Таким образом, конечный пользователь должен знать заранее диапазон температур в предполагаемой среде использования прибора. Существует два значения, которые необходимо принять во внимание в данном случае: температуру среды и температуру окружающего воздуха. Оба эти значения важны. Температура среды - это значение, при котором происходит взаимодействие с каналом нагнетания. Однако, температура среды – это значение, которое влияет на электрические подсоединения. Оба значения могут сильно отличаться друг от друга, а также, от каждого из них разные последствия.
Почему температура является важным фактором?
Материалы, используемые для создания пьезорезистивных датчиков давления имеют определенную температурную зависимость (получить более подробную информацию о термических характеристиках пьезорезистивных датчиков давления можно здесь ). Поведение датчика при измерении также меняется с переменой температуры. Как результат, сдвиг нуля и амплитуда, связанные с температурой - возрастут. Выражаясь простым языком, если давление 10 бар достигается при температуре 25 °C, а затем, во второй раз при температуре 100 °C, будут получены различные значения измерений. Для пользователей, изучающих спецификацию, это означает, что великолепные коэффициенты точности на самом деле фактически не приносят никакой пользы, в то время как сама температурная компенсация остается несущественной.
Во избежание серьезных ошибок при осуществлении измерений, механическая работа измерительного прибора также зависит от текущей температуры. Это в основном влияет на компоненты, такие как электрические подсоединения и кабели, используемые для передачи измеренных значений. Всего несколько из стандартных материалов могут выдержать воздействие окружающей температуры, тем более, если температура 100 °C. Кабельные клеммы и сами кабели могут расплавиться или даже возгореться. Кроме того, точность измерения, температура, также влияют на безопасность рабочего процесса.
К счастью, пользователи могут избежать выше описанных рисков, так как датчики давления можно оптимизировать для различных температурных условий – с одной стороны, с помощью температурной компенсации, а с другой стороны – используя дополнительные охлаждающие элементы, а особенно, термо-устойчивые материалы.
Возможность избежать образование температурной погрешности
Производители датчиков давления используют компенсацию влияния температуры. Продукты от STS, например, имеют стандартные настройки для работы при температурах от -0 °C до 70 °C. Чем больше температура отклоняется от выше заданных параметров, тем больше будет погрешность в измерениях. Измерительный прибор, который оптимизирован для работы при диапазоне от 0 °C до 70 °C, но используется при температуре около100 °C, не сможет выдавать точные результаты как было заявлено. В данном случае, необходимо установить датчик, который может компенсировать температуры до 100 ° C.
Существует два вида термокомпенсации:
- Пассивная компенсация: сопротивление, зависящее от температуры, активируется на измерительном мосту Уитстона (мост для измерения сопротивлений постоянному току)
- Активная компенсация (полиномная компенсация): различное давление достигается при возрастающих температурах внутри термошкафа. Затем, полученные данные сравниваются со значениями калибровочных стандартов. Температурные коэффициенты, определенные после проведения выше описанных действий, вводятся во встроенную память датчика давления, итак, температурная погрешность на практике может быть компенсирована активным образом.
Активная компенсация температуры остается самым предпочитаемым методом, потому что она приводит к получению самых точных результатов.
Сама термокомпенсация, с одной стороны, не имеет ограничений. Как было указано ранее, температура влияет не только на точность предоставляемых датчиком давления измерений. Механические компоненты измерительной ячейки подвергаются негативному воздействию температуры 150 °C. При наличии такой температуры, контакты и заземляющие перемычки ослабляются, и происходит повреждение датчика. Если при осуществлении измерений ожидается воздействие особо высоких температур, то будет необходимо использование дополнительных охлаждающих элементов, для правильной работы прибора.
Охлаждающие элементы при наличии высоких температур среды
Для защиты датчика от высоких температур существует четыре варианта в зависимости от сферы применения и температуры.
Вариант A: Температура среды около 150 °C
В данном варианте, охлаждающий элемент встраивается между измерительной ячейкой и расширителем. Это делается для ограждения электроники от среды, таким образом, последняя продолжает работать без повреждений при повышении температуры.
Вариант B: температуры выше 150 °C
При работе в средах с высокими температурами, охлаждающий элемент прикручивается на переднюю часть напорного отверстия (охлаждающие ребра, например, которые можно прикрутить с обеих сторон). Таким образом, напорное отверстие теперь вступает в контакт, но только теперь - с охлажденной средой. Такие охлаждающие элементы не влияют на точность предоставляемых прибором измерений. Если средой является очень горячий пар, тогда следует использовать сифон как охлаждающий элемент.
Вариант C: экстремально высокие температуры (до 250 °C)
При наличии экстремально высокой температуры среды, следует использовать как охлаждающий элемент направленную вперед изоляционную систему, имеющую охлаждающую секцию в своей конструкции. Однако, такая система имеет довольно крупные размеры и может негативно сказаться на точности измерений.
Датчик с изолятором и охлаждающей секцией подходит для температур выше 250 °C
В случае, когда необходимо произвести измерение давления в тепловом шкафу при температуре среды до 150 °C, электронику датчика давления нельзя подвергать воздействию температуры, так как повреждения будут неизбежны. Таким образом, только измерительная ячейка (с напорным отверстием и корпусом из нержавеющей стали) должна быть расположена внутри теплового шкафа, а электроника должна быть подключена дистанционно за пределами шкафа (она также должна находиться в корпусе из нержавеющей стали) с помощью фторированного этилен-пропиленового кабеля, выдерживающего воздействие высоких температур.
Итоги: правильная консультация – ключ к верному выбору оборудования
Точность пьезорезистивных датчиков давления напрямую зависит от температурного воздействия. Температурное воздействие на напорное отверстие может быть компенсировано пассивным или активным образом, таким образом, используемый прибор будет отвечать требованиям касательно получения максимально точных измерений по всему заданному температурному диапазону. Более того, учитывается влияние температуры среды на механические компоненты измерительного прибора. Необходимо проконтролировать использование предварительно вмонтированных охлаждающих элементов и устойчивых к тепловому воздействию материалов. Таким образом, пользователь всегда должен полагаться на инструкции от производителя и убедиться, что доступные датчики давления возможно оптимизировать в соответствии с выдвигаемыми требованиями.
