סוגי משדרי לחץ

הצגה עצמית פשוטה של ​​משדר לחץ

משדר לחץ, כחיישן לחץ שהפלט שלו הוא אות סטנדרטי, הוא מכשיר המקבל משתנה לחץ וממיר אותו לאות פלט סטנדרטי בפרופורציה. הוא יכול להמיר את פרמטרי הלחץ הפיזיים של גז, נוזל וכו' המורגשים על ידי חיישן תא העומס לאותות חשמליים סטנדרטיים (כגון 4-20mADC וכו') כדי לספק מכשירים משניים כגון אזעקות חיווי, מקליטי מכשיר, ווסתים וכו' למדידה, חיווי וויסות תהליכים.

סיווג משדרי לחץ

בדרך כלל משדרי הלחץ שאנו מדברים עליהם מחולקים לפי העיקרון:
משדרי לחץ קיבוליים, משדרי לחץ התנגדותיים, משדרי לחץ אינדוקטיביים, משדרי לחץ מוליכים למחצה ומשדרי לחץ פיזואלקטריים למדידת תדר גבוה. ביניהם, משדרי לחץ התנגדותיים הם הנפוצים ביותר. משדר הלחץ הקיבולי מייצג את המשדר 3051S של Rosemount כנציג של מוצרים יוקרתיים.

ניתן לחלק משדרי לחץ למתכת, קרמיקה, סיליקון מפוזר, סיליקון חד-גבישי, ספיר, סרט מפוזר וכו' בהתאם לרכיבים הרגישים ללחץ.

• למשדר לחץ מתכת יש דיוק נמוך, אך יש לו השפעה מועטה על הטמפרטורה, והוא מתאים לאזורים עם טווח טמפרטורות רחב ודרישות דיוק נמוכות.
• לחיישני לחץ קרמיים יש דיוק טוב יותר, אך הם מושפעים יותר מטמפרטורה. לקרמיקה יש גם יתרון של עמידות בפני פגיעות ועמידות בפני קורוזיה, שניתן להשתמש בהם בתחום התגובה.
• דיוק העברת הלחץ של סיליקון מפוזר גבוה מאוד, וגם סחף הטמפרטורה גדול, ולכן בדרך כלל נדרש פיצוי טמפרטורה לפני שניתן להשתמש בו. יתר על כן, גם לאחר פיצוי הטמפרטורה, לא ניתן למדוד לחץ מעל 125 מעלות צלזיוס. עם זאת, בטמפרטורת החדר, מקדם הרגישות של סיליקון מפוזר גדול פי 5 מזה של קרמיקה, ולכן הוא משמש בדרך כלל בתחום המדידה בדיוק גבוה.
• משדר לחץ סיליקון חד-גבישי הוא החיישן המדויק ביותר בתעשייה. זוהי גרסה משודרגת של סיליקון מפוזר. כמובן, גם המחיר עולה. נכון לעכשיו, יוקוגאווה מיפן היא הנציגה בתחום לחץ הסיליקון המונו-גבישי.
• משדר הלחץ מספיר אינו רגיש לשינויי טמפרטורה, ובעל מאפייני עבודה טובים גם בתנאי טמפרטורה גבוהים; לספיר עמידות חזקה ביותר לקרינה; אין סחיפה של pn; הוא יכול לעבוד כרגיל בתנאי העבודה הגרועים ביותר והוא אמין. ביצועים גבוהים, דיוק טוב, שגיאת טמפרטורה מינימלית וביצועי עלות כוללים גבוהים.
• משדר הלחץ בעל שכבה דקה של התזה אינו מכיל דבק, והוא מציג יציבות ואמינות גבוהות יותר לטווח ארוך בהשוואה לחיישן מד מאמץ דביק; הוא פחות מושפע מטמפרטורה: כאשר הטמפרטורה משתנה ב-100 מעלות צלזיוס, סחף האפס הוא רק 0.5%. ביצועי הטמפרטורה שלו עדיפים בהרבה על חיישן הלחץ של סיליקון דיפוזיה; בנוסף, הוא יכול ליצור מגע ישיר עם מדיה קורוזיבית כללית.

עקרונות של סוגים שונים של משדרי לחץ

• עקרון משדר הלחץ הקיבולי.

כאשר הלחץ פועל ישירות על פני הסרעפת, הסרעפת מייצרת עיוות קטן. המעגל בעל הדיוק הגבוה על הסרעפת הופך את העיוות הקטן הזה למתח ליניארי מאוד ביחס ללחץ וביחס למתח העירור. לאחר מכן, משתמשים בשבב ייעודי כדי להמיר את אות המתח הזה לאות זרם סטנדרטי בתעשייה של 4-20mA או לאות מתח של 1-5V.

• עקרון משדר הלחץ מסיליקון מפוזר

הלחץ של המדיום הנמדד פועל ישירות על הסרעפת של החיישן (בדרך כלל סרעפת 316L), וגורם לסרעפת לייצר תזוזה מיקרוסקופית ביחס ללחץ המדיום, לשנות את ערך ההתנגדות של החיישן, ולזהות אותו באמצעות מעגל ויטסטון. שינוי זה ממיר ומוציא אות מדידה סטנדרטי המתאים ללחץ זה.

• עקרון משדר לחץ סיליקון חד-גבישי

חיישני לחץ פיאזורסיסטיים בנויים באמצעות אפקט פיאזורסיסטי של סיליקון גבישי יחיד. פרוסת סיליקון גבישי יחיד משמשת כאלמנט אלסטי. כאשר הלחץ משתנה, סיליקון הגבישי היחיד מייצר מאמץ, כך שהתנגדות המאמץ המפוזרת ישירות עליו מייצרת שינוי פרופורציונלי ללחץ הנמדד, ולאחר מכן מתקבל אות פלט המתח המתאים על ידי מעגל הגשר.

• עקרון משדר לחץ קרמי

הלחץ פועל ישירות על המשטח הקדמי של הסרעפת הקרמית, וגורם לעיוות קל של הסרעפת. נגד הסרט העבה מודפס על גב הסרעפת הקרמית ומחובר לגשר ויטסטון (גשר סגור) עקב האפקט הפיזורזיסטי של הווריסטור. הגשר מייצר אות מתח ליניארי ביותר, ביחס ללחץ וביחס למתח העירור. משמש בדרך כלל למדידת לחץ של מדחסי אוויר, אך נעשה שימוש ביותר קרמי.

• עקרון משדר לחץ מד מתח

משדרי לחץ מסוג מד מאמץ הנפוצים ביותר הם מדי מאמץ של התנגדות מתכת ומדי מאמץ של מוליכים למחצה. מד מאמץ של התנגדות מתכת הוא סוג של מכשיר רגיש הממיר את שינוי המאמץ על פיסת הבדיקה לאות חשמלי. ישנם שני סוגים: מד מאמץ חוטי ומד מאמץ של נייר מתכת. בדרך כלל, מד המאמץ מחובר היטב למטריצת המאמץ המכנית באמצעות דבק מיוחד. כאשר המטריצה ​​​​נתונה לשינוי מאמץ, מד המאמץ של ההתנגדות גם מתעוות, כך שערך ההתנגדות של מד המאמץ משתנה, כך שהמתח המופעל על הנגד משתנה. משדרי לחץ מסוג מד מאמץ נדירים יחסית בשוק.

• משדר לחץ ספיר

משדר הלחץ מספיר משתמש בעיקרון עבודה של התנגדות מאמץ, מאמץ רכיבים רגישים לסיליקון-ספיר בעלי דיוק גבוה, וממיר את אות הלחץ לאות חשמלי סטנדרטי באמצעות מעגל מגבר ייעודי.

• משדר לחץ סרט התזה

רכיב הרגיש ללחץ בהתזה מיוצר בטכנולוגיית מיקרואלקטרוניקה, ויוצר גשר ויטסטון יציב ויציב על פני הסרעפת האלסטית האלסטית. כאשר לחץ המדיום הנמדד פועל על הסרעפת האלסטית האלסטית, גשר ויטסטון בצד השני מייצר אות פלט חשמלי פרופורציונלי ללחץ. בשל עמידותו הטובה בפני פגיעות, סרטי התזה משמשים לעתים קרובות במקרים של פגיעות לחץ תכופות, כגון בציוד הידראולי.

אמצעי זהירות לבחירת משדר לחץ

• בחירת ערך טווח לחץ המשדר:

ראשית, יש לקבוע את הערך המקסימלי של הלחץ הנמדד במערכת. באופן כללי, יש לבחור משדר עם טווח לחצים גדול פי 1.5 בערך מהערך המקסימלי, או לתת לטווח הלחץ הרגיל ליפול על משדר הלחץ. 1/3~2/3 מהטווח הרגיל היא גם שיטה נפוצה.

• איזה סוג של מדיום לחץ:

נוזלים צמיגים ובוץ ייחסמו את פתחי הלחץ. האם ממסים או חומרים קורוזיביים יהרסו את החומרים במשדר הנמצאים במגע ישיר עם חומרים אלה.
החומר של משדר הלחץ הכללי שבמגע עם המדיום הוא נירוסטה 316. אם המדיום אינו קורוזיבי לפלדת נירוסטה 316, אז בעיקרון כל משדרי הלחץ מתאימים למדידת לחץ המדיום;
אם המדיום קורוזיבי לפלדת אל-חלד 316, יש להשתמש באיטום כימי, ויש להשתמש במדידה עקיפה. אם משתמשים בצינור נימי מלא בשמן סיליקון להכוונת לחץ, הדבר יכול למנוע קורוזיה של משדר הלחץ ולהאריך את חייו.

• כמה דיוק נדרש למשדר:

הדיוק נקבע על ידי: אי-לינאריות, היסטרזיס, אי-חזרה, טמפרטורה, סקאלת אפס קיזוז וטמפרטורה. ככל שהדיוק גבוה יותר, כך המחיר גבוה יותר. באופן כללי, דיוק משדר הלחץ מסיליקון מפוזר הוא 0.5 או 0.25, ומשדר הלחץ מסיליקון קיבולי או חד-גבישי הוא בעל דיוק של 0.1 או אפילו 0.075.

• חיבור תהליך של משדר:

בדרך כלל, משדרי לחץ מותקנים על צינורות או מיכלים. כמובן, חלק קטן מהם מותקן ומשמש עם מדי זרימה. בדרך כלל ישנן שלוש צורות התקנה של משדרי לחץ: הברגה, אוגן ומהדק. לכן, לפני בחירת משדר הלחץ, יש לקחת בחשבון גם את חיבור התהליך. אם הוא מושחל, יש לקבוע את מפרט ההברגה. עבור אוגנים, יש לקחת בחשבון את מפרטי האוגן של הקוטר הנומינלי.

מבוא לתעשיית משדרי הלחץ

כ-40 מדינות ברחבי העולם עוסקות במחקר וייצור חיישנים, מתוכן ארצות הברית, יפן וגרמניה הן האזורים עם תפוקת החיישנים הגדולה ביותר. שלוש המדינות יחד מהוות יותר מ-50% משוק החיישנים העולמי.

כיום, שוק משדרי הלחץ במדינה שלי הוא שוק בוגר עם ריכוזיות שוק גבוהה. עם זאת, הדומיננטיות היא של מדינות זרות המיוצגות על ידי אמרסון, יוקוגאווה, סימנס וכו'. מוצרים של מותגים מהווים כ-70% מנתח השוק ויש להם יתרון מוחלט בפרויקטים הנדסיים גדולים ובינוניים.

זאת בשל השלכות האימוץ המוקדם של אסטרטגיית "שוק הטכנולוגיה" על ידי ארצי, שפגעה קשות במפעלים הממשלתיים של ארצי והייתה בעבר במצב של כישלון, אך במקביל, חלק מהיצרנים, המיוצגים על ידי מפעלים פרטיים של סין, מופיעים בשקט ומתחזקים. שוק משדרי הלחץ העתידי של סין מלא בלא נודעים חדשים.