Czujniki ciśnienia

Czujniki ciśnienia - wypełnione rtęcią

Dynisco

03.01.2018

Czujnik ciśnienia to urządzenie elektroniczne, które przekształca jedną formę energii w drugą. W naszym przypadku wywierane ciśnienie jest tworzone przez płyn roboczy, tj. Polimer, który działa swoją siłę nacisku na cienką membranę, która znajduje się na końcu czujnika. Ciśnienie to jest rejestrowane przez małe urządzenie wykrywające zwane tensometrem. Pomiar tensometryczny następnie przekształca napięcie ciśnienia w sygnał miliwoltowy niskiego poziomu, który można dalej regulować i przekształcać w inne rodzaje sygnału.

Podczas projektowania i konstrukcji naszych czujników ciśnienia najlepszym rozwiązaniem jest umieszczenie tensometru jak najbliżej płynu procesowego. Jednak wysoka temperatura topnienia polimeru podczas wytłaczania działa na ten delikatny mechanizm i wpływa na jego zdolności pomiarowe, co pogarsza jego wydajność. Aby w pełni wykorzystać tensometr bez kompromisów, element czujnika jest umieszczony w większej odległości i odizolowany od wysokich temperatur. Największym wyzwaniem staje się przeniesienie ciśnienia procesowego na tensometr bez utraty integralności ciśnienia. Osiąga się to za pomocą określonego płynu, który najlepiej replikuje ciśnienie procesowe na większe odległości. Płyn musi mieć określone właściwości fizyczne, aby mógł być użyty do tego zastosowania.

Zespół ten składa się z membrany, która styka się z wysoką temperaturą przetwarzanego materiału, która jest podłączona do "kanału/rury", która transportuje ciśnienie za pomocą cieczy do górnej membrany czujnika, która jest wyposażona w czujnik tensometryczny. Wkład czujnika może mieć zalety i wady, ale konieczne jest uwzględnienie charakterystyki aplikacji i wybranie odpowiedniego wypełnienia. Wybierając medium wypełniające, należy wziąć pod uwagę trzy aspekty:

• Czy ściśliwość medium napełniającego koreluje z maksymalnym zakresem ciśnienia dla danego zastosowania
• Czy współczynnik rozszerzalności cieplnej koreluje z przesunięciem ciśnienia zerowego spowodowanym zmianą temperatury
• Czy zakres temperatur roboczych koreluje z maksymalną temperaturą napełnianego medium

Rtęć (Hg) jest najczęściej stosowana do powszechnych zastosowań w przetwórstwie tworzyw sztucznych, w których polimery są topione i formowane. Gęstość rtęci jest niezwykle odporna na ściskanie i dlatego jest szeroko stosowana do przenoszenia ciśnienia, a dzięki swoim właściwościom fizycznym może transportować ciśnienia powyżej 30 000 psi. Rtęć jest również niezwykle wrażliwa na rozszerzalność cieplną, może zachować swoje właściwości fizyczne w temperaturach poniżej zera, a nawet powyżej 350°C. Jest odporny na krzepnięcie, wrzenie lub odparowanie nawet w ekstremalnych temperaturach, które wpływają na inne ciekłe metale i materiały wypełniające. Do tej pory nie ma innego materiału, który zapewniałby taką samą wydajność jak rtęć.

Dużą wadą rtęci jest jej toksyczna klasyfikacja. Ze względu na jego toksyczność USA w latach dziewięćdziesiątych przystąpiły do regulacji i ochrony środowiska, w tym limitów emisji. Kolejne regulacje w USA i innych krajach stworzyły programy kontroli rtęci we wszystkich zastosowaniach w jak największym stopniu. Chociaż obecnie dostępne są alternatywne materiały wypełniające do systemów czujników ciśnienia, żaden z nich nie może w wystarczającym stopniu zastąpić rtęci w obszarze wykrywania ciśnienia topnienia polimerów.

Alternatywne wypełnienia obejmują:

Dynisco oferuje NaK jako alternatywny wkład czujnika. Według USFDA, NaK jest klasyfikowany jako materiał nietoksyczny, ogólnie uważany za bezpieczny (Generally Regarded As Safe- GRAS), mimo że spełnia zakresy wysokich temperatur, nie może być stosowany w obszarach z ochroną przeciwwybuchową FM, ponieważ szybko utlenia się w kontakcie z powietrzem i może się zapalić. Kompresja NaK nie jest na tym samym poziomie co rtęci, co ogranicza zakres ciśnienia do 10 000 psi, a także ogranicza wymiary czujnika, w którym można umieścić czujnik pomiaru tensometru. 

Olej jest również klasyfikowany jako nietoksyczny i ogólnie uważany za bezpieczny (GRAS) przez USFDA. Jednak jako związek organiczny olej ulega degradacji w wyższych temperaturach, co skutkuje ograniczonymi cyklami życia i ograniczeniami temperaturowymi. Dynisco oferuje olej jako alternatywne wypełnienie do zastosowań spożywczych i medycznych.
Zastosowano inne materiały wypełniające, z ograniczonym powodzeniem. Na przykład galistan (gal, ind i cyna w postaci ciekłego metalu) sklasyfikowany jako nietoksyczny. Jednak w przeciwieństwie do rtęci galistan przylega do innych metali – takich jak rurka kapilarna – i działa na nie korodująco, nawet gdy te metale są powlekane. Problem pogłębia się w wyższych temperaturach. Dynisco zbadało galistan, ale nie oferuje go jako alternatywnego wypełnienia.
 
Objętość Hg w jednostce sztywnej 6” wynosi ~ 0,0016 cali sześciennych. W przypadku konfiguracji Flex dodatkowa objętość wynosi 0,00095 cala sześciennego/stopę (tj. całkowita objętość 6/18 wynosi ~0,003 cala sześciennego). Mercury stanowi najlepszą techniczną alternatywę dla dokładnych, powtarzalnych, wysokotemperaturowych i szerokozakresowych zastosowań czujników ciśnienia. Dynisco wspiera również program regeneracji, recykling rtęci ze zwróconych czujników.