Cách chọn cảm biến áp suất chênh lệch

Các nhà sản xuất hệ thống đang cung cấp ô tô, máy bay, tuabin hơi và động cơ khí tiết kiệm năng lượng, cũng như các bộ phận liên quan. Điều này phần lớn là do các yêu cầu kiểm tra và đo lường ngày càng nghiêm ngặt của các nhà sản xuất đối với các sản phẩm này. Cảm biến áp suất chênh lệch là một phần của quá trình ứng dụng đòi hỏi độ tin cậy cao, khả năng lặp lại và độ chính xác cao.

Cảm biến áp suất vi sai thường được sử dụng trong băng ghế dự bị thử nghiệm, đường hầm gió, hệ thống phát hiện rò rỉ và các ứng dụng khác. Các kỹ sư trong mỗi ứng dụng đang tìm kiếm những cải tiến cảm biến quan trọng đối với ngành công nghiệp của họ.

Hiệu suất của các cảm biến áp suất vi sai ngày nay đã được cải thiện để cung cấp giải pháp cho các ứng dụng khắc nghiệt. Bài viết này minh họa 6 đặc điểm và cân nhắc cần lưu ý khi chọn cảm biến cho các ứng dụng áp suất vi sai, áp suất chính.

1. Hiệu ứng định hướng

Việc lắp đặt không chính xác, rung động và thậm chí bảo trì hệ thống có thể dẫn đến sự thay đổi phương vị của cảm biến, được gọi là hiệu ứng định hướng. Từ trước đến nay, hiệu ứng phương hướng luôn là một vấn đề đối với các loại công nghệ cảm biến khác. Ngay cả các cảm biến được lắp đặt đúng cách cũng sẽ có hiệu ứng trọng lực cạnh, vì cảm biến quay 180 độ thay đổi từ trọng lực dương sang trọng lượng mang, gây ra sự thay đổi lực 2G. Trong trường hợp này, cảm biến không thể phân biệt lực tác động lên nó bởi lực hấp dẫn với lực tác động qua cổng áp suất. Do đó, cảm biến kết hợp hiệu ứng trọng lực với áp suất cổng và gửi tín hiệu sai.

Đối với các cảm biến chứa đầy dầu silicon hoặc các chất cách ly khác, hiệu ứng hướng của cảm biến khi xoay sẽ rõ ràng hơn. Trọng lượng màng ngăn của các cảm biến này và trọng lượng của chất lỏng chứa đầy sẽ ảnh hưởng đến cảm biến. Tương tự như vậy, cảm biến không thể đo được áp suất thực và sẽ gửi giá trị sai với ảnh hưởng của sự thay đổi phương vị.

May mắn thay, một số cảm biến sử dụng màng ngăn điện dung rất mỏng và rất nhẹ và không chứa đầy chất lỏng, cho phép ảnh hưởng của trọng lực đối với chúng giảm xuống thấp hơn. Do đó, các cảm biến này có thể được lắp đặt theo bất kỳ hướng nào và được đảm bảo rằng chúng sẽ cung cấp các phép đo có độ tin cậy cao, đặc biệt hữu ích cho việc lắp đặt có giá trị trong không gian khô và để lắp đặt tối ưu, cảm biến phải được lắp đặt theo cùng một hướng khi nó được hiệu chuẩn. Ví dụ: nếu nhà máy được hiệu chuẩn ở vị trí thẳng đứng với cổng áp suất xuống, thì nên áp dụng cùng một cách khi lắp đặt tại chỗ để giảm thiểu hiệu ứng định hướng. Khi không thể làm như vậy, bạn có thể bù đắp cho sự trôi dạt của độ lệch 0 tối thiểu bằng cách điều chỉnh thủ công độ lệch 0 của cảm biến hoặc bằng phím hiệu chuẩn an toàn. Ứng dụng siêu áp hoặc rò rỉ lớn. Nếu điều này xảy ra, cảm biến sẽ tiếp tục hoạt động bình thường.

2. Rung động

Tương tự, rung động tần số thấp từ động cơ hoặc quạt gần đó cũng có thể ảnh hưởng đến cảm biến được định vị chính xác. Ví dụ, chất lỏng trong cảm biến chứa đầy dầu có thể nhận rung động tần số thấp và áp dụng tải quán tính lên màng ngăn, có thể bị nhầm lẫn với sự thay đổi áp suất quá trình.

Để tránh hiệu ứng rung động này, người dùng cuối cần lắp đặt cảm biến ở một khu vực yên tĩnh ở phía xa. Tương tự, nếu cổng tham chiếu được kết nối với khí quyển, nó cần được kết nối với một khu vực không có tiếng ồn và gió rung. Đối với đường hầm gió, do một ống dẫn da được lắp đặt, cả hai cổng áp suất đều có thể được kết nối với cảm biến được lắp đặt từ xa thông qua ống mềm hoặc ống bán dẫn, do đó ngăn chặn tiếng ồn nhiễu không khí hoặc rung động cơ học được truyền đến cảm biến.

Các kỹ sư có thể xem xét sử dụng cảm biến điện dung được thiết kế đặc biệt để giảm thiểu các vấn đề về hướng và độ rung, sử dụng màng ngăn bằng thép không gỉ kéo dài và không chứa chất lỏng. Ảnh hưởng của trọng lực là trọng lượng của màng ngăn, mặc dù không thể bỏ qua, nhưng ảnh hưởng rất nhỏ và có thể dễ dàng bồi thường tại hiện trường.

3. Bảo vệ quá áp

Bảo vệ quá áp và bảo vệ áp suất ngược luôn là mối quan tâm hàng đầu của các nhà sản xuất hệ thống phát hiện rò rỉ. Các hệ thống này tìm kiếm tỷ lệ rò rỉ nhỏ trong các ứng dụng chênh lệch áp suất vi mô và áp suất tĩnh cao. Các nhà sản xuất phát hiện rò rỉ luôn muốn đo tỷ lệ rò rỉ ngày càng thấp. Vì tốc độ rò rỉ tỷ lệ thuận với chênh lệch áp suất, các nhà sản xuất muốn có thể đo chênh lệch áp suất nhỏ hơn và nhỏ hơn. Để đạt được mục tiêu này, áp lực kiểm tra tĩnh cần được tăng lên cao hơn.

Thật không may, trong trường hợp chênh lệch áp suất vi mô và các tình huống áp suất tĩnh rất cao, các cảm biến có siêu âm bất ngờ có thể yêu cầu hiệu chỉnh lại và có nhiều khả năng trở nên không hiệu quả. Nếu một rò rỉ lớn xảy ra trong hệ thống được thử nghiệm cũng có thể dẫn đến kết quả sau pha.

Thế hệ cảm biến mới nhất phải giải quyết những vấn đề này. Do đó, cảm biến trở nên mạnh mẽ hơn. Chúng có thể chịu được phạm vi quá áp tương đối cao, cả chuyển tiếp (quá trình) và tiêu cực (tham khảo). Đây là một tính năng mới rất quan trọng. Trước đây, cảm biến chỉ có bảo vệ quá áp về phía trước. Nhưng rò rỉ ngược có thể gây ra quá áp ngược của cảm biến. Cảm biến được bảo vệ đầy đủ theo cả hai hướng cho các ứng dụng khô có thể xảy ra tình trạng quá áp hoặc rò rỉ lớn. Nếu điều này xảy ra, cảm biến sẽ tiếp tục hoạt động bình thường.

Cảm biến có thể chịu được sự vượt qua tình cờ của áp suất chịu được đánh giá của nó, chẳng hạn như 150 PSI, và sau đó trở lại trạng thái bình thường. Nếu áp suất chịu được vượt quá, màng ngăn có thể bị biến dạng, dẫn đến trôi điểm không. Nếu áp suất của bất kỳ cổng nào vượt quá áp suất nứt (ví dụ: 300 PSI), nó sẽ phá hủy buồng cảm biến, làm hỏng mối hàn, rò rỉ niêm phong hoặc ngăn cách.

Màng hoặc vỏ bị vỡ.

OME và các kỹ sư ứng dụng phải hiểu áp suất chịu được và giới hạn áp suất nứt của cảm biến. Ngoài ra, họ phải biết rằng hệ thống của họ có thể vô tình bị thông gió hoặc các bộ phận của thiết bị thử nghiệm không được đóng kín, điều này có thể làm hỏng cảm biến. Do đó, họ nên sử dụng các cảm biến bằng thép không gỉ nhỏ, chắc chắn và được bảo vệ đầy đủ theo cả hai hướng để chịu được những tình huống bất ngờ này.

4. Hiệu ứng áp suất đường ống

Ngoài việc quá áp, những thay đổi trong áp suất đường ống cũng cần được xem xét, đặc biệt là trong các ứng dụng phát hiện rò rỉ nơi áp suất đường tĩnh cao hơn. Áp suất đường ống là áp suất tuyệt đối áp dụng cho cổng cảm biến. Tuy nhiên, một số thay đổi trong áp suất đường tĩnh có thể gây ra biến dạng ứng suất nhẹ trong hình dạng cảm biến. Những căng thẳng này lần lượt làm thay đổi phản ứng hiệu chuẩn của cảm biến, ảnh hưởng đến điểm không và phạm vi của cảm biến. Thế hệ cảm biến mới nhất được thiết kế để giảm đáng kể sự căng thẳng do áp suất tĩnh gây ra cho các yếu tố cảm biến. Hãy tìm cảm biến có hiệu ứng điện áp thấp định mức, chẳng hạn như 2% FS/100PSIG.

May mắn thay, lỗi gây ra bởi áp suất đường ống có thể được hiệu chỉnh lại bằng thiết bị hoặc bằng không. Điều này có thể được thực hiện bằng tay bằng máy đo tiềm năng hoặc điều chỉnh hiệu chỉnh đơn giản và an toàn bằng cách sử dụng các mô hình tiên tiến với các phím hiệu chuẩn nhỏ (được trang bị màn hình kỹ thuật số gắn trên cảm biến), bao gồm các tính năng khóa hiệu chuẩn bao gồm điểm không, thiết lập lại phạm vi và khôi phục cài đặt nhà máy.

5. Thời gian đáp ứng

Thời gian đáp ứng là một yếu tố quan trọng khác, đặc biệt là đối với các ứng dụng kiểm soát áp suất và đường hầm gió. Thời gian đáp ứng của cảm biến (khoảng thời gian từ khi cảm biến phản ứng với một áp lực duy nhất để tạo ra tín hiệu đầu ra) được xác định chủ yếu bởi công nghệ và các thành phần điện tử được sử dụng bởi các thành phần cảm biến cảm biến. Các màng ngăn sử dụng công nghệ cảm biến điện dung thường đáp ứng rất nhanh. Chúng phát hiện và đo áp suất bằng cách cảm nhận sự thay đổi điện áp ở cả hai đầu của tụ điện, một trong những tấm của tụ điện là màng ngăn có khả năng phản ánh những thay đổi nhỏ trong áp suất được áp dụng. Sự thay đổi điện dung gây ra sẽ được phát hiện bởi linh kiện điện tử của cảm biến, được tuyến tính hóa, bù nhiệt, điều chế, sẽ xuất ra tín hiệu mức cao tỷ lệ thuận.

Nhu cầu về thời gian đáp ứng nhanh phụ thuộc vào ứng dụng. Ví dụ, trong các ứng dụng đường hầm gió để đo sự thay đổi tốc độ của luồng không khí động, đầu ra tín hiệu của cảm biến phải thay đổi theo tốc độ gió, do đó đòi hỏi thời gian phản hồi nhanh. Đối với hầu hết các ứng dụng băng ghế dự bị, phát hiện rò rỉ và đường hầm gió, thời gian đáp ứng 10-80 mm thường được chấp nhận và các ứng dụng giám sát và xử lý thông thường ít quan trọng hơn đối với thời gian đáp ứng khô, thường là một vài giây thay vì một vài mili giây. Khi thiết kế hệ thống, điều quan trọng là phải hiểu nhu cầu thời gian đáp ứng của cảm biến áp suất, không phải lúc nào cũng nhanh hơn và tốt hơn, nếu cảm biến phản ứng quá nhanh, đôi khi cảm biến nhanh sẽ phản ứng với tiếng ồn hệ thống ngắn và không mong muốn hoặc dao động áp suất hỗn loạn. Trong trường hợp này, lọc tín hiệu đầu ra có thể làm suy giảm các nhiễu không mong muốn này.

6. Các biện pháp phòng ngừa khác

Ngoài ra, nên chọn cảm biến có độ ổn định lâu dài, có khả năng duy trì các đặc tính hiệu suất trong một khoảng thời gian tương đối dài, đặc biệt là độ ổn định phạm vi. Thông thường, độ ổn định phải nhỏ hơn 0,15% FS/Yr. Đánh giá này được đưa ra trong danh sách thông số kỹ thuật của cảm biến.

Cũng có thể xem danh sách thông số kỹ thuật để kiểm tra xem cảm biến có được chứng nhận CE và RoHS hay không. Có dấu CE có nghĩa là cảm biến đáp ứng các yêu cầu về an toàn, sức khỏe và môi trường của khách hàng. RoHS chứng nhận hàm lượng tối đa cho phép của 6 chất độc hại của cảm biến: chì, thủy ngân, cadmium, crom hóa trị sáu, PBB và PBDE. Cuối cùng, hãy tìm một nhà cung cấp có thể cung cấp nhiều cấu hình cảm biến. Điều này sẽ cho phép người dùng cuối làm việc với một nhà sản xuất để có được cảm biến với độ chính xác, độ phân giải và phạm vi cụ thể phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.

Các nhà thiết kế hệ thống và nhà sản xuất, kỹ sư ứng dụng và bán hàng và các nhà phân phối của băng ghế dự bị và hệ thống phát hiện rò rỉ luôn tìm kiếm các cảm biến với các tính năng và chức năng hàng đầu để đáp ứng nhu cầu đầy thách thức mà họ khó đạt được. Họ có thể tự tin rằng các cảm biến áp suất chênh lệch ngày nay có độ chính xác cao, khả năng quá áp cao, lỗi nhiệt thấp, sự ổn định, áp suất đường cao và cấu trúc thép không gỉ mạnh mẽ. Những đặc điểm này được cải thiện không mới bởi các nhà cung cấp cảm biến thông qua chương trình nghiên cứu và phát triển liên tục của họ. Các cảm biến được cải tiến liên tục giúp đảm bảo rằng các nhà sản xuất hệ thống tiếp tục sản xuất * các sản phẩm chất lượng cao.