El CP216 es un transductor de presión piezoeléctrico de alto rendimiento de la línea de productos VM, diseñado específicamente para la medición de presión dinámica en ambientes extremos. Al utilizar materiales piezoeléctricos artificiales especiales, este transductor ofrece una estabilidad de temperatura excepcional y confiabilidad a largo plazo, lo que lo hace adecuado para el monitoreo de presión dinámica y pruebas de desarrollo en entornos de alta temperatura y alta presión. El CP216 puede medir directamente cambios dinámicos de presión en gases o líquidos y convierte señales de presión mecánica en señales de carga, proporcionando datos de presión precisos para diversas aplicaciones industriales.
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Características clave
1. Adaptabilidad extrema al entorno
El CP216 exhibe una excelente tolerancia a la temperatura, lo que permite un funcionamiento estable en entornos de temperaturas extremas:
Rango de temperatura de funcionamiento: -54 °C a 470 °C (funcionamiento continuo)
Temperatura de aplicación extrema: -70 °C a 520 °C
Rango de temperatura del conector:
2. Capacidad de medición de alta presión
El transductor presenta un amplio rango de medición de presión:
Rango de medición dinámica: 0,0005 bar a 250 bar
Capacidad de sobrecarga: Hasta 350 bar (componentes estáticos + dinámicos)
Sensibilidad a la presión nominal: 200 pC/bar (13,8 pC/psi)
3. Características de respuesta de frecuencia amplia
El CP216 ofrece excelentes características de respuesta de frecuencia:
Rango de frecuencia: 2 Hz a 15 kHz ±5%
Frecuencia de resonancia: > 80 kHz
Corte de baja frecuencia: determinado por la electrónica utilizada
4. Diseño estructural robusto
Material de la carcasa: aleación NIMONIC 90, soldadura totalmente hermética
Material del cable: aleación INCONEL 600
Aislamiento interno: Diseño totalmente aislado
Resistencia a la radiación: capaz de resistir la radiación gamma y de neutrones.
5. Certificación a prueba de explosiones
El CP216 está disponible en versiones certificadas a prueba de explosiones para entornos peligrosos:
Tipo a prueba de explosiones: Seguridad intrínseca Ex ib
Estándares de certificación: ATEX, IECEx y otros estándares internacionales
Zonas aplicables: Zona 1/2 áreas peligrosas
6. Múltiples opciones de configuración
Tipo de cable: Cable con aislamiento mineral (MI), conductores gemelos
Opciones de conector: conector LEMO o conector Vibro-Meter de alta temperatura
Longitudes de cable: 0,5 m, 1 m, 2 m, 3 m, 5 m o longitudes personalizadas
Principio de funcionamiento
Fundamentos del efecto piezoeléctrico
El principio de funcionamiento central del CP216 se basa en el efecto piezoeléctrico, un fenómeno físico único en el que ciertos materiales generan carga eléctrica cuando se someten a tensión mecánica. Este efecto es reversible: cuando se aplica un campo eléctrico a materiales piezoeléctricos, estos sufren deformación mecánica. En aplicaciones de medición de presión, utilizamos el efecto piezoeléctrico directo: convertir la energía mecánica (presión) en energía eléctrica (carga).
El sensor emplea un material piezoeléctrico artificial especial que ha sido cuidadosamente diseñado y procesado para proporcionar una excelente estabilidad de temperatura y estabilidad a largo plazo. En comparación con los materiales piezoeléctricos naturales, los materiales piezoeléctricos artificiales ofrecen un rendimiento más consistente y una mejor adaptabilidad ambiental.
Estructura del elemento sensor
El CP216 emplea un diseño en modo de compresión donde el elemento sensor central consiste en una pila de cristales piezoeléctricos mecanizados con precisión. Esta pila comprende múltiples discos piezoeléctricos dispuestos en serie mecánica y configuración eléctrica en paralelo. Este diseño ofrece varias ventajas:
Sensibilidad mejorada: varios discos aumentan la capacidad de salida de carga
Estabilidad mejorada: la estructura simétrica reduce los efectos del gradiente de temperatura
Mejor linealidad: la distribución uniforme de la presión garantiza una respuesta lineal mejorada
Los discos piezoeléctricos están montados con precisión dentro de una carcasa metálica y entran en contacto con el medio medido a través de un diafragma delgado. Cuando la presión actúa sobre el diafragma, se transmite a la pila piezoeléctrica, provocando una deformación mínima.
Mecanismo de generación de carga
Cuando los materiales piezoeléctricos experimentan tensión mecánica, su estructura de red cristalina se deforma, provocando cambios en los momentos dipolares eléctricos internos, lo que genera carga en la superficie del material. Esta carga es proporcional a la presión aplicada:
Q = re × F
Dónde:
Q es la carga generada (en pC)
d es la constante piezoeléctrica (propiedad del material)
F es la fuerza aplicada (proporcional a la presión)
Para el CP216, su sensibilidad nominal es de 200 pC/bar, lo que significa que cada bar de cambio de presión produce 200 pC de salida de carga.
Características de salida de señal
El CP216 emplea un modo de salida de carga, que es un método de salida de señal de alta impedancia. Este enfoque de salida tiene varias características importantes:
Operación pasiva: el sensor no requiere fuente de alimentación externa, lo que simplifica el diseño del sistema.
Inmunidad al ruido: las señales de alta impedancia son relativamente insensibles a las interferencias electromagnéticas.
Estabilidad a largo plazo: ningún componente electrónico activo garantiza la confiabilidad
El sensor emite una señal de carga relacionada con la tasa de cambio de presión, lo que lo hace particularmente adecuado para la medición de presión dinámica en lugar de la medición de presión estática.
Mecanismo de compensación de temperatura
Para mantener un rendimiento estable en un amplio rango de temperaturas, el CP216 incorpora múltiples técnicas de compensación de temperatura:
Selección de materiales: utiliza materiales piezoeléctricos especiales con excelente estabilidad de temperatura
Diseño simétrico: elementos compensadores dispuestos simétricamente para reducir los efectos del gradiente de temperatura.
Coincidencia de expansión térmica: todos los componentes tienen coeficientes de expansión térmica coincidentes
Las características de temperatura del sensor se optimizan cuidadosamente para mantener un rendimiento predecible en el rango de temperaturas extremas de -70 °C a 520 °C. Las curvas típicas de respuesta de temperatura muestran que los cambios de sensibilidad con la temperatura exhiben buenas características lineales, lo que facilita la compensación de temperatura.
Características de respuesta de frecuencia
Las características de respuesta de frecuencia del CP216 están determinadas tanto por su estructura mecánica como por sus propiedades piezoeléctricas:
Respuesta de baja frecuencia: corte de baja frecuencia determinado por la resistencia a fugas del sensor y la impedancia de entrada del amplificador de carga posterior.
Respuesta de alta frecuencia: corte de alta frecuencia determinado por la frecuencia resonante mecánica del sensor
Región de respuesta plana: proporciona una respuesta plana de ±5 % en el rango de 2 Hz a 15 kHz
La frecuencia resonante del sensor supera los 80 kHz, lo que garantiza un margen de fase y amplitud suficiente dentro del rango de frecuencia operativa.
Consideraciones de instalación y combinación
La instalación adecuada es crucial para el rendimiento del sensor:
Par de instalación: Requiere un par de instalación preciso (20 N·m) para garantizar un buen acoplamiento mecánico.
Diseño de sellado: utiliza sellos de presión dedicados para evitar fugas de medio
Aislamiento térmico: puede requerir medidas de aislamiento térmico en aplicaciones de alta temperatura
El sensor debe usarse con acondicionadores de señal apropiados (como el IPC704), donde los amplificadores de carga convierten señales de carga de alta impedancia en señales de voltaje o corriente de baja impedancia para transmisión y procesamiento a larga distancia.
Diseño de adaptabilidad ambiental
El diseño del CP216 considera varios factores ambientales extremos:
Resistencia a las vibraciones: el diseño estructural robusto soporta una aceleración de impacto de 2000 g
Resistencia a la corrosión: utiliza materiales de aleación avanzados para resistir medios corrosivos
Resistencia a la radiación: el diseño especial permite la tolerancia a entornos de alta radiación
Calibración y estabilidad
El sensor se somete a una calibración dinámica en fábrica (pico de 1 barra, 2 Hz, +23 °C) y, debido a su estabilidad excepcional, normalmente no requiere recalibración posterior. La estabilidad a largo plazo depende principalmente de las características de envejecimiento del material piezoeléctrico, y este material piezoeléctrico artificial se somete a un tratamiento especial para lograr tasas de envejecimiento extremadamente bajas.
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Áreas de aplicación
1. Aeroespacial
Monitoreo de la presión de la cámara de combustión del motor
Medición de presión dinámica de turbomaquinaria.
Monitoreo de la presión aerodinámica en pruebas de vuelo.
2. Industria energética
Monitoreo de la combustión de turbinas de gas
Análisis de fluctuaciones de presión de turbinas de vapor.
Sistemas de vigilancia de la seguridad de las centrales nucleares
3. Procesos industriales
Medición de la presión de pulsación del compresor
Análisis de fluctuación de presión del sistema de bomba.
Monitoreo del proceso de combustión.
4. Pruebas de investigación y desarrollo
Pruebas de desarrollo del motor.
Investigación en dinámica de fluidos.
Medición de explosiones y ondas de choque.
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Equipo de soporte
1. Acondicionadores de señal
2. Accesorios de montaje
3. Conjuntos de cables
EC153, EC222, EC119: varios conjuntos de cables dedicados
Características: Resistencia a altas temperaturas, inmunidad al ruido.
4. Equipo de aislamiento
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Ventajas técnicas
1. Fiabilidad excepcional
El diseño pasivo basado en tecnología piezoeléctrica y la construcción completamente soldada garantizan confiabilidad, adecuada para aplicaciones de monitoreo continuo a largo plazo.
2. Amplia adaptabilidad ambiental
El amplio rango de temperaturas de funcionamiento, desde temperaturas extremadamente bajas hasta temperaturas extremadamente altas, permite la adaptación a diversos entornos hostiles.
3. Medición dinámica precisa
Las excelentes características de respuesta de frecuencia y la alta sensibilidad permiten la captura de cambios rápidos de presión y fluctuaciones mínimas de presión.
4. Fácil integración
Las interfaces de salida estandarizadas y las múltiples opciones de instalación facilitan la integración en varios sistemas de medición.
