Датчик давления представляет собой электронное оборудование, преобразующее одну форму энергии в другую. В случае Dynisco, рабочая жидкость создает силу давления на тонкую мембрану, расположенную на наконечнике датчика. Такое давление регистрируется небольшим чувствительным устройством, которое называется тензометр. Такое тензометрическое измерение затем преобразует напряжение сжатия в милливольтовый сигнал низкого уровня, который может быть дополнительно преобразован в другой тип сигнала.
Датчики давления, заправка ртути
Dynisco
03.01.2018
Датчик давления представляет собой электронное оборудование, преобразующее одну форму энергии в другую. В нашем случае давление создается рабочей жидкостью, т.е. полимером, воздействующим своей силой давления на тонкую мембрану, расположенную на наконечнике датчика. Такое давление регистрируется небольшим чувствительным устройством, которое называется тензометр. Тензометрическое измерение затем преобразует напряжение сжатия в милливольтовый сигнал низкого уровня, который может быть дополнительно изменен и преобразован в другой тип сигнала.
При конструировании и разработке наших датчиков давления наилучшим решением является размещение тензометра как можно ближе к жидкости технологического процесса. Однако высокая температура расплава полимера при экструзии воздействует на этот тонкий механизм и влияет на его измерительные способности, что ухудшает его производительность. С целью обеспечения возможности максимального использования тензометра без компромиссов, чувствительный элемент размещается на большем расстоянии и изолируется от высоких температур. Тогда самой большой проблемой становится передача давления технологического процесса на тензометр без потери непрерывности давления. Это достигается за счет использования специфической жидкости, которая наилучшим образом воспроизводит давление технологического процесса на значительных расстояниях. Жидкость должна иметь определенные физические свойства, чтобы ее можно было использовать для этой задачи.
Данный узел состоит из мембраны, находящейся в контакте с высокой температурой обрабатываемого материала и соединенной с «каналом/трубкой», передающей давление с помощью жидкости на верхнюю чувствительную мембрану, оснащенную тензометрическим датчиком. Заполнение датчика может иметь преимущества и недостатки, но необходимо учитывать характеристику данной задачи и выбрать для него подходящее заполнение. При выборе наполнителя необходимо принимать во внимание три аспекта:
Коррелирует ли сжимаемость наполнителя с максимальным диапазоном давления для данной задачи
Коррелирует ли коэффициент теплового расширения со сдвигом нулевого давления под воздействием изменения температуры
Коррелирует ли диапазон рабочих температур с максимальной температурой заправляемой среды
Для обычных задач обработки пластмасс, когда полимеры плавятся и формируются, чаще всего используется ртуть (Hg). Плотность ртути чрезвычайно устойчива к сжатию, именно поэтому она широко используется для передачи давления и благодаря своим физическим свойствам может транспортировать давление свыше 30 000 psi. Также ртуть чрезвычайно чувствительна к тепловому расширению, она может сохранять свои физические свойства при температурах ниже точки замерзания и даже выше 350°С. Она устойчива к затвердеванию, кипению или испарению даже при экстремальных температурах, воздействующих на другие жидкие металлы и материалы наполнения. На сегодняшний день не существует другого материала, обеспечивающего такую же производительность, как ртуть.
Большим недостатком ртути является ее токсичность. Из-за ее токсичности, в 90-х годах в США перешли к регулированию и защите окружающей среды, включая ограничениям выбросов. Последующие регламенты в США идругих странах создали программы по контролю ртути во всех областях применения, насколько это возможно. Хотя в настоящее время имеются в наличии альтернативные материалы-наполнители для систем измерения давления, ни один из них не может в достаточной степени заменить ртуть в области измерения давления расплава полимера.
К альтернативным заполнениям относятся:
Dynisco предлагает NaK в качестве альтернативного заполнения датчика. Согласно USFDA, NaK классифицируется как общепризнанный нетоксичный безопасный материал (Generally Regarded As Safe- GRAS), хотя он удовлетворяет высоким диапазонам температур, его нельзя использовать в зонах с защитой от взрыва FM, поскольку при контакте с воздухом он быстро окисляется и может воспламеняться. Сжимаемость NaK находится не на таком уровне, как у ртути, что ограничивает диапазон давлений до 10 000 psi, а также ограничивает размеры датчика, в который можно поместить тензометрический датчик.
По классификации USFDA масло относится к нетоксичным материалам, рассматриваемым как безопасные (GRAS). Однако масло является органическим соединением и разлагается при повышенных температурах, что приводит к ограниченному жизненному циклу и ограничению по предельной температуре. Dynisco предлагает масло как альтернативную среду для наполнения при применении в пищевой и медицинской отрасли.
Другие наполнители использовались лишь отчасти успешно. Например, галинстан (сплав галлия, индия и олова) классифицируется как нетоксичный. Однако, в отличие от ртути, галинстан приклеивается к другим металлам и оказывает на них коррозионное воздействие, например, в виде капиллярных трубок, даже если такие металлы имеют покрытие. Эта проблема дополнительно осложняется при повышенных температурах. Компания Dynisco исследовала галинстан, но не предлагает его в качестве альтернативного наполнителя.
Объем ртути (Hg) в жесткой системе размером 6 дюймов составляет прибл. 0,0016 кубических дюймов. Для конфигураций Flex дополнительный объем составляет 0,00095 кубических дюймов/фут (т.е. общий объем для 6/18 составляет прибл 0,003 куб. дюймов). Ртуть представляет собой лучшую техническую альтернативную для точной, воспроизводимой высокой температуры и широкого спектра применений для измерения давления. Dynisco также поддерживает программу сбора и переработки ртути из возвращенных датчиков.