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压力感知:无处不在!

关键词过程控制与仪表过程传感压力传感压力仪表是目前应用最广泛的传感器之一。旧的备用工艺仍然存在——化学状态的变化监测仍然需要跟踪压力和温度等平凡变量——但现在,它可以在au的制成品中找到,无论多么微小。

作者:迪克·约翰逊,CONTROL ENGINEERING 1970年1月1日

关键字

  • 过程控制和仪器仪表

  • 过程传感

  • 压力传感

其中一个最常用的传感器,压力仪表现在几乎在任何地方发现。旧过程待机仍然存在化学改变状态监测仍需要跟踪这种平凡的变量作为压力和温度 - 但现在可以找到,然而,从汽车到家用电器的制成品中,可以找到。

从这些仪表发出的信号可以用来触发读数,并最终控制响应。然而,有很多仪表只会做一些事情,比如关闭自动洗衣机的加油循环,或者通过感知燃油系统压力参数来帮助控制汽车排放。这并不意味着它们的压力传感器比其他任何大或小的传感器都要小,不管它们的底层技术是什么。

实际上,提供信号压力传感器是一项一揽子交易。大多数传感器由一个传感元件或传感器(见附带的侧栏)和一些处理信号的方法组成,以便控制系统使用它。封装的这一部分通常被称为发射机。发射机由一组电子子系统(放大器、信号调节器等)组成,用来使传感器的信号可用。最终,随着电子器件的小型化,更多的计算功能被添加到这一组合中,从而产生了多变量发射器。在这些设备中,输入可以通过使用算法和预编程函数来直接输出计算变量。

“他们”漂泊到哪里去了

压力变送器(带或不带集成传感器)可在标准(单变量)和多变量设备。虽然标准装置与类似工业装置相比价格适中,但多变量变送器仍然相对昂贵。然而,一个多变量设备可以替代几个单元,减少过程渗透和布线要求,降低与安装和调试相关的成本,并提供易于迁移到替代现场总线技术,如果工厂扩张或现代化使其必要。许多多变量变送器可以远程改变范围,并提供远程诊断能力。

这些设备在市场上的发展方向是什么?对用户的影响是什么?根据ARC咨询集团(dedeham, Mass.)在2000年底发表的《压力变送器全球前景-市场分析与预测》,“新型多变量变送器的显著优势预计将有助于压力变送器的持续增长,同时还将提高现场总线能力的接受度和迁移能力。”ARC说,最终的结果是压力感应市场将成为一个“智能和低成本的两层竞技场”。在控制工程师们注重应用和成本的世界里,这无疑是一个积极的趋势。

调整过程条件

技术往往是在用户的要求下发展的。一旦微电子技术的“到来”,简单的传感器与日益增强的计算能力相结合只是时间问题。智能压力变送器通过远程让控制工程师知道传感器是否正常工作,从而提升了诊断级别。然而,机载计算能力现在可以为用户提供更复杂的数据,用于过程调优/故障排除和预防性/预测性维护。

现场配置传感器的能力在工艺环境中是一个真正的好处,技术人员对变化的评估,但很难量化,工艺条件是成功的产品产量的关键。例如,作为一个商业生物消化池,NaturTech堆肥系统公司(圣克劳德,明尼苏达州)接收所有类型的废物进行分解。技术人员根据循环开始时添加的废物组合设置每个消化池内的工艺条件。

由于不同类型的废料对增强分解过程的曝气反应不同,批次在不同的工艺压力下运行。因此,技术人员根据观察到的混合情况,在现场调整工艺压力。与生物消化系统一样,某些物质在分解过程中释放出更多的气体。生物消化池内的压力传感器必须相应地设置,以适当地监测分解过程。

在不依赖手持设备的情况下调整这些过程是Naturtech的一个很大的优势。“技术人员需要在现场调整变送器以获得最佳性能,”Naturtech的总裁Jim McNelly说。“由于Naturtech设备所在的偏远地区,不必处理掌上电脑或笔记本电脑来完成工作是一个巨大的利益。不必记得携带额外的设备或回去获得一个被遗忘的手持设备是一个真正的优势。

规模很重要

在传感器领域,体积小也有好处。捕获有意义的压力值取决于它们在过程系统中的位置。虽然这在某些应用中是显而易见的,例如内燃机性能监测(油、排气背压、燃油喷射压力等),但在更大的过程系统中也是如此。监测化学混合过程中的压力上升,确定局部容器压力,准确确定排气压力需要位置相关的压力传感能力。在这些情况下,越小越好。

Futek Advanced Sension Technology Inc.(欧文,加利福尼亚州)开发了P1943薄膜,应变压力传感器,其配合,以及其放大器和信号调节器,在3/8中。直径x 11/2英寸。长套餐。标准传感器具有钛外壳,与大多数媒体兼容。它也是高度抗振 - 20-10,000 Hz,30克的三轴。而且,该装置不是扭矩敏感的,从而在安装期间施加的扭矩力不会转换为传感元件。微小的包装具有0.35%的满量程。它有10个范围从2到250巴(29至3,625psi),量具或绝对的,并且具有-40至302°F(-40至150°C)的工作温度范围。

下沉的感觉

压力传感器的位置并不总是与尺寸相关的问题。有时,仅仅是把它们放在正确的地方进行必要的阅读就是问题所在。这种情况经常发生在公用事业作业中,需要通过压力读数来确定井、含水层、提升站、储罐或水库的水位。

布朗斯维尔公用事业公司(Brownsville Utilities,田纳西州)已经与霍尼韦尔传感与控制公司(Honeywell Sensing and Control,伊利诺伊州弗里波特)合并。SGS601潜水式压力传感器进入其市政供水系统。该装置使用应变片来感知压力,应变片由单晶硅精密蚀刻而成,并通过不锈钢膜片与过程隔离。传感器电缆中还有一个排气管,使传感器暴露在大气压力下。集成信号调节使膜片传感器的信号合理化,然后补偿气压和温度,以测量静压和确定水位。

SGS线条提供客户指定的自定义校准范围。它还采用自定义电缆长度和特殊尺寸的无滤光剂排气管制成,防止冷凝进入。它们在传感器和远程中可伸展。Brownsville Utilities使用自定义范围特征来保持测量水库水位的更严格的公差。保持更严格的电平公差可确保服务泵永远不会“运行干”,并准确地控制提供给分配系统的水量。

布朗斯维尔的水系统采用了霍尼韦尔的传感与控制系统
压力传感器变送器优化系统性能。

经济学,性能

低成本压力传感器技术可以遭受应用缺点。其中一些是厚膜粘合的测量,压阻和粘合的半导体技术。厚膜粘合装置非常可靠,但由于粘合环氧树脂的老化可能会造成不稳定和漂移。粘合的半导体器件可以遭受相同的命运。使用压阻技术的设备通常提供有限的温度补偿范围。保持传感器精度以及热量和长期稳定性,是对最佳调谐控制系统的要求。

为了生产一种适用于苛刻工业应用的精度和稳定性低成本压力传感器,Omega Engineering公司(Stamford, Conn.)设计了PX906压力传感器。其模块化设计的压力传感组件采用热处理,应力消除不锈钢。薄膜电阻器被溅射到这个压力传感膜片上,然后封装在一层薄薄的玻璃之下。在操作过程中,压力通过压力端口施加到膜片上,使压力表应变。电阻的变化与所测压力成正比。

消除胶粘剂为系统带来长期的稳定性。薄膜溅射技术直接将量规固定在膜片上,消除了随时间和工艺条件暴露而移动或降解的粘接界面。模块化设计还降低了成本,因为端口配置的灵活性可以在最终组装时添加到传感器。

模块化,一件好事

另一种增加压力传感设备功能的方法是安装方便。以PSI-Tronix公司(Tulare, Calif.)的MB-10000压力传感器为例,该设备是围绕1英寸。

压力传感装置可提供0-10 V dc或4-20 mA输出。它提供真空压力范围至10,000 psi(压力表或绝对),全不锈钢结构,和精度

压力传感设备现在已经进入了许多制造领域。最初认为的仅用于过程的传感器已经被用作离散制造操作的控制组件,并成为许多基于气动和液压的运动控制系统的标准配件。无论流体在何处流动,在气动或液压系统中进行工作,或在过程控制系统中作为介质进行工作,压力都是可变的今日特色的

欲了解更多供应商,请登录www.globalelove.com/buyersguide;欲了解更多信息,请使用以下圈号,或登录www.globalelove.com/freeinfo。

ARC咨询集团www.arcweb.com..209

德怀尔仪器有限公司www.dwyer-inst.com.210

Futek先进传感器技术www.futek.com.211

霍尼韦尔传感与控制www.honeywell.com.212

ω工程公司。www.omega.com.213

PSI-Tronixwww.psi-tronix.com.214

普瑞尔美国www.sensorguys.com.215

西门子摩尔工艺自动化

www.smpa.siemens.com..216

由于所有这些换能器从最早的化身进化而来,它们经历了显著的变化。据Pureron USA Inc.(加州北岭)总裁戴夫·斯奈德(Dave Snyder)说,最大的变化是压力传感器的尺寸和成本的降低。

通过微机械线,使硅芯片制造技术的改编成为换能器/发射器制造的小型化。并且,因为该技术适应体积制造,所以在微机械加工的技术方面的技术方面,成本很大地下降,即压电,应变计和电容类型。'三十年前,您可以预期为任何压力传感器支付100美元。现在,您可以在一个芯片上获得传感器/发射器组合约20块钱,“斯奈德先生补充说。

消费市场上使用的压力传感器有专门的功能。与需要动态和/或变化压力的工艺情况不同,消费者应用程序通常只需要给定范围内的可重复读数——压力开关。这些应用中流行的技术是应变计和电容器件。电位器、可变磁阻和LVDT类型还没有小型化,在尺寸或价格上,达到其他类型的程度,并在改装和更换情况下发挥更大的作用。

检查传感器基础知识

换能器是一种装置,当被一个系统的能量激活时,它向另一个系统提供能量。它的基本特征是在机械测量系统中,将系统在压力下的能量转换为位移的弹性元件,这是模拟压力计的基本原理。然而,如果在这个系统中加入电气元件,机械系统的位移可以转换成电信号。

传统电气压力传感器的基本工作原理代表了广泛的技术。在常见的技术中,只有压电类型被认为是一种活跃的换能器,能产生自己的电子输出。适用于动态压力变化的测量。考虑所有其他类型被动.无源传感器需要辅助的电子输入,作为机械位移的功能进行调制以提供电子输出。

常见的无源器件包括:

应变计;

电位;

电容;

线性可变差动变压器;和

可变磁阻。

小型传感器对工业烟雾施加压力

在重型设备制造中,必须对大型金属组件进行就地焊接。通过使用空气再循环通风柜从“源头”清除污染物,通常可以最好地解决与消除洞穴组装层的焊接烟尘有关的问题。

FSX Corp.(Monroe,WA。)使用DWYER Instruments Corp.(Michigan City,Ind的DCT1000除尘器定时器控制器。在运行过程中,空气净化器过滤器堵塞并降低设备的效率。要清洁和调整系统的差压返回正常操作条件,DCT1000提供了调速时序序列,可激励电磁阀,供应压缩空气以清洁过滤器。该系统的操作可以在设备的板载压力模块中感测到预定的压降下连续,手动或按需进行。

该模块包含一个微型压阻式压力传感器/变送器组合插件,为控制器组件提供数字接口,并提供4-20 mA信号用于外部监测。该控制器可为除尘器控制需求提供多达22个输出通道。整个控制器通过通用电源接受85 ~ 270v ac/V dc。压力模块可在10- in和20-in。厕所满刻度。工作温度范围是-40至140°F(-40至60°C)。

Dwyer Instruments产品经理Mark Fisher表示,基于固件的控制器的灵活性及其与机械系统的易于接口,使其成为过滤器监控和清洁应用的理想选择。压力模块可以端口到过滤器的两端,使用金属或Tygon管。在一个板上的一切,廉价和可靠的交钥匙控制系统是有保证的。