Il CP216 è un trasduttore di pressione piezoelettrico ad alte prestazioni della linea di prodotti VM, progettato specificamente per la misurazione della pressione dinamica in ambienti estremi. Utilizzando speciali materiali piezoelettrici artificiali, questo trasduttore offre eccezionale stabilità della temperatura e affidabilità a lungo termine, rendendolo adatto per il monitoraggio della pressione dinamica e i test di sviluppo in ambienti ad alta temperatura e alta pressione. Il CP216 può misurare direttamente le variazioni di pressione dinamica in gas o liquidi e convertire i segnali di pressione meccanica in segnali di carica, fornendo dati di pressione accurati per varie applicazioni industriali.
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Caratteristiche principali
1. Adattabilità ad ambienti estremi
Il CP216 mostra un'eccezionale tolleranza alla temperatura, consentendo un funzionamento stabile in ambienti con temperature estreme:
Intervallo di temperatura operativa: da -54°C a 470°C (funzionamento continuo)
Temperatura di applicazione estrema: da -70°C a 520°C
Intervallo di temperatura del connettore:
2. Capacità di misurazione dell'alta pressione
Il trasduttore è dotato di un ampio intervallo di misurazione della pressione:
Intervallo di misurazione dinamica: da 0,0005 bar a 250 bar
Capacità di sovraccarico: fino a 350 bar (componenti statici + dinamici)
Sensibilità alla pressione nominale: 200 pC/bar (13,8 pC/psi)
3. Caratteristiche di ampia risposta in frequenza
Il CP216 offre eccellenti caratteristiche di risposta in frequenza:
Gamma di frequenza: da 2 Hz a 15 kHz ±5%
Frequenza di risonanza: > 80 kHz
Taglio delle basse frequenze: determinato dall'elettronica utilizzata
4. Progettazione strutturale robusta
Materiale alloggiamento: lega NIMONIC 90, saldatura completamente ermetica
Materiale del cavo: lega INCONEL 600
Isolamento interno: design completamente isolato
Resistenza alle radiazioni: in grado di resistere alle radiazioni gamma e neutroniche
5. Certificazione antideflagrante
Il CP216 è disponibile nelle versioni certificate antideflagranti per ambienti pericolosi:
Tipo antideflagrante: sicurezza intrinseca Ex ib
Standard di certificazione: ATEX, IECEx e altri standard internazionali
Zone applicabili: Aree pericolose Zona 1/2
6. Opzioni di configurazione multiple
Tipo di cavo: cavo con isolamento minerale (MI), conduttori doppi
Opzioni connettore: connettore LEMO o connettore Vibro-Meter per alte temperature
Lunghezze dei cavi: 0,5 m, 1 m, 2 m, 3 m, 5 m o lunghezze personalizzate
Principio di funzionamento
Fondamenti dell'effetto piezoelettrico
Il principio di funzionamento principale del CP216 si basa sull'effetto piezoelettrico, un fenomeno fisico unico in cui alcuni materiali generano carica elettrica quando sottoposti a stress meccanico. Questo effetto è reversibile: quando viene applicato un campo elettrico ai materiali piezoelettrici, questi subiscono una deformazione meccanica. Nelle applicazioni di misurazione della pressione, utilizziamo l'effetto piezoelettrico diretto, convertendo l'energia meccanica (pressione) in energia elettrica (carica).
Il sensore utilizza uno speciale materiale piezoelettrico artificiale che è stato attentamente progettato e lavorato per fornire un'eccellente stabilità della temperatura e stabilità a lungo termine. Rispetto ai materiali piezoelettrici naturali, i materiali piezoelettrici artificiali offrono prestazioni più costanti e una migliore adattabilità ambientale.
Struttura dell'elemento sensibile
Il CP216 utilizza un design in modalità compressione in cui l'elemento di rilevamento centrale è costituito da una pila di cristalli piezoelettrici lavorati con precisione. Questa pila comprende più dischi piezoelettrici disposti in serie meccanica e configurazione elettrica in parallelo. Questo design offre diversi vantaggi:
Sensibilità migliorata: più dischi aumentano la capacità di uscita della carica
Stabilità migliorata: la struttura simmetrica riduce gli effetti del gradiente di temperatura
Migliore linearità: la distribuzione uniforme della pressione garantisce una migliore risposta lineare
I dischi piezoelettrici sono montati con precisione all'interno di un alloggiamento metallico e entrano in contatto con il mezzo misurato attraverso un diaframma sottile. Quando la pressione agisce sul diaframma, viene trasmessa allo stack piezoelettrico, provocandone una deformazione minima.
Meccanismo di generazione della carica
Quando i materiali piezoelettrici subiscono stress meccanici, la loro struttura reticolare cristallina si deforma, causando cambiamenti nei momenti di dipolo elettrico interni, che generano carica sulla superficie del materiale. Questa carica è proporzionale alla pressione applicata:
Q = d × F
Dove:
Q è la carica generata (in pC)
d è la costante piezoelettrica (proprietà materiale)
F è la forza applicata (proporzionale alla pressione)
Per il CP216, la sensibilità nominale è di 200 pC/bar, il che significa che ogni bar di variazione di pressione produce 200 pC di carica in uscita.
Caratteristiche dell'uscita del segnale
Il CP216 utilizza una modalità di uscita di carica, che è un metodo di uscita del segnale ad alta impedenza. Questo approccio all’output ha diverse caratteristiche importanti:
Funzionamento passivo: il sensore non richiede alimentazione esterna, semplificando la progettazione del sistema
Immunità al rumore: i segnali ad alta impedenza sono relativamente insensibili alle interferenze elettromagnetiche
Stabilità a lungo termine: nessun componente elettronico attivo garantisce l'affidabilità del dispositivo
Il sensore emette un segnale di carica correlato alla velocità di variazione della pressione, rendendolo particolarmente adatto per la misurazione della pressione dinamica piuttosto che per la misurazione della pressione statica.
Meccanismo di compensazione della temperatura
Per mantenere prestazioni stabili in un ampio intervallo di temperature, il CP216 incorpora molteplici tecniche di compensazione della temperatura:
Selezione del materiale: utilizza materiali piezoelettrici speciali con eccellente stabilità della temperatura
Design simmetrico: elementi di compensazione disposti simmetricamente per ridurre gli effetti del gradiente di temperatura
Corrispondenza di dilatazione termica: tutti i componenti hanno coefficienti di dilatazione termica corrispondenti
Le caratteristiche di temperatura del sensore sono attentamente ottimizzate per mantenere prestazioni prevedibili nell'intervallo di temperature estreme da -70°C a 520°C. Le tipiche curve di risposta alla temperatura mostrano che i cambiamenti di sensibilità con la temperatura presentano buone caratteristiche lineari, facilitando la compensazione della temperatura.
Caratteristiche della risposta in frequenza
Le caratteristiche di risposta in frequenza del CP216 sono determinate sia dalla sua struttura meccanica che dalle proprietà piezoelettriche:
Risposta a bassa frequenza: taglio a bassa frequenza determinato dalla resistenza di dispersione del sensore e dalla conseguente impedenza di ingresso dell'amplificatore di carica
Risposta ad alta frequenza: taglio ad alta frequenza determinato dalla frequenza di risonanza meccanica del sensore
Regione di risposta piatta: fornisce una risposta piatta del ±5% nell'intervallo da 2 Hz a 15 kHz
La frequenza di risonanza del sensore supera gli 80 kHz, garantendo un margine di fase e ampiezza sufficiente all'interno dell'intervallo di frequenza operativa.
Considerazioni sull'installazione e sull'abbinamento
Una corretta installazione è fondamentale per le prestazioni del sensore:
Coppia di installazione: richiede una coppia di installazione precisa (20 N·m) per garantire un buon accoppiamento meccanico
Design della tenuta: utilizza guarnizioni a pressione dedicate per prevenire perdite del fluido
Isolamento termico: potrebbe richiedere misure di isolamento termico in applicazioni ad alta temperatura
Il sensore deve essere utilizzato con condizionatori di segnale appropriati (come IPC704), dove gli amplificatori di carica convertono i segnali di carica ad alta impedenza in segnali di tensione o corrente a bassa impedenza per la trasmissione e l'elaborazione a lunga distanza.
Progettazione dell'adattabilità ambientale
Il design del CP216 considera vari fattori ambientali estremi:
Resistenza alle vibrazioni: il design strutturale robusto resiste a un'accelerazione degli urti di 2000 g
Resistenza alla corrosione: utilizza materiali in lega avanzati per resistere ai mezzi corrosivi
Resistenza alle radiazioni: il design speciale consente la tolleranza agli ambienti ad alta radiazione
Calibrazione e stabilità
Il sensore è sottoposto a calibrazione dinamica in fabbrica (1 bar di picco, 2 Hz, +23°C) e, data la sua eccezionale stabilità, in genere non richiede successiva ricalibrazione. La stabilità a lungo termine dipende principalmente dalle caratteristiche di invecchiamento del materiale piezoelettrico e questo materiale piezoelettrico artificiale viene sottoposto a un trattamento speciale per ottenere tassi di invecchiamento estremamente bassi.
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Aree di applicazione
1. Aerospaziale
Monitoraggio della pressione della camera di combustione del motore
Misurazione della pressione dinamica delle turbomacchine
Monitoraggio della pressione aerodinamica nelle prove di volo
2. Industria energetica
Monitoraggio della combustione delle turbine a gas
Analisi delle fluttuazioni di pressione delle turbine a vapore
Sistemi di monitoraggio della sicurezza delle centrali nucleari
3. Processi industriali
Misurazione della pressione di pulsazione del compressore
Analisi delle fluttuazioni di pressione del sistema di pompaggio
Monitoraggio del processo di combustione
4. Test di ricerca e sviluppo
Test di sviluppo del motore
Ricerca sulla dinamica dei fluidi
Misurazione delle esplosioni e delle onde d'urto
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Attrezzatura di supporto
1. Condizionatori di segnale
2. Accessori di montaggio
3. Cavi assemblati
EC153, EC222, EC119: vari cavi assemblati dedicati
Caratteristiche: resistenza alle alte temperature, immunità al rumore
4. Attrezzatura di isolamento
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Vantaggi tecnici
1. Affidabilità eccezionale
Il design passivo basato sulla tecnologia piezoelettrica e la struttura completamente saldata garantiscono affidabilità, adatta per applicazioni di monitoraggio continuo a lungo termine.
2. Ampia adattabilità ambientale
L'ampio intervallo di temperature operative, da temperature estremamente basse a temperature estremamente elevate, consente l'adattamento a vari ambienti difficili.
3. Misurazione dinamica accurata
Le eccellenti caratteristiche di risposta in frequenza e l'elevata sensibilità consentono di catturare rapidi cambiamenti di pressione e minime fluttuazioni di pressione.
4. Integrazione facile
Le interfacce di uscita standardizzate e le molteplici opzioni di installazione facilitano la facile integrazione in vari sistemi di misurazione.
