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          帶您深度探討關于電容式壓力變送器提供真正的測量優勢細節分析
          添加時間:2020-08-18

           當過程保護和可靠性對壓力應用至關重要時,壓力變送器有多種變送器材料和樣式可供選擇。對于嵌入式安裝,充油壓力盒通常是首選,有時它們集成在變送器中,通常它們與毛細管和“化學密封”結合使用。 
                它們適應性強,設計精良,供應充足。然而,使用干燥,無油的電容式壓力變送器現在是各種測量的真正替代品,為用戶提供了重大的好處。電容式基板技術現在被許多壓力變送器制造商廣泛使用。
                除了改進的性能,出色的精度,線性度和工藝衛生外,干燥的電容式壓力變送器通常比傳統的“充油”壓力系統更加堅固。其中一個主要問題是壓力變送器上的充油變送器膜/隔膜在設計上必須非常精細以傳遞壓力,這意味著它們很容易損壞或受損。
                還必須仔細考慮用于應用的填充油的類型,有許多變體,所有變型都旨在最小化任何污染,如果它們破裂,但當然,大多數最終用戶寧愿不冒這種情況發生風險!
                為了適應典型工廠和工藝所需的各種類型的充油,通常需要將多種充油類型作為備件運輸。在許多情況下,一種類型的電容式壓力變送器可以是整個站點的“全方位”,但仍然是每種應用的最佳選擇。
          他們表示,在傳統填充壓力變送器需要定期重新校準或甚至常規更換的過程條件下,它們可以運行更長時間。
          什么是電容式壓力變送器,它們都是一樣的嗎?
                電容式基板材料基本上是燒結產品,是具有“粘合材料”的高度壓縮的粉末。電容式本身非常耐用和堅硬,基于氧化鋁 - 一種用于工業中的許多應用的物質。但并非所有電容式在結構上都相同,更精細和更純凈的電容式材料可產生最高性能。
                最好的材料是藍寶石電容式 - 因為它非常均勻,致密的晶體設計提供了優異的機械強度,耐腐蝕性和可靠的長期穩定性。在這些材料中,特征表面光潔度在<0.7 m Ra時也非常光滑,也使其適用于最苛刻的衛生應用,包括FDA和其他制藥公司要求的那些應用。
                部分電容式設計使用粘合到電容式晶片上的壓電電路。本文著眼于“全電容式”測量單元,它由主體電容式體“塊”和較薄的前處理隔膜組成。前膜片在其邊緣周圍粘合/焊接到主體上,鍍金電極測量膜片在壓力變化時的微小偏轉,通常使用電容技術,有些人還使用壓阻系統。(見圖1)
                電容式作為一種材料很有吸引力,因為它在行為上非??深A測,穩定且非常耐磨。主體通常在后部安裝ASIC芯片,這將優化性能和精度,以及溫度變送器,以補償過程溫度和熱膨脹的變化。作為穩定性的標志,現在可以獲得低至25mBar的低標稱范圍電池,具有20:1的調節比。

                圖1電容式壓力變送器的工作原理:電容式膜片被電容電路偏轉和測量。Pp =過程壓力+氣壓,Pv =氣壓式呼吸器后部作用于最新的電容式壓力變送器提供真正的測量效益
          自我監控
                一些電容式壓力變送器可以直接通過隔膜表面進行自我監控。這是通過測量單元內的“參考”電極完成的,它通過比較器實現,該比較器具有與實際“測量”相關的已知關系。報告了預期性能的任何不對準,如果電容式膜片不以預期的方式表現/彎曲,則可以檢測到最小的缺陷(見圖2)。這意味著可以預見到潛在的問題,而不僅僅是“失敗”。對于充油系統,自我監控,在這種程度上是不可能的。

                圖2 Cm測量值Cr =參考值測量單元可以自動監測其對隔膜面本身的性能
          過載,脈動和真空阻力
                大多數干式電容式壓力變送器具有高過載能力,并具有集成的過載軸承設計。在最新設計中,最高過載現在是標稱測量范圍的200倍,在這些隔膜中,一旦處于“過載”狀態,將“按壓或座位”靠近變送器的后部主體,在那里它不會變形或漂移,不像其他材料。它沒有像金屬那樣的屈服點,在這個范圍內,會發生不可逆的損壞。
                電容式也不會老化,疲勞或應力硬化,因此它不會對壓力脈動或沖擊產生反應,壓力脈動或沖擊會永久性地導致漂移或損壞許多其他金屬壓力元件類型。電容式在高真空條件下具有真正的好處,充油電池和密封件可以“脫氣”,這會在隔膜后面產生氣泡,因為氣體是“可壓縮的”,它會引起漂移,而這個錯誤可能會被注意到用戶直到下次校準檢查,用干燥的電容式壓力變送器,這種情況不會發生。
                如果隔膜膜在充滿油的電池中破裂,則該過程將被填充油污染,但是與該過程兼容,因此總是優選避免它!有時壓力測量可能仍會繼續; 一段時間內可能無法檢測到泄漏和相應的產品污染。具有全面診斷監控功能的干式電容式壓力變送器意味著既不會發生基于流體的過程污染事件,也不會發生未檢測到的故障。
          耐化學性
                電容式作為一種物質當然可以抵抗許多化學物質,更精細,更高純度的電容式提供了最好的全方位抗性,盡管必須注意一些堿和酸。有能力的供應商將提供全面的阻力清單和建議。通常,使用合適的彈性體密封件,它們可以與一些相當具有侵蝕性和腐蝕性的介質完全兼容。
                有些組合甚至可以使用所有基于電容式/聚合物的安裝件,螺紋和法蘭(見圖3),提供所有非金屬接液部件,以便對侵蝕性工藝環境(例如海水)具有出色的耐受性,這些環境很容易腐蝕許多標準金屬。這些選項意味著電容式壓力變送器可以比使用PVDF螺紋毛細管密封件的大型法蘭充油化學品和變送器節省成本,使用特殊且通常昂貴的涂層或合金。

                圖3壓力金屬。這些選項意味著電容式壓力變送器可以比使用PVDF螺紋毛細管密封件的大型法蘭充油化學品和變送器節省成本,使用特殊且通常昂貴的涂層或合金。
          抗冷凝性
                大多數測量值都是“測量”壓力,必須參考并呼吸大氣/空氣。表壓干電池總是能夠“從周圍環境中吸收水分”??諝庵胁豢杀苊獾貢兴?,在潮濕的地方(這會促使任何溫度差異化的表面形成水分 - 甚至在變送器內部)甚至會在任何測量單元的敏感電子元件上形成微小液滴,從而導致微短路,從而導致漂移或偏移。
                這可以在幾天,幾周或幾個月內實現,即使“干涸” - 變送器永遠不會相同。新工廠投產后可能會發生數月或數年,然后突然變送器開始“行為不端”。移除,交換,重新校準和更換變送器的時間和生產都會丟失。
                特殊的型膜和過濾器主要用于保持這種狀態,但從長遠來看,它仍然不總是成功 - 潮濕的空氣在里面找到了方法。為了解決這個問題,我們引入了一項新的額外措施來防止這種情況發生。在電池內表面使用“絕緣”涂層,保護敏感的金測量元件免受潮濕和微小液滴的影響,導致“短路”和漂移,從而提供長期可靠性,即使在最潮濕的環境中也是如此。
          溫度性能
                更高規格的電容式壓力變送器可以處理高達150°C的直接工藝溫度,這不受電容式本身的限制,而是電子元件的限制。溫度測量對任何壓力變送器尤其是電容式設計都非常重要。
                膨脹系數的補償是至關重要的 - 隨著溫度的變化,材料會膨脹,直接影響隔膜的微小偏轉。在大多數測量單元上,溫度在主變送器主體后面進行監控,因此不可避免地存在工藝溫度滯后。
                這種滯后,特別是電容式對突然溫度變化的反應,意味著它們在一段時間內會有不正確的讀數,特別是在直接應用于過程的應用中(例如,沖洗隔膜)。該時間段取決于溫度變化的速度和大小以及安裝配置,因為恢復很大程度上取決于變送器達到平衡所需的時間以使過程溫度穩定。
                然而,一種創新的新設計旨在通過直接安裝在隔膜后部的溫度電路來改善這一點(見圖3),這也意味著溫度測量現在可以作為額外的過程測量傳輸,從而減少連接和成本。

                圖4剖視圖顯示了電容式壓力變送器外緣的溫度測量電路的新設計,有助于更快地測量溫度變化并提供精確的工藝溫度。
          密封性:耐磨性
                使用充油變送器,金屬隔膜焊接到連接體材料上,使其具有出色的密封完整性,但薄金屬隔膜也很容易損壞。電容式材料因其耐磨性和耐磨性而眾所周知,為壓力變送器提供了同樣的好處。
                可以使用鋼絲刷清潔低范圍電容式壓力變送器,并且嵌入式安裝單元可以防止積聚和堵塞,并且可以舒適地承受漿料或紙漿中的磨料顆粒,例如原紙漿中的細小金屬。例如,電容式壓力變送器已經用于開采泥漿泵,其持續時間比同一應用中的金屬電池長許多倍,不需要漂移,重新校準或更換(參見圖4)。
                圖5電容式有多難?在漿料上的應用:金屬體磨損,但電容式壓力變送器仍然起作用,側面彈性體密封設計意味著它也可以防止這種異常高的磨損。
          嵌入式安裝和密封
                電容式壓力變送器需要彈性體將其密封到變送器的主體中,因此使用合適的彈性體來匹配工藝非常重要。如果這不正確,彈性體會膨脹,變形和泄漏。
          如何進行這種密封是不同的,大多數電池使用將測量單元向外壓在隔膜外邊緣周圍的圓形密封件上,直徑略小的唇部,這壓縮并形成密封(見圖5)。
                這意味著電容式面永遠不會真正沖洗變送器,它會有輕微的凹陷。具有“真正沖洗”電容式隔膜的設計表現最佳,因為沒有彈性體暴露于磨蝕性沖刷或尖銳顆粒污染,以及在配件中幾乎沒有“零”產品保留。
                設計采用玻璃焊接,保持電池的壓力和化學完整性,從而使側面密封產生完全齊平的表面(見圖6,7和8)。這對于需要絕對嵌入式安裝的行業非常重要,對于衛生或產品(如食品,藥品和紙料)中的交叉工藝污染減少,產品保留最少。
          6傳統的沖洗電容式 - 紅色的徑向密封產生一個小的“口袋”,并且會受到磨損

          圖7“真正沖洗”變送器 - 電容式側面密封可防止磨損,無需口袋

          圖8真正沖洗變送器:側面“形式”密封,適用于衛生應用,無口袋

                然而,在一些具有高毒性產品的化學應用中,需要雙重密封和第二道防線,圖5中的設計非常適合這種情況 - 請注意雙密封布置(紅色和黑色),因為這里通常采用全密封安裝不太重要。使用這種雙重密封概念,有時伴隨著靠近殼體內部的“第二道防線”,以避免有害過程泄漏到環境中的任何風險。
          小配件
                通常在較低的壓力范圍內,特別是在齊平安裝的油箱液位安裝時,大多數充油單元和DP變送器上的化學密封需要至少3“/ DN80化學密封隔膜,以提供所需的分辨率,線性度和測量精度。
          嵌入式安裝,干燥的電容式壓力變送器更靈敏,更準確,因為材料更穩定,所以它們可以小到?“/ 20mm,即使在低范圍內,這是小型管道和加工容器的理想選擇。例如,這些較小的連接尺寸可以降低用于容器液位測量的過程連接的成本和重量,并且當其對用戶重要時,通過嵌入式安裝(前面討論過)幫助清潔。
          摘要
                干燥的電容式測量池避免了填充液對工藝和產品污染的風險,但它們也帶來了其他優點。
                該材料比鋼更硬,具有優異的過載,真空和抗脈動性,并且能夠抵抗最嚴重的磨損。它們非常適合沖洗安裝到工藝中,但并非所有設計都是相同的,并且仔細選擇彈性體和設計以適合您的工藝非常重要。
                雖然溫度沖擊可能是電容式壓力變送器的一個特殊問題,但該技術的最新設計采用了創新的溫度補償系統,無論工藝溫度波動如何,都能保持穩定的測量精度和可靠性。新的“電子DP”系統,其中一些系統也具有相同的電容式技術 - 消除了對昂貴的毛細管的需求,并且即使在溫度梯度下也能提高響應和準確度。
                如果您正在尋找穩定,準確可靠的壓力測量而且重新校準和維護最少,那么干式電容式壓力變送器技術值得考慮更多“傳統”充油設計。
           


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