De CP216 is een krachtige piëzo-elektrische druktransducer uit de VM-productlijn, speciaal ontworpen voor dynamische drukmetingen in extreme omgevingen. Door gebruik te maken van speciale kunstmatige piëzo-elektrische materialen biedt deze transducer uitzonderlijke temperatuurstabiliteit en betrouwbaarheid op lange termijn, waardoor hij geschikt is voor dynamische drukmonitoring en ontwikkelingstests in omgevingen met hoge temperaturen en hoge druk. De CP216 kan dynamische drukveranderingen in gassen of vloeistoffen direct meten en mechanische druksignalen omzetten in ladingssignalen, waardoor nauwkeurige drukgegevens voor diverse industriële toepassingen worden verkregen.
---------------------------------------------------------------------------
Belangrijkste kenmerken
1. Aanpassingsvermogen aan extreme omgevingen
De CP216 vertoont een uitstekende temperatuurtolerantie, waardoor een stabiele werking in omgevingen met extreme temperaturen mogelijk is:
Bedrijfstemperatuurbereik: -54°C tot 470°C (continu gebruik)
Extreme verwerkingstemperatuur: -70°C tot 520°C
Temperatuurbereik connector:
2. Mogelijkheid tot hogedrukmeting
De transducer beschikt over een breed drukmeetbereik:
Dynamisch meetbereik: 0,0005 bar tot 250 bar
Overbelastingscapaciteit: tot 350 bar (statische + dynamische componenten)
Nominale drukgevoeligheid: 200 pC/bar (13,8 pC/psi)
3. Kenmerken van brede frequentierespons
De CP216 biedt uitstekende frequentieresponskarakteristieken:
Frequentiebereik: 2 Hz tot 15 kHz ±5%
Resonantiefrequentie: > 80 kHz
Laagfrequente afsnijding: bepaald door de gebruikte elektronica
4. Robuust structureel ontwerp
Materiaal behuizing: NIMONIC 90-legering, volledig hermetisch gelast
Kabelmateriaal: INCONEL 600-legering
Interne isolatie: Volledig geïsoleerd ontwerp
Stralingsweerstand: Bestand tegen gamma- en neutronenstraling
5. Explosieveilige certificering
De CP216 is verkrijgbaar in explosieveilige gecertificeerde versies voor gevaarlijke omgevingen:
Explosiebestendig type: Ex ib intrinsieke veiligheid
Certificeringsnormen: ATEX, IECEx en andere internationale normen
Toepasselijke zones: Zone 1/2 gevaarlijke gebieden
6. Meerdere configuratieopties
Kabeltype: Mineraal geïsoleerde (MI) kabel, dubbele geleiders
Connectoropties: LEMO-connector of Vibro-Meter-connector voor hoge temperaturen
Kabellengtes: 0,5 m, 1 m, 2 m, 3 m, 5 m of aangepaste lengtes
Werkingsprincipe
Grondbeginselen van het piëzo-elektrisch effect
Het kernwerkprincipe van de CP216 is gebaseerd op het piëzo-elektrische effect, een uniek fysiek fenomeen waarbij bepaalde materialen elektrische lading genereren wanneer ze worden blootgesteld aan mechanische spanning. Dit effect is omkeerbaar: wanneer een elektrisch veld wordt aangelegd op piëzo-elektrische materialen, ondergaan ze mechanische vervorming. Bij drukmeettoepassingen maken we gebruik van het directe piëzo-elektrische effect: het omzetten van mechanische energie (druk) in elektrische energie (lading).
De sensor maakt gebruik van een speciaal kunstmatig piëzo-elektrisch materiaal dat zorgvuldig is ontworpen en verwerkt om uitstekende temperatuurstabiliteit en stabiliteit op lange termijn te bieden. Vergeleken met natuurlijke piëzo-elektrische materialen bieden kunstmatige piëzo-elektrische materialen consistentere prestaties en een beter aanpassingsvermogen aan de omgeving.
Structuur van detectie-elementen
De CP216 maakt gebruik van een ontwerp in compressiemodus waarbij het kernsensorelement bestaat uit een nauwkeurig bewerkte stapel piëzo-elektrische kristallen. Deze stapel bestaat uit meerdere piëzo-elektrische schijven die in mechanische serie- en elektrische parallelle configuratie zijn gerangschikt. Dit ontwerp biedt verschillende voordelen:
Verbeterde gevoeligheid: Meerdere schijven verhogen het laadvermogen
Verbeterde stabiliteit: Symmetrische structuur vermindert temperatuurgradiënteffecten
Betere lineariteit: Uniforme drukverdeling zorgt voor een verbeterde lineaire respons
De piëzo-elektrische schijven zijn nauwkeurig gemonteerd in een metalen behuizing en maken via een dun diafragma contact met het gemeten medium. Wanneer er druk op het membraan wordt uitgeoefend, wordt deze overgebracht naar de piëzo-elektrische stapel, waardoor minimale vervorming ontstaat.
Mechanisme voor het genereren van lading
Wanneer piëzo-elektrische materialen mechanische spanning ervaren, vervormt hun kristalroosterstructuur, waardoor veranderingen in de interne elektrische dipoolmomenten ontstaan, waardoor lading op het materiaaloppervlak ontstaat. Deze lading is evenredig met de toegepaste druk:
Q = d × F
Waar:
Q is de gegenereerde lading (in pC)
d is de piëzo-elektrische constante (materiaaleigenschap)
F is de uitgeoefende kracht (evenredig met de druk)
Voor de CP216 is de nominale gevoeligheid 200 pC/bar, wat betekent dat elke bar drukverandering 200 pC laadvermogen produceert.
Signaaluitgangskarakteristieken
De CP216 maakt gebruik van een laaduitvoermodus, wat een signaaluitvoermethode met hoge impedantie is. Deze outputbenadering heeft verschillende belangrijke kenmerken:
Passieve werking: De sensor heeft geen externe voeding nodig, wat het systeemontwerp vereenvoudigt
Ruisimmuniteit: signalen met een hoge impedantie zijn relatief ongevoelig voor elektromagnetische interferentie
Stabiliteit op lange termijn: Er zijn geen actieve elektronische componenten die de betrouwbaarheid garanderen
De sensor geeft een laadsignaal af dat gerelateerd is aan de snelheid van de drukverandering, waardoor deze bijzonder geschikt is voor dynamische drukmeting in plaats van statische drukmeting.
Temperatuurcompensatiemechanisme
Om stabiele prestaties over een breed temperatuurbereik te behouden, bevat de CP216 meerdere temperatuurcompensatietechnieken:
Materiaalkeuze: Maakt gebruik van speciale piëzo-elektrische materialen met uitstekende temperatuurstabiliteit
Symmetrisch ontwerp: Compenserende elementen symmetrisch gerangschikt om temperatuurgradiënteffecten te verminderen
Matching thermische uitzetting: Alle componenten hebben dezelfde thermische uitzettingscoëfficiënten
De temperatuurkarakteristieken van de sensor zijn zorgvuldig geoptimaliseerd om voorspelbare prestaties te behouden over het extreme temperatuurbereik van -70°C tot 520°C. Typische temperatuurresponscurves laten zien dat gevoeligheidsveranderingen met de temperatuur goede lineaire kenmerken vertonen, waardoor temperatuurcompensatie wordt vergemakkelijkt.
Kenmerken van frequentierespons
De frequentieresponskarakteristieken van de CP216 worden bepaald door zowel de mechanische structuur als de piëzo-elektrische eigenschappen:
Laagfrequente respons: laagfrequente uitschakeling bepaald door de lekweerstand van de sensor en de daaropvolgende ingangsimpedantie van de laadversterker
Hoogfrequente respons: Hoogfrequente afsnijding bepaald door de mechanische resonantiefrequentie van de sensor
Vlak responsgebied: Biedt ±5% vlakke respons in het bereik van 2 Hz tot 15 kHz
De resonantiefrequentie van de sensor overschrijdt 80 kHz, waardoor voldoende fase- en amplitudemarge binnen het werkfrequentiebereik wordt gegarandeerd.
Installatie- en aanpassingsoverwegingen
Een juiste installatie is van cruciaal belang voor de sensorprestaties:
Installatiekoppel: Vereist een nauwkeurig installatiekoppel (20 N·m) om een goede mechanische koppeling te garanderen
Afdichtingsontwerp: maakt gebruik van speciale drukafdichtingen om mediumlekkage te voorkomen
Thermische isolatie: Bij toepassingen met hoge temperaturen kunnen thermische isolatiemaatregelen nodig zijn
De sensor moet worden gebruikt met geschikte signaalconditioners (zoals IPC704), waarbij ladingsversterkers ladingssignalen met hoge impedantie omzetten in spannings- of stroomsignalen met lage impedantie voor transmissie en verwerking over lange afstanden.
Ontwerp van aanpassingsvermogen aan het milieu
Bij het ontwerp van de CP216 wordt rekening gehouden met verschillende extreme omgevingsfactoren:
Trillingsbestendigheid: Robuust structureel ontwerp is bestand tegen schokversnellingen van 2000 g
Corrosiebestendigheid: maakt gebruik van geavanceerde legeringsmaterialen om corrosieve media te weerstaan
Stralingsweerstand: Speciaal ontwerp maakt tolerantie voor omgevingen met hoge straling mogelijk
Kalibratie en stabiliteit
De sensor ondergaat een dynamische kalibratie in de fabriek (1 bar piek, 2 Hz, +23°C) en vereist vanwege zijn uitzonderlijke stabiliteit doorgaans geen daaropvolgende herkalibratie. De stabiliteit op lange termijn hangt voornamelijk af van de verouderingseigenschappen van het piëzo-elektrische materiaal, en dit kunstmatige piëzo-elektrische materiaal ondergaat een speciale behandeling om extreem lage verouderingspercentages te bereiken.
---------------------------------------------------------------------------
Toepassingsgebieden
1. Lucht- en ruimtevaart
Drukbewaking van de verbrandingskamer van de motor
Dynamische drukmeting van turbomachines
Aërodynamische drukmonitoring tijdens vliegtesten
2. Energie-industrie
Controle van de verbranding van gasturbines
Analyse van drukfluctuaties in stoomturbines
Veiligheidsbewakingssystemen voor kerncentrales
3. Industriële processen
Meting van de pulsatiedruk van de compressor
Analyse van drukfluctuaties in pompsystemen
Bewaking van het verbrandingsproces
4. Testen van onderzoek en ontwikkeling
Testen van motorontwikkeling
Onderzoek naar vloeistofdynamica
Explosie- en schokgolfmeting
---------------------------------------------------------------------------
Ondersteunende apparatuur
1. Signaalconditioners
2. Montageaccessoires
3. Kabelassemblages
EC153, EC222, EC119: Diverse speciale kabelassemblages
Kenmerken: Bestand tegen hoge temperaturen, ruisimmuniteit
4. Isolatieapparatuur
---------------------------------------------------------------------------
Technische voordelen
1. Uitzonderlijke betrouwbaarheid
Passief ontwerp op basis van piëzo-elektrische technologie en volledig gelaste constructie zorgen voor betrouwbaarheid, geschikt voor langdurige continue monitoringtoepassingen.
2. Breed aanpassingsvermogen aan het milieu
Het brede bereik van de bedrijfstemperatuur, van extreem lage tot extreem hoge temperaturen, maakt aanpassing aan verschillende ruwe omgevingen mogelijk.
3. Nauwkeurige dynamische meting
Uitstekende frequentieresponskarakteristieken en hoge gevoeligheid maken het mogelijk om snelle drukveranderingen en minieme drukschommelingen vast te leggen.
4. Eenvoudige integratie
Gestandaardiseerde uitgangsinterfaces en meerdere installatieopties maken een eenvoudige integratie in verschillende meetsystemen mogelijk.
