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带您深度探讨关于电容式压力变送器提供真正的测量优势细节分析

返回列表发布日期:2019-07-04 09:08:46    |    


      当过程?;ず涂煽啃远匝沽ττ弥凉刂匾?,压力变送器有多种变送器材料和样式可供选择。对于嵌入式安装,充油压力盒通常是首选,有时它们集成在变送器中,通常它们与毛细管和“化学密封”结合使用。 
      它们适应性强,设计精良,供应充足。然而,使用干燥,无油的电容式压力变送器现在是各种测量的真正替代品,为用户提供了重大的好处。电容式基板技术现在被许多压力变送器制造商广泛使用。
      除了改进的性能,出色的精度,线性度和工艺卫生外,干燥的电容式压力变送器通常比传统的“充油”压力系统更加坚固。其中一个主要问题是压力变送器上的充油变送器膜/隔膜在设计上必须非常精细以传递压力,这意味着它们很容易损坏或受损。
      还必须仔细考虑用于应用的填充油的类型,有许多变体,所有变型都旨在最小化任何污染,如果它们破裂,但当然,大多数最终用户宁愿不冒这种情况发生风险!
      为了适应典型工厂和工艺所需的各种类型的充油,通常需要将多种充油类型作为备件运输。在许多情况下,一种类型的电容式压力变送器可以是整个站点的“全方位”,但仍然是每种应用的最佳选择。
他们表示,在传统填充压力变送器需要定期重新校准或甚至常规更换的过程条件下,它们可以运行更长时间。
什么是电容式压力变送器,它们都是一样的吗?
      电容式基板材料基本上是烧结产品,是具有“粘合材料”的高度压缩的粉末。电容式本身非常耐用和坚硬,基于氧化铝 - 一种用于工业中的许多应用的物质。但并非所有电容式在结构上都相同,更精细和更纯净的电容式材料可产生最高性能。
      最好的材料是蓝宝石电容式 - 因为它非常均匀,致密的晶体设计提供了优异的机械强度,耐腐蚀性和可靠的长期稳定性。在这些材料中,特征表面光洁度在<0.7 m Ra时也非常光滑,也使其适用于最苛刻的卫生应用,包括FDA和其他制药公司要求的那些应用。
      部分电容式设计使用粘合到电容式晶片上的压电电路。本文着眼于“全电容式”测量单元,它由主体电容式体“块”和较薄的前处理隔膜组成。前膜片在其边缘周围粘合/焊接到主体上,镀金电极测量膜片在压力变化时的微小偏转,通常使用电容技术,有些人还使用压阻系统。(见图1)
      电容式作为一种材料很有吸引力,因为它在行为上非??稍げ?,稳定且非常耐磨。主体通常在后部安装ASIC芯片,这将优化性能和精度,以及温度变送器,以补偿过程温度和热膨胀的变化。作为稳定性的标志,现在可以获得低至25mBar的低标称范围电池,具有20:1的调节比。
      图1电容式压力变送器的工作原理:电容式膜片被电容电路偏转和测量。Pp =过程压力+气压,Pv =气压式呼吸器后部作用于最新的电容式压力变送器提供真正的测量效益
自我监控
      一些电容式压力变送器可以直接通过隔膜表面进行自我监控。这是通过测量单元内的“参考”电极完成的,它通过比较器实现,该比较器具有与实际“测量”相关的已知关系。报告了预期性能的任何不对准,如果电容式膜片不以预期的方式表现/弯曲,则可以检测到最小的缺陷(见图2)。这意味着可以预见到潜在的问题,而不仅仅是“失败”。对于充油系统,自我监控,在这种程度上是不可能的。
      图2 Cm测量值Cr =参考值测量单元可以自动监测其对隔膜面本身的性能
过载,脉动和真空阻力
      大多数干式电容式压力变送器具有高过载能力,并具有集成的过载轴承设计。在最新设计中,最高过载现在是标称测量范围的200倍,在这些隔膜中,一旦处于“过载”状态,将“按压或座位”靠近变送器的后部主体,在那里它不会变形或漂移,不像其他材料。它没有像金属那样的屈服点,在这个范围内,会发生不可逆的损坏。
      电容式也不会老化,疲劳或应力硬化,因此它不会对压力脉动或冲击产生反应,压力脉动或冲击会永久性地导致漂移或损坏许多其他金属压力元件类型。电容式在高真空条件下具有真正的好处,充油电池和密封件可以“脱气”,这会在隔膜后面产生气泡,因为气体是“可压缩的”,它会引起漂移,而这个错误可能会被注意到用户直到下次校准检查,用干燥的电容式压力变送器,这种情况不会发生。
      如果隔膜膜在充满油的电池中破裂,则该过程将被填充油污染,但是与该过程兼容,因此总是优选避免它!有时压力测量可能仍会继续; 一段时间内可能无法检测到泄漏和相应的产品污染。具有全面诊断监控功能的干式电容式压力变送器意味着既不会发生基于流体的过程污染事件,也不会发生未检测到的故障。
耐化学性
      电容式作为一种物质当然可以抵抗许多化学物质,更精细,更高纯度的电容式提供了最好的全方位抗性,尽管必须注意一些碱和酸。有能力的供应商将提供全面的阻力清单和建议。通常,使用合适的弹性体密封件,它们可以与一些相当具有侵蚀性和腐蚀性的介质完全兼容。
      有些组合甚至可以使用所有基于电容式/聚合物的安装件,螺纹和法兰(见图3),提供所有非金属接液部件,以便对侵蚀性工艺环境(例如海水)具有出色的耐受性,这些环境很容易腐蚀许多标准金属。这些选项意味着电容式压力变送器可以比使用PVDF螺纹毛细管密封件的大型法兰充油化学品和变送器节省成本,使用特殊且通常昂贵的涂层或合金。
      图3压力金属。这些选项意味着电容式压力变送器可以比使用PVDF螺纹毛细管密封件的大型法兰充油化学品和变送器节省成本,使用特殊且通常昂贵的涂层或合金。
抗冷凝性
      大多数测量值都是“测量”压力,必须参考并呼吸大气/空气。表压干电池总是能够“从周围环境中吸收水分”??掌胁豢杀苊獾鼗嵊兴?,在潮湿的地方(这会促使任何温度差异化的表面形成水分 - 甚至在变送器内部)甚至会在任何测量单元的敏感电子元件上形成微小液滴,从而导致微短路,从而导致漂移或偏移。
      这可以在几天,几周或几个月内实现,即使“干涸” - 变送器永远不会相同。新工厂投产后可能会发生数月或数年,然后突然变送器开始“行为不端”。移除,交换,重新校准和更换变送器的时间和生产都会丢失。
      特殊的型膜和过滤器主要用于保持这种状态,但从长远来看,它仍然不总是成功 - 潮湿的空气在里面找到了方法。为了解决这个问题,我们引入了一项新的额外措施来防止这种情况发生。在电池内表面使用“绝缘”涂层,?;っ舾械慕鸩饬吭馐艹笔臀⑿∫旱蔚挠跋?,导致“短路”和漂移,从而提供长期可靠性,即使在最潮湿的环境中也是如此。
温度性能
      更高规格的电容式压力变送器可以处理高达150°C的直接工艺温度,这不受电容式本身的限制,而是电子元件的限制。温度测量对任何压力变送器尤其是电容式设计都非常重要。
      膨胀系数的补偿是至关重要的 - 随着温度的变化,材料会膨胀,直接影响隔膜的微小偏转。在大多数测量单元上,温度在主变送器主体后面进行监控,因此不可避免地存在工艺温度滞后。
      这种滞后,特别是电容式对突然温度变化的反应,意味着它们在一段时间内会有不正确的读数,特别是在直接应用于过程的应用中(例如,冲洗隔膜)。该时间段取决于温度变化的速度和大小以及安装配置,因为恢复很大程度上取决于变送器达到平衡所需的时间以使过程温度稳定。
      然而,一种创新的新设计旨在通过直接安装在隔膜后部的温度电路来改善这一点(见图3),这也意味着温度测量现在可以作为额外的过程测量传输,从而减少连接和成本。
      图4剖视图显示了电容式压力变送器外缘的温度测量电路的新设计,有助于更快地测量温度变化并提供精确的工艺温度。
密封性:耐磨性
      使用充油变送器,金属隔膜焊接到连接体材料上,使其具有出色的密封完整性,但薄金属隔膜也很容易损坏。电容式材料因其耐磨性和耐磨性而众所周知,为压力变送器提供了同样的好处。
      可以使用钢丝刷清洁低范围电容式压力变送器,并且嵌入式安装单元可以防止积聚和堵塞,并且可以舒适地承受浆料或纸浆中的磨料颗粒,例如原纸浆中的细小金属。例如,电容式压力变送器已经用于开采泥浆泵,其持续时间比同一应用中的金属电池长许多倍,不需要漂移,重新校准或更换(参见图4)。
      图5电容式有多难?在浆料上的应用:金属体磨损,但电容式压力变送器仍然起作用,侧面弹性体密封设计意味着它也可以防止这种异常高的磨损。
嵌入式安装和密封
      电容式压力变送器需要弹性体将其密封到变送器的主体中,因此使用合适的弹性体来匹配工艺非常重要。如果这不正确,弹性体会膨胀,变形和泄漏。
如何进行这种密封是不同的,大多数电池使用将测量单元向外压在隔膜外边缘周围的圆形密封件上,直径略小的唇部,这压缩并形成密封(见图5)。
      这意味着电容式面永远不会真正冲洗变送器,它会有轻微的凹陷。具有“真正冲洗”电容式隔膜的设计表现最佳,因为没有弹性体暴露于磨蚀性冲刷或尖锐颗粒污染,以及在配件中几乎没有“零”产品保留。
      设计采用玻璃焊接,保持电池的压力和化学完整性,从而使侧面密封产生完全齐平的表面(见图6,7和8)。这对于需要绝对嵌入式安装的行业非常重要,对于卫生或产品(如食品,药品和纸料)中的交叉工艺污染减少,产品保留最少。
6传统的冲洗电容式 - 红色的径向密封产生一个小的“口袋”,并且会受到磨损
图7“真正冲洗”变送器 - 电容式侧面密封可防止磨损,无需口袋
图8真正冲洗变送器:侧面“形式”密封,适用于卫生应用,无口袋
      然而,在一些具有高毒性产品的化学应用中,需要双重密封和第二道防线,图5中的设计非常适合这种情况 - 请注意双密封布置(红色和黑色),因为这里通常采用全密封安装不太重要。使用这种双重密封概念,有时伴随着靠近壳体内部的“第二道防线”,以避免有害过程泄漏到环境中的任何风险。
小配件
      通常在较低的压力范围内,特别是在齐平安装的油箱液位安装时,大多数充油单元和DP变送器上的化学密封需要至少3“/ DN80化学密封隔膜,以提供所需的分辨率,线性度和测量精度。
嵌入式安装,干燥的电容式压力变送器更灵敏,更准确,因为材料更稳定,所以它们可以小到?“/ 20mm,即使在低范围内,这是小型管道和加工容器的理想选择。例如,这些较小的连接尺寸可以降低用于容器液位测量的过程连接的成本和重量,并且当其对用户重要时,通过嵌入式安装(前面讨论过)帮助清洁。
摘要
      干燥的电容式测量池避免了填充液对工艺和产品污染的风险,但它们也带来了其他优点。
      该材料比钢更硬,具有优异的过载,真空和抗脉动性,并且能够抵抗最严重的磨损。它们非常适合冲洗安装到工艺中,但并非所有设计都是相同的,并且仔细选择弹性体和设计以适合您的工艺非常重要。
      虽然温度冲击可能是电容式压力变送器的一个特殊问题,但该技术的最新设计采用了创新的温度补偿系统,无论工艺温度波动如何,都能保持稳定的测量精度和可靠性。新的“电子DP”系统,其中一些系统也具有相同的电容式技术 - 消除了对昂贵的毛细管的需求,并且即使在温度梯度下也能提高响应和准确度。
      如果您正在寻找稳定,准确可靠的压力测量而且重新校准和维护最少,那么干式电容式压力变送器技术值得考虑更多“传统”充油设计。
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