Rõhuandurite tüübid

Rõhuanduri lihtne iseseisev kasutuselevõtt

Rõhuandurina, mille väljund on standardsignaal, on rõhumõõtemuundur instrument, mis võtab vastu rõhumuutuja ja teisendab selle proportsionaalselt standardseks väljundsignaaliks. See suudab teisendada koormusanduri poolt tuvastatud gaasi, vedeliku jne füüsikalised rõhuparameetrid standardseteks elektrilisteks signaalideks (näiteks 4–20 mA/A DC), et pakkuda mõõtmiseks, näitamiseks ja protsessi reguleerimiseks teiseseid instrumente, nagu näiteks indikaatorid, salvestajad, regulaatorid jne.

Rõhuandurite klassifikatsioon

Tavaliselt jagatakse rõhuandurid, millest me räägime, põhimõtte järgi:
Kõrgsageduslikuks mõõtmiseks kasutatakse mahtuvuslikke rõhuandureid, takistuslikke rõhuandureid, induktiivseid rõhuandureid, pooljuhtrõhuandureid ja piesoelektrilisi rõhuandureid. Nende hulgas on enimkasutatavad takistuslikud rõhuandurid. Mahtuvuslik rõhuandur on Rosemounti 3051S saatja, mis on tipptasemel toodete esindaja.

Rõhuandurid saab rõhutundlike komponentide järgi jagada metalli-, keraamika-, difuusse räni-, monokristallilise räni-, safiir-, pihustatud kilega jne rõhuanduriteks.

• Metallist rõhuanduril on halb täpsus, kuid sellel on väike temperatuurimõju ning see sobib laia temperatuurivahemiku ja madala täpsusnõuetega piirkondadele.
• Keraamilistel rõhuanduritel on parem täpsus, kuid temperatuur mõjutab neid rohkem. Keraamikal on ka eeliseks löögikindlus ja korrosioonikindlus, mida saab kasutada reageerimisvaldkonnas.
• Hajutatud räni rõhuülekande täpsus on väga kõrge ja temperatuuri triiv on samuti suur, seega on enne kasutamist üldiselt vaja temperatuuri kompenseerimist. Lisaks ei saa isegi pärast temperatuuri kompenseerimist mõõta rõhku üle 125 °C. Toatemperatuuril on hajutatud räni tundlikkuskoefitsient aga 5 korda suurem kui keraamikal, seega kasutatakse seda üldiselt suure täpsusega mõõtmiste valdkonnas.
• Monokristalliline räni rõhuandur on tööstuspraktikas kõige täpsem andur. See on hajutatud räni täiustatud versioon. Loomulikult on ka hind kõrgem. Praegu on monokristallilise räni rõhu valdkonna esindaja Jaapani ettevõte Yokogawa.
• Safiirrõhuandur ei ole temperatuurimuutuste suhtes tundlik ja tal on head tööomadused isegi kõrgetel temperatuuridel; safiiril on äärmiselt tugev kiirguskindlus; puudub pn-triiv; see võib normaalselt töötada ka halvimates töötingimustes ja on usaldusväärne. Kõrge jõudlus, hea täpsus, minimaalne temperatuuriviga ja kõrge üldine kulutõhusus.
• Pihustusõhukese kilega rõhuandur ei sisalda liimi ning sellel on kleepuva tõmbetugevuse anduriga võrreldes suurem pikaajaline stabiilsus ja töökindlus; temperatuur mõjutab seda vähem: kui temperatuur muutub 100 ℃, on nullpunkti triiv vaid 0,5%. Selle temperatuuritaluvused on difusioonrõhuanduriga võrreldes palju paremad; lisaks võib see otseselt kokku puutuda üldise söövitava keskkonnaga.

Erinevat tüüpi rõhuandurite põhimõtted

• Mahtuvusliku rõhuanduri põhimõte.

Kui rõhk mõjub otse mõõtediafragma pinnale, tekitab membraan väikese deformatsiooni. Mõõtediafragma ülitäpne vooluring muudab selle väikese deformatsiooni väga lineaarseks pingesignaaliks, mis on proportsionaalne rõhu ja ergastuspingega. Seejärel teisendab see pingesignaal spetsiaalse kiibi abil tööstusstandardile vastavaks 4–20 mA voolusignaaliks või 1–5 V pingesignaaliks.

• Hajutatud räni rõhuanduri põhimõte

Mõõdetava keskkonna rõhk mõjutab otse anduri membraani (tavaliselt 316L membraani), põhjustades membraanis keskkonna rõhuga proportsionaalse mikronihke, muutes anduri takistusväärtust ja tuvastades selle Wheatstone'i vooluringi abil. See muutus teisendatakse ja väljastatakse sellele rõhule vastav standardne mõõtesignaal.

• Monokristallilise räni rõhuanduri põhimõte

Piesoresistiivsed rõhuandurid on konstrueeritud monokristalli räni piesoresistiivse efekti abil. Elastse elemendina kasutatakse monokristalli räniplaati. Kui rõhk muutub, tekitab monokristall räni pinget, nii et otse sellele hajuv pingetakistus tekitab mõõdetud rõhuga proportsionaalse muutuse ning seejärel saadakse sildahela abil vastav pinge väljundsignaal.

• Keraamilise rõhuanduri põhimõte

Rõhk mõjub otse keraamilise diafragma esipinnale, põhjustades diafragma kerget deformatsiooni. Paksu kile takisti on trükitud keraamilise diafragma tagaküljele ja ühendatud Wheatstone'i sillaga (suletud sild) varistori piesoresistiivse efekti tõttu. Sild genereerib väga lineaarse pingesignaali, mis on proportsionaalne rõhu ja ergastuspingega. Üldiselt kasutatakse õhukompressorite rõhu mõõtmiseks rohkem keraamikat.

• Pingemõõturi rõhuanduri põhimõte

Kõige sagedamini kasutatavad pingetõmbamisanduriga rõhuandurid on metalltakistus-pingetõmbamisandurid ja pooljuhtpingetõmbamisandurid. Metalltakistus-pingetõmbamisandur on omamoodi tundlik seade, mis muundab katsekeha pingemuutuse elektriliseks signaaliks. On kahte tüüpi traatpingetõmbamisandureid ja metallfooliumpingetõmbamisandureid. Tavaliselt on pingetõmbamisandur spetsiaalse liimi abil tihedalt ühendatud mehaanilise pingemaatriksiga. Kui maatriks allutatakse pingemuutusele, deformeerub ka takistus-pingetõmbamisandur, mistõttu pingetõmbamisanduri takistusväärtus muutub ja seega muutub ka takistile rakendatav pinge. Pingetõmbamisandurid on turul suhteliselt haruldased.

• Safiirrõhu saatja

Safiirrõhu saatja kasutab pingetakistuse tööpõhimõtet, võtab vastu ülitäpseid räni-safiir-tundlikke komponente ja teisendab rõhusignaali spetsiaalse võimendiahela kaudu standardseks elektrisignaaliks.

• Pihustuskile rõhuandur

Pihustusrõhutundlik element on valmistatud mikroelektroonikatehnoloogia abil, moodustades elastse roostevabast terasest diafragma pinnale kindla ja stabiilse Wheatstone'i silla. Kui mõõdetava keskkonna rõhk mõjub elastsele roostevabast terasest diafragmale, tekitab teisel pool olev Wheatstone'i sild rõhuga proportsionaalse elektrilise väljundsignaali. Tänu heale löögikindlusele kasutatakse pihustatud kilesid sageli kohtades, kus esineb sagedasi rõhumõjusid, näiteks hüdraulilistes seadmetes.

Rõhuanduri valiku ettevaatusabinõud

• Saatja rõhuvahemiku väärtuse valik:

Esmalt määrake süsteemis mõõdetud rõhu maksimaalne väärtus. Üldiselt peate valima saatja, mille rõhuvahemik on umbes 1,5 korda suurem kui maksimaalne väärtus, või laskma rõhuanduril langeda normaalsele rõhuvahemikule. Levinud meetod on ka 1/3–2/3 normaalsest vahemikust.

• Millist survekeskkonda kasutatakse:

Viskoossed vedelikud ja muda blokeerivad rõhuporte. Lahustid või söövitavad ained hävitavad saatjas olevaid materjale, mis nende ainete otseses kokkupuutes on.
Üldise rõhuanduri materjal, mis puutub kokku keskkonnaga, on 316 roostevaba teras. Kui keskkond ei ole 316 roostevaba terase suhtes söövitav, siis sobivad põhimõtteliselt kõik rõhuandurid keskkonna rõhu mõõtmiseks;
Kui keskkond on 316 roostevaba terase suhtes söövitav, tuleks kasutada keemilist tihendit ja kaudset mõõtmist. Kui rõhu juhtimiseks kasutatakse silikoonõliga täidetud kapillaartoru, saab vältida rõhuanduri korrosiooni ja pikendada selle eluiga.

• Kui suurt täpsust saatja vajab:

Täpsust määravad: mittelineaarsus, hüsterees, mittekorduvus, temperatuur, nullnihke skaala ja temperatuur. Mida suurem on täpsus, seda kõrgem on hind. Hajutatud räni rõhuanduri täpsus on üldiselt 0,5 või 0,25 ja mahtuvusliku ehk monokristallilise räni rõhuanduri täpsus on 0,1 või isegi 0,075.

• Mõõtemuunduri protsessiühendus:

Üldiselt paigaldatakse rõhuandurid torudele või paakidele. Loomulikult paigaldatakse ja kasutatakse väikest osa neist koos voolumõõturitega. Rõhuandureid on tavaliselt kolme tüüpi: keermega, äärikuga ja klambriga. Seetõttu tuleb enne rõhuanduri valimist arvestada ka protsessiühendusega. Kui see on keermestatud, on vaja kindlaks määrata keerme spetsifikatsioon. Äärikute puhul on vaja arvestada nimiläbimõõdu ääriku spetsifikatsioonidega.

Rõhuanduri tööstuse tutvustus

Andurite uurimise ja tootmisega tegeleb umbes 40 riiki üle maailma, millest suurima andurite toodanguga piirkonnad on Ameerika Ühendriigid, Jaapan ja Saksamaa. Need kolm riiki moodustavad kokku üle 50% maailma andurite turust.

Tänapäeval on rõhuandurite turg minu riigis küps ja kõrge turukontsentratsiooniga turg. Domineerivas positsioonis on aga välisriigid, mida esindavad Emerson, Yokogawa, Siemens jne. Bränditooted moodustavad umbes 70% turuosast ja neil on absoluutne eelis suurtes ja keskmise suurusega inseneriprojektides.

See on tingitud tagajärgedest, mis kaasnesid minu riigi varase „tehnoloogiaturu” strateegia vastuvõtmisega, mis tabas rängalt minu riigile kuuluvaid ettevõtteid ja oli kunagi ebaõnnestunud, kuid samal ajal ilmuvad vaikselt mõned tootjad, keda esindavad Hiina eraettevõtted, ja muutuvad tugevamaks. Hiina tulevane rõhuandurite turg on täis uusi tundmatuid tegureid.