskā silīcija spiediena jomā vadošais ir Japānas uzņēmums Yokogawa.
• Safīra spiediena raidītājs nav jutīgs pret temperatūras izmaiņām un tam ir labas darba īpašības pat augstas temperatūras apstākļos; safīram ir ārkārtīgi spēcīga izturība pret radiāciju; nav pn nobīdes; tas var normāli darboties vissliktākajos darba apstākļos un ir uzticams. Augsta veiktspēja, laba precizitāte, minimāla temperatūras kļūda un augstas kopējās izmaksas.
• Izsmidzināmajam plānās plēves spiediena devējam nav līmes, un tam ir augstāka ilgtermiņa stabilitāte un uzticamība nekā lipīgajam tenzometra sensoram; to mazāk ietekmē temperatūra: kad temperatūra mainās par 100 ℃, nulles nobīde ir tikai 0,5%. Tā temperatūras veiktspēja ir daudz pārāka par difūzijas silīcija spiediena sensoru; turklāt tas var tieši saskarties ar vispārējiem kodīgiem materiāliem.

Dažādu spiediena raidītāju tipu principi

• Kapacitatīvā spiediena raidītāja princips.

Kad spiediens tieši iedarbojas uz mērīšanas diafragmas virsmu, diafragma rada nelielu deformāciju. Mērīšanas diafragmas augstas precizitātes shēma pārveido šo nelielo deformāciju ļoti lineārā spriegumā, kas ir proporcionāls spiedienam un ierosmes spriegumam. Signāls, un pēc tam ar speciālu mikroshēmu šis sprieguma signāls tiek pārveidots nozares standarta 4–20 mA strāvas signālā vai 1–5 V sprieguma signālā.

• Izkliedētā silīcija spiediena raidītāja princips

Izmērītās vides spiediens tieši iedarbojas uz sensora diafragmu (parasti 316L diafragmu), izraisot diafragmas radītu mikropārvietojumu, kas ir proporcionāls vides spiedienam, mainot sensora pretestības vērtību un nosakot to ar Vitstona shēmas palīdzību. Šīs izmaiņas tiek pārveidotas un izvadītas standarta mērīšanas signāls, kas atbilst šim spiedienam.

• Monokristāliskā silīcija spiediena raidītāja princips

Pjezoresistīvie spiediena sensori ir konstruēti, izmantojot monokristāla silīcija pjezoresistīvo efektu. Kā elastīgais elements tiek izmantota monokristāla silīcija plāksne. Mainoties spiedienam, monokristāla silīcija plāksne rada deformāciju, tāpēc tieši uz to izkliedētā deformācijas pretestība rada izmaiņas, kas ir proporcionālas izmērītajam spiedienam, un pēc tam tilta shēma iegūst atbilstošo sprieguma izejas signālu.

• Keramikas spiediena raidītāja princips

Spiediens tieši iedarbojas uz keramikas diafragmas priekšējo virsmu, izraisot nelielu diafragmas deformāciju. Biezās plēves rezistors ir iespiests keramikas diafragmas aizmugurē un savienots ar Vitstona tiltu (slēgtu tiltu) varistora pjezoresistīvā efekta dēļ. Tilts ģenerē ļoti lineāru sprieguma signālu, kas ir proporcionāls spiedienam un proporcionāls ierosmes spriegumam. Parasti izmanto gaisa kompresoru spiediena mērīšanai, vairāk tiek izmantota keramika.

• Tenzometra spiediena raidītāja princips

Visbiežāk izmantotie tenzometra spiediena devēji ir metāla pretestības tenzometrs un pusvadītāju tenzometrs. Metāla pretestības tenzometrs ir sava veida jutīga ierīce, kas pārveido testa parauga deformācijas izmaiņas elektriskā signālā. Ir divu veidu stieples tenzometrs un metāla folijas tenzometrs. Parasti tenzometrs ir cieši savienots ar mehānisko deformācijas matricu, izmantojot īpašu līmi. Kad matrica tiek pakļauta sprieguma izmaiņām, arī pretestības tenzometrs deformējas, kā rezultātā mainās tenzometra pretestības vērtība, un līdz ar to mainās arī rezistoram pieliktais spriegums. Tenzometra spiediena devēji tirgū ir samērā reti sastopami.

• Safīra spiediena raidītājs

Safīra spiediena raidītājs izmanto deformācijas pretestības darbības principu, pieņem augstas precizitātes silīcija-safīra jutīgus komponentus un pārveido spiediena signālu standarta elektriskā signālā, izmantojot īpašu pastiprinātāja ķēdi.

• Izsmidzināšanas plēves spiediena raidītājs

Izsmidzināšanas spiedienjutīgais elements ir izgatavots, izmantojot mikroelektronikas tehnoloģiju, veidojot stingru un stabilu Vitstona tiltu uz elastīgās nerūsējošā tērauda diafragmas virsmas. Kad mērītās vides spiediens iedarbojas uz elastīgo nerūsējošā tērauda diafragmu, Vitstona tilts otrā pusē rada spiedienam proporcionālu elektrisko izejas signālu. Pateicoties labai triecienizturībai, izsmidzināšanas plēves bieži izmanto vietās ar biežu spiediena ietekmi, piemēram, hidrauliskajās iekārtās.

Spiediena raidītāja izvēles piesardzības pasākumi

• Raidītāja spiediena diapazona vērtības izvēle:

Vispirms nosakiet sistēmā izmērītā spiediena maksimālo vērtību. Parasti jāizvēlas raidītājs ar spiediena diapazonu, kas ir aptuveni 1,5 reizes lielāks par maksimālo vērtību, vai arī jāļauj spiediena raidītājam atbilst normālajam spiediena diapazonam. Izplatīta metode ir arī 1/3–2/3 no normālā diapazona.

• Kāda veida spiediena vide:

Viskozi šķidrumi un dubļi bloķēs spiediena portus. Šķīdinātāji vai kodīgas vielas iznīcinās raidītāja materiālus, kas nonāk tiešā saskarē ar šiem materiāliem.
Vispārējā spiediena devēja materiāls, kas saskaras ar vidi, ir 316 nerūsējošais tērauds. Ja vide nav kodīga pret 316 nerūsējošo tēraudu, tad būtībā visi spiediena devēji ir piemēroti vides spiediena mērīšanai;
Ja vide ir kodīga pret 316 nerūsējošo tēraudu, jāizmanto ķīmiskais blīvējums un netiešie mērījumi. Ja spiediena vadīšanai tiek izmantota ar silikona eļļu pildīta kapilārā caurule, tā var novērst spiediena raidītāja koroziju un pagarināt tā kalpošanas laiku.

• Cik liela precizitāte nepieciešama raidītājam:

Precizitāti nosaka: nelinearitāte, histerēze, neatkārtojamība, temperatūra, nulles nobīdes skala un temperatūra. Jo augstāka precizitāte, jo augstāka cena. Parasti difūzā silīcija spiediena devēja precizitāte ir 0,5 vai 0,25, bet kapacitatīvā vai monokristāliskā silīcija spiediena devēja precizitāte ir 0,1 vai pat 0,075.

• Raidītāja procesa savienojums:

Parasti spiediena devējus uzstāda uz caurulēm vai tvertnēm. Protams, neliela daļa no tiem tiek uzstādīti un izmantoti kopā ar plūsmas mērītājiem. Parasti ir trīs spiediena devēju uzstādīšanas veidi: vītne, atloks un skava. Tāpēc pirms spiediena devēja izvēles jāņem vērā arī procesa savienojums. Ja tas ir vītņots, ir jānosaka vītnes specifikācija. Atloku gadījumā jāņem vērā nominālā diametra atloka specifikācijas.

Spiediena raidītāja nozares ieviešana

Aptuveni 40 valstis visā pasaulē nodarbojas ar sensoru izpēti un ražošanu, no kurām Amerikas Savienotās Valstis, Japāna un Vācija ir reģioni ar vislielāko sensoru ražošanu. Šīs trīs valstis kopā veido vairāk nekā 50% no pasaules sensoru tirgus.

Mūsdienās spiediena devēju tirgus manā valstī ir nobriedis tirgus ar augstu tirgus koncentrāciju. Tomēr dominējošā pozīcija ir ārvalstīm, kuras pārstāv Emerson, Yokogawa, Siemens u.c. Zīmolu produkti veido aptuveni 70% no tirgus daļas un tiem ir absolūtas priekšrocības lielos un vidēja lieluma inženiertehniskajos projektos.

Tas ir saistīts ar sekām, ko radīja manas valsts agrīnā “tehnoloģiju tirgus” stratēģijas ieviešana, kas smagi skāra manas valsts uzņēmumus un savulaik bija bankrota stāvoklī, taču tajā pašā laikā daži ražotāji, kurus pārstāv Ķīnas privātie uzņēmumi, klusi parādās un kļūst spēcīgāki. Ķīnas nākotnes spiediena devēju tirgus ir pilns ar jauniem nezināmajiem.