Как определить диапазон рабочих температур индуктивного преобразователя давления

Индуктивный преобразователь давления работает за счёт воздействия давления на чувствительную мембрану, которое изменяет взаимное положение магнитного сердечника, катушки или индуктивного элемента, после чего механическое перемещение преобразуется в обрабатываемый электрический сигнал. Его температурный диапазон не является единым фиксированным значением, а определяется чувствительным элементом, разделительной конструкцией, заполняющей жидкостью, уплотнительными материалами, электронной схемой и местом установки.

На промышленном объекте температура среды, температура окружающей среды и температура корпуса преобразователя часто не совпадают. Например, температура среды в паропроводе может достигать 180℃, однако после охлаждения в импульсной трубке температура вблизи мембраны преобразователя может снизиться до уровня ниже 80℃. Если при выборе учитывать только максимальную температуру среды, это может привести к необоснованно завышенным характеристикам или неточному выбору.

Термостойкость напрямую влияет на дрейф нуля, стабильность чувствительности, надёжность герметизации и срок службы. Для таких условий, как химические реакторы, высокотемпературное термомасло, котельный пар и оборудование горячего прессования, температурные условия необходимо одновременно подтверждать с диапазоном давления, коррозионностью среды и способом монтажа; нельзя оформлять заказ, основываясь только на параметрах давления при нормальной температуре.

I. Основные конструктивные факторы, влияющие на температурный диапазон

Измерительная часть индуктивного преобразователя давления обычно состоит из мембраны из нержавеющей стали, камеры передачи давления, чувствительного узла и уплотнений. Электронная часть стандартных изделий на базе диффузионного кремния или индуктивных изделий обычно рассчитана на условия от -20℃ до 80℃. В высокотемпературных моделях воздействие тепла на печатную плату и электронные компоненты снижается посредством выносной электроники, охлаждающей шейки или капиллярной изоляции.

Материал смачиваемых частей определяет долговременную пригодность изделия при контакте с высокотемпературной средой. Нержавеющая сталь 316L обычно применяется для воды, воздуха, нефтепродуктов и обычных химических сред; сплав Хастеллой может использоваться в некоторых сильноагрессивных условиях; керамическая мембрана обладает хорошей коррозионной стойкостью, однако всё равно требует комплексной оценки с учётом термического удара, абразивного износа частиц и монтажных напряжений.

Уплотнительные кольца и заполняющая жидкость часто являются наиболее уязвимыми звеньями, ограничивающими термостойкость. Способность обычного нитрильного каучука к непрерывной работе при высокой температуре обычно ниже, чем у фторкаучука, тогда как уплотнения из PTFE пригодны для более широкого спектра химических сред. При использовании мембранного фланца или системы удалённого мембранного уплотнения допустимая температура силиконового масла, глицерина и специальной высокотемпературной заполняющей жидкости также должна соответствовать температуре среды.

II. Не следует смешивать температуру среды, температуру окружающей среды и рабочую температуру

Указанная в каталоге изделия «температура среды» означает температуру, допустимую для частей, контактирующих со средой; «температура окружающей среды» означает температуру пространства, где находятся корпус преобразователя и электронный модуль; «температура хранения» относится к условиям хранения в состоянии без подачи питания. Границы применения этих трёх параметров различаются, поэтому в технической документации проекта их следует указывать отдельно, не заменяя одним из них все температурные требования.

На примере двухпроводного изделия 4-20mA: повышение температуры окружающей среды увеличивает температурный дрейф электронных компонентов. Если на объекте температура длительное время превышает 70℃, даже при температуре самой среды всего 60℃ могут возникать смещение нуля, колебания выходного сигнала или увеличение погрешности индикации. Особое внимание к тепловой нагрузке окружающей среды требуется в высокотемпературных шкафах, вблизи печей и в зонах наружного воздействия солнечных лучей.

Скорость изменения температуры также заслуживает внимания. При быстром нагреве оборудования с 20℃ до 150℃ мембрана, корпус и внутренние компоненты расширяются с разной скоростью, что может вызвать кратковременные напряжения и переходные погрешности. Для процессов с периодическим нагревом, продувкой паром, попеременной мойкой горячей и холодной средой рекомендуется выбирать модели с термостабильной конструкцией и предусматривать температурный запас от 10% до 20%.

Типичные ошибки при высокотемпературных условиях

Первая ошибка заключается в предположении, что удлинённая монтажная резьба способна решить проблему высокой температуры. Фактический эффект теплоотвода зависит от длины и диаметра патрубка, материала, скорости воздушного потока и состояния движения среды; теплопроводность металла на коротком расстоянии всё равно может быстро передать тепло к корпусу. Для непрерывных условий свыше 150℃ в первую очередь следует проверить необходимость конденсационного изгиба, охладителя или удалённой мембраны.

Вторая ошибка — учитывать только максимальную температуру и игнорировать продолжительность работы. Кратковременное воздействие 160℃ и непрерывная работа при 160℃ в течение всего года совершенно по-разному влияют на старение уплотнений, заполняющей жидкости и электроники. В техническом соглашении на закупку необходимо чётко указывать максимальную температуру, нормальную рабочую температуру, длительность пикового воздействия и годовое время работы, чтобы не заменять длительные рабочие условия мгновенными параметрами.

Третья ошибка — рассматривать термостойкость и стойкость к давлению независимо друг от друга. При повышении температуры механическая прочность некоторых материалов снижается, а импульсы высокого давления дополнительно ускоряют усталость мембраны. Если нормальное давление системы составляет 10MPa, случайный удар достигает 15MPa, а температура среды одновременно составляет 130℃, необходимо проверять диапазон измерения, перегрузочную способность и коэффициент конструктивной безопасности с учётом сочетания температуры и давления.

III. Рекомендации по выбору термостойкого исполнения для различных условий эксплуатации

В системах обычного водоснабжения, воздушных компрессорах, гидравлических станциях и вентиляторах температура среды обычно ниже 80℃, поэтому достаточно использовать цельный индуктивный преобразователь давления. При установке следует избегать участков с наиболее сильной вибрацией корпуса насоса, не закреплять преобразователь непосредственно на поверхности источника тепла и обеспечить направление кабельного ввода вниз или в сторону вниз, чтобы уменьшить попадание конденсата в клеммную полость.

Для горячей воды, термомасла или сушильного оборудования с температурой от 100℃ до 150℃ рекомендуется применять изделия с теплоотводящей конструкцией и располагать преобразователь там, где обеспечена циркуляция воздуха. При установке во внутренней полости закрытого оборудования необходимо дополнительно учитывать накопление тепла в полости. В качестве выходного сигнала можно выбрать 4-20mA для адаптации к передаче на большие расстояния и сложной электромагнитной среде.

Для пара, высокотемпературных расплавов, битума, смол или сред, склонных к кристаллизации, решение с мембранным уплотнением обычно является более надёжным. Такие среды не только имеют повышенную температуру, но и могут засорять отверстия отбора давления или оседать на обычных штуцерах давления. Такие конструкции, как плоская мембрана, фланцевая мембрана и капиллярная удалённая передача, позволяют снизить риск засорения и удалить чувствительные электронные компоненты от зон высокой температуры.

IV. Практическое влияние монтажа и обслуживания на стабильность

При измерении высокотемпературных газов или пара преобразователь обычно следует устанавливать ниже точки отбора давления и использовать импульсную трубку для образования столба конденсата, чтобы высокотемпературная среда не воздействовала непосредственно на чувствительную мембрану. В импульсной трубке не должно быть скоплений газа, засоров и ненужных резких изгибов; её длину и направление прокладки следует проектировать в соответствии со свойствами среды на объекте, а не механически применять фиксированные размеры.

Регулярная калибровка позволяет своевременно выявлять проблемы температурного дрейфа. Для обычных стабильных условий проверку или сопоставление можно проводить каждые 6 месяцев до 12 месяцев; для высокотемпературных, высоконапорных, сильно вибрационных условий и непрерывной эксплуатации рекомендуется сократить периодичность инспекций. Проверка должна включать выход нуля, выход полной шкалы, состояние изоляции, клеммы подключения, уплотнительные поверхности и чистоту каналов отбора давления.

Компания Xi'an Shenghongchuang Instruments & Meters Co., Ltd. может предоставить рекомендации по подбору конструкции индуктивного преобразователя давления на основе наименования среды, максимальной и обычной температуры, диапазона давления, резьбы соединения, выходного сигнала, монтажного пространства и требований к защите. Перед закупкой для проекта необходимо предоставить полные параметры условий эксплуатации, чтобы технические специалисты подтвердили решение по термостойкости, материал смачиваемых частей и форму монтажа, обеспечив длительную стабильную эксплуатацию оборудования.