Типы датчиков давления

Простое самостоятельное введение датчика давления

Датчик давления, выходной сигнал которого представляет собой стандартный сигнал, представляет собой прибор, который принимает переменную давления и пропорционально преобразует ее в стандартный выходной сигнал. Он может преобразовывать параметры физического давления газа, жидкости и т. д., ощущаемые датчиком весоизмерительного датчика, в стандартные электрические сигналы (например, 4–20 мА постоянного тока и т. д.) для обеспечения вторичных инструментов, таких как индикаторные сигналы тревоги, регистраторы, регуляторы и т. д. для измерение и индикация и регулирование процесса.

Классификация датчиков давления

Обычно датчики давления, о которых мы говорим, разделяются по принципу:
Емкостные датчики давления, резистивные датчики давления, индуктивные датчики давления, полупроводниковые датчики давления и пьезоэлектрические датчики давления для высокочастотных измерений. Среди них наиболее распространены резистивные преобразователи давления. Емкостный преобразователь давления представляет собой преобразователь 3051S компании Rosemount как представителя продукции высокого класса.

Датчики давления можно разделить на металлические, керамические, диффузионные кремниевые, монокристаллические кремниевые, сапфировые, напыленные пленочные и т. д. в зависимости от чувствительных к давлению компонентов.

• Металлический датчик давления имеет низкую точность, но мало влияет на температуру и подходит для областей с широким диапазоном температур и низкими требованиями к точности.
• Керамические датчики давления имеют более высокую точность, но больше зависят от температуры. Керамика также обладает преимуществом ударопрочности и коррозионной стойкости, которые можно использовать в области реагирования.
• Точность передачи давления диффузионного кремния очень высока, а температурный дрейф также велик, поэтому перед его использованием обычно требуется температурная компенсация. Более того, даже после температурной компенсации давление выше 125°C измерить невозможно. Однако при комнатной температуре коэффициент чувствительности диффузного кремния в 5 раз выше, чем у керамики, поэтому его обычно используют в области высокоточных измерений.
• Монокристаллический кремниевый датчик давления является наиболее точным датчиком в промышленной практике. Это обновленная версия диффузного кремния. Конечно, цена также повышена. В настоящее время японская компания Yokogawa является представителем в области давления монокристаллического кремния.
• Сапфировый датчик давления не чувствителен к перепадам температуры и имеет хорошие рабочие характеристики даже в условиях высоких температур; сапфир обладает чрезвычайно сильной радиационной стойкостью; нет дрейфа pn; он может нормально работать в самых плохих условиях работы и надежен. Высокая производительность, хорошая точность, минимальная температурная погрешность и высокая общая стоимость.
• Тонкопленочный датчик давления для распыления не содержит клея и демонстрирует более высокую долговременную стабильность и надежность, чем клейкий тензодатчик; на него меньше влияет температура: при изменении температуры на 100 ℃ дрейф нуля составляет всего 0,5%. Его температурные характеристики намного превосходят характеристики диффузионного кремниевого датчика давления; кроме того, он может напрямую контактировать с обычными агрессивными средами.

Принципы работы различных типов датчиков давления

• Принцип емкостного датчика давления.

Когда давление непосредственно воздействует на поверхность измерительной диафрагмы, диафрагма производит небольшую деформацию. Высокоточная схема на измерительной диафрагме преобразует эту небольшую деформацию в высоколинейное напряжение, пропорциональное давлению и напряжению возбуждения. Сигнал, а затем используйте специальный чип для преобразования этого сигнала напряжения в стандартный сигнал тока 4–20 мА или сигнал напряжения 1–5 В.

• Принцип действия диффузионного кремниевого датчика давления

Давление измеряемой среды непосредственно воздействует на диафрагму датчика (обычно диафрагма из 316L), заставляя диафрагму производить микросмещение, пропорциональное давлению среды, изменяя значение сопротивления датчика и обнаруживая его с помощью Схема Уитстона. Это изменение, преобразование и вывод стандартного измерительного сигнала, соответствующего этому давлению.

• Принцип действия преобразователя давления из монокристаллического кремния

Пьезорезистивные датчики давления созданы с использованием пьезорезистивного эффекта монокристаллического кремния. В качестве упругого элемента используется пластина монокристаллического кремния. Когда давление изменяется, монокристаллический кремний создает деформацию, так что сопротивление деформации, непосредственно распространяющееся на него, вызывает изменение, пропорциональное измеренному давлению, а затем соответствующий выходной сигнал напряжения получается с помощью мостовой схемы.

• Принцип действия керамического датчика давления

Давление воздействует непосредственно на переднюю поверхность керамической диафрагмы, вызывая небольшую деформацию диафрагмы. Толстопленочный резистор напечатан на задней стороне керамической диафрагмы и подключен к мосту Уитстона (закрытый мост) из-за пьезорезистивного эффекта варистора. Мост генерирует высоколинейный сигнал напряжения, пропорциональный давлению и пропорциональный напряжению возбуждения. . Обычно используется для измерения давления в воздушных компрессорах, но используется больше керамики.

• Принцип действия тензодатчика давления

Наиболее часто используемыми тензодатчиками давления являются металлические тензорезисторы и полупроводниковые тензорезисторы. Металлический тензорезистор — это своего рода чувствительное устройство, которое преобразует изменение деформации испытуемого образца в электрический сигнал. Существует два типа тензорезисторов с проволокой и тензорезисторов с металлической фольгой. Обычно тензорезистор плотно приклеивается к механической тензоматрице с помощью специального клея. Когда матрица подвергается изменению напряжения, тензорезистор также деформируется, в результате чего значение сопротивления тензорезистора изменяется, так что изменяется напряжение, приложенное к резистору. Тензодатчики давления встречаются на рынке относительно редко.

• Сапфировый датчик давления

Сапфировый датчик давления использует принцип работы сопротивления деформации, использует высокоточные чувствительные кремниево-сапфировые компоненты и преобразует сигнал давления в стандартный электрический сигнал через специальную схему усилителя.

• Датчик давления напыляемой пленки

Чувствительный элемент давления распыления изготовлен по микроэлектронной технологии, образуя прочный и стабильный мостик Уитстона на поверхности эластичной диафрагмы из нержавеющей стали. Когда давление измеряемой среды воздействует на эластичную диафрагму из нержавеющей стали, мост Уитстона на другой стороне вырабатывает электрический выходной сигнал, пропорциональный давлению. Благодаря хорошей ударопрочности напыленные пленки часто используются в случаях с частыми воздействиями давления, например, в гидравлическом оборудовании.

Меры предосторожности при выборе датчика давления

• Выбор значения диапазона давления преобразователя:

Сначала определяют максимальное значение измеряемого давления в системе. Вообще говоря, вам необходимо выбрать датчик с диапазоном давления, который примерно в 1,5 раза превышает максимальное значение, или позволить нормальному диапазону давления приходиться на датчик давления. 1/3~2/3 нормального диапазона также является распространенным методом.

• Какая среда давления:

Вязкие жидкости и грязь заблокируют напорные порты. Не разрушат ли растворители или коррозионные вещества материалы преобразователя, находящиеся в непосредственном контакте с этими средами?
Материал датчика общего давления, контактирующего со средой, — нержавеющая сталь 316. Если среда не вызывает коррозии нержавеющей стали 316, то практически все датчики давления подходят для измерения давления среды;
Если среда вызывает коррозию нержавеющей стали 316, следует использовать химическую затвор и провести косвенное измерение. Если для направления давления используется капиллярная трубка, наполненная силиконовым маслом, это может предотвратить коррозию датчика давления и продлить срок его службы.

• Какая точность необходима передатчику:

Точность определяется: нелинейностью, гистерезисом, неповторяемостью, температурой, шкалой смещения нулевой точки и температурой. Чем выше точность, тем выше цена. Как правило, точность датчика давления из диффузного кремния составляет 0,5 или 0,25, а датчик давления из емкостного или монокристаллического кремния имеет точность 0,1 или даже 0,075.

• Технологическое присоединение преобразователя:

Обычно датчики давления устанавливаются на трубах или резервуарах. Конечно, небольшая часть из них установлена и используется с расходомерами. Обычно существует три формы установки датчиков давления: резьба, фланец и зажим. Поэтому перед выбором преобразователя давления необходимо также учитывать технологическое присоединение. Если он имеет резьбу, необходимо определить спецификацию резьбы. Для фланцев необходимо учитывать характеристики фланца номинального диаметра.

Введение в индустрию датчиков давления

Около 40 стран мира занимаются исследованиями и производством датчиков, из которых США, Япония и Германия являются регионами с наибольшим выпуском датчиков. На эти три страны вместе приходится более 50% мирового рынка датчиков.

В настоящее время рынок датчиков давления в моей стране является зрелым рынком с высокой концентрацией рынка. Однако доминирующее положение занимают зарубежные страны, представленные Emerson, Yokogawa, Siemens и др. Продукция брендов занимает около 70% доли рынка и имеет абсолютное преимущество в крупных и средних инженерных проектах.

Это связано с последствиями раннего принятия моей страной стратегии «рынка технологий», которая сильно ударила по государственным предприятиям моей страны и когда-то находилась в состоянии банкротства, но в то же время некоторые производители представляли частные предприятия Китая тихо появляются и крепнут. Будущий рынок датчиков давления в Китае полон новых неизвестных.