Transcript Document 357932

ПРЕЗЕНТАЦИЯ НА ТЕМУ :
ЦИФРОВОЙ ДАТЧИК ПЕРЕПАДА
ДАВЛЕНИЯ ЕJA110A
О З Е Р О ВА И . В .
НАЗНАЧЕНИЕ
Цифровой датчик перепада давления ЕJA110A
содержит монокристаллический кремниевый
резонансный чувствительный элемент и может быть
использован для измерения расхода жидкости, газа или
пара, а также для измерения уровня жидкости, плотности и
давления
ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
Измеряемая среда: Жидкость, газ (в т.ч кислород), пар.
Питание: 10,5…42 В постоянного тока (2хпроводная схема
подключения)
Выходной сигнал: 2-проводный выходной сигнал 4…20 мA Dc
(линейный или с извлечением кв.корня) с цифровой
связью по BRAIN или HART протоколу. Цифровой сигнал
накладывается на аналоговый сигнал 4…20 мA.
Класс точности: 0,2
УСТРОЙСТВО И РАБОТА
ДАТЧИКА
Основными конструктивными элементами датчика разности давлений модели EJA110A являются узел
приема давления, состоящий из капсулы сенсора и фланцев, стянутых болтами, а также корпус электронного
модуля, разделенный на основной и клеммный отсеки. Отсеки закрываются заворачивающимися крышками. В
основном отсеке находится одноплатный микропроцессорный электронный модуль, к которому
пристыковывается ЖК-дисплей. Соединительный кабель заводится в клеммный отсек через сальниковый
кабельный ввод. Водонепроницаемый корпус (пылевлагозащищенность IP67) отлит из алюминиевого сплава и
имеет коррозионностойкое полимерное покрытие . Для перенастройки нуля и шкалы по месту на корпусе
предусмотрен регулировочный винт, которым поворачивается дискретный регулирующий элемент на плате
электронного модуля.
•
Капсула сенсора состоит из цельнолитого корпуса из нержавеющей стали, к которому приварены разделительные мембраны.
Передача давления от мембран к сенсору осуществляется через разделительную жидкость (силиконовое или фторированное масло).
Центральная мембрана служит для защиты сенсора от односторонней перегрузки. В штатном режиме работы датчика, когда разность
давлений не превышает ВПП, центральная мембрана находится посередине внутренней полости и не препятствует передаче давления на
сенсор. При односторонней перегрузке центральная мембрана упруго деформируется, позволяя разделительной жидкости перетечь из
полости под разделительной мембраной во внутреннюю полость капсулы. Разделительная мембрана при этом ложится на корпус
капсулы, профиль которого в точности совпадает с профилем мембраны. В результате даже при односторонней перегрузке, в сотни раз
превышающей ВПП, максимальная разность давлений на сенсоре не превысит его предела упругости.
Принцип действия дифманометра основан на преобразовании деформации резонатора в частоту колебаний. При приложении
к сенсору разности давлений мембрана изгибается, в результате ее деформации собственные частоты резонаторов изменяются
пропорционально приложенному давлению. Сенсор спроектирован таким образом, что один резонатор при этом растягивается, а
другой сжимается. Соответственно частота первого резонатора уменьшается, а второго увеличивается. Разность этих частот, прямо
пропорциональная разности давлений, измеряется электронным модулем датчика и по ней вычисляется разность давлений.
Схема подключения резонансного сенсора представлены на рисунке. Сенсор представляет собой монокристаллическую
кремниевую мембрану специальной конструкции, на которой методом эпитаксиального наращивания сформированы два
резонатора Н-образной формы. Мембрана закреплена на стеклянной подложке, разность давлений от внешних разделительных
мембран датчика передается на сенсор через силиконовое масло. Резонаторы находятся в поле постоянного магнита, и каждый из
них подключен в качестве частотно-задающего элемента в цепь обратной связи генератора переменного напряжения. За счет
пьезоэлектрического эффекта, которым обладает кремний, напряжение на одной паре контактов резонатора преобразуется в его
деформацию, а затем обратно в напряжение на другой паре контактов. В результате в цепи генерируется синусоидальное
переменное напряжение на собственной частоте резонатора, поскольку он обладает очень высокой добротностью. Кварцевые
резонаторы более простой конструкции повсеместно используются в электронике в качестве высокостабильных частотнозадающих
элементов.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
Наименование
Источник питания
Нагрузочный резистор
Вольтметр
Цифровой манометр
Генератор давления
Источник давления
Прибор, рекомендуемый компанией
YOKOGAWA
Примечание
Распределитель модели SDBT или
SDBS
Сигнал 4-20 мА пост. тока
Стандартный резистор модели 2792
(250 Ω ±0,005%, 3 Вт)
Резистор настройки нагрузки (100 Ω
±1%, 1 Вт)
Цифровой универсальный
измерительный прибор Модель 2501 А
точность (в диапазоне 10 В пост. тока):
±(0,002% показания + 1 разряд)
Для класса 130 кПа абсолютное
Точность: ±(0,03% показания + 6
значащих цифр) для 0÷130 кПа абс
Прибор задания эталонного давления Требует подачи воздуха под давлением
Модель 7674, 200 кПа (2 кгс/см2), 25
кПа (2500 ммН2О)
Точность: ±0,05% полной шкалы
Грузопоршневой манометр 25 кПа
(2500 ммН2О)
Точность: ±0,03% заданного давления
Выбираем генератор давления с
диапазоном измеряемого давления,
близким к диапазону датчика.
Регулятор давления Модель 6919
(нагнетательный насос)
Диапазон давления: 0÷133 кПа (1000
мм рт. ст.)
Подготовим вакуумный насос для
отрицательного участка диапазона
изменения давления
МОНТАЖ ДАТЧИКА
Датчик может монтироваться на трубопроводе с шкальным диметром 50 мм (2 дюйма) с
помощью входящего в комплект монтажного кронштейна. Датчик можно монтировать на
вертикальных и горизонтальных трубопроводах. При монтаже кронштейна на датчике затянуть
четыре фиксирующих датчик крепежных болта с усилием 39 Н-м (4 кгс-м)
МОНТАЖ ИМПУЛЬСНОЙ
ОБВЯЗКИ
НАЛАДКА ПРИБОРА
Схема поверки
АЛГОРИТМ НАЛАДКИ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Резонансный сенсор благодаря абсолютным упругим свойствам монокристаллического кремния не имеет гистерезиса
(<0,001% измеряемой величины, в пределах погрешности эталонных средств измерения) и практически лишен
нелинейности (<0,003% измеряемой величины). Собственные частоты резонаторов (порядка 90 кГц) лежат далеко за
пределами спектра промышленных шумов, что обеспечивает сенсору иммунитет к вибрации.
дифференциальный выходной сигнал сенсора в сочетании с очень низким коэффициентом температурного
расширения кремния (<10-5 °C-1) обеспечивает самокомпенсацию сенсора относительно влияния температуры
(<0,001%/°C) и статического давления. Поскольку резонаторы идентичны, изменение температуры и статического
давления приводит к сдвигу резонансных частот на одну и ту же величину, тогда как разность давлений изменяет
разность частот. Кроме того, дифференциальный резонансный сенсор позволяет одновременно измерять сразу три
величины: разность давлений, статическое давление и температуру.
В-третьих, у резонансного сенсора отсутствуют факторы дрейфа, поскольку монокристаллический кремний
химически инертен и не подвержен "усталости", что обеспечивает практически абсолютную стабильность. Ниже
приведены результаты многолетних исследований стабильности одного из первых серийно изготовленных
резонансных сенсоров.Частотный выходной сигнал с сенсора не требует аналого-цифрового преобразования.
Резонансные частоты измеряются непосредственно цифровыми счетчиками с очень высокой точностью (<0,004% в
серийных датчиках).
Это позволяет сделать датчик в полном смысле слова цифровым, устранить такие традиционные проблемы, как
временную и температурную нестабильность аналоговых цепей измерительного усилителя и АЦП, необходимость
подстройки нуля и калибровки датчика после перенастройки шкалы (у цифрового датчика перенастройка сводится к
изменению коэффициентов, используемых микропроцессором для пересчета результатов измерения в аналоговый
выходной сигнал). При передаче результатов измерений по цифровым протоколам перенастройка шкалы такому
датчику вообще не требуется.
Наглядным примером, демонстрирующим возможности резонансного сенсора, является его применение в
цифровых калибраторах давления MT210/МТ220 с классом точности 0,01. Разумеется, рабочие средства измерения
давления на резонансном принципе имеют более низкую точность, но не из-за конструктивных ограничений, а по
причине сложности поверки высокоточных датчиков (при основной приведенной погрешности менее ±0,04% шкалы
поверка должна производиться на рабочем эталоне давления) и недостаточной точности передачи результатов
измерений через стандартный аналоговый выходной сигнал 4...20 мА.
Разработка резонансного принципа измерения стала настоящим прорывом в процессе совершенствования
датчиков разности давлений. Она позволила добиться недостижимых прежде технических и метрологических
характеристик датчиков, причем не путем усложнения их конструкции и технологии изготовления (различные
компенсационные схемы, характеризация и т. д.), а за счет самого принципа измерений и конструкции сенсора.