I. Uvod
Na področju krmiljenja industrijskih procesov je merjenje tlaka/diferenčnega tlaka ključni element za zagotavljanje varnosti proizvodnje in stabilnosti delovanja. Tradicionalni kovinski kapacitivnostni ali piezorezistivni silikonski senzorji so nagnjeni k utrujenosti membrane, drsanju ničle in celo strukturni poškodbi v ekstremnih delovnih pogojih, zaradi česar je težko izpolniti zahteve zapletenih scenarijev, ki vključujejo visoko preobremenitev in močne udarce. Izkoriščanje visoke zaščite pred preobremenitvijo in odlične mehanske stabilnosti, monosilicijSenzorji tlakaso postale prednostna merilna rešitev v panogah, kot so petrokemična, elektroenergetika in metalurgija. Ta članek bo sistematično razložil tehnične prednosti in uporabno vrednost monosilikonskih senzorjev z visoko preobremenitvijo, pri čemer bo združeval strukturna načela s praktičnimi industrijskimi scenariji.
II. Strukturni principi monosilikonskih senzorjev visoke preobremenitve
2.1 Osnovna struktura in zaščitni mehanizem pred preobremenitvijo
Visoka preobremenitev monosilicijaSenzorji tlakasprejme več{0}}plastno zaščitno strukturo, ki jo sestavljajo dvojne izolacijske membrane, sredinska membrana in-oljni prenos tlaka. Osnovno načelo je prikazano na sliki:
- Pot prenosa tlaka:Srednji tlak na strani visokega{0}}tlaka/strani nizkega{1}}tlaka deluje na izolacijsko membrano. Tlak se preko notranje napolnjenega silikonskega olja enakomerno prenaša na valovito osrednjo membrano, nato pa se vodi skozi oljno pot do zgornjega monosilikonskega čipa. Končno čip pretvori razliko v tlaku v izhod električnega signala.
Mehanizem za zaščito pred visoko preobremenitvijo:
- Mejna zaščita:Sredinska diafragma je izdelana iz posebnega materiala. Pod tlakom preobremenitve (npr. nadtlak, vodni udar) se lahko deformira, kar prepreči prenos pritiska na čip in ga tako zaščiti.
- Medpomnilnik izolacije:Dve izolacijski diafragmi služita kot prva obrambna linija. V povezavi s sredinsko membrano lahko prenesejo takojšnje visoke{1}}tlačne udarce. Ko se izolacijska diafragma dotakne podlage in se sredinska membrana hkrati deformira, prepreči nadaljnji prenos pritiska na čip. Izolacijske diafragme prav tako izolirajo medij od jedrnega senzorskega elementa.
- Izenačevanje-tlaka z oljem:Silikonsko olje deluje kot medij za prenos tlaka, enakomerno porazdeli pritisk, prepreči lokalno koncentracijo napetosti in dodatno poveča odpornost na udarce.
2.2 Mehanske prednosti monosilikonskega materiala
Monosilikonski material ponuja izjemno nizko histerezo, ultra-visoko mejo elastičnosti in dolgoročno-stabilnost:
- Stabilen modul elastičnosti, s skoraj nobenim mehanskim premikanjem zmogljivosti v širokem temperaturnem območju od -40 stopinj do 125 stopinj.
- Meja tečenja bistveno višja od tradicionalnih kovinskih materialov, zmožna prenesti preobremenitvene pritiske, ki so večkratni od merilnega območja brez plastične deformacije.
- Enotna kristalna struktura zagotavlja linearnost in ponovljivost pretvorbe tlaka-v-električni signal.
