CP216 143-216-000-051(143-216-000-151) Piezoelektrisk tryktransducer

CP216 er en højtydende piezoelektrisk tryktransducer fra VM-produktlinjen, specielt designet til dynamisk trykmåling i ekstreme miljøer. Ved at bruge specielle kunstige piezoelektriske materialer tilbyder denne transducer enestående temperaturstabilitet og langsigtet pålidelighed, hvilket gør den velegnet til dynamisk trykovervågning og udviklingstest i højtemperatur- og højtryksmiljøer. CP216 kan direkte måle dynamiske trykændringer i gasser eller væsker og konvertere mekaniske tryksignaler til ladningssignaler, hvilket giver nøjagtige trykdata til forskellige industrielle applikationer.

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

Nøglefunktioner

1. Ekstrem miljøtilpasningsevne

CP216 udviser enestående temperaturtolerance, hvilket muliggør stabil drift i ekstreme temperaturmiljøer:

• Driftstemperaturområde: -54°C til 470°C (kontinuerlig drift)

• Ekstrem påføringstemperatur: -70°C til 520°C

• Konnektortemperaturområde:

• Vibro-meter højtemperaturstik: -70°C til 650°C

• LEMO-stik: -55°C til 155°C

2. Højtryksmåleevne

Transduceren har et bredt trykmåleområde:

• Dynamisk måleområde: 0,0005 bar til 250 bar

• Overbelastningskapacitet: Op til 350 bar (statiske + dynamiske komponenter)

• Nominel trykfølsomhed: 200 pC/bar (13,8 pC/psi)

3. Brede frekvensresponsegenskaber

CP216 tilbyder fremragende frekvensresponsegenskaber:

• Frekvensområde: 2 Hz til 15 kHz ±5 %

• Resonansfrekvens: > 80 kHz

• Lavfrekvent cutoff: Bestemmes af den anvendte elektronik

4. Robust strukturelt design

• Husmateriale: NIMONIC 90 legering, fuldhermetisk svejsning

• Kabelmateriale: INCONEL 600 legering

• Indvendig isolering: Fuldt isoleret design

• Strålingsmodstand: I stand til at modstå gamma- og neutronstråling

5. Eksplosionssikker certificering

CP216 fås i eksplosionssikre certificerede versioner til farlige miljøer:

• Eksplosionssikker type: Ex ib Intrinsic Safety

• Certificeringsstandarder: ATEX, IECEx og andre internationale standarder

• Gældende zoner: Zone 1/2 farlige områder

6. Flere konfigurationsmuligheder

• Kabeltype: Mineralisoleret (MI) kabel, dobbeltledere

• Tilslutningsmuligheder: LEMO-stik eller Vibro-Meter højtemperatur-stik

• Kabellængder: 0,5m, 1m, 2m, 3m, 5m eller tilpassede længder

Arbejdsprincip

Grundlæggende om piezoelektrisk effekt

Kerneprincippet for CP216 er baseret på den piezoelektriske effekt, et unikt fysisk fænomen, hvor visse materialer genererer elektrisk ladning, når de udsættes for mekanisk belastning. Denne effekt er reversibel: når et elektrisk felt påføres piezoelektriske materialer, gennemgår de mekanisk deformation. I trykmålingsapplikationer bruger vi den direkte piezoelektriske effekt - omdannelse af mekanisk energi (tryk) til elektrisk energi (ladning).

Sensoren anvender et specielt kunstigt piezoelektrisk materiale, der er blevet omhyggeligt designet og behandlet for at give fremragende temperaturstabilitet og langtidsstabilitet. Sammenlignet med naturlige piezoelektriske materialer giver kunstige piezoelektriske materialer mere ensartet ydeevne og bedre miljøtilpasningsevne.

Sensing Element Struktur

CP216 anvender et kompressionstilstandsdesign, hvor kernefølerelementet består af en præcisionsbearbejdet stak af piezoelektriske krystaller. Denne stak omfatter flere piezoelektriske skiver arrangeret i mekanisk serie og elektrisk parallel konfiguration. Dette design giver flere fordele:

1. Forbedret følsomhed: Flere diske øger ladekapaciteten

2. Forbedret stabilitet: Symmetrisk struktur reducerer temperaturgradienteffekter

3. Bedre linearitet: Ensartet trykfordeling sikrer forbedret lineær respons

De piezoelektriske skiver er præcist monteret i et metalhus og kommer i kontakt med det målte medium gennem en tynd membran. Når tryk virker på membranen, overføres det til den piezoelektriske stak, hvilket forårsager minimal deformation.

Ladningsgenereringsmekanisme

Når piezoelektriske materialer oplever mekanisk belastning, deformeres deres krystalgitterstruktur, hvilket forårsager ændringer i interne elektriske dipolmomenter, som genererer ladning på materialets overflade. Denne ladning er proportional med det påførte tryk:

Q = d × F

Hvor:

• Q er den genererede ladning (i pc)

• d er den piezoelektriske konstant (materialeegenskab)

• F er den påførte kraft (proportional med tryk)

For CP216 er dens nominelle følsomhed 200 pC/bar, hvilket betyder, at hver bar trykændring producerer 200 pC ladningsoutput.

Signaludgangskarakteristika

CP216 anvender en ladeudgangstilstand, som er en højimpedanssignaludgangsmetode. Denne outputtilgang har flere vigtige funktioner:

1. Passiv drift: Sensoren kræver ingen ekstern strømforsyning, hvilket forenkler systemdesignet

2. Støjimmunitet: Signaler med høj impedans er relativt ufølsomme over for elektromagnetisk interferens

3. Langtidsstabilitet: Ingen aktive elektroniske komponenter sikrer pålidelighed

Sensoren udsender et ladesignal relateret til trykændringshastigheden, hvilket gør den særligt velegnet til dynamisk trykmåling frem for statisk trykmåling.

Temperaturkompensationsmekanisme

For at opretholde en stabil ydeevne over et bredt temperaturområde, inkorporerer CP216 flere temperaturkompensationsteknikker:

1. Materialevalg: Bruger specielle piezoelektriske materialer med fremragende temperaturstabilitet

2. Symmetrisk design: Kompenserende elementer arrangeret symmetrisk for at reducere temperaturgradienteffekter

3. Termisk udvidelsesmatch: Alle komponenter har matchede termiske udvidelseskoefficienter

Sensorens temperaturkarakteristika er omhyggeligt optimeret for at opretholde en forudsigelig ydeevne i det ekstreme temperaturområde fra -70°C til 520°C. Typiske temperaturresponskurver viser, at følsomhedsændringer med temperaturen udviser gode lineære egenskaber, hvilket letter temperaturkompensation.

Frekvensresponsegenskaber

CP216's frekvensgangskarakteristika er bestemt af både dens mekaniske struktur og piezoelektriske egenskaber:

1. Lavfrekvent respons: Lavfrekvent cutoff bestemmes af sensorens lækagemodstand og efterfølgende ladeforstærkerindgangsimpedans

2. Højfrekvent respons: Højfrekvent cutoff bestemt af sensorens mekaniske resonansfrekvens

3. Flad responsregion: Giver ±5 % flad respons i området 2 Hz til 15 kHz

Sensorens resonansfrekvens overstiger 80 kHz, hvilket sikrer tilstrækkelig fase- og amplitudemargin inden for driftsfrekvensområdet.

Overvejelser om installation og matchning

Korrekt installation er afgørende for sensorens ydeevne:

1. Installationsmoment: Kræver præcist installationsmoment (20 N·m) for at sikre god mekanisk kobling

2. Tætningsdesign: Bruger dedikerede tryktætninger for at forhindre medium lækage

3. Termisk isolering: Kan kræve termiske isoleringsforanstaltninger ved højtemperaturapplikationer

Sensoren skal bruges med passende signalbehandlingsanlæg (såsom IPC704), hvor ladningsforstærkere konverterer højimpedansladesignaler til lavimpedansspændings- eller strømsignaler til langdistancetransmission og -behandling.

Miljøtilpasningsdesign

CP216's design tager hensyn til forskellige ekstreme miljøfaktorer:

1. Vibrationsmodstand: Robust strukturelt design modstår 2000 g stødacceleration

2. Korrosionsbestandighed: Bruger avancerede legeringsmaterialer til at modstå korrosive medier

3. Strålingsmodstand: Specielt design muliggør tolerance over for miljøer med høj stråling

Kalibrering og stabilitet

Sensoren gennemgår dynamisk kalibrering fra fabrikken (1 bar peak, 2 Hz, +23°C), og kræver på grund af dens exceptionelle stabilitet typisk ingen efterfølgende rekalibrering. Langtidsstabilitet afhænger primært af det piezoelektriske materiales ældningsegenskaber, og dette kunstige piezoelektriske materiale gennemgår en særlig behandling for at opnå ekstremt lave ældningshastigheder.

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

Anvendelsesområder

1. Luftfart

• Overvågning af motorens forbrændingskammertryk

• Dynamisk trykmåling af turbomaskineri

• Aerodynamisk trykovervågning i flyvetest

2. Energiindustrien

• Gasturbineforbrændingsovervågning

• Analyse af dampturbinens trykudsving

• Atomkraftværks sikkerhedsovervågningssystemer

3. Industrielle processer

• Kompressor pulsationstrykmåling

• Analyse af pumpesystemets trykudsving

• Overvågning af forbrændingsprocesser

4. Forsknings- og udviklingstest

• Motorudviklingstest

• Forskning i væskedynamik

• Eksplosion og stødbølgemåling

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

Understøttende udstyr

1. Signalkonditioneringsmidler

• IPC704: Dedikeret ladesignalbehandling

• Funktion: Konverterer ladesignaler til standardspændings- eller strømsignaler

2. Monteringstilbehør

• MA104: Monteringsadapter til LEMO-stikversion

• MA126: Monteringsadapter til højtemperaturstikversion

3. Kabelsamlinger

• EC153, EC222, EC119: Forskellige dedikerede kabelsamlinger

• Funktioner: Høj temperatur modstand, støj immunitet

4. Isolationsudstyr

• GSI127: Galvanisk separationsenhed til signalisolering

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

Tekniske fordele

1. Enestående pålidelighed

Passivt design baseret på piezoelektrisk teknologi og fuldsvejset konstruktion sikrer pålidelighed, velegnet til langsigtede kontinuerlige overvågningsapplikationer.

2. Bred miljøtilpasningsevne

Bredt driftstemperaturområde fra ekstremt lave til ekstremt høje temperaturer muliggør tilpasning til forskellige barske miljøer.

3. Nøjagtig dynamisk måling

Fremragende frekvensresponsegenskaber og høj følsomhed muliggør opfangning af hurtige trykændringer og små trykudsving.

4. Nem integration

Standardiserede udgangsgrænseflader og flere installationsmuligheder letter integrationen i forskellige målesystemer.