Первичные изм. преобразователи. Часть 2

statham (США), Bell & Howell (Великобритания).

Фирма Statham занимает ведущее положение в производстве тензометрических измерительных преобразователей давления, отличающихся высокой точностью, стабильностью показаний и высокой надежностью. В последние годы фирма стала выпускать для промышленных целей тонкопленочные преобразователи давления. По рекламным сообщениям фирмы тонкопленочные преобразователи разрабатывались в течение длительного времени и являются дальнейшим развитием преобразователей с металлическими тензорезисторами. Фирма выпускает тонкопленочные тензометрические преобразователи как без встроенных усилительных устройств (с уровнем выходного сигнала до 30 мВ постоянного тока), так и датчики со встроенными усилителями (с уровнем выходного сигнала до 5 В постоянного тока).

Измерительные преобразователи перепада давления серии PD-1000 и PD-2000 фирмы Statham представляют собой компактные приборы из нержавеющей стали, пригодные для любых условий эксплуатации. Преобразователи перепада давления состоят из корпуса, мембраны, подвижного штока и чувствительного упругого элемента. Чувствительный элемент - тонкопленочный тензодатчик, полученный методом напыления в вакууме. В начале для обеспечения электрической изоляции элементов моста тензодатчика на чувствительный элемент наносится керамическая пленка, а затем тензодатчики напыляются в вакууме и электрически соединяются в цепь моста. В результате этого приборы не имеют механических соединений или движущихся частей, не нуждаются в настройке. Исполнение приборов виброустойчивое.

Преобразователи перепада давления серии 41I фирмы Honeywell имеют высокую точность измерений (±0,35%). Предназначены для измерений высокоагрессивных сред и для эксплуатации в тяжелых условиях. Приборы рассчитаны на низкое, среднее и высокое предельно допустимое рабочее избыточное давление [18].

191

Высокая точность в этих приборах достигнута благодаря использованию в качестве чувствительного элемента кремниевого пьезорезисторного устройства, компактного тензометра. Из-за умелого сочетания тензометра с преобразователем тока в приборах полностью отсутствуют механические соединения. В преобразователе полностью производится электрическая регулировка.

По лицензии фирмы Honeywell (США) в Польше разработаны для системы «Eftronic» полупроводниковые преобразователи перепада давления с электрическим выходным сигналом.

Преобразователи изготовлены из кремниевой пластины, в которой методом ультразвукового долбления и травлением образована плоская измерительная мембрана. Толщина мембраны определяется диапазоном измерения. Мембрана соединена с кремниевой пластиной эвтектическим сплавом золото-кремний, причем в кремниевую пластину впаяна кварцевая трубка для подачи давления. На наружную поверхность мембраны диффузионным способом нанесены четыре комплекта полупроводников тензорезисторов, соединенных по мостовой схеме. Каждый из четырех мостов содержит шесть элементов.

Фирма Siemens выпускает тензорезисторные датчики перепада давления трех поколений:

·датчики первого поколения с питанием от отдельного блока, с трехпроводной линией связи;

·датчики второго поколения с питанием от сети, с четырехпроводной линией связи, с гальванической развязкой входных и выходных цепей;

·датчики третьего поколения, разработанные фирмой Siemene совместно с фирмой Fuji Electric (Япония). Эти приборы отличаются наличием искробезопасного и агрессивно-стойкого исполнения,

двухпроводной линией связи, гальванической развязкой входных и выходных цепей.

Характерными особенностями измерительных блоков датчиков перепада

192

давления являются: отсутствие механического вывода из полости рабочего давления, защита от односторонней перегрузки полным рабочим давлением, размещение чувствительного элемента в заполнительной жидкости, давление на которую передается через разделительные элементы в виде мембран или сильфонов, малый объем измерительных полостей и простая их конфигурация, обеспечивающая легкую промывку. Такая конструкция измерительных блоков позволяет применять в них различные материалы для изготовления чувствительных элементов с целью использования приборов в агрессивных средах.

7.5. Измерительные преобразователи перепада давления емкостные

Емкостный метод измерения для промышленных целей первой использовала фирма Rosemaunt (Великобритания), изготовив датчики перепада давления типа 1151 DP для химической промышленности. Отличительной особенностью этих датчиков является высокая точность измерения 0,2% при достаточно малых габаритах.

Разность давлений воздействует на две разделительные мембраны и передается через разделительную жидкость (силиконовое масло) на измерительную мембрану. Измерительная мембрана представляет собой плоскую металлическую мембрану, по обеим сторонам которой находятся две пластины сфероидальной формы, образующие двойной конденсатор. Силиконовое масло выполняет одновременно функции диэлектрика и разделительной жидкости. Получаемый с измерительного блока частотный выходной сигнал преобразуется в токовый выходной сигнал дистанционной передачи (рис. 7.5.1).

Электрический преобразователь построен из элементов в микроэлектронном исполнении. Подача питания и снятие выходного сигнала осуществляются по двухпроводной линии связи. Следует отметить, что электронный преобразователь наряду с преобразованием и усилением

193

сигнала осуществляет и его линеаризацию.

Высокая точность обеспечивается в этих приборах за счет тщательного выполнения измерительного блока и в частности чувствительного элемента. Сфероидальные пластины изготавливаются по технологии аналогичной уровню технологии в оптической промышленности.

Рис. 7.5.1. Блок-схема преобразователя перепада давления:

1 - измерительный двойной конденсатор; 2 -осциллятор: 3 - демодулятор; 4 – усилитель сигнала; 5 - усилитель регулирующего тока; 6 - источник вспомогательного питающего напряжения; 7 - сопротивление обратной связи; 8 - управляющий ток; 9 - защита против перевернутой полярности; 10 - зажимы выводного электрического сигнала; 11 - контрольный измерительный прибор

Зазор между пластинами конденсатора не превышает 0,2 мм. Объем разделительной жидкости 0,16 мл.

Аналогичные приборы изготавливаются фирмами Hokushin (Япония) и Daniel (США).

Емкостный метод измерения является перспективным, так как в нем наиболее полно нашли отражения современные принципы конструирования:

194

·использование одной базовой конструкции дифманометра для измерения избыточного, абсолютного давления, перепада давления и уровня;

·использование встроенных в измерительный блок разделительных мембран, выполняемых из различных материалов в зависимости от агрессивности измеряемой среды;

·применение измерительного блока с малой массой подвижных элементов, обеспечивающее нечувствительность к механическим воздействиям (вибрации, тряске, углам наклона);

·взрывонепроницаемое исполнение, позволяющее использовать приборы во взрывоопасных помещениях;

·выполнение измерительного блока с защитой от односторонней перегрузки и заполнением его внутренней полости

кремнийорганической жидкостью, что позволяет использовать его при минусовых температурах.

Основными достоинствами приборов, основанных на емкостном принципе действия, являются: малые габариты, широкий частотный диапазон, удовлетворительная линейность и возможность измерения как статических, так и динамических давлений; недостатками - чувствительность прибора к температуре, высокое входное сопротивление и необходимость специальной вторичной аппаратуры.

Вопросы для самоконтроля по главе 7

1.Какие Вам известны принципы, положенные в основу при конструировании преобразователей перепада давления?

2.В чем заключается принцип силовой компенсации, компенсации магнитных потоков?

3.Приведите схему преобразователя перепада давления с дифтрансформаторным преобразователем.

4.Объясните, как работают преобразователи для измерения перепада давления тензометрические и емкостные?

195

ГЛАВА 8. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ С ПНЕВМАТИЧЕСКИМ ВЫХОДНЫМ СИГНАЛОМ.

8.1. Анализ существующих конструкций пневматических преобразователей перепада давления (ППД) с защитой от перегрузок полным статистическим давлением

Из числа известных в настоящее время приборостроительных фирм (выпускающих пневматические ППД на высокие статические давления) наиболее передовыми являются предприятия: «Foxboro» − ( США), «Fisher and Porter С0”− ( США), «Eckardt» − ( США), “Taylor C 0»- (Англия, США), «Honeywell» − ( США), «Hitachi» — ( Япония, CШA− «Foxboro»).

Пневматические дифманометры зарубежных фирм отличаются большим разнообразием применения материалов для чувствительных элементов (ЧЭ)

идеталей, непосредственно соприкасающихся с измеряемой средой. Возможность широкого выбора материалов (различные нержавеющие стали

исплавы, монель, хастелой и др.) во многом определяется заказом ППД на соответствующую среду и условия [17].

Отечественные приборы типа ДМПК-100, ДС-П3, ДС-П5, ДМ на высокие статические давления имеют ЧЭ, которые изготавливаются, как правило, только из сплава 38НХТЮ. Сложность конструкции, большой вес приборов

иограниченный выбор материалов для чувствительных элементов резко сужают их область применения.

Для защиты от воздействия различных агрессивных, вязких, кристаллизующихся и высокотемпературных сред многие фирмы используют мембранные разделительные устройства с широкой номенклатурой по конструкции и материалам (нержавеющей стали, монель, никель, титан, тантал, хастелой и др.).

Измерительный блок дифманометра типа МР фирмы, «Eckardt» с

пределами измерения 0÷0,25; 0÷0,64 МПа (рис. 8.1.1) конструктивно

196

выполнен так, что профилированная опорная подушка (2) надежно защищает мембрану ЧЭ (1) от разрушения полным (рабочим) статическим давлением

42,0 МПа (420 кгс/cм2).

Измерительный блок дифманометра фирма “Honeywell” ( США) применяет в качестве измерительного ЧЭ - сильфон (1), защищенный с двух сторон компенсационными мембранами (2) и клапанной защитой (3) (рис.8.1.2).

Рис. 8.1.1. Измерительный блок дифманометра типа МР

Защищен от односторонней перегрузки полным статистическим давлением до P=100 кгс/см2 .

197