Przetwornik ciśnienia dyfuzyjno-krzemowy

Przetwornik ciśnienia zamienia ciśnienie w rurociągu na sygnał czytelny dla systemu sterowania. Przyrząd na tej stronie wykorzystuje element pomiarowy z krzemu dyfuzyjnego w korpusie ze stali nierdzewnej 304, co oznacza, że ciśnienie działa na element bezpośrednio, a wyjście jest wyprowadzane z elementu, a nie z ruchu mechanizmu.

Seria obejmuje od -100 kPa do 100 MPa i pokrywa odniesienia względne, absolutne i uszczelnione względne. Siedemnaście zakresów jest magazynowanych od 0-5 kPa do 0-2,5 MPa, wszystkie z wyjściem dwuprzewodowym 4-20 mA, zasilaniem 24 VDC, przyłączem procesowym M20×1,5 i kablem 1 m. Szersza seria obejmuje od 0-1 kPa do 0-60 MPa i zawiera zakresy złożone przechodzące przez zero w podciśnienie.

Wyjście to 4-20 mA standardowo, z 0-5 V, 0-10 V i RS-485 dostępnymi na zamówienie. Uszczelnienie wynosi IP65, deklarowana dokładność dla zakresów magazynowanych to 0,2%FS przy stabilności ±0,1%FS rocznie, a zakres temperatury medium wynosi od -20 do +80°C standardowo lub do +150°C w konstrukcji wysokotemperaturowej.

Jak działa przetwornik ciśnienia dyfuzyjno-krzemowy

Element pomiarowy to krzemowa membrana z rozprowadzoną siecią rezystorów na powierzchni. Ciśnienie na jedną stronę membrany ugina ją, rezystory zmieniają wartość pod wpływem odkształcenia, a układ mostka zamienia tę zmianę na napięcie. Element jest urządzeniem półprzewodnikowym bez dźwigni, bez osi obrotu i bez mechanizmu łączącego, dlatego przetwornik tego typu lepiej utrzymuje kalibrację niż manometr mechaniczny w warunkach drgań i może być wykonany na tyle mały, aby pasował do portu maszyny.

Membrana jest oddzielona od procesu cienką membraną izolacyjną i cieczą wypełniającą w większości konstrukcji przemysłowych, tak że medium styka się ze stalą nierdzewną 304, a nie z krzemem. Ta decyzja pozwala stosować ten sam element do wody, oleju i gazu. Wyznacza też granicę: medium atakujące stal nierdzewną 304 atakuje membranę izolacyjną tak samo jak każdą inną część zespołu stykającego się z ośrodkiem.

Stopień wyjściowy zamienia następnie napięcie mostka na standardowy sygnał. W układzie dwuprzewodowym 4-20 mA przetwornik pobiera zasilanie z tej samej pętli, którą moduluje, tak że prąd płynący w pętli jest pomiarem, a przyrząd odbiorczy odczytuje go bezpośrednio. Dlatego pętla dwuprzewodowa jest niewrażliwa na niewielki spadek napięcia wzdłuż kabla i te same dwa przewody pełnią obie funkcje.

Jak dobrać właściwy przetwornik

Najpierw wybiera się zakres pomiarowy na podstawie normalnego ciśnienia roboczego, a nie wartości szczytowej. Deklarowana dokładność odnosi się do pełnego zakresu wybranego zakresu, więc zakres kilkukrotnie wyższy od ciśnienia roboczego sprawia, że każdy odczyt jest mniej precyzyjny niż to konieczne. Współczynnik przeciążenia 1,5 raza pokrywa krótkotrwałe skoki, a nie długotrwałe przekroczenie zakresu.

Następnie określa się odniesienie ciśnienia. Przetwornik względny mierzy względem atmosfery i jest zwykłym wyborem dla wyjścia pompy lub linii sprężonego powietrza. Przetwornik absolutny mierzy względem próżni i stosuje się tam, gdzie istotne są zmiany ciśnienia barometrycznego. Przetwornik z uszczelnionym ciśnieniem względnym mierzy względem uszczelnionego odniesienia i nadaje się do przypadku, w którym odpowietrzone odniesienie zostałoby wypełnione medium.

Następnie ustala się wyjście i przyłącze. Dwuprzewodowe 4-20 mA jest domyślne i najprostsze w okablowaniu. Wyjście napięciowe nadaje się na krótki odcinek do sterownika przyjmującego wejście napięciowe, a RS-485 do przetwornika odczytywanego cyfrowo obok innych. Przyłącze procesowe jest zwykle określone przez istniejący port na maszynie, a opcje obejmują gwinty od M8×1 do kołnierzy DN100 z gwintami niestandardowymi dostępnymi na zamówienie.

Na koniec potwierdza się medium i temperaturę. Woda, olej i gazy ogólne pasują do konstrukcji standardowej. Medium powyżej 80°C wymaga wersji wysokotemperaturowej, a medium atakujące stal nierdzewną 304 wymaga innego materiału części stykających się z ośrodkiem, co należy zgłosić jako zapytanie, a nie zakładać.

Ograniczenia pomiarowe i uwagi dotyczące doboru

Przetwornik mierzy ciśnienie w jednym punkcie. Nie mierzy samodzielnie przepływu, a odczyt ciśnienia używany do wnioskowania o przepływie zależy od geometrii między punktem pomiarowym a punktem odniesienia, więc ten sam przyrząd daje różne wyniki na innej instalacji. Tam, gdzie przepływ ma być obliczany z ciśnienia różnicowego, stanowi to odrębną konfigurację pomiarową.

Korpus ze stali nierdzewnej 304 nie nadaje się do każdego medium. Woda z chlorkami, niektóre kwasy i niektóre chemikalia procesowe atakują go, a zwykłym objawem jest korozja wżerowa na membranie izolacyjnej, nie na korpusie. Kompatybilność z medium należy ustalić przed zamówieniem dla każdego medium innego niż woda, olej i gaz ogólny.

Dwie wartości w dostarczonym materiale wymagają potwierdzenia i są publikowane jako otwarte. Dokładność pojawia się jako 0,2% i 0,5%, przy czym każda pozycja magazynowa jest oznaczona 0,2%FS, a wartość 0,5% jest opisana jako opcja serii. Wzorzec odniesienia dla wartości dokładności nie jest nazwany, więc jeśli konkretny standard musi być przytoczony, należy to zgłosić jako zapytanie, a nie odczytywać z tej strony.

Kilka innych wartości często wymaganych w specyfikacji brakuje w materiale i pojawiają się tutaj jako wymagane informacje: zakres temperatury pracy elektroniki w odróżnieniu od zakresu temperatury medium, dokumentacja kalibracji i lista certyfikatów. Funkcje zacisków różnią się również między typami wyjść, więc okablowanie odczytuje się z zamówionego typu wyjścia, a nie z jednego schematu.