Tipos de transmisores de presión
Autointroducción sencilla del transmisor de presión
Como sensor de presión cuya salida es una señal estándar, un transmisor de presión es un instrumento que acepta una variable de presión y la convierte en una señal de salida estándar en proporción. Puede convertir los parámetros de presión física de gas, líquido, etc. percibidos por el sensor de la celda de carga en señales eléctricas estándar (como 4-20 mA DC, etc.) para proporcionar instrumentos secundarios como alarmas indicadoras, registradores, reguladores, etc. para medición e indicación y regulación de procesos.
La clasificación de los transmisores de presión
Generalmente los transmisores de presión de los que hablamos se dividen según el principio:
Transmisores de presión capacitivos, transmisores de presión resistivos, transmisores de presión inductivos, transmisores de presión semiconductores y transmisores de presión piezoeléctricos para medición de alta frecuencia. Entre ellos, los transmisores de presión resistivos son los más utilizados. El transmisor de presión capacitivo toma al transmisor 3051S de Rosemount como representante de productos de alta gama.
Los transmisores de presión se pueden dividir en metal, cerámica, silicio difundido, silicio monocristalino, zafiro, película pulverizada, etc. según los componentes sensibles a la presión.
- El transmisor de presión de metal tiene poca precisión, pero tiene poca influencia en la temperatura y es adecuado para áreas con un amplio rango de temperatura y requisitos de baja precisión.
- Los sensores de presión cerámicos tienen una mayor precisión, pero se ven más afectados por la temperatura. La cerámica también tiene la ventaja de la resistencia al impacto y a la corrosión, que se pueden utilizar en el campo de la respuesta.
- La precisión de transmisión de presión del silicio difuso es muy alta y la deriva de temperatura también es grande, por lo que generalmente se requiere una compensación de temperatura antes de poder usarlo. Además, incluso después de la compensación de temperatura, no se puede medir la presión por encima de los 125 °C. Sin embargo, a temperatura ambiente, el coeficiente de sensibilidad del silicio difuso es 5 veces mayor que el de la cerámica, por lo que generalmente se usa en el campo de la medición de alta precisión.
- El transmisor de presión de silicio monocristalino es el sensor más preciso en la práctica industrial. Es una versión mejorada del silicio difundido. Por supuesto, el precio también se ha mejorado. Actualmente, Yokogawa de Japón es el representante en el campo de la presión de silicio monocristalino.
- El transmisor de presión de zafiro no es sensible a los cambios de temperatura y tiene buenas características de trabajo incluso en condiciones de alta temperatura; el zafiro tiene una resistencia a la radiación extremadamente fuerte; no hay deriva pn; puede funcionar normalmente en las peores condiciones de trabajo y es confiable. Alto rendimiento, buena precisión, error de temperatura mínimo y alto rendimiento de costo general.
- El transmisor de presión de película fina por pulverización catódica no contiene ningún adhesivo y muestra una mayor estabilidad y confiabilidad a largo plazo que el sensor de galgas extensométricas pegajoso; se ve menos afectado por la temperatura: cuando la temperatura cambia 100 ℃, la deriva del cero es solo del 0,5%. Su rendimiento de temperatura es muy superior al sensor de presión de silicio de difusión; además, puede entrar en contacto directo con medios corrosivos generales.
Principios de los diferentes tipos de transmisores de presión
- El principio del transmisor de presión capacitivo
Cuando la presión actúa directamente sobre la superficie del diafragma de medición, el diafragma produce una pequeña deformación. El circuito de alta precisión del diafragma de medición transforma esta pequeña deformación en una señal de voltaje altamente lineal proporcional a la presión y proporcional al voltaje de excitación y, luego, utiliza un chip dedicado para convertir esta señal de voltaje en una señal de corriente de 4-20 mA o una señal de voltaje de 1-5 V estándar de la industria.
- El principio del transmisor de presión de silicio difundido
La presión del medio medido actúa directamente sobre el diafragma del sensor (normalmente un diafragma 316L), provocando que el diafragma produzca un microdesplazamiento proporcional a la presión del medio, cambiando el valor de resistencia del sensor, y detectándolo con un circuito Wheatstone. Este cambio, y convertirlo y emitir una señal de medición estándar correspondiente a esta presión.
- Principio del transmisor de presión de silicio monocristalino
Los sensores de presión piezorresistivos se construyen utilizando el efecto piezorresistivo del silicio monocristalino. Se utiliza una oblea de silicio monocristalino como elemento elástico. Cuando cambia la presión, el silicio monocristalino produce tensión, de modo que la resistencia a la tensión difundida directamente sobre él produce un cambio proporcional a la presión medida y, a continuación, se obtiene la señal de salida de voltaje correspondiente mediante el circuito puente.
- Principio del transmisor de presión cerámico
La presión actúa directamente sobre la superficie frontal del diafragma cerámico, provocando una ligera deformación del diafragma. La resistencia de película gruesa está impresa en la parte posterior del diafragma cerámico y conectada a un puente de Wheatstone (puente cerrado) debido al efecto piezorresistivo del varistor. El puente genera una señal de voltaje altamente lineal proporcional a la presión y proporcional al voltaje de excitación. Generalmente se utiliza para la medición de presión de compresores de aire, se utilizan más cerámicas.
- Principio del transmisor de presión de galgas extensométricas
Los transmisores de presión de galgas extensométricas más utilizados son las galgas extensométricas de resistencia metálica y las galgas extensométricas de semiconductores. La galga extensométrica de resistencia metálica es un tipo de dispositivo sensible que convierte el cambio de tensión en la pieza de prueba en una señal eléctrica. Hay dos tipos de galgas extensométricas de alambre y galgas extensométricas de lámina metálica. Por lo general, la galga extensométrica está firmemente unida a la matriz de tensión mecánica a través de un adhesivo especial. Cuando la matriz se somete a un cambio de tensión, la galga extensométrica de resistencia también se deforma, de modo que el valor de resistencia de la galga extensométrica cambia, de modo que cambia el voltaje aplicado a la resistencia. Los transmisores de presión de galgas extensométricas son relativamente raros en el mercado.
- Transmisor de presión de zafiro
El transmisor de presión de zafiro utiliza el principio de funcionamiento de resistencia a la tensión, adopta componentes sensibles de silicio-zafiro de alta precisión y convierte la señal de presión en una señal eléctrica estándar a través de un circuito amplificador dedicado.
- Transmisor de presión de película de pulverización catódica
El elemento sensible a la presión de pulverización catódica se fabrica mediante tecnología microelectrónica, formando un puente de Wheatstone firme y estable sobre la superficie del diafragma elástico de acero inoxidable. Cuando la presión del medio medido actúa sobre el diafragma elástico de acero inoxidable, el puente de Wheatstone del otro lado produce una señal de salida eléctrica proporcional a la presión. Debido a su buena resistencia al impacto, las películas pulverizadas catódicamente se utilizan a menudo en ocasiones con impactos de presión frecuentes, como en equipos hidráulicos.
Precauciones a la hora de seleccionar un transmisor de presión
- Selección del valor del rango de presión del transmisor:
En primer lugar, determine el valor máximo de la presión medida en el sistema. En términos generales, debe seleccionar un transmisor con un rango de presión que sea aproximadamente 1,5 veces mayor que el valor máximo, o dejar que el rango de presión normal caiga en el transmisor de presión. 1/3~2/3 del rango normal también es un método común.
- ¿Qué tipo de medio de presión:
Los líquidos viscosos y los lodos bloquearán los puertos de presión. ¿Los solventes o las sustancias corrosivas destruirán los materiales del transmisor que están en contacto directo con estos medios?
El material del transmisor de presión general que entra en contacto con el medio es acero inoxidable 316. Si el medio no es corrosivo para el acero inoxidable 316, entonces básicamente todos los transmisores de presión son adecuados para medir la presión del medio;
Si el medio es corrosivo para el acero inoxidable 316, se debe utilizar un sello químico y se debe utilizar una medición indirecta. Si se utiliza un tubo capilar lleno de aceite de silicona para guiar la presión, se puede evitar la corrosión del transmisor de presión y prolongar su vida útil.
- ¿Cuánta precisión necesita el transmisor?
La precisión está determinada por: no linealidad, histéresis, no repetibilidad, temperatura, escala de compensación de cero y temperatura. Cuanto mayor sea la precisión, mayor será el precio. Generalmente, la precisión del transmisor de presión de silicio difuso es de 0,5 o 0,25, y el transmisor de presión de silicio capacitivo o monocristalino tiene una precisión de 0,1 o incluso 0,075.
- Conexión de proceso del transmisor:
Generalmente, los transmisores de presión se instalan en tuberías o tanques. Por supuesto, una pequeña parte de ellos se instalan y utilizan con medidores de caudal . Por lo general, existen tres formas de instalación de transmisores de presión: rosca, brida y abrazadera. Por lo tanto, antes de seleccionar el transmisor de presión, también se debe considerar la conexión al proceso. Si es roscada, es necesario determinar la especificación de la rosca. Para las bridas, es necesario considerar las especificaciones de la brida del diámetro nominal.
Introducción a la industria de transmisores de presión
Alrededor de 40 países de todo el mundo se dedican a la investigación y producción de sensores, de los cuales Estados Unidos, Japón y Alemania son las regiones con mayor producción de sensores. Los tres países juntos representan más del 50% del mercado mundial de sensores.
En la actualidad, el mercado de transmisores de presión en mi país es un mercado maduro con una alta concentración de mercado. Sin embargo, la posición dominante la ocupan los países extranjeros representados por Emerson, Yokogawa, Siemens, etc. Los productos de marca representan alrededor del 70% de la cuota de mercado y tienen una ventaja absoluta en proyectos de ingeniería de tamaño grande y mediano.
Esto se debe a las secuelas de la adopción temprana por parte de mi país de la estrategia de "mercado de tecnología", que afectó mucho a las empresas estatales de mi país y que alguna vez estuvieron en un estado de fracaso, pero al mismo tiempo, algunos fabricantes, representados por empresas privadas de China, aparecen silenciosamente y se vuelven más fuertes. El futuro mercado de transmisores de presión de China está lleno de nuevas incógnitas.
