Пьезоэлектрические датчики динамического давления EL-SCADA RAV
Новое поколение преобразователей динамического давления EL-SCADA RAV предназначены для измерения пульсации давления. Пьезоэлектрические датчики являются незаменимым инструментом для работы в устройствах с высокой рабочей температурой.
Чувствительный элемент выполнен на основе монокристалла фосфата галлия (GaPO4) и выдает линейный сигнал, мало зависящий от температуры, во всем частотном диапазоне.
Линейность характеристики достигается низким уровнем утечки сигнальных зарядов в соединительном кабеле от датчика к усилителю. Коррекция данной характеристики не требуется.
В специально разработанном для этой цели кабеле используются исключительно тугоплавкие материалы на основе никеля (Ni) и палладия (Pd), которые изолированы материалом из отпрессованного керамического порошка.
Путем реализации этих решении обеспечивается надежная работа датчика при температурах до +650°С при длительном воздействии, до +700°С при кратковременном воздействии.
Особенности применения
В турбинах, при неустойчивом горении (проскоками пламени, или вибрационном горении) может произойти серьезная неисправность, этим и обусловлена актуальность контроля за процессом горения в двигателях внутреннего сгорания и турбинных двигателях.
Для контроля процесса горения необходимо управлять распылом топлива для снижения уровня пульсации давления.
Для этой цели берут замеры динамического давления в различных точках турбины. Управляя параметрами турбины такими, как, например, распыл топлива, можно добиться снижения уровня пульсаций давления, что приводит к устойчивости горения.
Применение:
- Пьезоэлектрические датчики давления применяются для контроля пульсации давления и измерения динамического давления при высоких температурах для газовых турбин, авиационных двигателей, двигателей внутреннего сгорания
- Контроль динамического давления в различных зонах камер сгорания.
- Запатентованный чувствительный элемент датчика позволяет получить исключительное качество сигнала во всем диапазоне температур
- Промышленно выращенный монокристалл GaPO4 гарантирует постоянную чувствительность и превосходную производительность при высоких температурах
- Стабильная работа при высокой температуре до +650°С
- Низкий порог отклика (высокая чувствительность)
- Отсутствие пироэлектрического эффекта и утечки сигнала
- Компактные размеры чувствительного элемента (от 4 мм в диаметре)
- Все датчики серии EL-SCADA RAV внесены в реестр СИ
- Взрывозащищенное исполнение
Для модели RAV6 разработан специальный адаптер, который может адаптировать размеры датчика до аналогичного преобразователя серии CP 103 (производства Meggit, который не поставляется в РФ).
Более подробная информация об этом решении представлена во вложении.
Основные технические характеристики
| Модели | RAV 2 | RAV 21 | RAV 22 | RAV 23 | RAV 24 | RAV 25 |
| Размер сенсора (диаметр) | 6 мм | 4,5 мм | 4,4 мм | 4,4 мм | 4,4 мм | 3,5 мм |
| Диапазон динамических измерений | 0…250 бар (0…25 МПа) | 0…250 бар (0…25 МПа) | 0…500 бар (0…50 МПа) | 0…650 бар (0…65 МПа) | 0…250 бар (0…25 МПа) | 0…200 бар (0…20 МПа) |
| Давление перегрузки до | ≥ 300 бар (30 МПа) | ≥ 300 бар (30 МПа) | ≥ 600 бар (60 МПа) | ≥ 1000 бар (100 МПа) | ≥ 300 бар (30 МПа) | ≥ 250 бар (25 МПа) |
| Номинальная чувствительность | 35 пКл/бар | 19 пКл/бар | 10 пКл/бар | 1,5 пКл/бар | 19 пКл/бар | 5,3 пКл/бар |
| Погрешность | ≤ 0,3% | ≤ 0,3% | ≤ 0,5% | ≤ 0,5% | ≤ 0,3% | ≤ 0,5% |
| Рабочая температура (постоянная) | -40°C…+400°C | -40°C…+250°C | -40°C…+400°C | |||
| Чувствительность к осевому ускорению | ≤ 2 мбар/g | ≤ 0,3 мбар/g | ≤ 0,5 мбар/g | ≤ 0,5 мбар/g | 0,3 мбар/g | ‒ |
| Чувствительность к радиальному ускорению | ≤ 0,2 мбар/g | ≤ 0,2 мбар/g | ‒ | ‒ | ≤ 0,15 мбар/g | ‒ |
| Частотный диапазон | 0,5 Гц … 15 кГц | 0,5 Гц … 30 кГц | 2 Гц … 30 кГц | 2 Гц … 80 кГц | 2 Гц … 30 кГц | 2 Гц … 30 кГц |
| Частота резонанса | > 80 кГц | > 160 кГц | > 170 кГц | > 400 кГц | > 160 кГц | > 170 кГц |
| Емкость (номинальная, включительно 1м кабеля) | 8 пФ полюс/земля | 7,5 пФ полюс/земля | 7,5 пФ полюс/земля | 4 пФ полюс/земля | 7,5 пФ полюс/земля | ‒ |
| Материал корпуса | нержавеющая сталь | нержавеющая сталь | нимоник 90 | сплав на основе никеля | нержавеющая сталь | нержавеющая сталь |
| Тип соединения | — | Двух жильный жесткий кабель (o3,2 mm), LEMO разъем | Двух жильный жесткий кабель, LEMO разъем | Двух жильный жесткий кабель, LEMO разъем | Двух жильный жесткий кабель (o3,2 mm), LEMO разъем | Двух жильный жесткий кабель (o3,2 mm), LEMO разъем |
| RAV 51 | RAV 52 | RAV 55 | RAV 6 | RAV 8 | RAV 81 | |
| Размер сенсора (диаметр) | 4,4 мм | 9,5 мм | 9,5 мм | 9,5 мм | 8,5 мм | 8,5 мм |
| Диапазон динамических измерений | 0…50 бар (0…5 МПа) | 0…2000 бар (0…200 МПа) | 0…8000 бар (0…800 МПа) | |||
| Давление перегрузки до | ≥ 100 бар (10 МПа) | ≥ 2200 бар (220 МПа) | ≥ 8800 бар (880 МПа) | |||
| Номинальная чувствительность | 20 пКл/бар | 95 пКл/бар | 97 пКл/бар | 95 пКл/бар | 5,2 пКл/бар | 2,3 пКл/бар |
| Погрешность | ≤ 0,5% | ≤ 1% | ||||
| Рабочая температура (постоянная) | -50°C…+560°C | -70°C…+560°C | -70°C…+560°C | -55°C…+650°C | -50°C…+200°C | -50°C…+200°C |
| Чувствительность к осевому ускорению | ≤ 0,8 мбар/g | ≤ 2 мбар/g | ≤ 0,25 мбар/g | ≤ 0,3 мбар/g | ≤ 0,2 мбар/g | ≤ 0,2 мбар/g |
| Чувствительность к радиальному ускорению | ≤ 0,3 мбар/g | ≤ 0,25 мбар/g | ≤ 0,25 мбар/g | ≤ 0,2 мбар/g | ≤ 0,5 мбар/g | ≤ 0,5 мбар/g |
| Частотный диапазон | 0,5 Гц…25 кГц | 1 Гц…15 кГц | 1 Гц…15 кГц | 1 Гц…10 кГц | 2 Гц…30 кГц | 2 Гц…50 кГц |
| Частота резонанса | > 120 кГц | > 50 кГц | > 50 кГц | > 50 кГц | > 150 кГц | > 250 кГц |
| Емкость (номинальная, включительно 1м кабеля) | 150 пФ полюс/земля | 157 пФ полюс/земля | 157 пФ полюс/земля | 157 пФ полюс/земля | 8 пФ полюс/земля | 8 пФ полюс/земля |
| Материал корпуса | сплав на основе никеля | нимоник 90 | нимоник 90 | нимоник 90 | нержавеющая сталь | нержавеющая сталь |
| Тип соединения | Двух жильный жесткий кабель, LEMO разъем | Двух жильный жесткий кабель (o3,2 mm), LEMO разъем | Двух жильный жесткий кабель (o3,2 mm), LEMO разъем | Двух жильный жесткий кабель (o3,2 mm), LEMO разъем | Двух жильный жесткий кабель (o3,2 mm), LEMO разъем | Двух жильный жесткий кабель (o3,2 mm), LEMO разъем |
Файлы для скачивания
77163-19: Т Датчики давления пьезоэлектрические
Назначение
Датчики давления пьезоэлектрические «Т» (далее — датчики) предназначены для измерений высоких динамических и квазистатических избыточных давлений газов и жидкостей.
Описание
Принцип действия датчика основан на прямом пьезоэффекте. В качестве чувствительного элемента используется пакет из пьезоэлектрических кристаллов, соединенных параллельно. Измеряемое давление воздействует на мембрану датчика, имеющую цельно точеную конструкцию с жестким центром. Усилие, развиваемое мембраной, передается на пакет пьезоэлементов, который генерирует электрический заряд, пропорциональный измеряемому давлению. Электрический заряд с помощью токосъемника подается на малогабаритный соединитель датчика, который соединяется с входом регистрирующей аппаратуры. Установка датчика на объекте измерений осуществляется в монтажное отверстие с резьбой. Датчики могут быть установлены на испытательном объекте непосредственно или с использованием специальных переходников, адаптеров.
Конструктивно датчики выполнены из металла, имеют сварное соединение и неразборную конструкцию, пломбированию от несанкционированного доступа не подлежат. Датчики имеют различные модели, отличающиеся внешним видом, а также значениями некоторых характеристик.
Общий вид моделей датчиков «Т500», «2Т1000Л», «Т2000», «2Т6000», «Т2000Р», «2Т6000Р», «2Т6000К», «2Т6000КБР», «3Т6000», «Т10000», «Т10000БС», «Т10000К БС», «Т10000К2» приведен на рисунках 1 — 9.
Рисунок 9 — Общий вид датчика модели «Т10000К2»
Программное обеспечение
отсутствует.
Технические характеристики
Таблица 1 — Метрологические характеристики
|
Наименование характеристики |
Значение | |||||
|
«Т10000», «Т10000К2», «Т10000БС», «Т10000КБС» |
«3Т6000» |
«2Т6000», «2Т6000Р», «2Т6000К», «2Т6000КБР» |
«Т2000», «Т2000Р» |
«2Т1000Л» |
«Т500» | |
|
Диапазон измерений давления, МПа |
от 50 до 1000 |
от 30 до 600 |
от 30 до 600 |
от 10 до 200 |
от 3 до 100 |
от 1 до 50 |
|
Пределы допускаемой приведенной погрешности измерений давления*, % |
±2,5 | |||||
|
Полярность выходного сигнала | отрицательная | |||||
|
Постоянная времени саморазряда, с, не менее |
40 | |||||
|
Длительность нарастания выходного сигнала, мс, не более |
3 | |||||
|
Чувствительность, пКл/МПа, не менее |
10 |
15 |
17 |
50 |
80 |
100 |
|
Собственная частота, кГц, не менее |
150 |
150 |
180 |
160 |
150 |
120 |
|
Пределы допускаемой дополнительной погрешности от изменения температуры окружающей среды в диапазоне рабочих температур, на каждые 10 °С, в долях от пределов допускаемой основной погрешности |
0,1 | |||||
|
Нормальные условия измерений: — температура окружающей среды, °С — относительная влажность, % — атмосферное давление, кПа |
от +15 до +25 от 30 до 80 от 84 до 106 | |||||
|
* Погрешность измерений давления приведена к верхнему пределу измерений | ||||||
|
Наименование |
Значение | ||||||||||||
|
характеристики |
«2Т1000Л» |
«3Т6000» |
о 0 0 2 Т« |
«2Т6000» |
«Т2000Р» |
«2Т6000Р» |
«2Т6000К» |
«2Т6000КБР» |
0» 0 5 Т« |
|
«Э30000И» |
«Т10000КБС» |
«Т10000К2» |
|
Габаритные размеры, мм, не более: — высота |
37 |
30 |
37 |
37 |
43 |
43 |
25 |
16 |
35 |
38 |
38 |
24 |
25 |
|
— диаметр |
10 |
10 |
10 |
10 |
14 |
14 |
10 |
8 |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
|
Масса, г, не более |
17 |
17 |
17 |
17 |
24 |
24 |
13 |
12 |
20 |
22 |
22 |
20 |
20 |
|
Условия эксплуатации — температура окружающей среды, °С |
от -60 до +120 | ||||||||||||
Знак утверждения типа
наносится на титульный лист формуляра типографским способом.
Комплектность средства измерений
Таблица 3 — Комплектность датчиков
|
Наименование |
Обозначение |
Количество |
|
Датчик давления пьезоэлектрический «Т» |
|
1 шт. |
|
Коробка упаковочная |
АШВ4.180.003 |
1 шт. |
|
Комплект принадлежностей |
— |
1 комплект |
|
Руководство по эксплуатации |
АШВ0 289 015 РЭ |
1 экз. |
|
Формуляр |
АШВ2.832.ХХХ* ФО |
1 экз. |
|
Методика поверки |
651-18-065 МП |
1 экз. |
|
* Номер АШВ соответствует конкретной модели датчика | ||
Поверка
осуществляется по документу 651-18-065 МП «Датчики давления пьезоэлектрические «Т».
Методика поверки», утвержденному ФГУП «ВНИИФТРИ» 28.11.2018 г.
Основные средства поверки:
— установка сверхвысокого давления 60800, регистрационный номер 3.1.ВЛБ.0018.2019;
— аппаратура регистрации давления Нейва 10000, регистрационный номер 68324-17. Допускается применение аналогичных средств поверки, обеспечивающих определение
метрологических характеристик поверяемых датчиков с требуемой точностью.
Знак поверки наносится на свидетельство о поверке.
Сведения о методах измерений
приведены в эксплуатационном документе.
Нормативные документы
АШВ0.289.015 ТУ-ЛУ. Датчики давления пьезоэлектрические «Т». Технические условия
Пьезоэлектрические датчики — Как работают пьезоэлектрические датчики
Что такое пьезоэлектрический датчик? Пьезоэлектрические датчики представляют собой электронные компоненты, способные преобразовывать механический или тепловой входной сигнал в электрический сигнал.
Работает по принципу электромеханической муфты. Пьезоэлектричество — это явление, при котором некоторые материалы производят электрическое напряжение при механическом воздействии и наоборот.
Они используют пьезоэлектрический эффект для измерения электрического потенциала, вызванного приложением механической силы к пьезоэлектрическому материалу. Они основаны на принципе электромеханического преобразования энергии и в первую очередь измеряют силу, а также другие величины, такие как давление, ускорение, температура и деформация, путем преобразования полученных данных в электрический заряд.
Изгибы, прикосновения, вибрации и измерения ударов используют пьезоэлектрические датчики. Они используются в таких секторах, как здравоохранение, аэрокосмическая промышленность, бытовая электроника и ядерное приборостроение. Они важны, поскольку вибрация и удары сокращают срок службы электронных и электромеханических систем, поэтому тонкие выводы и соединительные провода подвержены нагрузкам.
Из-за удара и импульсного удара может произойти периодический отказ в результате отказа системы.
Пьезоэлектрические датчики работают по принципу пьезоэлектрического эффекта. Пьезоэлектрический происходит от греческого слова piezein, что буквально означает сжимать или давить. Как предполагает последний, мы сжимаем кристаллы кварца, чтобы создать электрическое напряжение. Следовательно, пьезоэлектрические датчики работают, прикладывая механическую энергию к кристаллу в следующие этапы:
- Пьезоэлектрический кристалл помещается между двумя металлическими пластинами, которые находятся в идеальном равновесии (даже если они расположены несимметрично) и не проводят электрический ток.
- Металлические пластины воздействуют на материал механической силой или напряжением. Электрические заряды внутри кристалла не сбалансированы. Избыточные отрицательные и положительные заряды появляются на противоположных сторонах грани кристалла.
- Металлическая пластина собирает эти заряды и создает напряжение, которое посылает электрический ток по цепи. Это превращается в пьезоэлектричество.
Важно понимать поведение пьезоэлектрических кристаллов при определении пьезоэлектрического эффекта. Пьезоэлектрические датчики на основе пьезоэлектрического эффекта могут работать от поперечных, продольных или сдвигающих сил, нечувствительны к электрическим полям и электромагнитному излучению. Отклик также очень линейный в широком диапазоне температур, что делает его идеальным датчиком для суровых условий.
Преимущества пьезоэлектрических датчиков
Преимущества этих датчиков огромны и включают:
- Они обеспечивают очень высокочастотные отклики для быстрого обнаружения изменений параметров.
- Высокая переходная характеристика , поскольку они способны обнаруживать микросекундные события, а также давать линейный выходной сигнал.
- Они предлагают высокий выход для измерения электронной схемы.
- Они имеют небольшие размеры и имеют прочную конструкцию, что означает, что с ними легко обращаться.
Заключение
Пьезоэлектрические датчики используются в различных приложениях, от робототехники до измерения промышленного давления. Датчики могут обнаруживать объекты, соприкасающиеся с материалом, а также определять твердость или мягкость материала. Эти датчики изготовлены из таких материалов, как цирконат-титанат свинца (PZT), кварц или ниобат лития, которые реагируют на давление выходным напряжением. Они используются в различных приложениях от робототехники до промышленного измерения давления. Подвергаясь механическому воздействию, они генерируют выходное напряжение. Например, если вы нажмете на пьезоэлектрический датчик, он будет генерировать напряжение. В качестве альтернативы, если вы приложите напряжение к пьезоэлектрическому датчику, он вызовет механическое движение.
Мы предлагаем беспроводные пьезоэлектрические датчики, такие как датчик вибрации по одной оси и датчик вибрации ATEX/IECeX.
Это поможет вам оценить влияние потенциальных поломок и неисправностей оборудования и предвидеть крупномасштабные проблемы. Что принесет больше эффективности вашему бизнесу.
Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о беспроводных пьезоэлектрических датчиках от Sensor-Works.
Принцип работы и области применения пьезоэлектрического датчика давления
Загрузить сейчас
Некоторые ученые предположили, что пирамиды Гизы в Египте на самом деле были генераторами электрической энергии, указывая на размер структур, архитектуру и материалы (например, гранит, который может состоять до 50% из кристаллов кварца). Интересно, что кварцевая керамика, в том числе титанат бария, цирконат-титанат свинца и нитрат галлия, а также некоторые полимеры (в первую очередь сегнетоэлектрики) являются природными материалами, которые могут генерировать электричество за счет механического напряжения, известного как пьезоэлектрический эффект.
Пьезоэлектрический эффект, впервые продемонстрированный Пьером и Жаком Кюри в 1880 году, представляет собой физическое явление, проявляющееся лишь в небольшом числе материалов.
Для большинства этих материалов также характерен обратный процесс, при котором электрический заряд вызывает механическую деформацию. Эти возможности сегодня используются в энергетических приложениях, таких как преобразование в системах силовой электроники. Однако более распространенным является использование принципа работы пьезоэлектрического датчика давления для широкого спектра продуктов, от коммерческих систем до приложений в суровых условиях, таких как аэрокосмическая промышленность и оборона.
Каков принцип работы пьезоэлектрического датчика давления?
Пьезоэлектрические датчики эффективны при обнаружении перепадов динамического давления в широком диапазоне давлений — примерно от 0,1 до 10 000 фунтов на квадратный дюйм (PSI). Эти устройства не требуют внешнего источника питания, но обычно требуется усиление для повышения потенциала электрического напряжения до приемлемого уровня. Общие области применения пьезоэлектрических датчиков давления включают следующее:
Применение пьезоэлектрических датчиков давления
- ☐ Контроль мощности
- ☐ Тензодатчики
- ☐ Биологическое зондирование
- ☐ Сонохимическое исследование
- ☐ Системы управления автомобильным двигателем
- ☐ Промышленная переработка
- ☐ Гидролокационные системы
- ☐ Аэрокосмические испытания
Пьезоэлектрические датчики также имеют довольно плоскую частотную характеристику во всем рабочем диапазоне, как показано ниже.
Общая частотная характеристика пьезоэлектрического датчика. Изображение с Авнет .
Другие преимущества, которые делают пьезоэлектрические датчики привлекательными устройствами, включают следующее:
Преимущества пьезоэлектрических датчиков давления
- ❖ Удобство использования в суровых условиях
- ❖ Незначительно подвержен электромагнитным помехам
- ❖ Низкая стоимость материалов
- ❖ Большое количество материалов (минимальное влияние проблем цепочки поставок)
Эти преимущества в сочетании с простотой эксплуатации являются основными факторами, способствующими широкому использованию пьезоэлектрических датчиков. Тем не менее, чтобы оптимально использовать принцип работы пьезоэлектрического датчика давления, демонстрируемый этими устройствами, для ваших энергетических приложений PCBA, есть несколько рекомендаций, которым следует следовать в процессе разработки вашей платы.
Как лучше всего использовать пьезоэлектрические датчики давления в конструкции вашей энергетической печатной платы
Пьезоэлектрические датчики давления могут применяться в ряде различных приложений, которые необходимы для современных энергетических систем. Они включают продукты, используемые в автономных системах, автомобилях, промышленных производственных объектах и интеллектуальных сетях. Эти приложения могут различаться по конкретным функциям; однако существуют общие рекомендации по проектированию, которые следует использовать независимо от приложения для достижения наиболее надежной работы.
Производство печатных плат для экстремальных условий — часть 2
Загрузить сейчас
Руководство по проектированию печатных плат пьезоэлектрических датчиков давления
- Включите соответствующий повышающий усилитель заряда. Следовательно, увеличение повышает чувствительность сенсорной системы.
- Установите внешнюю электронику рядом с выходом датчика
В дополнение к низкой величине сигнала, выходное сопротивление датчика велико, что требует усиления перед воздействием шума и других источников ухудшения сигнала.
- Изолировать высокотемпературные источники от внешней электроники
Пьезоэлектрические датчики могут работать при очень высоких температурах (в некоторых случаях > 1000°C). Однако ваши электронные устройства могут надежно работать только при гораздо более низких температурах.
- Обеспечение высокой скорости переключения сигналов
В зависимости от применения изменения давления и температуры окружающей среды могут происходить быстро. Точность зависит от способности обнаруживать эти сдвиги параметров.
- Обеспечение целостности конструкции платы в соответствии с параметрами среды установки
Одним из основных преимуществ пьезоэлектрических датчиков давления является их прочность, что позволяет использовать их в опасных средах. Следовательно, платы, которые их содержат, также должны соответствовать этим требованиям. - Установите партнерские отношения с вашим контрактным производителем (CM) на ранней стадии, чтобы убедиться, что они сохраняют замысел проекта на протяжении всего процесса разработки.
Хотя сами датчики могут быть изготовлены из недорогих материалов, важно, чтобы процесс производства вашей платы соответствовал стандартам конструкции, соответствующим области применения датчика и ожидаемому жизненному циклу. Для опасных сред это обычно означает дополнительные стандарты пространства IPC 2, 3 или выше.
Служба индивидуального изготовления печатных плат Tempo
|
Следование приведенным выше рекомендациям поможет вам в разработке эффективных и надежных пьезоэлектрических датчиков давления для ваших энергетических приложений. Однако важно, чтобы процесс изготовления вашей платы основывался на превосходном контроле качества, а ваш CM хорошо разбирался и имел опыт работы с требованиями к приложениям для печатных плат в жестких условиях, таких как Tempo Automation.
Tempo использует процесс производства печатных плат «под ключ» по принципу «белого ящика», который способствует сотрудничеству и прозрачности между инженерами и менеджерами по CM. Это позволяет нам быстро поставлять высококачественные платы как для стандартных, так и для нестандартных конструкций, которые соответствуют критериям энергетической отрасли для прототипирования и производства по требованию.
