ประเภทของเครื่องส่งสัญญาณแรงดัน

การแนะนำเครื่องส่งสัญญาณแรงดันด้วยตนเองอย่างง่ายๆ

เครื่องส่งสัญญาณความดันเป็นเครื่องมือที่ยอมรับตัวแปรความดันและแปลงเป็นสัญญาณเอาต์พุตมาตรฐานตามสัดส่วนในฐานะเซ็นเซอร์ความดันที่มีเอาต์พุตเป็นสัญญาณมาตรฐาน มันสามารถแปลงพารามิเตอร์ความดันทางกายภาพของก๊าซ ของเหลว ฯลฯ ที่เซ็นเซอร์โหลดเซลล์สัมผัสได้ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้ามาตรฐาน (เช่น 4-20mADC เป็นต้น) เพื่อจัดเตรียมเครื่องมือรอง เช่น การระบุสัญญาณเตือน เครื่องบันทึก ตัวควบคุม ฯลฯ สำหรับ การวัดและการบ่งชี้ และการควบคุมกระบวนการ

การจำแนกประเภทของเครื่องส่งสัญญาณความดัน

โดยปกติแล้วเครื่องส่งสัญญาณความดันที่เราพูดถึงจะถูกแบ่งออกตามหลักการ:
เครื่องส่งสัญญาณความดันแบบคาปาซิทีฟ เครื่องส่งสัญญาณความดันแบบต้านทาน เครื่องส่งสัญญาณความดันแบบเหนี่ยวนำ เครื่องส่งสัญญาณความดันเซมิคอนดักเตอร์ และเครื่องส่งสัญญาณความดันเพียโซอิเล็กทริกสำหรับการวัดความถี่สูง ในบรรดาเครื่องส่งสัญญาณความดันแบบต้านทานมีการใช้งานมากที่สุด เครื่องส่งสัญญาณความดันแบบ capacitive ใช้เครื่องส่งสัญญาณ 3051S ของ Rosemount เป็นตัวแทนของผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์

เครื่องส่งสัญญาณความดันสามารถแบ่งออกเป็นโลหะ เซรามิก ซิลิคอนแบบกระจาย ซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ แซฟไฟร์ ฟิล์มสปัตเตอร์ ฯลฯ ตามส่วนประกอบที่ไวต่อแรงกด

• เครื่องส่งสัญญาณแรงดันโลหะมีความแม่นยำต่ำ แต่มีอิทธิพลต่ออุณหภูมิเพียงเล็กน้อย และเหมาะสำหรับพื้นที่ที่มีช่วงอุณหภูมิกว้างและความต้องการความแม่นยำต่ำ
• เซ็นเซอร์ความดันเซรามิกมีความแม่นยำดีกว่า แต่ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิมากกว่า เซรามิกยังมีข้อดีคือทนต่อแรงกระแทกและการกัดกร่อน ซึ่งสามารถนำมาใช้ในด้านการตอบสนองได้
• ความแม่นยำในการส่งผ่านแรงดันของซิลิคอนแบบกระจายนั้นสูงมาก และการเคลื่อนตัวของอุณหภูมิก็มีขนาดใหญ่เช่นกัน ดังนั้นโดยทั่วไปจึงต้องมีการชดเชยอุณหภูมิก่อนจึงจะสามารถใช้งานได้ ยิ่งไปกว่านั้น แม้หลังจากการชดเชยอุณหภูมิแล้ว ก็ไม่สามารถวัดความดันที่สูงกว่า 125°C ได้ อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิห้อง ค่าสัมประสิทธิ์ความไวของซิลิคอนแบบกระจายคือ 5 เท่าของเซรามิก ดังนั้นจึงมักใช้ในด้านการวัดที่มีความแม่นยำสูง
• เครื่องส่งสัญญาณความดันซิลิกอนผลึกเดี่ยวเป็นเซ็นเซอร์ที่แม่นยำที่สุดในการปฏิบัติงานทางอุตสาหกรรม เป็นซิลิคอนแบบกระจายรุ่นอัพเกรด แน่นอนว่าราคาก็อัพเกรดเช่นกัน ปัจจุบัน Yokogawa ของญี่ปุ่นเป็นตัวแทนในด้านแรงดันซิลิคอน monocrystalline
• เครื่องส่งสัญญาณความดันแซฟไฟร์ไม่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และมีลักษณะการทำงานที่ดีแม้ในสภาวะที่มีอุณหภูมิสูง แซฟไฟร์มีความต้านทานรังสีที่รุนแรงมาก ไม่มีการดริฟท์ pn; สามารถทำงานได้ตามปกติภายใต้สภาวะการทำงานที่เลวร้ายที่สุด และเชื่อถือได้ ประสิทธิภาพสูง ความแม่นยำดี อุณหภูมิผิดพลาดน้อยที่สุด และประสิทธิภาพด้านต้นทุนโดยรวมสูง
• เครื่องส่งสัญญาณความดันแบบฟิล์มบางสปัตเตอร์ไม่มีกาวใดๆ และแสดงให้เห็นความเสถียรและความน่าเชื่อถือในระยะยาวที่สูงกว่าเซ็นเซอร์เกจวัดความเครียดแบบเหนียว อุณหภูมิจะได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิน้อยลง: เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง 100 ℃ ค่าความคลาดเคลื่อนเป็นศูนย์จะอยู่ที่ 0.5% เท่านั้น ประสิทธิภาพอุณหภูมิของมันเหนือกว่าเซ็นเซอร์ความดันซิลิกอนการแพร่กระจายมาก นอกจากนี้ยังสามารถสัมผัสกับสารกัดกร่อนทั่วไปได้โดยตรง

หลักการทำงานของเครื่องส่งสัญญาณแรงดันประเภทต่างๆ

• หลักการของเครื่องส่งสัญญาณความดันแบบ capacitive

เมื่อแรงดันมีผลโดยตรงบนพื้นผิวของไดอะแฟรมการวัด ไดอะแฟรมจะทำให้เกิดการเสียรูปเล็กน้อย วงจรความแม่นยำสูงบนไดอะแฟรมการวัดจะเปลี่ยนรูปแบบเล็กน้อยนี้ให้เป็นแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นสูงตามสัดส่วนของแรงดันและเป็นสัดส่วนกับแรงดันกระตุ้น สัญญาณ จากนั้นใช้ชิปเฉพาะเพื่อแปลงสัญญาณแรงดันไฟฟ้านี้เป็นสัญญาณกระแส 4-20mA มาตรฐานอุตสาหกรรมหรือสัญญาณแรงดันไฟฟ้า 1-5V

• หลักการของเครื่องส่งสัญญาณแรงดันซิลิคอนแบบกระจาย

ความดันของตัวกลางที่วัดได้มีผลโดยตรงต่อไดอะแฟรมของเซ็นเซอร์ (โดยปกติจะเป็นไดอะแฟรม 316L) ทำให้ไดอะแฟรมสร้างการกระจัดระดับไมโครตามสัดส่วนความดันของตัวกลาง เปลี่ยนค่าความต้านทานของเซ็นเซอร์ และตรวจจับด้วย วงจรวีทสโตน การเปลี่ยนแปลงนี้และแปลงและส่งสัญญาณการวัดมาตรฐานที่สอดคล้องกับความดันนี้

• หลักการของเครื่องส่งสัญญาณความดันซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์

เซ็นเซอร์ความดัน Piezoresistive ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ผล Piezoresistive ของซิลิคอนผลึกเดี่ยว เวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวถูกใช้เป็นองค์ประกอบยืดหยุ่น เมื่อความดันเปลี่ยนแปลง ซิลิกอนผลึกเดี่ยวจะสร้างความเครียด เพื่อให้ความต้านทานต่อความเครียดกระจายโดยตรงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วนของความดันที่วัดได้ จากนั้นวงจรบริดจ์จะได้รับสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน

• หลักการส่งสัญญาณแรงดันเซรามิก

แรงกดจะกระทำโดยตรงที่พื้นผิวด้านหน้าของไดอะแฟรมเซรามิก ส่งผลให้ไดอะแฟรมเสียรูปเล็กน้อย ตัวต้านทานแบบฟิล์มหนาจะถูกพิมพ์ไว้ที่ด้านหลังของไดอะแฟรมเซรามิก และเชื่อมต่อกับสะพานวีทสโตน (สะพานแบบปิด) เนื่องจากเอฟเฟกต์พีโซรีซิสต์ของวาริสเตอร์ สะพานจะสร้างสัญญาณแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นสูงตามสัดส่วนของความดันและสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้ากระตุ้น . โดยทั่วไปใช้สำหรับการวัดแรงดันของเครื่องอัดอากาศ จะใช้เซรามิกมากขึ้น

• หลักการของเครื่องส่งสัญญาณความดันสเตรนเกจ

เครื่องส่งสัญญาณความดันสเตรนเกจที่ใช้กันมากที่สุดคือสเตรนเกจต้านทานโลหะและสเตรนเกจเซมิคอนดักเตอร์ สเตรนเกจความต้านทานของโลหะเป็นอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อนชนิดหนึ่งซึ่งจะแปลงการเปลี่ยนแปลงความเครียดบนชิ้นทดสอบให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า สเตรนเกจแบบลวดและสเตรนเกจแบบฟอยล์โลหะมีสองแบบ โดยปกติแล้วสเตรนเกจจะถูกยึดติดอย่างแน่นหนากับเมทริกซ์ความเครียดทางกลโดยใช้กาวพิเศษ เมื่อเมทริกซ์อยู่ภายใต้การเปลี่ยนแปลงความเค้น เกจวัดความต้านทานก็เปลี่ยนรูปเช่นกัน ดังนั้นค่าความต้านทานของสเตรนเกจจึงเปลี่ยนไป ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับตัวต้านทานจึงเปลี่ยนไป เครื่องส่งสัญญาณความดันสเตรนเกจนั้นค่อนข้างหายากในท้องตลาด

• เครื่องส่งสัญญาณความดันแซฟไฟร์

เครื่องส่งสัญญาณแรงดันแซฟไฟร์ใช้หลักการทำงานต้านทานความเครียด ใช้ส่วนประกอบที่ไวต่อซิลิคอน-แซฟไฟร์ที่มีความแม่นยำสูง และแปลงสัญญาณความดันเป็นสัญญาณไฟฟ้ามาตรฐานผ่านวงจรขยายสัญญาณเฉพาะ

• เครื่องส่งสัญญาณความดันฟิล์มสปัตเตอร์

องค์ประกอบที่ไวต่อแรงกดสปัตเตอร์ผลิตโดยเทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งสร้างสะพานวีทสโตนที่มั่นคงและมั่นคงบนพื้นผิวของไดอะแฟรมสแตนเลสแบบยืดหยุ่น เมื่อความดันของตัวกลางที่วัดได้กระทำบนไดอะแฟรมสแตนเลสสตีลแบบยืดหยุ่น สะพานวีทสโตนที่อยู่อีกด้านหนึ่งจะสร้างสัญญาณเอาท์พุตไฟฟ้าตามสัดส่วนของความดัน เนื่องจากทนทานต่อแรงกระแทกได้ดี ฟิล์มสปัตเตอร์จึงมักใช้ในโอกาสที่ต้องรับแรงกระแทกบ่อยครั้ง เช่น อุปกรณ์ไฮดรอลิก

ข้อควรระวังในการเลือก เครื่องส่งสัญญาณแรงดัน

• การเลือกค่าช่วงความดันเครื่องส่งสัญญาณ:

ขั้นแรกให้กำหนดค่าสูงสุดของความดันที่วัดได้ในระบบ โดยทั่วไป คุณต้องเลือกเครื่องส่งสัญญาณที่มีช่วงความดันมากกว่าค่าสูงสุดประมาณ 1.5 เท่า หรือปล่อยให้ช่วงความดันปกติตกบนเครื่องส่งสัญญาณความดัน 1/3~2/3 ของช่วงปกติก็เป็นวิธีทั่วไปเช่นกัน

• สื่อความดันชนิดใด:

ของเหลวและโคลนที่มีความหนืดจะปิดกั้นพอร์ตแรงดัน ตัวทำละลายหรือสารกัดกร่อนจะทำลายวัสดุในตัวส่งสัญญาณที่สัมผัสโดยตรงกับสื่อเหล่านี้หรือไม่
วัสดุของเครื่องส่งสัญญาณแรงดันทั่วไปที่สัมผัสกับตัวกลางคือสแตนเลส 316 หากตัวกลางไม่กัดกร่อนเหล็กกล้าไร้สนิม 316 โดยทั่วไปแล้วเครื่องส่งสัญญาณความดันทั้งหมดจะเหมาะสำหรับการวัดความดันของตัวกลาง
หากตัวกลางมีฤทธิ์กัดกร่อนเหล็กสแตนเลส 316 ควรใช้ซีลเคมี และควรใช้การวัดทางอ้อม หากใช้ท่อคาปิลลารีที่เติมน้ำมันซิลิโคนเพื่อควบคุมแรงดัน จะสามารถป้องกันเครื่องส่งสัญญาณแรงดันจากการกัดกร่อนและยืดอายุการใช้งานของเครื่องส่งสัญญาณความดันได้

• เครื่องส่งสัญญาณต้องการความแม่นยำเพียงใด:

ความแม่นยำถูกกำหนดโดย: ความไม่เป็นเชิงเส้น ฮิสเทรีซิส การไม่สามารถทำซ้ำได้ อุณหภูมิ สเกลออฟเซ็ตเป็นศูนย์ และอุณหภูมิ ยิ่งมีความแม่นยำมาก ราคาก็จะยิ่งสูงขึ้น โดยทั่วไป ความแม่นยำของเครื่องส่งสัญญาณแรงดันซิลิกอนแบบกระจายคือ 0.5 หรือ 0.25 และเครื่องส่งสัญญาณความดันซิลิกอนแบบคาปาซิทีฟหรือโมโนคริสตัลไลน์มีความแม่นยำ 0.1 หรือ 0.075

• การเชื่อมต่อกระบวนการของเครื่องส่งสัญญาณ:

โดยทั่วไป เครื่องส่งสัญญาณแรงดันจะติดตั้งบนท่อหรือถัง แน่นอนว่ามีการติดตั้งและ ใช้งานส่วนเล็ก ๆ กับเครื่องวัดการไหล โดยทั่วไปเครื่องส่งสัญญาณแรงดันจะมีรูปแบบการติดตั้งสามรูปแบบ: เกลียว หน้าแปลน และแคลมป์ ดังนั้น ก่อนที่จะเลือกเครื่องส่งสัญญาณความดัน จะต้องพิจารณาการเชื่อมต่อกระบวนการด้วย หากเป็นแบบเกลียว จำเป็นต้องกำหนดข้อมูลจำเพาะของเกลียว สำหรับหน้าแปลน จำเป็นต้องพิจารณาข้อกำหนดเฉพาะของหน้าแปลนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางระบุ

แนะนำอุตสาหกรรมเครื่องส่งสัญญาณความดัน

มีประมาณ 40 ประเทศทั่วโลกมีส่วนร่วมในการวิจัยและการผลิตเซ็นเซอร์ โดยสหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และเยอรมนีเป็นภูมิภาคที่มีผลผลิตเซ็นเซอร์มากที่สุด ทั้งสามประเทศรวมกันคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 50% ของตลาดเซ็นเซอร์ทั่วโลก

ปัจจุบันตลาดเครื่องส่งสัญญาณความดันในประเทศของฉันเป็นตลาดที่อิ่มตัวและมีตลาดกระจุกตัวสูง อย่างไรก็ตาม ตำแหน่งที่โดดเด่นคือต่างประเทศที่เป็นตัวแทนของ Emerson, Yokogawa, Siemens ฯลฯ ผลิตภัณฑ์แบรนด์เนมมีส่วนแบ่งตลาดประมาณ 70% และมีข้อได้เปรียบอย่างแน่นอนในโครงการวิศวกรรมขนาดใหญ่และขนาดกลาง

นี่เป็นเพราะผลสืบเนื่องของการนำกลยุทธ์ "ตลาดสำหรับเทคโนโลยี" มาใช้ในประเทศของฉันในช่วงแรกๆ ซึ่งส่งผลกระทบต่อรัฐวิสาหกิจในประเทศของฉันอย่างมากและครั้งหนึ่งเคยตกอยู่ในสภาวะล้มเหลว แต่ในขณะเดียวกัน ผู้ผลิตบางรายก็เป็นตัวแทน โดยบริษัทเอกชนของจีน ปรากฏอย่างเงียบๆ และเติบโตแข็งแกร่งขึ้น ตลาดเครื่องส่งสัญญาณความดันในอนาคตของจีนเต็มไปด้วยสิ่งใหม่ๆ

การอ่านเพิ่มเติม: ตัวแปลงสัญญาณแรงดันทำงานอย่างไร