Tipi di trasmettitori di pressione

Semplice autointroduzione del trasmettitore di pressione

In quanto sensore di pressione la cui uscita è un segnale standard, un trasmettitore di pressione è uno strumento che accetta una variabile di pressione e la converte in un segnale di uscita standard in proporzione. Può convertire i parametri fisici di pressione di gas, liquidi, ecc. rilevati dal sensore della cella di carico in segnali elettrici standard (come 4-20 mA ADC, ecc.) per fornire strumenti secondari come allarmi di segnalazione, registratori, regolatori, ecc. per la misurazione e l'indicazione e la regolazione di processo.

La classificazione dei trasmettitori di pressione

Solitamente i trasmettitori di pressione di cui parliamo si dividono in base al principio:
Trasmettitori di pressione capacitivi, trasmettitori di pressione resistivi, trasmettitori di pressione induttivi, trasmettitori di pressione a semiconduttore e trasmettitori di pressione piezoelettrici per misure ad alta frequenza. Tra questi, i trasmettitori di pressione resistivi sono i più utilizzati. Il trasmettitore di pressione capacitivo prende il modello 3051S di Rosemount come esempio di prodotti di fascia alta.

I trasmettitori di pressione possono essere suddivisi in metallo, ceramica, silicio diffuso, silicio monocristallino, zaffiro, film spruzzato, ecc. in base ai componenti sensibili alla pressione.

• Il trasmettitore di pressione in metallo ha una scarsa precisione, ma ha poca influenza sulla temperatura ed è adatto ad aree con un ampio intervallo di temperatura e bassi requisiti di precisione.
• I sensori di pressione in ceramica offrono una maggiore precisione, ma sono maggiormente influenzati dalla temperatura. La ceramica presenta inoltre il vantaggio di essere resistente agli urti e alla corrosione, caratteristiche che la rendono adatta all'impiego nel campo della risposta.
• La precisione di trasmissione della pressione del silicio diffuso è molto elevata e anche la deriva termica è notevole, quindi è generalmente richiesta una compensazione della temperatura prima di poterlo utilizzare. Inoltre, anche dopo la compensazione della temperatura, non è possibile misurare pressioni superiori a 125 °C. Tuttavia, a temperatura ambiente, il coefficiente di sensibilità del silicio diffuso è 5 volte superiore a quello della ceramica, quindi viene generalmente utilizzato nel campo delle misurazioni ad alta precisione.
• Il trasmettitore di pressione in silicio monocristallino è il sensore più preciso nella pratica industriale. Si tratta di una versione aggiornata del silicio diffuso. Naturalmente, anche il prezzo è migliorato. Attualmente, Yokogawa, in Giappone, è il rappresentante nel campo della pressione in silicio monocristallino.
• Il trasmettitore di pressione in zaffiro non è sensibile alle variazioni di temperatura e ha buone caratteristiche di funzionamento anche in condizioni di temperatura elevata; lo zaffiro ha una resistenza alle radiazioni estremamente elevata; nessuna deriva pn; può funzionare normalmente nelle peggiori condizioni di lavoro ed è affidabile. Alte prestazioni, buona precisione, errore di temperatura minimo e rapporto costo-prestazioni complessivo elevato.
• Il trasmettitore di pressione a film sottile sputtering non contiene alcun adesivo e mostra una maggiore stabilità e affidabilità a lungo termine rispetto al sensore estensimetrico adesivo; è meno influenzato dalla temperatura: quando la temperatura cambia di 100 ℃, la deriva dello zero è solo dello 0,5%. Le sue prestazioni in temperatura sono di gran lunga superiori al sensore di pressione al silicio a diffusione; inoltre, può entrare in contatto diretto con fluidi corrosivi generici.

Principi dei diversi tipi di trasmettitori di pressione

• Il principio del trasmettitore di pressione capacitivo.

Quando la pressione agisce direttamente sulla superficie del diaframma di misura, quest'ultimo produce una piccola deformazione. Il circuito ad alta precisione sul diaframma di misura trasforma questa piccola deformazione in una tensione altamente lineare proporzionale alla pressione e alla tensione di eccitazione. Il segnale viene quindi convertito, tramite un chip dedicato, in un segnale di corrente standard da 4-20 mA o in un segnale di tensione da 1-5 V.

• Il principio del trasmettitore di pressione al silicio diffuso

La pressione del mezzo misurato agisce direttamente sul diaframma del sensore (solitamente un diaframma 316L), facendo sì che il diaframma produca un microspostamento proporzionale alla pressione del mezzo, modificando il valore di resistenza del sensore e rilevandolo con un circuito di Wheatstone. Questa modifica, converte e produce un segnale di misura standard corrispondente a questa pressione.

• Principio del trasmettitore di pressione in silicio monocristallino

I sensori di pressione piezoresistivi sono realizzati sfruttando l'effetto piezoresistivo del silicio monocristallino. Il wafer di silicio monocristallino viene utilizzato come elemento elastico. Quando la pressione varia, il silicio monocristallino produce una deformazione, per cui la resistenza alla deformazione diffusa direttamente su di esso produce una variazione proporzionale alla pressione misurata, e quindi il corrispondente segnale di tensione in uscita viene ottenuto dal circuito a ponte.

• Principio del trasmettitore di pressione ceramico

La pressione agisce direttamente sulla superficie frontale del diaframma ceramico, causandone una leggera deformazione. Il resistore a film spesso è stampato sul retro del diaframma ceramico e collegato a un ponte di Wheatstone (ponte chiuso) grazie all'effetto piezoresistivo del varistore. Il ponte genera un segnale di tensione altamente lineare, proporzionale alla pressione e proporzionale alla tensione di eccitazione. Generalmente utilizzato per la misurazione della pressione dei compressori d'aria, viene utilizzato un maggior numero di ceramiche.

• Principio del trasmettitore di pressione estensimetrico

I trasmettitori di pressione a estensimetro più comunemente utilizzati sono gli estensimetri a resistenza metallica e gli estensimetri a semiconduttore. L'estensimetro a resistenza metallica è un tipo di dispositivo sensibile che converte la variazione di deformazione sul pezzo in prova in un segnale elettrico. Esistono due tipi di estensimetri a filo e a lamina metallica. Solitamente l'estensimetro è saldamente fissato alla matrice di deformazione meccanica tramite uno speciale adesivo. Quando la matrice è soggetta a una variazione di sollecitazione, anche l'estensimetro a resistenza si deforma, modificando il valore di resistenza dell'estensimetro e, di conseguenza, la tensione applicata al resistore. I trasmettitori di pressione a estensimetro sono relativamente rari sul mercato.

• Trasmettitore di pressione in zaffiro

Il trasmettitore di pressione in zaffiro sfrutta il principio di funzionamento della resistenza alla deformazione, adotta componenti sensibili al silicio-zaffiro ad alta precisione e converte il segnale di pressione in un segnale elettrico standard tramite un circuito amplificatore dedicato.

• Trasmettitore di pressione a film di sputtering

L'elemento sensibile alla pressione mediante sputtering è prodotto mediante tecnologia microelettronica, formando un ponte di Wheatstone solido e stabile sulla superficie del diaframma elastico in acciaio inossidabile. Quando la pressione del fluido misurato agisce sul diaframma elastico in acciaio inossidabile, il ponte di Wheatstone sull'altro lato produce un segnale elettrico di uscita proporzionale alla pressione. Grazie alla loro buona resistenza agli urti, i film sputtering sono spesso utilizzati in applicazioni con frequenti impatti di pressione, come le apparecchiature idrauliche.

Precauzioni per la selezione del trasmettitore di pressione

• Selezione del valore dell'intervallo di pressione del trasmettitore:

Per prima cosa, determinare il valore massimo della pressione misurata nel sistema. In genere, è necessario selezionare un trasmettitore con un intervallo di pressione circa 1,5 volte superiore al valore massimo, oppure lasciare che il trasmettitore di pressione rientri nell'intervallo di pressione normale. Un altro metodo comune è quello di utilizzare un intervallo compreso tra 1/3 e 2/3 dell'intervallo normale.

• Che tipo di mezzo di pressione:

Liquidi viscosi e fanghi ostruiranno le porte di pressione. Solventi o sostanze corrosive distruggeranno i materiali del trasmettitore a diretto contatto con questi fluidi?
Il materiale del trasmettitore di pressione generale a contatto con il fluido è acciaio inossidabile 316. Se il fluido non è corrosivo per l'acciaio inossidabile 316, allora praticamente tutti i trasmettitori di pressione sono adatti a misurare la pressione del fluido;
Se il fluido è corrosivo per l'acciaio inossidabile 316, è necessario utilizzare una tenuta chimica e una misurazione indiretta. L'utilizzo di un tubo capillare riempito con olio siliconico per guidare la pressione può prevenire la corrosione del trasmettitore di pressione e prolungarne la durata.

• Di quanta precisione ha bisogno il trasmettitore:

La precisione è determinata da: non linearità, isteresi, non ripetibilità, temperatura, offset di zero e temperatura. Maggiore è la precisione, maggiore è il prezzo. Generalmente, la precisione del trasmettitore di pressione al silicio diffuso è di 0,5 o 0,25, mentre il trasmettitore di pressione al silicio capacitivo o monocristallino ha una precisione di 0,1 o addirittura 0,075.

• Collegamento di processo del trasmettitore:

Generalmente, i trasmettitori di pressione vengono installati su tubazioni o serbatoi. Naturalmente, una piccola parte di essi viene installata e utilizzata con misuratori di portata. Esistono solitamente tre tipi di installazione per i trasmettitori di pressione: filettata, flangiata e a morsetto. Pertanto, prima di selezionare il trasmettitore di pressione, è necessario considerare anche la connessione al processo. Se è filettata, è necessario determinare le specifiche della filettatura. Per le flange, è necessario considerare le specifiche della flangia del diametro nominale.

Introduzione al settore dei trasmettitori di pressione

Circa 40 paesi in tutto il mondo sono impegnati nella ricerca e nella produzione di sensori, di cui Stati Uniti, Giappone e Germania sono le regioni con la maggiore produzione di sensori. Insieme, i tre paesi rappresentano oltre il 50% del mercato mondiale dei sensori.

Oggigiorno, il mercato dei trasmettitori di pressione nel mio Paese è un mercato maturo con un'elevata concentrazione. Tuttavia, la posizione dominante è detenuta dai paesi esteri, rappresentati da Emerson, Yokogawa, Siemens, ecc. I prodotti di marca rappresentano circa il 70% della quota di mercato e godono di un vantaggio assoluto nei progetti di ingegneria di grandi e medie dimensioni.

Ciò è dovuto alle conseguenze dell'adozione precoce da parte del mio Paese della strategia del "mercato della tecnologia", che ha colpito duramente le imprese statali del mio Paese e che un tempo era in uno stato di fallimento; allo stesso tempo, però, alcuni produttori, rappresentati da imprese private cinesi, stanno emergendo silenziosamente e si stanno rafforzando. Il futuro mercato cinese dei trasmettitori di pressione è pieno di nuove incognite.