压力传感器厂家

行业新闻

您所在的位置: 首页>>新闻中心>>行业新闻

压力传感器在设计之前的机械模拟


发布日期:[2019-07-02]    作者:昊明


工程方法和现代技术使制造商能够设计压力传感器以满足实际要求。这对于要求苛刻的应用程序尤其重要。

海上油田开发的一般条件极其困难。在远离大陆和深海的地方,压力传感器暴露在高负荷下。功能故障是非常昂贵的,因为在发生故障时,必须从深海中取出模块,然后重新安装。在预期的条件下,必须提前对机组功能进行可靠的预测。因此,压力传感器的各个部件首先暴露在深海环境条件的机械模拟中。

传感器外壳的有限元模拟

图1:传感器外壳的有限元模拟

在机械仿真中采用了有限元方法。这是检查具有几何复杂形状的物体强度的常用数值过程。要检查的实体,如压力传感器的外壳,被分为有限元或部分实体。因此,这是一个使用计算密集型软件的物理建模,以确定有限元,最终整个结构是否也能够承受预期的力。石油勘探的主要特点是高压。在2500米的海深(在这一应用领域绝非罕见)时,在壳体上施加250巴的压力。除此外部压力外,还必须考虑工艺压力本身,其甚至可能更高(例如,当出现压力峰值时)。

因此,在有限元法中,不检查成品压力传感器的强度,而是尽可能真实地进行建模。如果发现满足用户规格的解决方案,则产品将在实际实验中进行测试,而实际实验将不再进行。在海洋石油生产用户的单体压力测量解决方案中,在压力室中进行试验具有重要意义。这些高压试验验证了有限元方法的结果,并确定了部件或整个系统的载荷极限。这最终确保具有特殊传感器要求的用户能够收到性能可靠的产品。
两个传感器外壳的显微照片

图2:两个传感器外壳的显微照片。左:无增压。右:在1500巴的高压测试之后。无变化,壳体是稳定的。有限元分析的结果确定了部件或整个系统的载荷极限。这最终确保具有特殊传感器要求的用户能够收到性能可靠的产品。


图2显示了两个相同传感器外壳的显微照片。左侧所示的壳体没有加压,而右侧的壳体承受1500巴的压力。这相当于15公里长的水柱,因此比海洋最深处的水柱要大得多。通过采用有限元法对构件进行优化,可以对其进行建模,以承受如此巨大的压力。相比之下,马里亚纳海沟是11公里以下海洋最深的地方。因此,即使是在马里亚纳海沟本身进行的压力测量也不会造成任何问题。因此,大多数应用的安全裕度非常高,并保证了可靠的运行。

有限元方法的进一步应用
机械模拟不仅对高压应用有用。如前所述,温度是压阻压力测量中的一个重要影响因素。现在让我们以汽车排气管为例。这里的温度很高,可能超过压力传感器的极限。在这种应用情况下,有限元法将用于研究压力传感器的设计方式,以使不超过150°C的热量作用于测量单元。

在低压范围内,机械模拟也很有用。毕竟,机械变化在低压下的影响要大得多。虽然mbar范围内的测量偏差在高压应用中不太可能是决定性的,但对于低于1巴的测量范围而言,这已经是一个重要值。例如,测量芯片和外壳之间的连接元件通常是粘合剂。如果在安装压力传感器时扭矩过高,则可能会松开此连接,甚至轻微改变此连接,然后变形会转移到测量单元。仅此一项就可能导致严重的测量误差。所用胶粘剂的性能也可以用有限元方法模拟。当然,这里的目的不一定是找出连接元件的负载极限并将其传达给用户,而是找到一种能够轻松承受安装过程中施加的所有可能扭矩的解决方案。从长远来看,机械模拟的努力确实取得了成效。产品的设计不仅可以满足要求的规格,而且还可以优化设计,使产品尽可能人性化。