Передача, распределение и накопление электроэнергии

Особенности и преимущества керамических сенсоров

13 апреля 2020 г. в 14:53

Сенсор (чувствительный элемент, измерительная ячейка) — это основной элемент любого преобразователя давления. Сенсоры преобразуют изменения своих физических свойств, возникающих под воздействием давления, в электрический сигнал.

Существует несколько технологий производства сенсоров. По степени применяемости в настоящий момент они таковы: тензорезистивная, пьезорезистивная, емкостная, индуктивная, частотная. У каждой из них есть свои положительные и отрицательные стороны. В разных отраслях промышленности для различных измерений применяют датчики давления с определенным типом сенсора. При выборе датчика на конкретное место применения учитывают требуемую точность измерения, температуры измеряемой и окружающей сред, доступность места для регламентных работ на датчике, агрессивность измеряемой среды, да и цена играет тоже не последнюю роль. Сегодня речь пойдет о керамических сенсорах.

Технологии производства керамических сенсоров

Керамические сенсоры были первой массовой технологией производства ячеек измерения давления. Первые выпускаемые керамические сенсоры основывались на емкостном методе. Они были разработаны в 1970-е годы американскими компаниями и предназначались для измерения давления в выхлопных коллекторах автомобильных двигателей с целью мониторинга соответствия экологическим требованиям.

В дальнейшем, при внедрении электронных измерителей давления в промышленность и ЖКХ, именно керамические сенсоры оказались наиболее простыми и недорогими в производстве, что позволило этой технологии занять более 60 % рынка первичных бюджетных измерений давления.

Тензорезистивный керамический сенсор в датчике давления ОВЕН
Тензорезистивный керамический сенсор в датчике давления ОВЕН

В своем развитии керамические сенсоры претерпели множество изменений в конструкции, с 1990-х годов преобладающей стала технология, основанная на мостовой схеме Уитстона с напыленными на «тыльной» стороне ячейки тензорезисторами.

У компании «ОВЕН» — это преобразователи давления для ЖКХ ПД100-311 и ПД100-371. С 2019 года эти модели датчиков «ОВЕН» выпускает, в том числе и с погрешностью 0,5 % ВПИ.

Какие же технические решения позволили тензометрической керамике вырваться вперед?

  • Во-первых, была решена проблема сцепления керамики и тензомоста — мост не приклеивается, как раньше, а напыляется с последующей лазерной подрезкой резисторов.
  • Во-вторых, сам керамический корпус теперь не спекают из порошка, а отливают — в форму заливают кремнийорганический состав, что позволяет максимально точно выдерживать геометрию сенсора.
  • В-третьих, на сенсор напыляются дополнительные резисторы, что позволяет обеспечить компенсацию температурной погрешности сенсора в диапазоне от -60 до +125 °С.

Эти технические решения расширили области применения бюджетных датчиков давления на основе керамических сенсоров и позволили наладить массовое производство керамических ячеек с минимальными сроками и стабильным качеством.

Схема Уитстона
Технология изготовления керамических сенсоров, основанная на мостовой схеме Уитстона

Керамические сенсоры в датчиках давления ОВЕН

«ОВЕН» в своих преобразователях давления ОВЕН ПД100 моделей 311 и 371 с 2013 года использует керамические тензорезистивные сенсоры французской фирмы CitySensors. С производителем налажено тесное сотрудничество вплоть до выпуска сенсоров по техническому заданию «ОВЕН».

В августе 2018 года на заводе «ОВЕН» в г. Богородицке Тульской области был запущен промышленный конвейер по производству линейки керамических сенсоров, в котором практически исключены ручные операции при их производстве. Эти новации позволили снизить брак по преобразователям линейки ПД100-3х1 с 5,3 % в 2017 году до 0,46 % в 2019 г. и открыть производство датчиков с керамическими сенсорами с погрешностью 0,5 % ВПИ.

Плюсы и минусы керамических сенсоров

Основными преимуществами преобразователей давления на керамических тензометрических сенсорах являются:

  • диапазон температуры измеряемой среды от –-60 до +125 °С — шире, чем у сенсоров с мембраной из нержавеющей стали (-40…+100 °С);
  • малая дополнительная температурная погрешность во всем температурном диапазоне — от 0,06 до 0,13 % ВПИ на 10 °С;
  • высокая долговременная стабильность — средний зафиксированный дрейф характеристики не более 0,08 % ВПИ в год;
  • низкая себестоимость сенсоров, позволяющая создавать качественные бюджетные преобразователи для ЖКХ;
  • высокая химическая и коррозионная стойкость сенсора и датчика в целом при условии применения соответствующего материала
    уплотнения;
  • возможность применения датчиков для измерения давления кислорода вследствие отсутствия масел в составе сенсора.

Из недостатков керамических сенсоров стоит отметить, во-первых, низкую чувствительность. Фарфоровая мембрана плохо прогибается под небольшими давлениями, что не позволяет производить датчики на диапазоны измерений менее 100 кПа (1 бар). Этот же недостаток не позволяет калибровать основную погрешность керамических датчиков лучше, чем 0,5 % ВПИ.

Вторая слабая сторона керамического сенсора — низкая устойчивость к гидроударам (скачкообразным перегрузкам). Твердая керамическая мембрана раскалывается, в отличие от мембраны из нержавеющей стали, которая частично сохраняет характеристики датчика даже после гидроудара.

Перспективы производства керамических сенсоров

В новой модели преобразователя ПД100- 3х1-0,5 с погрешностью измерения 0,5 % компания «ОВЕН» планирует устанавливать интегрированные в конструкцию датчика демпферы гидроудара.

Компания «ОВЕН», производящая преобразователи давления на основе керамических сенсоров с 2013 года, рекомендует такие датчики для применения как оптимальное решение для измерения давления в ЖКХ и вторичных процессах производств. За прошедшие семь лет эти сенсоры показали себя только с самой положительной стороны. Производственные сложности, связанные с ручной сборкой преобразователей ОВЕН ПД100 моделей 311 и 371, полностью устранены с запуском конвейера в 2018 году.

Источник: Антон Колеров, продукт-менеджер «ОВЕН». Опубликовано в журнале «Электротехнический рынок» №2 2020

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Информация о компании

Компания ОВЕН разрабатывает и производит контрольно-измерительные приборы и свободно-программируемые логические контроллеры, разрабатывает программные средства, осуществляет технический консалтинг, сервисное обслуживание и информационную поддержку региональных торговых представителей компании.
Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Датчики-реле давления, индикаторы давления, элетроманометры, манометры, преобразователи давления и тп.

Предлагаем из наличия приборы показывающие и регулирующие давление: 1эдмм-300 0…300кгс/см2 манометр электрический 6шт 1эдмм-50/250 50…250кгс/см2 манометр электрический 29шт бдс 0-16кгс/см2 манометр 32шт втп-160 -1…0кгс/см кл1,5 вакуумметр 34шт д1001у2 600кра 1кл манометр 10шт д210-11 датчик-реле давления 200шт д21к1-1-02 0,1…0,7мпа датчик-реле давления 12шт д21к1-2-01 -0,03…0,4мпа 7шт д21к1-2-02 0,1…0,7мпа 10шт д220-11 датчик-реле давления 73шт д220-12 датчик-реле давления 31шт д-220а-13 датчик-реле давления 3шт д-23 0,1-1мпа датчик-реле давления 21шт д-231к-03 0,6…6кгс/см датчик-реле давления 1шт д-231к1-01 0,02…0,25мпа датчик-реле давления 13шт д250б-01 датчик-реле давления 20…200кпа (0,2.2кгс/см2) 420шт д250б-02 датчик-реле давления 100…1000кпа (1.10кгс/см2) 12шт дем-102-1-01-1 0,07…0,4мра датчик-реле давления 72шт дем-102-1-01-2 0,07…0,4мпа датчик-реле давления 15шт дем-102-1-05-1 0,7…3,0мпа 1шт дем-102-1-06-2 2,0…6,0мра 1шт дем-102-2-02-1 0,1…1,0мпа датчик-реле давления 49шт дем-102-2-05-2 0,7…3,0мра 260шт дем-105-01 датчик-реле давления 34шт дем-105-02 7шт дем202-1-01-2 0,02…0,6мра датчик-реле давления 47шт дем-202-1-01а 0,02…0,6мра датчик-реле давления 22шт диск-250-1321 от±0,125мра прибор регистрирующий по давлению 1шт дко-3702 дифманометр 3шт дм1001у2 1,6мра 1кл манометр 1шт дм1001у2 1мра 1кл манометр 73шт днмп-100 у3 600ра кл2,5 дифманометр-напоромер 11шт дпн2,5 10-250кгс/м2 -30в 70вт ~250в 300ва датчик -реле давления 2шт дсп-160-м1 предел изм 10 перепад 25кра рраб 16мра манометр 1шт дсп-160-м1 предел изм 6,3 перепад 25кра рраб 16мра манометр 1шт дсп-160-м1 предел изм 80 перепад 100кра рраб 16мра манометр 2шт дт-100 датчик давления повышенной точности 7шт дт-40 40…4000кгс/см2 датчик реле давления, реле тяги 28шт дт-50 манометр дифференциальный 11шт ид-0,8 датчик давления индукционный 28шт ид-1,5 датчик давления индукционный 31шт ид1-0,3 мпа индикатор давления 18шт ид1-0,6 мпа индикатор давления 125шт ид-100...
Иванов Сергей · Вертекс · 19 июня · Россия · Удмуртская Респ
Вертекс, ООО

ПРОДАМ: Реле (датчики) давления и потока серии MPM и MFM

Предлагаем Вам ознакомиться с информацией по датчикам давления и потока. Модельный ряд: • MPM583 • MPM582 • MPM5581 • MFM500 MPM583 Интеллектуальный, дисплейный контроллер давления, который включает в себя: • измерение давления, • индикацию, • контроль. Принцип работы датчика основан полностью на электронике. Состоит датчик это пьезорезистивного чувствительного элемента с выходным сигналом, который с помощью АЦП преобразуется в цифровой. Обработанный сигнал управляет двумя реле, затем измеряет и проверяет давление. Области применения: • Металлургия • Энергетика • Нефтяная промышленность • Химическая промышленность • Машиностроение • Коммунальное хозяйство Особенности: • Диапазон давления: -0.1…0~0.01…100МПа • Точность: ±0,5% • Выходной сигнал: 2 реле (одна или две уставки) нормально закрытый или нормально открытый контакт • Сенсор: кремниевый пьезорезистивный MPM582 обеспечивает электрический сигнал, связанный с реле давления по 2-х проводной токовой петле. Датчик может управлять реле, создавать сигнал переключения по электрической цепи. Области применения: • Металлургия • Энергетика • Нефтяная промышленность • Химическая промышленность Особенности • Диапазон давления: -0.1…0~0.01…10МПа • Точность: ±1% • Выходной сигнал: реле NPN или PNP • Сенсор: кремниевый пьезорезистивный MPM5581 интеллектуальное реле давления, сочетающее измерение, отображение и функцию контроля в одном устройстве. В датчике используется блок управления на базе промышленного процессора ARM вместе с высококачественным сенсором давления. Удобная настройка, высокая скорость отклика, хорошая электромагнитная совместимость, высокая точность измерения. Датчик применяется в различных отраслях промышленности, где необходимо осуществлять контроль давления: • насосные системы, • гидравлическое оборудование, • пневматическое оборудование. Области применения: Металлургия Энергетика Нефтяная промышленность Пищевая промышленность Химическая...
Смолич Елена · НПК Электроэнергетика · 18 июня · Россия · Московская обл
Реле (датчики) давления и потока серии MPM и MFM

ПРОДАМ: Датчики давления серии MPM — новинка

Модельный ряд: • MPM489 • MPM486 • MPM480 • MPM430 • MPM388 • MPM380 MPM489 — пьезорезистивный датчик давления, с возможностью подстройки нуля и диапазона измерения. В изготовлении датчика используется высокостабильный и надёжный сенсор давления. Области применения: • Металлургия • Энергетика • Нефтяная промышленность • Химическая промышленность • Машиностроение • Коммунальное хозяйство Особенности: • Диапазон давления: -0,1…0~0,01…100 МПа • Точность: ±0,5% • Выходной сигнал: 4~20мА; 0/1~5В • Сенсор: кремниевый пьезорезистивный MPM486 — интеллектуальный датчик давления с высокой точностью, стабильностью и цифровым индикаторным устройством. Пользователь может осуществлять настройку датчика с помощью HART коммуникатора, либо с помощью кнопочного интерфейса на месте установки датчика. Также HART протокол позволяет получать данные, диагностировать и настраивать датчик удалённо. Области применения: • Металлургия • Энергетика • Нефтяная промышленность • Химическая промышленность • Машиностроение Особенности: • Диапазон давления: -0,1…0~0,01…100 МПа • Точность: 0,1%; 0,25%; 0,5% • Выходной сигнал: 4~20мА + HART • Сенсор: кремниевый пьезорезистивный MPM480 — датчик давления состоит из пьезорезистивного чувствительного элемента, изолированного от измеряемой среды стальной мембраной. Данный сенсор проходит автоматическое тестирование, лазерную подстройку нуля в широком температурном диапазоне. Усилительная схема, расположенная в корпусе из нержавеющей стали, преобразует сигнал от сенсора в стандартный выходной сигнал. Благодаря строгому контролю при изготовлении комплектующих частей, начиная с обработки и заканчивая готовым изделием, датчик давления имеет высокую стабильность и надёжность. Области применения: • Металлургия • Энергетика • Нефтяная промышленность • Химическая промышленность • Машиностроение • Коммунальное хозяйство Особенности: • Диапазон давления: -0,1…0~0,01…100 МПа • Точность: 0,25%; 0,5% • Выходной сигнал: 4~20 мА; 0~10/20 мА; 0/1~5/10 В • Сенсор:...
Смолич Елена · НПК Электроэнергетика · 18 июня · Россия · Московская обл
Датчики давления серии MPM — новинка

ПРОДАМ: Емкостные датчики (н/м)

Емкостным датчиком называют преобразователь параметрического типа, в котором изменение измеряемой величины преобразуется в изменение емкостного сопротивления. Специальная схема преобразует изменение ёмкости в пороговый сигнал датчика. Активная поверхность емкостного бесконтактного датчика образована двумя металлическими электродами, которые можно представить как обкладки "развернутого" конденсатора. Электроды включены в цепь обратной связи высокочастотного автогенератора, настроенного таким образом, что при отсутствии объекта вблизи активной поверхности он не генерирует. При приближении к активной поверхности емкостного бесконтактного датчика объект попадает в электрическое поле и изменяет емкость обратной связи. Генератор начинает вырабатывать колебания, амплитуда которых возрастает по мере приближения объекта. Амплитуда оценивается последующей схемой обработки, формирующей выходной сигнал. Дальность на прямую зависит от поперечной площади перед электродами датчика. Чем больше площадь тем дальше срабатывает датчик. • Минимальная рабочая зона - 0 мм • Широкий диапазон питающего напряжения—DC10...30В • Не требует точной фокусировки • Отсутствие механического износа • Обнаружение неметаллических объектов • Защита от переполюсовки питающего напряжения • Применения с жидкостями, сыпучими материалами, вязкими веществами, при конденсате, запыленности • Защита выхода от индуктивных выбросов (при работе на индуктивную нагрузку) За дополнительной информацией к нашим специалистам!
Емкостные датчики (н/м)

ПРОДАМ: Емкостные датчики (бесконтактные выключатели) серии СМ35, СМ30, СМ18, СМ12

Емкостной датчик является преобразователем параметрического типа, где определенное изменение емкостного сопротивления преобразуется из изменения измеряемой величины. Возможная область применения датчиков очень разнообразна. Их используют в системах по регулированию и управлению производственными процессами практически во всех производственных отраслях промышленности. Емкостной датчик применяется для выполнения контроля за заполнением резервуара зернистым, порошкообразным или жидким веществом, в качестве конечных выключателей на станках, обрабатывающих центрах, роботах, конвейерах, автоматизированных линиях и пр. Бесконтактный емкостной датчик применяется для определения контроля положения объекта. Он замыкает или размыкает цепь при появлении в области срабатывания объекта. Датчики серии СМ, отличающиеся низкой ценой, используют для обнаружения различных предметов из масла, стекла, пластмассы, металла и других материалов на расстоянии до двадцати пяти миллиметров. Сегодня широкое распространение приобрели датчики присутствия (приближения), имеющие кроме своей надежности, много преимуществ. Их сравнительно низкая цена делает датчики приближения незаменимыми практически на всех производствах в промышленности. Ёмкостные датчики серии СМ35 -Повышенное расстояние срабатывания -Четко очерченная зона срабатывания -Высокая помехозащищенность -Высокая частота переключения -Пылезащищенность, виброустойчивость, водо- и маслозащищенность -Защита от неправильной полярности и КЗ -Долгий срок службы CM35-3025NA, CM35-3025NB, CM35-3025NC, CM35-3025PA, CM35-3025PB, CM35-3025PC, CM35-2025A, CM35-2025B Ёмкостные датчики серии СМ30: CM30-3010NA, CM30-3010NB, CM30-3010NC, CM30-3010PA, CM30-3010PB, CM30-3010PC, CM30 -2010A, CM30-2010B, CM30-3015NA, CM30-3015NB, CM30-3015NC, CM30-3015PA ,CM30-3015PB, CM30-3015PC, CM30-2015A, CM30-2015B Ёмкостные датчики серии СМ18: CM18-3005NA, CM18-3005NB, CM18-3005NC, CM18-3005PA, CM18-3005PB ,CM18-3005PC, CM18 -2005A, CM18-2005B, CM18-3008NA,...
Смолич Елена · НПК Электроэнергетика · 18 июня · Россия · Московская обл
Емкостные датчики (бесконтактные выключатели) серии СМ35, СМ30, СМ18, СМ12
ООО «Копос Электро» — представительство чешской корпорации KOPOS KOLIN а.s. в Российской Федерации. Основным видом производства компании является электромонтажные изделия для кабельных систем. Количество изделий в серийных линейках продукции бренда KOPOS превышает 8 тысяч наименований.