Передатчик давления на диффузионно-кремниевом элементе

Передатчик давления превращает давление в линии в сигнал, который читает система управления. Прибор на этой странице - диффузионно-кремниевый чувствительный элемент в корпусе из нержавеющей стали 304, то есть давление действует на элемент напрямую, а выход получается из элемента, а не из движения механизма.

Серия охватывает от -100 kPa до 100 MPa и покрывает типы давления - избыточный, абсолютный и с запаянной опорой. Семнадцать диапазонов держат на складе - от 0-5 kPa до 0-2,5 MPa, все с выходом 4-20 mA по двухпроводной схеме, с питанием 24 VDC, с процессным присоединением M20×1,5 и с кабелем 1 m. Широкая часть серии идёт от 0-1 kPa до 0-60 MPa и включает диапазоны, переходящие через ноль в вакуум.

Выход по стандарту - 4-20 mA, а 0-5 V, 0-10 V и RS-485 ставят по заказу. Уплотнения - IP65, погрешность на складских диапазонах указана как 0,2 %FS при стабильности ±0,1 %FS в год, а температура среды составляет от -20 до +80 °C в стандарте или до +150 °C в конструкции для высокой температуры.

Как устроен передатчик давления на диффузионно-кремниевом элементе

Чувствительный элемент - это кремниевая мембрана с диффузированной резистивной сеткой на поверхности. Давление с одной стороны мембраны прогибает её, резисторы меняют значение от деформации, а мостовая схема превращает это изменение в напряжение. Элемент выполнен как твердотельное устройство - без рычага, без опоры и без передаточного механизма, и поэтому передатчик такого типа лучше держит калибровку под вибрацией, чем механический манометр, и его можно сделать достаточно малым, чтобы поставить в машинный штуцер.

У большинства промышленных конструкций мембрана отделена от процесса тонкой изолирующей мембраной и заполняющей жидкостью, так что среда касается нержавеющей стали 304, а не кремния. Именно это решение позволяет ставить один и тот же элемент на воду, масло и газ. Оно же задаёт и предел: среда, которая разрушает нержавеющую сталь 304, разрушает и изолирующую мембрану - как и любую другую часть смачиваемой сборки.

Выходной каскад превращает напряжение моста в стандартный сигнал. В двухпроводной схеме 4-20 mA передатчик берёт своё питание из той же петли, которую модулирует, поэтому ток в петле и есть измерение, и принимающий прибор читает его напрямую. Отсюда и то, что двухпроводная петля не боится малого падения напряжения на кабеле, и то, что одни и те же два проводника служат обеим задачам.

Как выбрать передатчик

Сначала выбирают диапазон измерений, и выбирают его по обычному рабочему давлению, а не по пиковому значению. Заявленная погрешность относится к полной шкале выбранного диапазона, поэтому диапазон, многократно превышающий рабочее давление, делает каждое показание менее точным, чем нужно. Перегрузка в 1,5 от номинального давления покрывает кратковременные скачки, а не постоянное превышение шкалы.

Затем решают, относительно чего выполняется отсчёт. Передатчик избыточного давления читает относительно атмосферы, и это обычный выбор для нагнетания насоса или линии сжатого воздуха. Абсолютный передатчик читает относительно вакуума и нужен там, где важны барометрические изменения. Передатчик с запаянной опорой читает относительно запаянного эталона и подходит там, где атмосферный канал заполнялся бы средой.

Далее утверждают выход и присоединение. Двухпроводный 4-20 mA - значение по умолчанию, и он проще всего в разводке. Выход напряжением подходит короткой линии к контроллеру, у которого вход по напряжению, а RS-485 - передатчику, который читают по цифре вместе с другими. Процессное присоединение обычно задаёт штуцер, который уже стоит на машине, а варианты здесь идут от M8×1 до фланцев DN100 с нестандартными резьбами.

Наконец подтверждают среду и температуру. Вода, масло и общие газы подходят стандартной конструкции. Среда выше 80 °C требует исполнения для высокой температуры, а среда, которая разрушает нержавеющую сталь 304, требует другого смачиваемого материала - и это вопрос, который надо поднять, а не принять по умолчанию.

Ограничения и то, что нужно подтвердить

Передатчик измеряет давление в одной точке. Расход он сам по себе не измеряет, а показание давления, по которому судят о расходе, зависит от геометрии между точкой отбора и опорной точкой, поэтому один и тот же прибор на другой установке даёт другой результат. Там, где величину расхода надо вычислять из перепада давления, это отдельная схема измерения.

Корпус из нержавеющей стали 304 подходит не каждой среде. Вода с хлоридами, некоторые кислоты и некоторые технологические реагенты его разрушают, и обычный признак - питтинг на изолирующей мембране, а не на корпусе. Совместимость - вопрос, который решают до заказа для любой среды, кроме воды, масла и общего газа.

Две величины в полученном материале требуют подтверждения и опубликованы как открытые. Погрешность указана и как 0,2 %, и как 0,5 %: каждая складская позиция помечена 0,2 %FS, а 0,5 % описано как исполнение серии. И основа, от которой отнесено значение погрешности, не названа, поэтому если надо сослаться на конкретный стандарт, это тоже вопрос, а не то, что читают с этой страницы.

Ряд величин, которые спецификация обычно требует, в материале отсутствует, и здесь они помечены как требующие данных: диапазон рабочих температур электроники - отдельно от диапазона среды, документация по калибровке и перечень сертификации. Функции выводов различаются между формами выхода, поэтому разводку берут из заказанной формы, а не из одной схемы.