摘 要:電容薄膜式絕對(duì)壓力變送器從70年代末發(fā)展至今,以其優(yōu)良的性能,逐漸成為低真空測量的主要儀表。隨著工藝、技術(shù)的不斷發(fā)展,在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)出帶恒溫系統(tǒng)產(chǎn)品,使儀表的性能更趨完善。為了滿足用戶將真空儀表用于易燃、易爆場合的特殊需要,研制成功防爆型真空儀表,達(dá)到國家《GB3836—1983》防爆標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞:薄膜壓力變送器
中圖分類號(hào):TB771;TN107 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1002-0322(2001)04-0008-03
電容薄膜式絕對(duì)壓力變送器(以下簡稱薄膜規(guī))自80年代初誕生至今已有20年的歷史,由于它的高穩(wěn)定性、高精度、耐腐性、耐污染、耐粉塵、可在許多惡劣場合工作及使用壽命長等優(yōu)點(diǎn),近年來它的發(fā)展迅速,在許多行業(yè)取代了傳統(tǒng)的真空計(jì),市場覆蓋面越來越大。以美國為例:美國M.K.S公司是全球生產(chǎn)薄膜規(guī)的主要生產(chǎn)廠家,至目前為止,它的年銷售額已達(dá)上億美金,涉及民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域,并在航天工業(yè),核工業(yè)等軍事工業(yè)中發(fā)揮著獨(dú)特的作用。
我們從80年代初開始研究薄膜規(guī)的生產(chǎn)技術(shù),1993年正式投入生產(chǎn),產(chǎn)品從原來的單一型發(fā)展至今,共四大系列,30多個(gè)品種,形成了相當(dāng)?shù)纳a(chǎn)規(guī)模。以下介紹一下普通薄膜規(guī)(100系列)的基本原理、帶恒溫裝置的高精度薄膜規(guī)(200系列)和防爆型薄膜規(guī)(300系列)。
1 基本原理
薄膜規(guī)由兩個(gè)基本部分組成,一部分是膜片傳感器部分,另一部分為電子線路部分。傳感器部分由兩片膜片(固定極片與動(dòng)極片)組成一個(gè)電容(見圖1),串接在振蕩器的選頻網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。當(dāng)被測壓力傳到傳感器一側(cè),壓力的大小決定了兩片膜片間的距離,由電容公式C=KξS/d可以看出,傳感器的電容量與兩片膜片間的距離倒數(shù)1/d成正比,當(dāng)d變化時(shí),C也隨之變化。從振蕩器的振蕩頻率公式f=K/RC中顯然可以得出這樣的結(jié)論:C的變化將引起f的變化,且f∝1/C。
因?yàn)椤?Delta;f∝Δ1/C 又 ΔC∝Δ1/d 所以 Δf∝Δd
振蕩器的輸出被藕合到f/v轉(zhuǎn)換器,將頻率轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),經(jīng)放大后輸出一個(gè)0～10V的直流電壓信號(hào),該電壓信號(hào)也正比于Δd,也就是說輸出信號(hào)與被測壓力成線性關(guān)系,見圖2。
由于薄膜規(guī)的輸出信號(hào)與被測壓力之間是完全的線性關(guān)系,輸入—輸出對(duì)應(yīng)關(guān)系從圖2可以看出,不論用戶選擇電壓或電流型,輸出電信號(hào)均與輸入被測壓力成正比關(guān)系,這樣用戶就可以將薄膜規(guī)的輸出信號(hào)直接與PIC或計(jì)算機(jī)連接,無須再作非線性校正,為自動(dòng)控制提供了必備的基礎(chǔ),節(jié)省了人力和物力。
主要技術(shù)指標(biāo)
測量范圍:
CPCA-110Z 0.2 Pa～0.2 kPa
CPCA-120Z 1 Pa～1 kPa
CPCA-130Z 10 Pa～10 kPa
CPCA-140Z 100 Pa～100 kPa
精度等級(jí):0.5級(jí)。
輸出信號(hào):0～10 VDC 4～20 mADC
響應(yīng)時(shí)間:<20 ms
工作條件:環(huán)境溫度0～+50℃,
相對(duì)濕度:≤80%。
外型尺寸: 76×120 mm
重量:0.7 kg
2 200系列產(chǎn)品介紹
經(jīng)過對(duì)薄膜規(guī)的研究分析發(fā)現(xiàn),溫度變化對(duì)一次傳感器的影響是儀表產(chǎn)生誤差和漂移的主要因素,要做出更高精度,更高穩(wěn)定性的薄膜規(guī),必須在這方面有所突破。為此,開展了200系列產(chǎn)品的研制。該系列產(chǎn)品帶有恒溫控制系統(tǒng),使一次傳感器始終處于一個(gè)溫度恒定的容室內(nèi),排除了外界溫度變化給一次傳感器帶來的影響。
恒溫控制系統(tǒng)包括:薄片加溫器(固定在一次傳感器上)、微型測溫元件、溫度控制電路板及保溫系統(tǒng)等。見圖3。
在溫度控制電路中設(shè)置一個(gè)恒定溫度T(=50℃),將測溫元件所測到的溫度t與之比較:當(dāng)t
研究該產(chǎn)品的關(guān)鍵是選擇適合的加溫元件,為了盡量減小體積,必須使加溫元件薄型化,測溫元件微型化,經(jīng)過遴選,最后我們采用了薄片加溫器,它的厚度為0.1 mm,可以直接粘貼在傳感器的表面,測量元件僅為米粒大小,控溫電路采用了專用的溫控集成電路使整個(gè)電路緊湊可靠,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。一次傳感器作恒溫處理以后,大大提高了儀表的穩(wěn)定性,經(jīng)實(shí)測,儀表長期零位漂移達(dá)0.15% /3個(gè)月,精度為0.25%,溫度系數(shù)下降為0.02%/℃。其它參數(shù)與100系列相同。
3 300系列產(chǎn)品介紹
在國內(nèi),傳統(tǒng)的真空儀表由于自身的特點(diǎn),如:規(guī)管為玻璃材質(zhì),或傳送信號(hào)為非變送器信號(hào)等因素,無法達(dá)到國家防爆電氣、儀表的標(biāo)準(zhǔn),所以長期以來,沒有防爆型的真空儀表問世。
而隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,在化工、石油、電器等行業(yè)都對(duì)真空儀表提出了防爆要求。我們?cè)谘芯苛耸袌鲂枨蟮耐瑫r(shí),也研究了我們生產(chǎn)的產(chǎn)品,認(rèn)為:薄膜規(guī)本身具備防爆型產(chǎn)品的潛質(zhì),它具有全金屬密封焊接結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)的變送器信號(hào)傳送。因此我們對(duì)薄膜規(guī)作了改型設(shè)計(jì),使其符合《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備通用要求》(GB3836.1—83)和《爆炸性環(huán)境用電氣設(shè)備隔爆型電氣設(shè)備“d”》(GB3836.2—83),其結(jié)構(gòu)如圖4所示。
研制300系列,主要解決了隔爆面的設(shè)計(jì)和加工,它是在薄膜規(guī)的基礎(chǔ)上,在外殼,導(dǎo)線出口處和接口連接等處作了隔爆處理,采用高精度螺紋嚙合面,并配以各種形狀的密封圈。它的外殼能承受內(nèi)部爆炸性氣體混合物的爆炸壓力,并阻止內(nèi)部的爆炸向外殼周圍爆炸性混合物傳播,滿足了用戶在易燃易爆場合安全使用真空儀表的需求。
產(chǎn)品經(jīng)國家儀器儀表防爆安全監(jiān)督檢驗(yàn)站測試,取得防爆合格證,證號(hào)GYB00443,防爆標(biāo)志ExdⅡBT4。
我們將不斷開拓,研究新的產(chǎn)品,以滿足生產(chǎn)、科研發(fā)展的需要。