Arten von Drucktransmittern

Einfache Selbsteinführung des Drucktransmitters

Als Drucksensor, dessen Ausgang ein Standardsignal ist, ist ein Drucktransmitter ein Instrument, das eine Druckvariable akzeptiert und diese proportional in ein Standardausgangssignal umwandelt. Es kann die physikalischen Druckparameter von Gasen, Flüssigkeiten usw., die vom Wägezellensensor wahrgenommen werden, in elektrische Standardsignale (z. B. 4–20 mA DC usw.) umwandeln, um sekundäre Instrumente wie Alarmanzeigen, Rekorder, Regler usw. bereitzustellen Messung und Anzeige sowie Prozessregelung.

Die Klassifizierung von Drucktransmittern

Normalerweise werden die Drucktransmitter, über die wir sprechen, nach dem Prinzip unterteilt:
Kapazitive Drucktransmitter, Widerstandsdrucktransmitter, induktive Drucktransmitter, Halbleiterdrucktransmitter und piezoelektrische Drucktransmitter für die Hochfrequenzmessung. Unter ihnen werden Widerstandsdrucktransmitter am häufigsten verwendet. Der kapazitive Drucktransmitter übernimmt den 3051S-Transmitter von Rosemount als Vertreter der High-End-Produkte.

Drucktransmitter können je nach druckempfindlichen Komponenten in Metall, Keramik, diffundiertes Silizium, monokristallines Silizium, Saphir, gesputterte Folie usw. unterteilt werden.

• Metalldruckmessumformer haben eine geringe Genauigkeit, haben aber nur einen geringen Temperatureinfluss und eignen sich für Bereiche mit einem großen Temperaturbereich und geringen Genauigkeitsanforderungen.
• Keramische Drucksensoren haben eine höhere Genauigkeit, werden jedoch stärker von der Temperatur beeinflusst. Keramik hat außerdem den Vorteil der Schlagfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit, die im Reaktionsbereich eingesetzt werden können.
• Die Druckübertragungsgenauigkeit von diffundiertem Silizium ist sehr hoch und auch die Temperaturdrift ist groß, sodass vor der Verwendung im Allgemeinen eine Temperaturkompensation erforderlich ist. Darüber hinaus kann auch nach der Temperaturkompensation kein Druck über 125 °C gemessen werden. Bei Raumtemperatur ist der Empfindlichkeitskoeffizient von diffundiertem Silizium jedoch fünfmal so hoch wie der von Keramik und wird daher im Allgemeinen im Bereich hochpräziser Messungen eingesetzt.
• Einkristalliner Silizium-Drucktransmitter ist der genaueste Sensor in der industriellen Praxis. Es handelt sich um eine verbesserte Version von diffusem Silizium. Natürlich wird auch der Preis erhöht. Derzeit ist Yokogawa aus Japan der Vertreter auf dem Gebiet des monokristallinen Siliziumdrucks.
• Der Saphir-Drucktransmitter ist unempfindlich gegenüber Temperaturänderungen und weist auch unter hohen Temperaturbedingungen gute Betriebseigenschaften auf; Saphir hat eine extrem hohe Strahlungsbeständigkeit; keine pn-Drift; Es kann auch unter den schlechtesten Arbeitsbedingungen normal funktionieren und ist zuverlässig. Hohe Leistung, gute Genauigkeit, minimaler Temperaturfehler und insgesamt ein hohes Kosten-Leistungs-Verhältnis.
• Der Sputter-Dünnschicht-Drucktransmitter enthält keinen Klebstoff und weist eine höhere Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit auf als der Dehnungsmessstreifen-Sensor. Es wird weniger von der Temperatur beeinflusst: Wenn sich die Temperatur um 100 °C ändert, beträgt die Nullpunktdrift nur 0,5 %. Seine Temperaturleistung ist der des Diffusions-Silizium-Drucksensors weit überlegen; Darüber hinaus kann es direkt mit allgemeinen korrosiven Medien in Kontakt kommen.

Prinzipien verschiedener Arten von Drucktransmittern

• Das Prinzip des kapazitiven Drucktransmitters

Wenn der Druck direkt auf die Oberfläche der Messmembran einwirkt, erzeugt die Membran eine kleine Verformung. Die hochpräzise Schaltung auf der Messmembran wandelt diese kleine Verformung in eine hochlineare Spannung proportional zum Druck und proportional zur Erregerspannung um. Signal und verwenden Sie dann einen speziellen Chip, um dieses Spannungssignal in ein branchenübliches 4-20-mA-Stromsignal oder 1-5-V-Spannungssignal umzuwandeln.

• Das Prinzip des Diffusionssilikon-Drucktransmitters

Der Druck des gemessenen Mediums wirkt direkt auf die Membran des Sensors (normalerweise eine 316L-Membran), wodurch die Membran eine Mikroverschiebung proportional zum Druck des Mediums erzeugt, den Widerstandswert des Sensors ändert und ihn mit a erfasst Die Wheatstone-Schaltung verändert diese und wandelt ein diesem Druck entsprechendes Standardmesssignal um und gibt es aus.

• Prinzip des monokristallinen Silizium-Drucktransmitters

Piezoresistive Drucksensoren nutzen den piezoresistiven Effekt von einkristallinem Silizium. Als elastisches Element wird ein einkristalliner Siliziumwafer verwendet. Wenn sich der Druck ändert, erzeugt das einkristalline Silizium eine Spannung, so dass der direkt darauf diffundierte Spannungswiderstand eine Änderung proportional zum gemessenen Druck erzeugt, und dann wird das entsprechende Spannungsausgangssignal von der Brückenschaltung erhalten.

• Prinzip des keramischen Drucktransmitters

Der Druck wirkt direkt auf die Vorderseite der Keramikmembran und führt zu einer leichten Verformung der Membran. Der Dickschichtwiderstand ist auf der Rückseite der Keramikmembran aufgedruckt und aufgrund des piezoresistiven Effekts des Varistors mit einer Wheatstone-Brücke (geschlossene Brücke) verbunden. Die Brücke erzeugt ein hochlineares Spannungssignal proportional zum Druck und proportional zur Erregerspannung . Wird im Allgemeinen zur Druckmessung von Luftkompressoren verwendet, es werden jedoch auch Keramiken verwendet.

• Prinzip des DMS-Drucktransmitters

Die am häufigsten verwendeten DMS-Drucktransmitter sind Metallwiderstands-DMS und Halbleiter-DMS. Metall-DMS ist eine Art empfindliches Gerät, das die Dehnungsänderung am Prüfling in ein elektrisches Signal umwandelt. Es gibt zwei Arten von Dehnungsmessstreifen und Metallfolien-Dehnungsmessstreifen. Normalerweise wird der Dehnungsmessstreifen durch einen Spezialkleber fest mit der mechanischen Dehnungsmatrix verbunden. Wenn die Matrix einer Spannungsänderung ausgesetzt wird, verformt sich auch der Dehnungsmessstreifen, so dass sich der Widerstandswert des Dehnungsmessstreifens ändert, sodass sich die am Widerstand anliegende Spannung ändert. DMS-Drucktransmitter sind auf dem Markt relativ selten.

• Saphir-Drucktransmitter

Der Saphir-Drucktransmitter nutzt das Funktionsprinzip des Spannungswiderstands, verwendet hochpräzise Silizium-Saphir-empfindliche Komponenten und wandelt das Drucksignal über eine spezielle Verstärkerschaltung in ein elektrisches Standardsignal um.

• Sputterfilm-Drucktransmitter

Das druckempfindliche Sputterelement wird durch Mikroelektroniktechnologie hergestellt und bildet eine feste und stabile Wheatstone-Brücke auf der Oberfläche der elastischen Edelstahlmembran. Wenn der Druck des Messmediums auf die elastische Edelstahlmembran einwirkt, erzeugt die Wheatstone-Brücke auf der anderen Seite ein elektrisches Ausgangssignal proportional zum Druck. Aufgrund ihrer guten Schlagfestigkeit werden gesputterte Folien häufig in Fällen mit häufigen Druckstößen verwendet, beispielsweise bei hydraulischen Geräten.

Vorsichtsmaßnahmen bei der Auswahl von Drucktransmittern

• Auswahl des Druckbereichswerts des Senders:

Ermitteln Sie zunächst den Maximalwert des gemessenen Drucks im System. Im Allgemeinen müssen Sie einen Sender mit einem Druckbereich auswählen, der etwa 1,5-mal größer als der Maximalwert ist, oder den normalen Druckbereich auf den Drucksender fallen lassen. 1/3 bis 2/3 des Normalbereichs ist ebenfalls eine gängige Methode.

• Was für ein Druckmedium:

Viskose Flüssigkeiten und Schlamm verstopfen die Druckanschlüsse. Zerstören Lösungsmittel oder korrosive Substanzen die Materialien im Sender, die in direktem Kontakt mit diesen Medien stehen?
Das Material des allgemeinen Drucktransmitters, der mit dem Medium in Kontakt kommt, ist Edelstahl 316. Wenn das Medium nicht korrosiv gegenüber Edelstahl 316 ist, sind grundsätzlich alle Drucktransmitter zur Messung des Drucks des Mediums geeignet;
Wenn das Medium gegenüber Edelstahl 316 korrosiv ist, sollte eine chemische Dichtung verwendet und eine indirekte Messung verwendet werden. Wenn das mit Silikonöl gefüllte Kapillarrohr zur Druckführung verwendet wird, kann dies die Korrosion des Drucktransmitters verhindern und die Lebensdauer des Drucktransmitters verlängern.

• Wie viel Genauigkeit benötigt der Sender:

Die Genauigkeit wird bestimmt durch: Nichtlinearität, Hysterese, Nichtwiederholbarkeit, Temperatur, Nullpunktverschiebungsskala und Temperatur. Je höher die Genauigkeit, desto höher der Preis. Im Allgemeinen beträgt die Genauigkeit des Drucktransmitters aus diffundiertem Silizium 0,5 oder 0,25, und der Drucktransmitter aus kapazitivem oder monokristallinem Silizium hat eine Genauigkeit von 0,1 oder sogar 0,075.

• Prozessanschluss des Messumformers:

Im Allgemeinen werden Drucktransmitter an Rohren oder Tanks installiert. Natürlich wird ein kleiner Teil davon mit Durchflussmessern verbaut und genutzt . Normalerweise gibt es drei Montageformen von Drucktransmittern: Gewinde, Flansch und Klemme. Daher muss vor der Auswahl des Drucktransmitters auch der Prozessanschluss berücksichtigt werden. Wenn es sich um ein Gewinde handelt, muss die Gewindespezifikation ermittelt werden. Bei Flanschen ist es notwendig, die Flanschspezifikationen des Nenndurchmessers zu berücksichtigen.

Einführung in die Druckmessumformerbranche

Etwa 40 Länder auf der ganzen Welt beschäftigen sich mit der Forschung und Produktion von Sensoren, wobei die USA, Japan und Deutschland die Regionen mit der größten Sensorproduktion sind. Die drei Länder machen zusammen mehr als 50 % des weltweiten Sensormarktes aus.

Heutzutage ist der Druckmessumformermarkt in meinem Land ein reifer Markt mit hoher Marktkonzentration. Die dominierende Stellung liegt jedoch im Ausland, vertreten durch Emerson, Yokogawa, Siemens etc. Markenprodukte machen etwa 70 % des Marktanteils aus und sind bei großen und mittleren Engineering-Projekten absolut im Vorteil.

Dies ist auf die Folgen der frühen Übernahme der Strategie „Markt für Technologie“ in meinem Land zurückzuführen, die die Staatsunternehmen meines Landes stark getroffen hat und sich einst in einem Zustand des Scheiterns befand, gleichzeitig aber auch einige Hersteller vertrat von Chinas Privatunternehmen, stillschweigend auftauchen und stärker werden. Chinas zukünftiger Markt für Drucktransmitter ist voller neuer Unbekannter.

Erweiterte Lektüre: Wie funktioniert ein Druckwandler?