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扩散硅压力传感器的工作原理及保养维修


发布日期:[2018-09-06]    作者:昊明压力传感器厂家


  扩散硅压力传感器工作原理:被测介质的两种压力通入高、低两压力室,低压室压力采用大气压或真空,作用在δ元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上,通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。压力传感器是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时,致使测量膜片产生位移,其位移量和压力差成正比,故两侧电容量就不等,通过振荡和解调环节,转换成与压力成正比的信号。

扩散硅压力传感器芯体



  扩散硅压力传感器简介

  扩散硅压力传感器是利用压阻效应原理,采用集成工艺技术经过掺杂、扩散,沿单晶硅片上的特点晶向,制成应变电阻,构成惠斯凳电桥。利用硅材料的弹性力学特性,在同一切硅材料上进行各向异性微加工,就制成了一个集力敏与力电转换检测于一体的扩散硅传感器。


  扩散硅压力传感器的特点

  1、适合制作小量程的传感器

  硅芯片的这种力敏电阻的压阻效应在零点附近的低量程段无死区,制作压力传感器的量程可小到几个Kpa。

  2、输出灵敏度高

  硅应变电阻的灵敏因子比金属应变计高50~100倍,故相应的传感器的灵敏度就很高,一般量程输出为100mv左右。因此对接口电路无特殊要求,使用比较方便。

  3、精度高

  由于传感器的感受、敏感转换和检测三部分由同一个元件实现,没有中间转换环节,重复性和迟滞误差较小。由于单晶硅本身刚度很大,变形很小,保证了良好的线性。

  4、由于工作单性形变低至微应变数量级,弹性芯片最大位移在亚微米数量级,因而无磨损,无疲劳,无老化,寿命长达1×103压力循环,性能稳定,可靠性高。

  5、由于硅的优良化学防腐性能,即使是非隔离型的扩散硅压力传感器,也有相当程度的适应各种介质的能力。

  6、由于芯片采用集成工艺,又无传动部件,因此体积小,重量轻。


扩散硅压力传感器特点


 PTC501型扩散硅压力传感器的性能参数

  测量介质:与316L不锈钢兼容的各种液体、气体或蒸汽

  量程范围:-100 kPa~0~2kPa…60MPa

  压力方式:表压、绝压、密封压

  恒压供电:推荐10VDC,最大15VDC

  恒流供电:推荐1.5mA,最大4mA

  桥路电阻:4000Ω(典型值)

  综合精度:0.1%FS,0.3%FS,0.5%FS可选

  温度漂移:0.02%FS/℃

  时间漂移:≤0.2%FS/年

  补偿温度:0~80℃

  介质温度:-40~125℃

  环境温度:-40~85℃。


  扩散硅压力传感器工作原理

  扩散硅压力传感器的压力直接作用于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷),使膜片产生与介质压力成正比的微位移,使传感器的电阻值发生变化,和用电子线路检测这一变化,并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。


  扩散硅压力传感器使用注意事项

  1、温度补偿,扩散硅式压力传感器是半导体,半导体具有很强的温度特性,没有温度补偿,测量误差可能会比较大。

  2、扩散硅式压力传感器传感膜片只有几十丝米厚,千万不能触碰。

  3、供电电压要稳定,传感器内部实际就是一个电桥,供电电压波动会引起桥路输出变化,影响测量精度。

  4、要在额定电压内使用,过压会导致传感器损坏。

  5、输出端不要短路。


扩散硅压力传感器各种类型


  扩散硅压力传感器选型

  1、传感器、变送器的选型:用户根据自己所测压力的性质,首先应确定选择表压(相对于当地大气压)、差压、绝对压力或负压品种。如果测量液位,还要确定液位上方是自由大气压还是密封容器压力。如果测量密封承压容器内的液位就应该选用差压产品。

  2、产品量程的确定:从产品绝对安全考虑,一般选择使工作压力值在标准量程值的60%-80%为宜,整个测量系统中可能出现的异常情况所导致的过载压力不得超过产品允许的最大过载。测量动态管路液体压力时,还应考虑液锤、气锤效应、冲击压力,适当增大产品载量。

  3、产品精度选择:用户可依据所检测工况要求各项和某单项参数精度指标,以便用适用的精度要求。产品给出的三项精度指标是采用国际最小二乘法或端基平移法计算的。选用传感器时。精度等级确定应根据测量系统分配发给传感器的最大误差选项取。有时还应考虑零位时漂、零位和满度温度系数带入的附加误差。

  4、选择产品的使用温度范围:变送器在组装了电路后又进行了综合温度补偿,对于使用温度范围宽而又要求总精度高的用户,还可在二次仪表数据处理中采用软件执行温度误差修正。超过补偿区使用,温度系数指标可能会超标,但仍可使用。长期在温度极限区工作,将影响产品使用寿命。

  5、差压传感器的选择:差压型传感器通常使用在高压端压力高于低压端压力的正差压情况下,虽然扩散硅传感器都可同样用于负差压,一般两引压端基本对称,但负压端一般不另标定,如用户要求两引压端高对称性,需特别告知。

  6、频响特性:扩散硅传感器固有频率相对于其它产品较高,除此之外更多的情况是传感器结构的引压腔结构参数影响和传感器结构基体刚体的尺寸影响,后者不可能不限长,故主要还是引压腔及引压孔影响。

  7、与被测介质的匹配:传感器接囗和电子壳体由多种不同的结构材料生产。具有不同的介质兼容性,为了获得最优的使用效果,不致因介质不匹配而使产品损坏,用户在选型定货时应明白介质的准确名称、浓度、温度。如以上各条仍不能满足用户的特殊要求。


扩散硅压力传感器图片


  扩散硅压力传感器的应用

  扩散硅压力传感器主要应用于供热,制冷,化工,煤炭,石油,食品加工,供水等行业,可以这么说,凡是自动化要求比较高的的行业,等可能会用到扩散硅压力传感器。由于扩散硅传感器本身的特性,它不能用于高温和低温介质的测量。

  扩散硅压力传感器在生活中为我们提供了很多的便利,工作原理也不难理解,应用范围很广泛,以上就是小编为大家介绍的扩散硅压力传感器工作原理及使用注意事项的内容,希望对大家有所帮助。





日常维护和常见故障分析及处理

日常维护包括以下两个方面:

  1. 巡回检查;
  2. 定期检查;
  3. 设备大检查。
  4. 大修。

(1)巡回检查

仪表指示情况。检查仪表示值又无异常,看它是否在规定范围内波动;有的变送器没有现场指示的,要去控制室看它的二次示值。仪表周围是否有杂物或是仪表表面是否有灰尘,应及时清除和清洁。仪表和工艺接口、导压管和各阀门之间有无泄漏、腐蚀。

(2)定期检查

    有的维护检查不需要每天检查的要每隔一段时间定时检查。

定期零点检查,由于变送器有二次阀或三阀组、五阀组,所以零点检查 很方便,不需要太多时间。但是用在控制系统中的变送器,不管检查时间多短,仍需要把自动改为手动控制,所以这种仪表的回零周期可长些。由于这些检查需要拆除接头检查设备比较麻烦,如没有异常现象,检查周期可以适当长些。定期进行排污、排凝和放空。定期对易堵介质的引压管进行吹扫,灌隔离液等。

(3)设备大检查

由于变送器处于全天候环境中,仪表难免会被腐蚀、损害、导管或接头出现泄漏,所以需要进行设备大检查。检查仪表�**用质量、准确度、灵敏度、示数、零位正确;仪表零部件是否完整、紧固件不得松动、接触良好;仪表测量元件、引压管线、接头安装正确、排列整齐固定牢固;技术资料齐全、准确、符合管理要求,仪表接线图、检修检查记录、零部件更换记录无误。

(4)大修

准备工作。确定检修项目;落实检修用的材料和加工件、需要更换仪表;落实检修人员和工作量;落实检修方案,做到稳步推进心中有数。

仪表吹扫。由于吹扫蒸气温度很高,避免把变送器测量部件吹坏,把仪表前面的引压阀关掉;仪表本体和管道不能一起吹扫,吹扫时要打开本体上的放空排液堵头螺丝;吹扫后要把冷凝水排尽,以免遇冷结冰冻坏仪表。

仪表检查维修。预先制定计划,该校的仪表要逐台进行校验,并做好校验记录。如果仪表解体过,则要进行静压测试。

如果是气动变送器,检修时要清洗放大器,把里面的油脂,灰尘擦净,减压阀过滤器的过滤环要在溶剂中浸泡干净。

检修更换过的导管要和工艺管线一起试压。


在校验和维修过程中,我们经常用到的工具设备大致有信号压力发生器、标准压力指示仪、扳手、螺丝刀、胶管、接头等。但是在使用过程中,工具大小要合适,不能以大代小或是以小代大,也不能磨拆乱卸,更不能把克丝钳当榔头。仪表是一种很精密的设备,一定要仔细分析后再动手,切莫野蛮操作。

CEC系列变送器无可动机械部件,所以在仪表室的测试,变送器可分三个基本部件进行,传感器组件检查、放大电路板检查和标定电路板检查。


传感器组件检查

传感器组件有故障,不能在现场修理,只有更换。如果发现如隔膜片损坏或是漏油现象,则传感器组件可按下列步骤检查:

1)小心地从插头拔出补偿电路板。注意,检查时不需要将传感器组件从电气盒上拆下来。

2)检查内部二极管回路的正、反向偏置。一个回路插座1、2,另一个回路是插座3、4.回路电阻值应接近相等。

3)检查传感器组件外壳和插座1、2端接点间电阻、电容,或是检查传感器组件外壳和插座3、4端接点之间电阻、电容,电阻值大于10M Ω ,电容值应为150+/-30pF.

4)检查端子8是否可靠接地,端子8和外壳之间电阻值应该为零。

注意:以上不是对传感器组件的全面检查。如果调换电路板后,仍不能排除异常情况,并且又未发现其它明显问题,就应该调换传感器组件。


电路板检查

利用调换备用电路板方法,可非常容易检查出标定电路板和放大电路板故障,如果是电路板本身故障,那只有将电路板返回厂家修理。


仪表故障分析维护

仪表日常维护做的好,仪表系统发生故障机会就越少。但是设备系统本身失灵也是再所难免的。仪表系统的异常和故障有两个方面,一是仪表本身问题,二是仪表辅助系统,如阀门、导管、各种辅助容器等方面问题。两者比起来后者出现机会要更多些。


压力传感器输出过大

1)检查一次元件测量范围,是否堵塞;

2)检查导压管是否泄漏或堵塞;

3)检查截止阀是否打开;

4)检查气体导管内是否有液体,或是液体导管内是否还有气体;

5)检查变送器压力室内有无沉积物;

6)检查导压管内液体、密度是否改变;

7)保证接插件接触处清洁和检查传感器组件连接情况;

8)检查8号端子是否可靠接表壳地;

9)用备用电路板检查有故障电路板;

10)更换有故障的电路板;

11)检查电源的输出是否符合所需电压值。


压力传感器输出过小和无输出

1)检查一次元件安装及工作条件;

2)检查被测介质的特征是否变化,它可能影响输出;

3)检查加到变送器上的电压是否正常;

4)检查回路是否短路或是多点接地;

5)检查回路连接的正负极性和回路阻抗是否符合要求;

6)检查管道压力连接是否正确;

7)检查导压管是否泄漏或堵塞;

8)检查充液导压管是否存在气体;

9)检查变送器的压力室内有无沉积物;

10)检查截止阀是否全开,平衡阀是否关严;

11)检查导压管内液体的比重是否改变;

12)检查变送器传感器组件的引线是否短接;

13)检查8号端子是否可靠接表壳地;

14)检查各调节螺钉是否在控制范围;

15)现场指示表接线端在无指示或指示故障时,是否用短接片短接;

16)用备用电路板检查有故障电路板;

17)更换有故障的电路板.


压力传感器输出不稳定

1)检查变送器是否间歇性短路、开路和多点接地现象;

2)检查加到变送器的电压是否合适;

3)调节电路的阻尼作用;

4)检查气体导管内是否有液体,或是液体导管内是否还有气体;

5)检查变送器回路是否有间歇性短路和开路现象;

6)保证接插件接触处清洁和检查传感器组件接地情况;

7)检查8号端子是否可靠接表壳地;

8)用备用电路板检查有故障电路板;

9)更换有故障的电路板.


阀组故障

校验口、排污口处有渗漏

原因分析

密封性不好。

处理方式

检查校验口处的垫片,如有损坏,则需更换垫片,必要时可多放置垫片;若经过以上处理后,还存在渗漏,则缠绕生料带。

注意事项

生料带缠绕方向为上螺帽时的旋转方向,一般生料带缠绕圈数为5圈,且要注意垫片的方向。

阀杆处渗漏

原因分析

阀杆处密封性不好。

处理方式

松开锁紧螺母,把压紧螺母顺时针旋进1至2圈,然后再固定锁紧螺母,重新投用阀组,观察10分钟,确认缺陷已消除。

若上述处理后仍不能解决问题,可能是阀芯的密封垫片已经老化、脆裂,则必须更换阀芯。

打压校验时,不能保压(非校验仪本身问题)

原因分析

排除校验仪本身及校验口处问题情况下,不能保压大多数情况下是由于隔离阀阀芯处阀瓣磨损。

处理方式

重新研磨阀瓣。但是此项在实施过程中十分麻烦,并且阀瓣要求较高,现场的操作是更换阀芯。

差压传感器膜盒与阀组密封面处渗漏

原因分析

压接面处的O型密封圈密封性不好,一方面是O型密封圈本身的原因;另一方面可能是在固定阀组四个紧固螺栓时,顺序不正确造成密封性不好。

处理过程

松开扩散硅压力传感器与阀组连接的4个紧固螺栓;更换阀组上正负压侧连接口的O型密封圈;重新安装变送器。用60N·m的力矩紧固4个螺栓,重新投用变送器在固定紧固螺栓 时,要采用对角固定的方式,且力矩要逐步增加。

变送器缺陷


压力上去,变送器输出上不去。

这种情况,先检查接线方式,如接线无误后再检查电源,如果确认不是则检查压力接口是否漏气或者被堵,如没有漏气或被堵,再查看传感器零位是否有输出,或者进行简单加压看输出是否变化,有变化证明传感器没有损坏,如果无变化传感器即损坏。

加压时变送器输出不变化,再加压传感器输出突然变化,泄压后扩散硅压力传感器

零位回不去。

原因分析

产生此现象的原因可能是压力传感器密封圈引起的。一般因为密封圈太软和太厚。传感器拧紧时,密封圈被压缩到传感器引压口里面堵塞传感器,加压时,介质上不去;但 是压力很大时突然冲开密封圈,压力传感器受到压力而变化,而压力再次降低时,密封圈又回位堵住引压口,残存的压力释放不出,因此长按其零位又下不来。

消除缺陷:

最佳办法是将传感器卸下,直接查看零位是否正常,如果不正常则更换密封圈再试。

示值波动

原因分析

  1. 压力源本身是一个不稳定的压力;
  2. 仪表本身抗干扰能力不强;
  3. 传感器接线不牢;
  4. 传感器本身故障。
  5. 变送器膜盒含有未排尽的气体;
  6. 导压脉冲管线含有未排尽的气体;
  7. 变送器阻尼系数偏小。

扩散硅压力传感器维修检测

处理过程

扩散硅压力传感器膜盒含有未排尽的气体

1.单阀组排气:将隔离阀关闭(切除状态)。�**得排污口螺帽在拧松状态,缓慢打开隔离阀(小开度),介质从排污口流出,慢慢加大开度,一分钟后,观察从排污口处的水流,如果稳定则拧紧螺帽,打开隔离阀(投运)。

2.正压侧、负压侧排气:运行时,关闭隔离阀,

正、负压侧排气。打开隔离阀一定开度,介质从校验口流出(含有气体时,会发出嗤嗤的声音,慢慢加大开度,观察水流,待水流稳定后拧紧螺帽,隔离阀100%开度;负压侧也是如此,加大开度,然后再观察示值,如果还存在波动,则重复上述步骤)。

3.膜盒螺钉排气:对于差压变送器,采取以上措施后还不能消除缺陷,则采用膜盒螺钉排气,分为正负压侧单独排气及同时排气。排气的前提是隔离变送器,且从排气螺钉排出阀组腔室所有液体介质。

正负压侧单独排气:关闭平衡阀;正压侧,将排气螺钉拧松,从校验口处注水水流量,,保证水流能从排气螺钉处流出且注水流量大于出加水速度稍快,加了一定量后,慢慢拧紧排气螺钉,加水速度减慢,避免膜盒内憋气,直至水位加至稍低于校验口;同样,负压侧排气加除盐水也采用与正压侧相同的方法。打开平衡阀,两校验口液位会下降,补水,两侧压力一致,投运变送器。

正负压侧同时排气:同时排气是打开平衡阀,在原理上与分别排气是一致的。正负压侧同时加注除盐水,需两人同时进行,注意事项与正负压侧单独排气一样。

投用变送器注意事项:打开平衡阀,保持两端的压力平衡;拧紧正负压侧校验口螺帽(同时进行),关闭平衡阀,打开正负压隔离阀(即投用);在关闭平衡阀时,要缓慢关闭。

导压脉冲管线含有未排尽的气体

拧松排污口螺帽,水流从排污口流出,一分钟后,观察水流稳定时,则拧紧螺帽(正负压侧一样)。另外也可以从正负压侧校验口排出气体,但很多情况下不采用,因为会花费较多时间。

但是对于液位计,正压侧为标准液时,则进行反冲水,避免标准罐内的液位缺失,负压侧如果全是除盐水时,排气与正常排气一样;如果正负压侧介质都含放射性时,则进行反冲水排气。另外若负压侧介质与所测介质不一致时,比如测酸碱罐液位,负压侧仪表管线内为甘油等介质传递压力时,也只能进行反冲,避免因介质密度不一样造成密度误差。

所有排出的介质都要用废物收集袋收集,如果液体具有放射性,则需配戴乳胶手套,但在任何情况下,出房间门时,一定要将橡胶手套摘除,以免放射性扩散。

变送器阻尼系数偏小

·         如果是扩散硅压力传感器本身参数阻尼系数偏小,则调大变送器的阻尼系数。适当增大了变送器的阻尼时间,减少变送器本身对信号采集的灵敏性,从而消除变送器波动。

·         接电源后无输出

·         原因分析

·         接错线,仪表和变送器都检查;

·         导线本身的短路或断路;

·         电源无输出或电源不匹配;

·         仪表损坏

·         传感器损坏

·         处理过程

以上原因都是逐项检查,逐项排除。


扩散硅压力传感器维护步骤

·         扩散硅压力传感器的维护步骤 拆卸

·         拆卸传感器组件

·         在拆卸传感器组件之前,先把变送器从工艺管道上拆下;

·         拧下四个螺栓,便可取下正、负压力室,不要划伤或碰坏隔膜片;

·         用浸过中性清洁剂的软布清洗隔离薄膜片,然后用水清洗。注意不要用任何氯化物溶液或含酸溶液清洗;

·         为了方便安装,接头和正负压室可以转动或反接。

·         拆卸电气盒

·         先断开电源,拧下接线端子侧的表盖可触及信号端子和测试端子;

·         拧下电路侧的表盖,可以触及电路板;

·         拧下线路板固紧螺钉,就可以拔下放大电路板;

·         要拆下标定补偿电路板,应先拧下支撑立柱,然后排齐零位和量程调节螺钉,使其上的一字槽垂直于标定板,即可方便地取下标定板和补偿板。

·          传感器组件与电气盒分离

·         拆下放大电路板、补偿板和标定板,方法同上;

·         松开紧缩螺母;

·         从电气盒上拧下传感器组件,不要损坏组件上的引线。小心地将传感器组件引出线及补偿板从电气盒上的孔中拉出,请特别注意,拧下组件时,不要将组件的隔离膜片碰坏;

·         传感器组件是整体焊接部件,不要再分解。

·         压力传感器的维护步骤 重装

·         准备工作

·         检查所有密封“O”型圈,保证良好密封;检查螺纹,必须保证5圈以上完好无损,且能充分啮合的螺纹

·         电气盒与传感器组件的连接

·         将传感器组件引出线及补偿板穿入电气盒内;

·         在传感器组件的连接螺纹上涂上密封剂,保证牢固的水密封;

·         传感器组件拧入电气盒时,要有5圈螺纹完全啮合,不要损坏或绞紧组件引出线;

·         为便于安装,应注意传感器组件高、低压侧的取向;

·         用47N·m的力矩拧紧锁紧螺母。

·          电气盒

·         检查电路板,看它是否清洁;

·         电路板上的插头必须保持清洁;

·         要零位和量程的调节螺钉凹槽对标定板上电位器的刀口,随后将标定板插在插头座上,再用支撑立柱紧固,右边的支撑立柱是使电子部件接外壳,起电气接地作用,因此要紧固。

·         把放大电路板插上插座,再用M3*6螺钉紧固。

传感器组件

1.小心把接液“O”型圈放在隔膜片周围;

2.按所需取向放好压力容室并用手拧紧所有螺栓;

3.按以下步骤压力容室均衡坐落在传感器组件壳体上:

a)用手指拧紧所有螺栓;

b)拧紧一个螺栓直到压力容室落座;

c)在对角线的另一个螺栓上施加力矩;

d)在第一个螺栓上施加力矩;

e)在剩下二个螺栓上施加力矩;

f)检查压力容室坐落在传感器的情况,确认压力容室没有翘起;

g)检查四个螺栓是否牢固地拧紧到39N·m;

·         h)对测量方位代号1、2的变送器,在校验之前,为确保出厂精度,应先进行温循环试验。

·         任选插入式表头

·         为了方便读数,指示表头能在它的支架上旋转若干个90度;

·         如果由于某些原因,将表盖拆下,在重新安装表盖之前,必须确认表盖和电气盒之前的“O”型圈在位。为了保持防爆条件,不管什么理由都不能拆下表盖上的玻璃,拆下表盖玻璃将使表头防爆性能失效。

·          零部件的互换

·         有些机械零件如压力容室、接头、电气盒、表盖和安装架,各仪表

·         之间无论量程、输出信号如何,都可以互换。放大电路板和测量膜盒的互换由以下条件决定:

·         指示表头可看作一个附件部件,只要输出信号相同,就可以互换,与仪表的量程无关;

·         放大电路板均可以互换,与量程无关,放大电路板和标定板决定变送器的输出信号,因此,更换电路板后,输出可能会发生变化,必须重新进行校验;

·         补偿板永久安装在测量膜盒上,不能更换。