|
Материалы

Возможности применения датчиков давления в автоматизированных системах с частотными преобразователями


Известны многие способы преобразования давления в электрический сигнал, но только некоторые из них получили широкое применение в общепромышленных ИПД. По принципу действия или способу преобразования измеряемого давления в выходной сигнал первичные ИПД подразделяются прежде всего на деформационные и электрические. При этом в деформационных ИПД перемещения чувствительного элемента (ЧЭ) трансформируются с помощью дополнительных промежуточных механизмов и преобразователей в электрический или электромагнитный сигнал. В электрических ИПД при измерении давления изменяются ЧЭ собственные электрические параметры: сопротивление, емкость или заряд.

Современные общепромышленные ИПД реализованы на основе емкостных (используют ЧЭ в виде конденсатора с переменным зазором: смещение или прогиб под действием прилагаемого давления подвижного электрода-мембраны относительно неподвижного изменяет емкость ЧЭ), пьезоэлектрических (основаны на зависимости поляризованного заряда или резонансной частоты пьезокристаллов от давления или тензорезисторных (используют зависимость активного сопротивления проводника или полупроводника от степени его деформации) принципах действия. Также получили развитие и другие принципы создания ИПД: волоконно-оптические, гальваномагнитные, объемного сжатия, акустические, диффузионные и т.д.

Однако основными являются тензорезисторные ИПД (см. рис 1). Тензорезисторные чувствительные элементы представляют собой металлическую и/или диэлектрическую измерительную мембрану, на которой размещаются тензорезисторы с контактными площадками для проводного подключения к внутренней или внешней электроизмерительной схеме электронному блоку обработки. Деформация мембраны под воздействием внешнего давления Р приводит к локальным деформациям тензорезисторного моста и его разбалансу изменению сопротивления, которое измеряется электронным блоком (см. рис. 1). Тензорезисторы (ТР) выполняются как из металла (проволочные, фольговые или пленочные), так и из полупроводника (поликристаллические из порошкообразного полупроводника и монокристаллические из кристалла кремния). Чувствительность полупроводниковых ТР в десятки раз выше, чем у металлических, и, кроме того, интегральная технология позволяет в одном кристалле кремния формировать одновременно как тензорезисторы, так и микроэлектронный блок обработки. В последние годы получили преимущественное развитие ЧЭ в виде интегральных полупроводниковых ТР. Такие элементы реализуются либо по технологии диффузионных резисторов с изоляцией их от проводящей кремниевой подложки p-n переходами технология «кремний на кремнии», либо по гетероэпитаксиальной технологии «кремний на диэлектрике» на стеклокерамике, кварце или сапфире. Для этих ЧЭ, особенно полупроводниковых, существенно влияние температуры на упругие и электрические характеристики ТР, что требует применения специальных схем температурной компенсации погрешностей (в частности, с этой целью в расширенной схеме тензомоста используются компенсационные резисторы и терморезисторы). Особенно широкое применение в изготовлении общепромышленных ИПД в силу своих высоких механических, изолирующих и теплоустойчивых качеств получила технология КНС «кремний на сапфире».

По выходному сигналу ИПД подразделяются на аналоговые и цифровые. ИПД аналоговые применяются с унифицированным токовым сигналом 0...5, 0...20 или 4...20 мA. В настоящее время наметился переход к ИПД с цифровым выходом. Широкое распространение получил цифровой протокол HART. Этот открытый стандартный гибридный протокол двунаправленной связи предусматривает передачу цифровой информации поверх стандартного аналогового сигнала 4-20 мA.

В качестве основных ИПД для применения в автоматизированных системах теплоснабжения рассмотрим датчики давления Метран-100, которые предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование измеряемых величин давления избыточного, абсолютного, разрежения, давления-разрежения, разности давлений, гидростатического давления нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи, цифровой сигнал на базе HART-протокола, цифровой сигнал на базе интерфейса RS-485 с протоколами обмена ICP или Modbus [2].

Датчики предназначены для работы со вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, регуляторами и другими устройствами автоматики, машинами централизованного контроля и системами управления, воспринимающими стандартные сигналы постоянного тока 0-5 или 0-20 или 4-20 мА, цифрового сигнала на базе HART- протокола и цифрового сигнала на базе интерфейса 485 с протоколами обмена или др.

1 2 3
Общее время работы: 16.093969345093 мс
Использование памяти: 661 КБ