重新認識壓力傳感器在工業儀器儀表中的作用

2023-12-08 427

著名科學家、兩院院士王大珩先生曾經指出:“機器是改造世界的工具,儀器是認識世界的工具”。儀器是工業生產的“倍增器”,

是科學研究的“先行官”,是軍事上的“戰斗力”,是現代社會活動的“物化法官”。不言而喻,儀器在當今時代推動科學技術和

國民經濟的發展具有非常重要的地位。


對于工業應用來說,儀器儀表是所有設備及傳輸通路的“五官”,是現代化工廠建設最重要的組成部分之一。通過儀器儀表提供的

準確數據,可更及時地知悉工業系統的狀態。

那么壓力傳感器在工業儀器儀表上的技術指標、演進、應用等目前狀況如何?我們在此詳細分析一下。相信通過這次了解,會使您

對壓力傳感器在儀器儀表領域的應用有更多一些的理解和認識。


壓力傳感器在工業儀器儀表行業的發展趨勢


壓力傳感器的發展趨勢,最重要的是要滿足工業儀器儀表領域不斷發展及創新的要求。高精度、小型化、智能化、數據化是儀器儀

表的發展趨勢。

伴隨著整體工業系統復雜化演進,需要越來越多的儀器儀表具有更高精度,以準確測量和獲得到整體系統的各種數據和信息;其次,

受現場位置和重量的限制,產品也越來越要求小型化、微型化;第三,隨著物聯網、5G技術和其他聯網技術的興起,儀器儀表需要

采集更多的數據和信息,這不僅對總體的采集數量有更多的需求,同樣對每個節點來說,采集的數據或信息也要求更加準確和多樣。


壓力傳感器根據工作原理的不同,可分為諸如:金屬應變片式壓力傳感器、半導體應變片式壓力傳感器、硅壓阻式壓力傳感器、電感

式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器等。

其中應用較廣泛的是硅電阻式壓力傳感器,其主要原理是利用硅的壓阻效應,將機械構件上感應力的變化轉換為電阻量的變化。這種硅

感應片在受力時產的阻值變化通常較小,一般這種硅應變片都制作成惠斯通電橋,并通過后續的儀表放大器進行放大,再傳輸給后端

的處理電路。


如何選擇合適的壓力傳感器

工業儀器儀表種類繁多,每類產品根據具體特性和應用領域不同,對于壓力傳感器的需求也完全不同。


在選擇傳感器時,選擇一家種類豐富的供應商不失為一種更好的選擇,更豐富的產品意味著給客戶更多的選擇和解決方案。TE Connectivity

作為全球連接器和傳感器的領軍企業之一,不斷為業界提供廣泛的產品組合。為工業、測試和測量、汽車、醫療等領域的設備制造壓力傳感器

和變送器,提供各種材料、輸出方式、傳感器技術和第三方認證,可滿足客戶對液體或氣體壓力測量的多種要求。


TE數百種壓力傳感器各具特色,可覆蓋更多的應用領域,提供從感應元件到系統封裝的壓力傳感器,從板裝式壓力元件到帶有放大輸出并完整

封裝的變送器?;诎雽w微機械加工(MEMS)技術和硅應變計技術,TE的產品能夠測量從幾英寸水柱(<5mbar)到100K psi (7K bar)的各種壓

力。為一般工業應用、醫療、HVACR、非公路車輛/重型設備,高度計/導航系統等應用創造了可靠及高性價比的壓力傳感器解決方案。



壓力傳感器如何滿足儀器儀表需求


我們以TE不銹鋼隔離式壓力傳感器為例,解讀壓力傳感器如何滿足工業儀器儀表發展所需。


TE壓力傳感器 (2).png

首先從參數上來說,該系列產品量程具有相當豐富類型,從0-1 PSI到數百甚至上萬PSI,可涵蓋多種液體、氣體的壓力測量,同時更高的量

程也意味著器件擁有更高的可靠性。


其次,遲滯和重復性達到±0.02%, 熱遲滯達到±05%,長期穩定性±01%, 精度可保證在千分之幾的范圍內,為準確測量帶來了可靠保障,避

免因采集端誤差影響整個系統的精度。這在半導體行業和精密氣體流量計行業有著突出的優勢。


第三,更寬的溫度補償范圍 (-20℃至85℃)及工作溫度范圍(-40℃至125℃),由于儀器儀表需要面對復雜的現場環境,在低溫和高溫下保

持穩定的工作狀態,可以確保產品的可靠性以及適應性,即便在寒冷的東北地區或酷熱的煉鋼現場,傳感器都可以正常工作。


第四,支持數字、模擬信號輸出方式。模擬傳感器和數字傳感器在所采用的技術、接口、輸出信號等方面迥然不同,因此可根據客戶需求選

擇。同時在數字接方面,TE也提供了包括SPI、I2C等不同選擇模式,甚至是無線傳輸系統。用戶可根據讀取和處理信號的系統功能選擇。


第五,支持多種連接方式,以滿足客戶的不同應用需求。雖然TE提供了標準配置方式,但也可以根據用戶的特殊要求定制特殊的結構。螺紋

連接可采用公端連和母端連接,并且可設計為錐形密封、O型圈或金屬面對面密封。


第六,提供了平膜式設計方案。在特定的醫療、化工、食品加工等儀表中,與介質接觸的傳感器膜片周邊不能存在空腔或縫隙,防止異物殘

留。我們的平膜式力傳感器可以滿足各種嚴苛的用戶應用。


第七,有多種類型的材料供客戶選型。TE選用多種材料的壓力腔室和接頭,以滿足不同待測環境,包括17-4PH不銹鋼、316L、合金718、合

金C276 和鈦合金等。比如17-4PH不銹鋼材料就適合液壓油、空氣(氮氣,氧氣等)、天然氣、氟利昂、油漆、蒸汽、塑料成型、柴油、二氧化碳等大部分氣體和

特殊液體應用。而316 L不銹鋼則適合氫、氯化水、氨制冷劑、石油產品(原油或成品油)等應用中。


一切以應用為導向,是TE產品開發的宗旨。


 通過覆蓋不同量程、不同分辨率、不同封裝、不同接口等標準,TE構建了廣泛的產品線組合,以滿足不同場景應用。


 明星產品解讀


 85BSD系列壓力傳感器是TE乃至業界廣泛使用的壓力傳感器,具有鮮明的產品特色與優勢,廣泛應用于各種工業儀器和儀表領域。


 85BSD壓力傳感器


85BSD壓力傳感器產品是一款外形小巧、介質兼容性好的硅壓阻式壓力傳感器,封裝在316L不銹鋼殼體中。該款14位數字壓力傳感器支持I2C

和SPI輸出協議,供電電壓為 3.3 或 5.0Vdc,可采用焊接式結構或者直接通過螺紋進行過程連接。傳感器通過硅油將壓力從316L不銹鋼隔離膜

片傳遞到感應元件上。

85BSD壓力傳感器產品可廣泛設計和應用于高性能、低壓力量程應用領域。由于采用數字處理技術,TE特別定制了ASIC芯片以實現傳感器的溫

度補償和偏差修正,并且可提供 10~90% 量程或 5~95% 量程二種輸出方式,以方便不同的客戶進行數據采集和處理。


除了通過提供配合儀器儀表的傳感器實現工業自動化之外,TE還憑借其強大的系統整合能力,推出多款變送器和無線模塊,直接應用于工業自

動化現場中。


M3200系列壓力變送器


TE的M3200壓力變送器具有模擬或數字輸出,適用于測量液體或氣體壓力,以及污水、蒸汽、輕度腐蝕性液體等特殊介質。M3200壓力變送器

的壓力腔體由17-4PH 不銹鋼材料加工而成。TE專有的微熔技術來源于嚴苛要求的航空航天應用。該技術利用高溫微熔玻璃將微機械加工的壓阻

式硅應變片黏貼在不銹鋼隔離膜上。該方案在可靠、高效獲取介質兼容性的同時,提供非常高的長期穩定性,避免了壓力變送器在傳統微機械加

工制造工藝過程中出現的P-N結效應現象。該款產品特別適用于中、大批量需求的工業和商業客戶??蛇x的壓力量程介于 0-100 至 5,000 PSI之間,支持多種精度選擇。提供五種標準模擬

輸出信號以及 14位數字壓力和 11 位數字溫度輸出信號,更高的集成度使得客戶無需設計額外的接口電路及溫度傳感器。此外,還可直接提供

4-20 mA輸出信號,方便客戶接入傳統的工業系統。


M5600無線壓力傳感器


M5600壓力傳感器是采用微熔技術及模塊化無線信號的壓力傳感器,它采用不銹鋼和聚碳酸酯外殼封裝結構。這款24位ADC無線數字輸出傳感器

消除了信號的硬接線,可通過藍牙4.0技術提供遠程過程控制和監控。該系列產品適用于測量液體和氣體,以及污水、蒸氣和輕度腐蝕液等特殊介質壓力端口的隔離材料采用17-4PH或316L不銹鋼,且傳感器與壓力介質接觸部分沒有密封圈、焊縫或任何有機材料,所以具有優異的耐用性和可靠性。


M5600 壓力傳感器具有良好的

防風、防雨能力,優于最新的重工業CE標準。該款無線壓力傳感器特別適和中、大批量 的客戶。由于是無線藍牙連接,用戶可直接在手機APP端查看

數據,非常符合未來智能工廠的發展趨勢。


TE卓越傳感器大家庭

作為工業傳感器領域領軍企業,除了豐富的壓力傳感器產品系列之外,TE還提供了更多的傳感器品種,涵蓋壓力、溫度、光電、電磁等技術,應用在

包括汽車、工業、醫療、電器、航空航天等諸多領域。


TE產品最大的競爭優勢及TE的宗旨,就是通過采用不同的傳感器組合,不同的傳感器特性,為廣大客戶不同的應用場景提供最適合的產品,并提供和

支持定制化、模塊化的產品和服務。


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