I. Úvod
V oblasti riadenia priemyselných procesov je meranie tlaku/diferenčného tlaku základným prvkom pre zaistenie bezpečnosti výroby a prevádzkovej stability. Tradičné kovové kapacitné alebo piezorezistívne kremíkové snímače sú náchylné na únavu membrány, nulový posun a dokonca aj na poškodenie konštrukcie v extrémnych prevádzkových podmienkach, čo sťažuje splnenie požiadaviek zložitých scenárov zahŕňajúcich vysoké preťaženie a silný náraz. Využitie konštrukcie ochrany proti preťaženiu a vynikajúcej mechanickej stability, monosilikónSenzory tlakusa stali preferovaným riešením merania v odvetviach, ako je petrochémia, elektrická energia a metalurgia. Tento článok bude systematicky rozpracovávať technické výhody a aplikačnú hodnotu monosilikónových snímačov vysokého preťaženia, pričom kombinuje štrukturálne princípy s praktickými priemyselnými scenármi.
II. Konštrukčné princípy monosilikónových snímačov vysokého preťaženia
2.1 Základná štruktúra a mechanizmus ochrany proti preťaženiu
Vysoké preťaženie monosilikónomSenzory tlakuprijať viac{0}}vrstvovú ochrannú štruktúru pozostávajúcu z dvojitých izolačných membrán, centrálnej membrány a olejového-prevodu tlaku. Základný princíp je znázornený na obrázku:
- Cesta prenosu tlaku:Stredný tlak na strane vysokého-tlaku/strany nízkeho tlaku{1}}pôsobí na izolačnú membránu. Tlak sa rovnomerne prenáša na vlnitú stredovú membránu cez vnútorne naplnený silikónový olej a potom sa vedie cez olejovú dráhu k hornému monosilikónovému čipu. Nakoniec čip premení tlakový rozdiel na výstup elektrického signálu.
Ochranný mechanizmus proti vysokému preťaženiu:
- Limitná ochrana:Stredová membrána je vyrobená zo špeciálneho materiálu. Pri nadmernom tlaku (napr. pri pretlaku, náraze vodného kladiva) sa môže deformovať, čím sa zabráni prenosu tlaku na čip, čím dôjde k jeho ochrane.
- Izolačné ukladanie do vyrovnávacej pamäte:Dve izolačné membrány slúžia ako prvá línia obrany. V spojení so stredovou membránou dokážu odolať okamžitým nárazom vysokého-tlaku. Keď sa izolačná membrána dotkne substrátu a stredová membrána sa súčasne deformuje, zabráni ďalšiemu prenosu tlaku na čip. Izolačné membrány tiež izolujú médium od snímacieho prvku jadra.
- Vyrovnanie tlaku{0}}plného oleja:Silikónový olej pôsobí ako médium na prenos tlaku, rovnomerne rozdeľuje tlak, zabraňuje lokálnej koncentrácii napätia a ďalej zvyšuje odolnosť proti nárazu.
2.2 Mechanické výhody monosilikónového materiálu
Monosilikónový materiál ponúka extrémne nízku hysterézu, ultra{0}}vysoký limit pružnosti a dlhodobú{1}}stabilitu:
- Stabilný modul pružnosti s prakticky žiadnym posunom mechanického výkonu v širokom rozsahu teplôt od -40 stupňov do 125 stupňov.
- Medza klzu výrazne vyššia ako tradičné kovové materiály, schopné vydržať tlaky pri preťažení niekoľkonásobne väčšie ako merací rozsah bez plastickej deformácie.
- Jednotná kryštálová štruktúra zaisťuje linearitu a opakovateľnosť konverzie tlaku-na{1}}elektrický signál.
