U području industrijske automatizacije i upravljanja procesima, procesni transmiteri igraju ključnu ulogu. Ovi uređaji odgovorni su za točno mjerenje različitih procesnih varijabli kao što su tlak, temperatura, protok i razina, a zatim pretvaraju ta mjerenja u električne signale koji se lako mogu prenijeti u upravljačke sustave. U središtu svakog procesnog transmitera nalazi se senzorski element, koji je ključna komponenta koja izravno komunicira s procesnom varijablom i pokreće proces mjerenja. U ovom blogu, kao dobavljač procesnih transmitera, istražit ću različite materijale koji se koriste za senzorske elemente u procesnim transmiterima i njihove karakteristike.
Piezoelektrični materijali
Piezoelektrični materijali popularan su izbor za senzorske elemente u transmiterima tlaka, posebno onima koji se koriste u dinamičkim mjerenjima tlaka. Ovi materijali imaju jedinstveno svojstvo generiranja električnog naboja kada su izloženi mehaničkom naprezanju ili pritisku. Ovaj fenomen je poznat kao piezoelektrični efekt.
Jedan od najčešće korištenih piezoelektričnih materijala je kvarc. Kvarc je kristalni materijal koji pokazuje izvrsna piezoelektrična svojstva, visoku stabilnost i nisku histerezu. Može izdržati visoke temperature i pritiske, što ga čini prikladnim za širok raspon industrijskih primjena. Na primjer, u automobilskoj industriji senzori tlaka na bazi kvarca koriste se za mjerenje tlaka u cilindrima motora, sustavima za ubrizgavanje goriva i sustavima za nadzor tlaka u gumama.
Drugi piezoelektrični materijal je olovo cirkonat titanat (PZT). PZT je keramički materijal koji ima visoki piezoelektrični koeficijent, što znači da može generirati relativno veliki električni naboj za određenu količinu mehaničkog naprezanja. Zbog toga su PZT senzori vrlo osjetljivi i prikladni za primjene u kojima je potrebno detektirati male promjene tlaka, kao što su medicinski uređaji i aplikacije u zrakoplovstvu.
Materijali za mjerenje naprezanja
Mjerači naprezanja još su jedna vrsta senzorskog elementa koji se obično koristi u transmiterima tlaka. Mjerač naprezanja je uređaj koji mjeri naprezanje ili deformaciju objekta kada je podvrgnut sili ili pritisku. Mjerač naprezanja sastoji se od tanke žice ili folije koja je pričvršćena na površinu objekta koji se mjeri. Kod deformacije predmeta deformira se i žica ili folija, što mijenja njen električni otpor. Mjerenjem promjene otpora može se odrediti naprezanje, a time i tlak.
Najčešći materijal koji se koristi za mjerače naprezanja je metal, točnije konstantan. Constantan je legura bakra i nikla koja ima visoku otpornost i nizak temperaturni koeficijent otpornosti. To znači da se njegov otpor mijenja linearno s naprezanjem i relativno je neosjetljiv na promjene temperature. Constantan mjerači naprezanja naširoko se koriste u industrijskim transmiterima tlaka zbog svoje visoke točnosti, stabilnosti i pouzdanosti.
Osim metalnih mjerača naprezanja, u nekim se primjenama koriste i poluvodički mjerači naprezanja. Poluvodički mjerači naprezanja izrađeni su od materijala kao što su silicij ili germanij i imaju mnogo veću osjetljivost od metalnih mjerača naprezanja. Međutim, oni su također osjetljiviji na promjene temperature i imaju manju linearnost, što može ograničiti njihovu točnost u nekim primjenama.
Kapacitivni materijali
Kapacitivni senzorski elementi temelje se na principu kapacitivnosti, što je sposobnost kondenzatora da pohranjuje električni naboj. Kondenzator se sastoji od dvije vodljive ploče odvojene dielektričnim materijalom. Kada se promijeni razmak između ploča ili dielektrična konstanta materijala između ploča, mijenja se i kapacitet kondenzatora.
U kapacitivnom transmiteru tlaka, senzorski element je kondenzator čiji se kapacitet mijenja kao odgovor na tlak koji se mjeri. Najčešći materijal koji se koristi za dielektrik u kapacitivnim senzorima tlaka je tanki film silicijevog dioksida ili silicijevog nitrida. Ovi materijali imaju visoku dielektričnu konstantu i izvrsna mehanička svojstva, što ih čini prikladnima za primjenu u visokotlačnim aplikacijama.
Kapacitivni senzori tlaka imaju nekoliko prednosti u odnosu na druge vrste senzora tlaka. Vrlo su osjetljivi, imaju širok raspon mjerenja i relativno su neosjetljivi na promjene temperature. Također imaju brzo vrijeme odziva, što ih čini prikladnima za primjene u kojima je potrebno detektirati brze promjene tlaka, kao što je mjerenje protoka i kontrola procesa. Za više informacija o našim kapacitivnim transmiterima tlaka, možete posjetiti našMetalni kapacitivni transmiter diferencijalnog tlakastranica.
Optički materijali
Optički senzorski elementi relativno su nova vrsta senzorske tehnologije koja se sve više koristi u procesnim odašiljačima. Optički senzori temelje se na principu mjerenja promjene u optičkom svojstvu, kao što je intenzitet, valna duljina ili faza svjetlosti, kao odgovor na procesnu varijablu koja se mjeri.
Jedan od najčešćih tipova optičkih senzora tlaka je optički senzor tlaka. Senzori tlaka od optičkih vlakana koriste optički kabel kao senzorski element. Kabel od optičkih vlakana presvučen je tankim filmom materijala koji mijenja svoj indeks loma kao odgovor na pritisak. Kada svjetlost prolazi kroz optički kabel, promjena indeksa loma uzrokuje promjenu faze ili intenziteta svjetlosti, što se može izmjeriti i koristiti za određivanje tlaka.
Optički senzori imaju nekoliko prednosti u odnosu na tradicionalne električne senzore. Imuni su na elektromagnetske smetnje, imaju visoku osjetljivost i mogu se koristiti u teškim okruženjima gdje električni senzori možda nisu prikladni. Također su male veličine i mogu se lako integrirati u druge uređaje. Međutim, optički senzori općenito su skuplji od ostalih vrsta senzora i zahtijevaju složenije tehnike obrade signala.
Odabir materijala za osjetne elemente
Odabir materijala senzorskog elementa za procesni transmiter ovisi o nekoliko čimbenika, uključujući vrstu procesne varijable koja se mjeri, raspon mjerenja, potrebnu točnost, uvjete okoline i cijenu.
Na primjer, ako je varijabla procesa tlak, a primjena zahtijeva visoku točnost i stabilnost, mjerač naprezanja ili kapacitivni senzorski element izrađen od visokokvalitetnog materijala kao što je konstantan ili silicijev dioksid može biti najbolji izbor. S druge strane, ako aplikacija zahtijeva brzo vrijeme odziva i visoku osjetljivost, piezoelektrični ili optički senzorni element može biti prikladniji.
Osim toga, uvjeti okoline kao što su temperatura, tlak, vlažnost i izloženost kemikalijama također se moraju uzeti u obzir pri odabiru materijala za osjetne elemente. Na primjer, ako je primjena u okruženju visoke temperature, može biti potreban materijal koji može izdržati visoke temperature, poput kvarca ili silicij karbida.
Zaključak
Osjetni element je srce procesnog transmitera, a izbor materijala senzornog elementa ima značajan utjecaj na performanse i točnost transmitera. Kao dobavljač procesnih transmitera, nudimo širok raspon transmitera s različitim materijalima senzorskih elemenata kako bismo zadovoljili različite potrebe naših kupaca. Trebate liTransmiter apsolutnog/mjernog tlakaza mjerenje apsolutnog ili nadtlaka, ili metalni kapacitivni transmiter diferencijalnog tlaka za mjerenje diferencijalnog tlaka, imamo pravo rješenje za vas.
Ako ste zainteresirani za naše procesne transmitere ili imate bilo kakvih pitanja o materijalima senzorskih elemenata ili drugim aspektima naših proizvoda, slobodno nas kontaktirajte radi detaljne rasprave i pregovora o nabavi. Posvećeni smo pružanju visokokvalitetnih proizvoda i izvrsne korisničke usluge.
Reference
- Doebelin, EO (2003). Mjerni sustavi: primjena i dizajn. McGraw-Hill.
- Kao, GK (2009). Svjetlovodna vlakna: principi i primjena. Wiley.
- Norton, HN (2006). Priručnik za pretvarače. Elsevier.
