CP216 143-216-000-051(143-216-000-151) Piezoelektryczny przetwornik ciśnienia

CP216 to wysokowydajny piezoelektryczny przetwornik ciśnienia z linii produktów VM, zaprojektowany specjalnie do dynamicznego pomiaru ciśnienia w ekstremalnych warunkach. Wykorzystując specjalne sztuczne materiały piezoelektryczne, przetwornik ten zapewnia wyjątkową stabilność temperaturową i długoterminową niezawodność, dzięki czemu nadaje się do dynamicznego monitorowania ciśnienia i testowania rozwoju w środowiskach o wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu. CP216 może bezpośrednio mierzyć dynamiczne zmiany ciśnienia w gazach lub cieczach i konwertować mechaniczne sygnały ciśnienia na sygnały ładunku, zapewniając dokładne dane dotyczące ciśnienia dla różnych zastosowań przemysłowych.

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

Kluczowe funkcje

1. Możliwość dostosowania do ekstremalnych warunków

CP216 wykazuje wyjątkową tolerancję temperaturową, umożliwiając stabilną pracę w środowiskach o ekstremalnych temperaturach:

• Zakres temperatury roboczej: -54°C do 470°C (praca ciągła)

• Ekstremalna temperatura stosowania: -70°C do 520°C

• Zakres temperatury złącza:

• Złącze wysokotemperaturowe wibrometru: -70°C do 650°C

• Złącze LEMO: -55°C do 155°C

2. Możliwość pomiaru wysokiego ciśnienia

Przetwornik charakteryzuje się szerokim zakresem pomiaru ciśnienia:

• Zakres pomiaru dynamicznego: 0,0005 bar do 250 bar

• Przeciążalność: do 350 barów (elementy statyczne + dynamiczne)

• Znamionowa czułość na ciśnienie: 200 pC/bar (13,8 pC/psi)

3. Charakterystyka szerokiego pasma przenoszenia

CP216 oferuje doskonałą charakterystykę charakterystyki częstotliwościowej:

• Zakres częstotliwości: 2 Hz do 15 kHz ±5%

• Częstotliwość rezonansowa: > 80 kHz

• Odcięcie niskiej częstotliwości: określone przez zastosowaną elektronikę

4. Solidna konstrukcja konstrukcyjna

• Materiał obudowy: stop NIMONIC 90, całkowicie hermetyczne spawanie

• Materiał kabla: stop INCONEL 600

• Izolacja wewnętrzna: W pełni izolowana konstrukcja

• Odporność na promieniowanie: Odporność na promieniowanie gamma i neutronowe

5. Certyfikat przeciwwybuchowy

Model CP216 jest dostępny w wersjach z certyfikatem przeciwwybuchowym do użytku w środowiskach niebezpiecznych:

• Typ przeciwwybuchowy: Ex ib iskrobezpieczeństwo

• Normy certyfikacyjne: ATEX, IECEx i inne normy międzynarodowe

• Obowiązujące strefy: Strefa 1/2 obszarów niebezpiecznych

6. Wiele opcji konfiguracji

• Typ kabla: Kabel w izolacji mineralnej (MI), podwójne żyły

• Opcje złącza: złącze LEMO lub złącze wysokotemperaturowe Vibro-Meter

• Długości kabli: 0,5 m, 1 m, 2 m, 3 m, 5 m lub długości niestandardowe

Zasada działania

Podstawy efektu piezoelektrycznego

Podstawowa zasada działania CP216 opiera się na efekcie piezoelektrycznym, unikalnym zjawisku fizycznym, w którym niektóre materiały wytwarzają ładunek elektryczny poddawany naprężeniom mechanicznym. Efekt ten jest odwracalny: po przyłożeniu pola elektrycznego do materiałów piezoelektrycznych ulegają one odkształceniu mechanicznemu. W zastosowaniach związanych z pomiarem ciśnienia wykorzystujemy bezpośredni efekt piezoelektryczny – przekształcając energię mechaniczną (ciśnienie) w energię elektryczną (ładunek).

W czujniku zastosowano specjalny sztuczny materiał piezoelektryczny, który został starannie zaprojektowany i przetworzony w celu zapewnienia doskonałej stabilności temperaturowej i długoterminowej stabilności. W porównaniu z naturalnymi materiałami piezoelektrycznymi, sztuczne materiały piezoelektryczne zapewniają bardziej stałą wydajność i lepszą zdolność adaptacji do środowiska.

Struktura elementu czujnikowego

W CP216 zastosowano konstrukcję pracującą w trybie kompresji, w której rdzeń czujnika składa się z precyzyjnie obrobionego stosu kryształów piezoelektrycznych. Stos ten składa się z wielu dysków piezoelektrycznych ułożonych w konfiguracji mechanicznej szeregowej i elektrycznej równoległej. Ten projekt ma kilka zalet:

1. Zwiększona czułość: wiele dysków zwiększa zdolność wyjściową ładowania

2. Poprawiona stabilność: Symetryczna struktura zmniejsza efekty gradientu temperatury

3. Lepsza liniowość: równomierny rozkład ciśnienia zapewnia lepszą reakcję liniową

Dyski piezoelektryczne są precyzyjnie zamontowane w metalowej obudowie i stykają się z mierzonym medium poprzez cienką membranę. Kiedy ciśnienie działa na membranę, jest ono przekazywane do stosu piezoelektrycznego, powodując minimalne odkształcenie.

Mechanizm wytwarzania ładunku

Kiedy materiały piezoelektryczne poddawane są naprężeniom mechanicznym, ich struktura sieci krystalicznej odkształca się, powodując zmiany wewnętrznych elektrycznych momentów dipolowych, co generuje ładunek na powierzchni materiału. Ładunek ten jest proporcjonalny do przyłożonego ciśnienia:

Q = d × F

Gdzie:

• Q to wygenerowany ładunek (w pC)

• d jest stałą piezoelektryczną (właściwość materiału)

• F to przyłożona siła (proporcjonalna do ciśnienia)

W przypadku CP216 jego nominalna czułość wynosi 200 pC/bar, co oznacza, że ​​każdy bar zmiany ciśnienia wytwarza 200 pC ładunku wyjściowego.

Charakterystyka wyjścia sygnału

CP216 wykorzystuje tryb wyjścia ładowania, który jest metodą wysyłania sygnału o wysokiej impedancji. To podejście wyjściowe ma kilka ważnych cech:

1. Działanie pasywne: czujnik nie wymaga zewnętrznego zasilania, co upraszcza projektowanie systemu

2. Odporność na zakłócenia: Sygnały o wysokiej impedancji są stosunkowo niewrażliwe na zakłócenia elektromagnetyczne

3. Długoterminowa stabilność: Żadne aktywne komponenty elektroniczne nie zapewniają niezawodności

Czujnik wysyła sygnał ładowania powiązany z szybkością zmiany ciśnienia, dzięki czemu szczególnie nadaje się do dynamicznego pomiaru ciśnienia, a nie do pomiaru ciśnienia statycznego.

Mechanizm kompensacji temperatury

Aby utrzymać stabilną wydajność w szerokim zakresie temperatur, CP216 wykorzystuje wiele technik kompensacji temperatury:

1. Wybór materiału: wykorzystuje specjalne materiały piezoelektryczne o doskonałej stabilności temperaturowej

2. Konstrukcja symetryczna: Elementy kompensacyjne rozmieszczone symetrycznie w celu zmniejszenia efektu gradientu temperatury

3. Dopasowanie rozszerzalności cieplnej: Wszystkie komponenty mają dopasowane współczynniki rozszerzalności cieplnej

Charakterystyka temperaturowa czujnika jest starannie zoptymalizowana, aby zachować przewidywalną wydajność w ekstremalnym zakresie temperatur od -70°C do 520°C. Typowe krzywe reakcji na temperaturę pokazują, że zmiany czułości wraz z temperaturą wykazują dobrą charakterystykę liniową, ułatwiając kompensację temperatury.

Charakterystyka odpowiedzi częstotliwościowej

Charakterystykę odpowiedzi częstotliwościowej CP216 określa zarówno jego struktura mechaniczna, jak i właściwości piezoelektryczne:

1. Odpowiedź niskiej częstotliwości: Odcięcie niskiej częstotliwości określone przez rezystancję upływu czujnika i wynikającą z tego impedancję wejściową wzmacniacza ładunku

2. Odpowiedź wysokiej częstotliwości: Odcięcie wysokiej częstotliwości określone przez mechaniczną częstotliwość rezonansową czujnika

3. Region płaskiej odpowiedzi: Zapewnia płaską charakterystykę ±5% w zakresie od 2 Hz do 15 kHz

Częstotliwość rezonansowa czujnika przekracza 80 kHz, zapewniając wystarczający margines fazy i amplitudy w zakresie częstotliwości roboczej.

Uwagi dotyczące instalacji i dopasowywania

Prawidłowa instalacja ma kluczowe znaczenie dla działania czujnika:

1. Moment dokręcenia: Wymaga dokładnego momentu dokręcenia (20 N·m), aby zapewnić dobre połączenie mechaniczne

2. Konstrukcja uszczelnienia: wykorzystuje dedykowane uszczelki ciśnieniowe, aby zapobiec wyciekom medium

3. Izolacja termiczna: Może wymagać zastosowania środków izolacji termicznej w zastosowaniach wysokotemperaturowych

Czujnik musi być używany z odpowiednimi kondycjonerami sygnału (takimi jak IPC704), w których wzmacniacze ładunku przekształcają sygnały ładowania o wysokiej impedancji na sygnały napięciowe lub prądowe o niskiej impedancji na potrzeby transmisji i przetwarzania na duże odległości.

Projekt adaptacji do środowiska

Konstrukcja CP216 uwzględnia różne ekstremalne czynniki środowiskowe:

1. Odporność na wibracje: Solidna konstrukcja konstrukcyjna wytrzymuje przyspieszenie uderzeniowe o wartości 2000 g

2. Odporność na korozję: wykorzystuje zaawansowane materiały stopowe odporne na media korozyjne

3. Odporność na promieniowanie: Specjalna konstrukcja zapewnia tolerancję na środowiska o wysokim poziomie promieniowania

Kalibracja i stabilność

Czujnik przechodzi w fabryce dynamiczną kalibrację (szczyt 1 bar, 2 Hz, +23°C) i ze względu na swoją wyjątkową stabilność zazwyczaj nie wymaga późniejszej ponownej kalibracji. Długoterminowa stabilność zależy przede wszystkim od charakterystyki starzenia materiału piezoelektrycznego, a ten sztuczny materiał piezoelektryczny poddawany jest specjalnej obróbce w celu uzyskania wyjątkowo niskiego tempa starzenia.

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

Obszary zastosowań

1. Lotnictwo

• Monitorowanie ciśnienia w komorze spalania silnika

• Pomiar ciśnienia dynamicznego maszyn turbinowych

• Monitorowanie ciśnienia aerodynamicznego w próbach w locie

2. Przemysł energetyczny

• Monitorowanie spalania turbiny gazowej

• Analiza wahań ciśnienia w turbinie parowej

• Systemy monitorowania bezpieczeństwa elektrowni jądrowych

3. Procesy przemysłowe

• Pomiar ciśnienia pulsacyjnego sprężarki

• Analiza wahań ciśnienia w układzie pompowym

• Monitorowanie procesu spalania

4. Testowanie badawczo-rozwojowe

• Testowanie rozwoju silnika

• Badania dynamiki płynów

• Pomiar eksplozji i fali uderzeniowej

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

Sprzęt pomocniczy

1. Kondycjonery sygnału

• IPC704: Dedykowany kondycjoner sygnału ładowania

• Funkcja: Konwertuje sygnały ładowania na standardowe sygnały napięcia lub prądu

2. Akcesoria montażowe

• MA104: Adapter montażowy dla wersji ze złączem LEMO

• MA126: Adapter montażowy dla wersji złącza wysokotemperaturowego

3. Zespoły kabli

• EC153, EC222, EC119: Różne dedykowane zestawy kabli

• Cechy: odporność na wysoką temperaturę, odporność na hałas

4. Sprzęt izolacyjny

• GSI127: Jednostka separacji galwanicznej do izolacji sygnału

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

Zalety techniczne

1. Wyjątkowa niezawodność

Pasywna konstrukcja oparta na technologii piezoelektrycznej i całkowicie spawana konstrukcja zapewniają niezawodność, odpowiednią do długotrwałych zastosowań ciągłego monitorowania.

2. Szerokie możliwości adaptacji do środowiska

Szeroki zakres temperatur pracy, od bardzo niskich do ekstremalnie wysokich, umożliwia dostosowanie do różnych trudnych warunków.

3. Dokładny pomiar dynamiczny

Doskonała charakterystyka częstotliwościowa i wysoka czułość umożliwiają wychwytywanie szybkich zmian ciśnienia i minimalnych wahań ciśnienia.

4. Łatwa integracja

Standaryzowane interfejsy wyjściowe i wiele opcji instalacji ułatwiają łatwą integrację z różnymi systemami pomiarowymi.