CP216 143-216-000-051(143-216-000-151) Piezoelektrický snímač tlaku

CP216 je vysoce výkonný piezoelektrický tlakový snímač z produktové řady VM, speciálně navržený pro dynamické měření tlaku v extrémních prostředích. Tento snímač využívá speciální umělé piezoelektrické materiály a nabízí výjimečnou teplotní stabilitu a dlouhodobou spolehlivost, díky čemuž je vhodný pro dynamické monitorování tlaku a vývojové testování ve vysokoteplotním a vysokotlakém prostředí. CP216 může přímo měřit dynamické změny tlaku v plynech nebo kapalinách a převádí signály mechanického tlaku na signály plnění, čímž poskytuje přesné údaje o tlaku pro různé průmyslové aplikace.

-----------------------------------------------------------------------------------

Klíčové vlastnosti

1. Adaptabilita extrémního prostředí

CP216 vykazuje vynikající teplotní toleranci, což umožňuje stabilní provoz v extrémních teplotních prostředích:

• Rozsah provozních teplot: -54 °C až 470 °C (nepřetržitý provoz)

• Extrémní aplikační teplota: -70°C až 520°C

• Teplotní rozsah konektoru:

• Vibrometrový vysokoteplotní konektor: -70 °C až 650 °C

• LEMO konektor: -55°C až 155°C

2. Možnost vysokotlakého měření

Převodník nabízí široký rozsah měření tlaku:

• Dynamický rozsah měření: 0,0005 bar až 250 bar

• Kapacita přetížení: až 350 bar (statické + dynamické komponenty)

• Jmenovitá tlaková citlivost: 200 pC/bar (13,8 pC/psi)

3. Charakteristika široké frekvenční odezvy

CP216 nabízí vynikající charakteristiky frekvenční odezvy:

• Frekvenční rozsah: 2 Hz až 15 kHz ± 5 %

• Rezonanční frekvence: > 80 kHz

• Nízkofrekvenční cutoff: Určeno použitou elektronikou

4. Robustní konstrukční provedení

• Materiál pouzdra: slitina NIMONIC 90, plně hermetické svařování

• Materiál kabelu: slitina INCONEL 600

• Vnitřní izolace: Plně izolované provedení

• Radiační odolnost: Schopný odolat gama a neutronovému záření

5. Certifikace v nevýbušném provedení

CP216 je k dispozici v certifikovaných verzích odolných proti výbuchu pro nebezpečná prostředí:

• Typ s ochranou proti výbuchu: Ex ib Jiskrová bezpečnost

• Certifikační normy: ATEX, IECEx a další mezinárodní normy

• Použitelné zóny: Nebezpečné oblasti zóny 1/2

6. Více možností konfigurace

• Typ kabelu: Kabel s minerální izolací (MI), dva vodiče

• Možnosti konektoru: konektor LEMO nebo vysokoteplotní konektor Vibro-Meter

• Délky kabelů: 0,5 m, 1 m, 2 m, 3 m, 5 m nebo vlastní délky

Pracovní princip

Základy piezoelektrického jevu

Základní pracovní princip CP216 je založen na piezoelektrickém jevu, jedinečném fyzikálním jevu, kdy určité materiály generují elektrický náboj, když jsou vystaveny mechanickému namáhání. Tento efekt je reverzibilní: když je na piezoelektrické materiály aplikováno elektrické pole, dochází k jejich mechanické deformaci. V aplikacích měření tlaku využíváme přímý piezoelektrický jev – přeměnu mechanické energie (tlaku) na elektrickou energii (náboj).

Senzor využívá speciální umělý piezoelektrický materiál, který byl pečlivě navržen a zpracován tak, aby poskytoval vynikající teplotní stabilitu a dlouhodobou stabilitu. Ve srovnání s přírodními piezoelektrickými materiály nabízejí umělé piezoelektrické materiály konzistentnější výkon a lepší přizpůsobivost prostředí.

Struktura snímacího prvku

CP216 využívá design v kompresním režimu, kde snímací prvek jádra sestává z přesně opracované sady piezoelektrických krystalů. Tato sada obsahuje více piezoelektrických disků uspořádaných v mechanické sérii a elektricky paralelní konfiguraci. Tento design nabízí několik výhod:

1. Vylepšená citlivost: Více disků zvyšuje kapacitu nabíjení

2. Vylepšená stabilita: Symetrická struktura snižuje efekty teplotního gradientu

3. Lepší linearita: Jednotné rozložení tlaku zajišťuje zlepšenou lineární odezvu

Piezoelektrické kotouče jsou přesně uchyceny v kovovém pouzdře a dotýkají se měřeného média přes tenkou membránu. Když tlak působí na membránu, přenáší se na piezoelektrickou sadu, což způsobuje minimální deformaci.

Mechanismus generování náboje

Když jsou piezoelektrické materiály vystaveny mechanickému namáhání, jejich struktura krystalové mřížky se deformuje, což způsobuje změny vnitřních elektrických dipólových momentů, což generuje náboj na povrchu materiálu. Tato náplň je úměrná použitému tlaku:

Q = d × F

Kde:

• Q je generovaný náboj (v pC)

• d je piezoelektrická konstanta (vlastnost materiálu)

• F je použitá síla (úměrná tlaku)

Pro CP216 je jeho nominální citlivost 200 pC/bar, což znamená, že každý bar změny tlaku produkuje 200 pC výstupního náboje.

Výstupní charakteristiky signálu

CP216 využívá režim výstupu nabíjení, což je metoda výstupu signálu s vysokou impedancí. Tento výstupní přístup má několik důležitých vlastností:

1. Pasivní provoz: Senzor nevyžaduje žádné externí napájení, což zjednodušuje návrh systému

2. Odolnost proti šumu: Vysokoimpedanční signály jsou relativně necitlivé na elektromagnetické rušení

3. Dlouhodobá stabilita: Žádné aktivní elektronické součástky nezaručují spolehlivost

Snímač vysílá signál nabíjení související s rychlostí změny tlaku, díky čemuž je zvláště vhodný pro měření dynamického tlaku spíše než měření statického tlaku.

Teplotní kompenzační mechanismus

Pro udržení stabilního výkonu v širokém rozsahu teplot obsahuje CP216 několik technik teplotní kompenzace:

1. Výběr materiálu: Používá speciální piezoelektrické materiály s vynikající teplotní stabilitou

2. Symetrický design: Kompenzační prvky uspořádané symetricky pro snížení efektů teplotního gradientu

3. Přizpůsobení tepelné roztažnosti: Všechny součásti mají shodné koeficienty tepelné roztažnosti

Teplotní charakteristiky snímače jsou pečlivě optimalizovány, aby byl zachován předvídatelný výkon v extrémním teplotním rozsahu od -70 °C do 520 °C. Typické křivky teplotní odezvy ukazují, že změny citlivosti s teplotou vykazují dobré lineární charakteristiky, což usnadňuje teplotní kompenzaci.

Charakteristiky frekvenční odezvy

Charakteristiky frekvenční odezvy CP216 jsou určeny jak jeho mechanickou strukturou, tak piezoelektrickými vlastnostmi:

1. Nízkofrekvenční odezva: Nízkofrekvenční omezení určené svodovým odporem snímače a následnou vstupní impedancí nabíjecího zesilovače

2. Vysokofrekvenční odezva: Vysokofrekvenční mezní hodnota určená mechanickou rezonanční frekvencí snímače

3. Oblast ploché odezvy: Poskytuje ±5 % plochou odezvu v rozsahu 2 Hz až 15 kHz

Rezonanční frekvence snímače přesahuje 80 kHz, což zajišťuje dostatečnou fázovou a amplitudovou rezervu v rozsahu pracovních frekvencí.

Instalace a přizpůsobení

Správná instalace je zásadní pro výkon senzoru:

1. Montážní moment: Vyžaduje přesný montážní moment (20 N·m), aby bylo zajištěno dobré mechanické spojení

2. Konstrukce těsnění: Používá vyhrazená tlaková těsnění, aby se zabránilo úniku média

3. Tepelná izolace: Může vyžadovat opatření tepelné izolace v aplikacích s vysokou teplotou

Senzor musí být používán s vhodnými kondicionéry signálu (jako je IPC704), kde nábojové zesilovače převádějí vysokoimpedanční nabíjecí signály na nízkoimpedanční napěťové nebo proudové signály pro přenos a zpracování na dlouhé vzdálenosti.

Design adaptability na životní prostředí

Konstrukce CP216 zohledňuje různé extrémní environmentální faktory:

1. Odolnost proti vibracím: Robustní konstrukční provedení odolává nárazovému zrychlení 2000 g

2. Odolnost proti korozi: Používá pokročilé slitinové materiály, které odolávají korozivním médiím

3. Radiační odolnost: Speciální konstrukce umožňuje toleranci vůči prostředí s vysokým zářením

Kalibrace a stabilita

Senzor prochází dynamickou kalibrací v továrně (špička 1 bar, 2 Hz, +23 °C) a vzhledem ke své výjimečné stabilitě obvykle nevyžaduje žádnou další rekalibraci. Dlouhodobá stabilita závisí především na charakteristikách stárnutí piezoelektrického materiálu a tento umělý piezoelektrický materiál prochází speciální úpravou pro dosažení extrémně nízké rychlosti stárnutí.

-----------------------------------------------------------------------------------

Oblasti použití

1. Letectví

• Kontrola tlaku ve spalovacím prostoru motoru

• Měření dynamického tlaku Turbomachinery

• Monitorování aerodynamického tlaku při letových zkouškách

2. Energetický průmysl

• Monitorování spalování plynové turbíny

• Analýza kolísání tlaku parní turbíny

• Bezpečnostní monitorovací systémy jaderných elektráren

3. Průmyslové procesy

• Měření pulzačního tlaku kompresoru

• Analýza kolísání tlaku v systému čerpadla

• Monitorování procesu spalování

4. Výzkum a vývoj Testování

• Testování vývoje motoru

• Výzkum dynamiky tekutin

• Měření výbuchu a rázové vlny

-----------------------------------------------------------------------------------

Podpůrné vybavení

1. Kondicionéry signálu

• IPC704: Vyhrazený kondicionér signálu nabíjení

• Funkce: Převádí nabíjecí signály na standardní napěťové nebo proudové signály

2. Montážní příslušenství

• MA104: Montážní adaptér pro verzi s konektorem LEMO

• MA126: Montážní adaptér pro verzi s vysokoteplotním konektorem

3. Kabelové sestavy

• EC153, EC222, EC119: Různé speciální kabelové sestavy

• Vlastnosti: Odolnost vůči vysokým teplotám, odolnost proti hluku

4. Izolační zařízení

• GSI127: Galvanická separační jednotka pro izolaci signálu

-----------------------------------------------------------------------------------

Technické výhody

1. Výjimečná spolehlivost

Pasivní provedení založené na piezoelektrické technologii a plně svařovaná konstrukce zajišťují spolehlivost, vhodné pro dlouhodobé aplikace nepřetržitého monitorování.

2. Široká přizpůsobivost prostředí

Široký rozsah provozních teplot od extrémně nízkých po extrémně vysoké teploty umožňuje přizpůsobení různým drsným prostředím.

3. Přesné dynamické měření

Vynikající charakteristiky frekvenční odezvy a vysoká citlivost umožňují zachytit rychlé změny tlaku a nepatrné kolísání tlaku.

4. Snadná integrace

Standardizovaná výstupní rozhraní a různé možnosti instalace usnadňují snadnou integraci do různých měřicích systémů.