摘 要:电容薄膜式绝对压力变送器从70年代末发展至今,以其优良的性能,逐渐成为低真空测量的主要仪表。随着工艺、技术的不断发展,在原有产品的基础上进一步开发出带恒温系统产品,使仪表的性能更趋完善。为了满足用户将真空仪表用于易燃、易爆场合的特殊需要,研制成功防爆型真空仪表,达到国家《GB3836—1983》防爆标准。
关键词:薄膜压力变送器
中图分类号:TB771;TN107 文献标识码:A 文章编号:1002-0322(2001)04-0008-03
电容薄膜式绝对压力变送器(以下简称薄膜规)自80年代初诞生至今已有20年的历史,由于它的高稳定性、高精度、耐腐性、耐污染、耐粉尘、可在许多恶劣场合工作及使用寿命长等优点,近年来它的发展迅速,在许多行业取代了传统的真空计,市场覆盖面越来越大。以美国为例:美国M.K.S公司是全球生产薄膜规的主要生产厂家,至目前为止,它的年销售额已达上亿美金,涉及民用工业的各个领域,并在航天工业,核工业等军事工业中发挥着独特的作用。
我们从80年代初开始研究薄膜规的生产技术,1993年正式投入生产,产品从原来的单一型发展至今,共四大系列,30多个品种,形成了相当的生产规模。以下介绍一下普通薄膜规(100系列)的基本原理、带恒温装置的高精度薄膜规(200系列)和防爆型薄膜规(300系列)。
1 基本原理
薄膜规由两个基本部分组成,一部分是膜片传感器部分,另一部分为电子线路部分。传感器部分由两片膜片(固定极片与动极片)组成一个电容(见图1),串接在振荡器的选频网络内。当被测压力传到传感器一侧,压力的大小决定了两片膜片间的距离,由电容公式C=KξS/d可以看出,传感器的电容量与两片膜片间的距离倒数1/d成正比,当d变化时,C也随之变化。从振荡器的振荡频率公式f=K/RC中显然可以得出这样的结论:C的变化将引起f的变化,且f∝1/C。
因为 Δf∝Δ1/C 又 ΔC∝Δ1/d 所以 Δf∝Δd
振荡器的输出被藕合到f/v转换器,将频率转换成电压信号,经放大后输出一个0～10V的直流电压信号,该电压信号也正比于Δd,也就是说输出信号与被测压力成线性关系,见图2。
由于薄膜规的输出信号与被测压力之间是完全的线性关系,输入—输出对应关系从图2可以看出,不论用户选择电压或电流型,输出电信号均与输入被测压力成正比关系,这样用户就可以将薄膜规的输出信号直接与PIC或计算机连接,无须再作非线性校正,为自动控制提供了必备的基础,节省了人力和物力。
主要技术指标
测量范围:
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
精度等级:0.5级。
输出信号:0～10 VDC 4～20 mADC
响应时间:<20 ms
工作条件:环境温度0～+50℃,
相对湿度:≤80%。
外型尺寸: 76×120 mm
重量:0.7 kg
2 200系列产品介绍
经过对薄膜规的研究分析发现,温度变化对一次传感器的影响是仪表产生误差和漂移的主要因素,要做出更高精度,更高稳定性的薄膜规,必须在这方面有所突破。为此,开展了200系列产品的研制。该系列产品带有恒温控制系统,使一次传感器始终处于一个温度恒定的容室内,排除了外界温度变化给一次传感器带来的影响。
恒温控制系统包括:薄片加温器(固定在一次传感器上)、微型测温元件、温度控制电路板及保温系统等。见图3。
在温度控制电路中设置一个恒定温度T(=50℃),将测温元件所测到的温度t与之比较:当t
研究该产品的关键是选择适合的加温元件,为了尽量减小体积,必须使加温元件薄型化,测温元件微型化,经过遴选,最后我们采用了薄片加温器,它的厚度为0.1 mm,可以直接粘贴在传感器的表面,测量元件仅为米粒大小,控温电路采用了专用的温控集成电路使整个电路紧凑可靠,达到了设计要求。一次传感器作恒温处理以后,大大提高了仪表的稳定性,经实测,仪表长期零位漂移达0.15% /3个月,精度为0.25%,温度系数下降为0.02%/℃。其它参数与100系列相同。
3 300系列产品介绍
在国内,传统的真空仪表由于自身的特点,如:规管为玻璃材质,或传送信号为非变送器信号等因素,无法达到国家防爆电气、仪表的标准,所以长期以来,没有防爆型的真空仪表问世。
而随着工业生产的发展,在化工、石油、电器等行业都对真空仪表提出了防爆要求。我们在研究了市场需求的同时,也研究了我们生产的产品,认为:薄膜规本身具备防爆型产品的潜质,它具有全金属密封焊接结构和标准的变送器信号传送。因此我们对薄膜规作了改型设计,使其符合《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》(GB3836.1—83)和《爆炸性环境用电气设备隔爆型电气设备“d”》(GB3836.2—83),其结构如图4所示。
研制300系列,主要解决了隔爆面的设计和加工,它是在薄膜规的基础上,在外壳,导线出口处和接口连接等处作了隔爆处理,采用高精度螺纹啮合面,并配以各种形状的密封圈。它的外壳能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力,并阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性混合物传播,满足了用户在易燃易爆场合安全使用真空仪表的需求。
产品经国家仪器仪表防爆安全监督检验站测试,取得防爆合格证,证号GYB00443,防爆标志ExdⅡBT4。
我们将不断开拓,研究新的产品,以满足生产、科研发展的需要。