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重新認(rèn)識壓力傳感器在工業(yè)儀器儀表中的作用

2023-12-08 694

著名科學(xué)家、兩院院士王大珩先生曾經(jīng)指出:“機(jī)器是改造世界的工具,儀器是認(rèn)識世界的工具”。儀器是工業(yè)生產(chǎn)的“倍增器”,

是科學(xué)研究的“先行官”,是軍事上的“戰(zhàn)斗力”,是現(xiàn)代社會活動的“物化法官”。不言而喻,儀器在當(dāng)今時代推動科學(xué)技術(shù)和

國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有非常重要的地位。


對于工業(yè)應(yīng)用來說,儀器儀表是所有設(shè)備及傳輸通路的“五官”,是現(xiàn)代化工廠建設(shè)最重要的組成部分之一。通過儀器儀表提供的

準(zhǔn)確數(shù)據(jù),可更及時地知悉工業(yè)系統(tǒng)的狀態(tài)。

那么壓力傳感器在工業(yè)儀器儀表上的技術(shù)指標(biāo)、演進(jìn)、應(yīng)用等目前狀況如何?我們在此詳細(xì)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(lǐng)域的應(yīng)用有更多一些的理解和認(rèn)識。


壓力傳感器在工業(yè)儀器儀表行業(yè)的發(fā)展趨勢


壓力傳感器的發(fā)展趨勢,最重要的是要滿足工業(yè)儀器儀表領(lǐng)域不斷發(fā)展及創(chuàng)新的要求。高精度、小型化、智能化、數(shù)據(jù)化是儀器儀

表的發(fā)展趨勢。

伴隨著整體工業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜化演進(jìn),需要越來越多的儀器儀表具有更高精度,以準(zhǔn)確測量和獲得到整體系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)和信息;其次,

受現(xiàn)場位置和重量的限制,產(chǎn)品也越來越要求小型化、微型化;第三,隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G技術(shù)和其他聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起,儀器儀表需要

采集更多的數(shù)據(jù)和信息,這不僅對總體的采集數(shù)量有更多的需求,同樣對每個節(jié)點(diǎn)來說,采集的數(shù)據(jù)或信息也要求更加準(zhǔn)確和多樣。


壓力傳感器根據(jù)工作原理的不同,可分為諸如:金屬應(yīng)變片式壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)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(yīng)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(yīng),將機(jī)械構(gòu)件上感應(yīng)力的變化轉(zhuǎn)換為電阻量的變化。這種硅

感應(yīng)片在受力時產(chǎn)的阻值變化通常較小,一般這種硅應(yīng)變片都制作成惠斯通電橋,并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)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(yè)儀器儀表種類繁多,每類產(chǎn)品根據(jù)具體特性和應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)商不失為一種更好的選擇,更豐富的產(chǎn)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(lǐng)軍企業(yè)之一,不斷為業(yè)界提供廣泛的產(chǎn)品組合。為工業(yè)、測試和測量、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域的設(shè)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(shù)和第三方認(rèn)證,可滿足客戶對液體或氣體壓力測量的多種要求。


TE數(shù)百種壓力傳感器各具特色,可覆蓋更多的應(yīng)用領(lǐng)域,提供從感應(yīng)元件到系統(tǒng)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?dǎo)體微機(jī)械加工(MEMS)技術(shù)和硅應(yīng)變計(jì)技術(shù),TE的產(chǎn)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(yè)應(yīng)用、醫(yī)療、HVACR、非公路車輛/重型設(shè)備,高度計(jì)/導(dǎo)航系統(tǒng)等應(yīng)用創(chuàng)造了可靠及高性價(jià)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(yè)儀器儀表發(fā)展所需。


TE壓力傳感器 (2).png

首先從參數(shù)上來說,該系列產(chǎn)品量程具有相當(dāng)豐富類型,從0-1 PSI到數(shù)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(fù)性達(dá)到±0.02%, 熱遲滯達(dá)到±05%,長期穩(wěn)定性±01%, 精度可保證在千分之幾的范圍內(nèi),為準(zhǔn)確測量帶來了可靠保障,避

免因采集端誤差影響整個系統(tǒng)的精度。這在半導(dǎo)體行業(yè)和精密氣體流量計(jì)行業(yè)有著突出的優(yōu)勢。


第三,更寬的溫度補(bǔ)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(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境,在低溫和高溫下保

持穩(wěn)定的工作狀態(tài),可以確保產(chǎn)品的可靠性以及適應(yīng)性,即便在寒冷的東北地區(qū)或酷熱的煉鋼現(xiàn)場,傳感器都可以正常工作。


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

擇。同時在數(shù)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(tǒng)。用戶可根據(jù)讀取和處理信號的系統(tǒng)功能選擇。


第五,支持多種連接方式,以滿足客戶的不同應(yīng)用需求。雖然TE提供了標(biāo)準(zhǔn)配置方式,但也可以根據(jù)用戶的特殊要求定制特殊的結(jié)構(gòu)。螺紋

連接可采用公端連和母端連接,并且可設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方案。在特定的醫(yī)療、化工、食品加工等儀表中,與介質(zhì)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(yán)苛的用戶應(yīng)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(huán)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?dú)猓鯕獾龋?、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(yīng)用。而316 L不銹鋼則適合氫、氯化水、氨制冷劑、石油產(chǎn)品(原油或成品油)等應(yīng)用中。


一切以應(yīng)用為導(dǎo)向,是TE產(chǎn)品開發(fā)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(biāo)準(zhǔn),TE構(gòu)建了廣泛的產(chǎn)品線組合,以滿足不同場景應(yīng)用。


 明星產(chǎn)品解讀


 85BSD系列壓力傳感器是TE乃至業(yè)界廣泛使用的壓力傳感器,具有鮮明的產(chǎn)品特色與優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)儀器和儀表領(lǐng)域。


 85BSD壓力傳感器


85BSD壓力傳感器產(chǎn)品是一款外形小巧、介質(zhì)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(shù)字壓力傳感器支持I2C

和SPI輸出協(xié)議,供電電壓為 3.3 或 5.0Vdc,可采用焊接式結(jié)構(gòu)或者直接通過螺紋進(jìn)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(yīng)元件上。

85BSD壓力傳感器產(chǎn)品可廣泛設(shè)計(jì)和應(yīng)用于高性能、低壓力量程應(yīng)用領(lǐng)域。由于采用數(shù)字處理技術(shù),TE特別定制了ASIC芯片以實(shí)現(xiàn)傳感器的溫

度補(bǔ)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(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。


除了通過提供配合儀器儀表的傳感器實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動化之外,TE還憑借其強(qiáng)大的系統(tǒng)整合能力,推出多款變送器和無線模塊,直接應(yīng)用于工業(yè)自

動化現(xiàn)場中。


M3200系列壓力變送器


TE的M3200壓力變送器具有模擬或數(shù)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(zhì)。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(shù)來源于嚴(yán)苛要求的航空航天應(yīng)用。該技術(shù)利用高溫微熔玻璃將微機(jī)械加工的壓阻

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

工制造工藝過程中出現(xiàn)的P-N結(jié)效應(yīng)現(xiàn)象。該款產(chǎn)品特別適用于中、大批量需求的工業(yè)和商業(yè)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(biāo)準(zhǔn)模擬

輸出信號以及 14位數(shù)字壓力和 11 位數(shù)字溫度輸出信號,更高的集成度使得客戶無需設(shè)計(jì)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(tǒng)的工業(yè)系統(tǒng)。


M5600無線壓力傳感器


M5600壓力傳感器是采用微熔技術(shù)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(jié)構(gòu)。這款24位ADC無線數(shù)字輸出傳感器

消除了信號的硬接線,可通過藍(lán)牙4.0技術(shù)提供遠(yuǎn)程過程控制和監(jiān)控。該系列產(chǎn)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(zhì)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(zhì)接觸部分沒有密封圈、焊縫或任何有機(jī)材料,所以具有優(yōu)異的耐用性和可靠性。


M5600 壓力傳感器具有良好的

防風(fēng)、防雨能力,優(yōu)于最新的重工業(yè)CE標(biāo)準(zhǔn)。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(lán)牙連接,用戶可直接在手機(jī)APP端查看

數(shù)據(jù),非常符合未來智能工廠的發(fā)展趨勢。


TE卓越傳感器大家庭

作為工業(yè)傳感器領(lǐng)域領(lǐng)軍企業(yè),除了豐富的壓力傳感器產(chǎn)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(shù),應(yīng)用在

包括汽車、工業(yè)、醫(yī)療、電器、航空航天等諸多領(lǐng)域。


TE產(chǎn)品最大的競爭優(yōu)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(yīng)用場景提供最適合的產(chǎn)品,并提供和

支持定制化、模塊化的產(chǎn)品和服務(wù)。


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