摘 要:電容薄膜式絕對壓力變送器從70年代末發展至今,以其優良的性能,逐漸成為低真空測量的主要儀表。隨著工藝、技術的不斷發展,在原有產品的基礎上進一步開發出帶恒溫系統產品,使儀表的性能更趨完善。為了滿足用戶將真空儀表用于易燃、易爆場合的特殊需要,研制成功防爆型真空儀表,達到國家《GB3836—1983》防爆標準。
關鍵詞:薄膜壓力變送器
中圖分類號:TB771;TN107 文獻標識碼:A 文章編號:1002-0322(2001)04-0008-03
電容薄膜式絕對壓力變送器(以下簡稱薄膜規)自80年代初誕生至今已有20年的歷史,由于它的高穩定性、高精度、耐腐性、耐污染、耐粉塵、可在許多惡劣場合工作及使用壽命長等優點,近年來它的發展迅速,在許多行業取代了傳統的真空計,市場覆蓋面越來越大。以美國為例:美國M.K.S公司是全球生產薄膜規的主要生產廠家,至目前為止,它的年銷售額已達上億美金,涉及民用工業的各個領域,并在航天工業,核工業等軍事工業中發揮著獨特的作用。
我們從80年代初開始研究薄膜規的生產技術,1993年正式投入生產,產品從原來的單一型發展至今,共四大系列,30多個品種,形成了相當的生產規模。以下介紹一下普通薄膜規(100系列)的基本原理、帶恒溫裝置的高精度薄膜規(200系列)和防爆型薄膜規(300系列)。
1 基本原理
薄膜規由兩個基本部分組成,一部分是膜片傳感器部分,另一部分為電子線路部分。傳感器部分由兩片膜片(固定極片與動極片)組成一個電容(見圖1),串接在振蕩器的選頻網絡內。當被測壓力傳到傳感器一側,壓力的大小決定了兩片膜片間的距離,由電容公式C=KξS/d可以看出,傳感器的電容量與兩片膜片間的距離倒數1/d成正比,當d變化時,C也隨之變化。從振蕩器的振蕩頻率公式f=K/RC中顯然可以得出這樣的結論:C的變化將引起f的變化,且f∝1/C。
因為 Δf∝Δ1/C 又 ΔC∝Δ1/d 所以 Δf∝Δd
振蕩器的輸出被藕合到f/v轉換器,將頻率轉換成電壓信號,經放大后輸出一個0～10V的直流電壓信號,該電壓信號也正比于Δd,也就是說輸出信號與被測壓力成線性關系,見圖2。
由于薄膜規的輸出信號與被測壓力之間是完全的線性關系,輸入—輸出對應關系從圖2可以看出,不論用戶選擇電壓或電流型,輸出電信號均與輸入被測壓力成正比關系,這樣用戶就可以將薄膜規的輸出信號直接與PIC或計算機連接,無須再作非線性校正,為自動控制提供了必備的基礎,節省了人力和物力。
主要技術指標
測量范圍:
CPCA-110Z 0.2 Pa～0.2 kPa
CPCA-120Z 1 Pa～1 kPa
CPCA-130Z 10 Pa～10 kPa
CPCA-140Z 100 Pa～100 kPa
精度等級:0.5級。
輸出信號:0～10 VDC 4～20 mADC
響應時間:<20 ms
工作條件:環境溫度0～+50℃,
相對濕度:≤80%。
外型尺寸: 76×120 mm
重量:0.7 kg
2 200系列產品介紹
經過對薄膜規的研究分析發現,溫度變化對一次傳感器的影響是儀表產生誤差和漂移的主要因素,要做出更高精度,更高穩定性的薄膜規,必須在這方面有所突破。為此,開展了200系列產品的研制。該系列產品帶有恒溫控制系統,使一次傳感器始終處于一個溫度恒定的容室內,排除了外界溫度變化給一次傳感器帶來的影響。
恒溫控制系統包括:薄片加溫器(固定在一次傳感器上)、微型測溫元件、溫度控制電路板及保溫系統等。見圖3。
在溫度控制電路中設置一個恒定溫度T(=50℃),將測溫元件所測到的溫度t與之比較:當t
研究該產品的關鍵是選擇適合的加溫元件,為了盡量減小體積,必須使加溫元件薄型化,測溫元件微型化,經過遴選,最后我們采用了薄片加溫器,它的厚度為0.1 mm,可以直接粘貼在傳感器的表面,測量元件僅為米粒大小,控溫電路采用了專用的溫控集成電路使整個電路緊湊可靠,達到了設計要求。一次傳感器作恒溫處理以后,大大提高了儀表的穩定性,經實測,儀表長期零位漂移達0.15% /3個月,精度為0.25%,溫度系數下降為0.02%/℃。其它參數與100系列相同。
3 300系列產品介紹
在國內,傳統的真空儀表由于自身的特點,如:規管為玻璃材質,或傳送信號為非變送器信號等因素,無法達到國家防爆電氣、儀表的標準,所以長期以來,沒有防爆型的真空儀表問世。
而隨著工業生產的發展,在化工、石油、電器等行業都對真空儀表提出了防爆要求。我們在研究了市場需求的同時,也研究了我們生產的產品,認為:薄膜規本身具備防爆型產品的潛質,它具有全金屬密封焊接結構和標準的變送器信號傳送。因此我們對薄膜規作了改型設計,使其符合《爆炸性環境用防爆電氣設備通用要求》(GB3836.1—83)和《爆炸性環境用電氣設備隔爆型電氣設備“d”》(GB3836.2—83),其結構如圖4所示。
研制300系列,主要解決了隔爆面的設計和加工,它是在薄膜規的基礎上,在外殼,導線出口處和接口連接等處作了隔爆處理,采用高精度螺紋嚙合面,并配以各種形狀的密封圈。它的外殼能承受內部爆炸性氣體混合物的爆炸壓力,并阻止內部的爆炸向外殼周圍爆炸性混合物傳播,滿足了用戶在易燃易爆場合安全使用真空儀表的需求。
產品經國家儀器儀表防爆安全監督檢驗站測試,取得防爆合格證,證號GYB00443,防爆標志ExdⅡBT4。
我們將不斷開拓,研究新的產品,以滿足生產、科研發展的需要。