污垢-压力传感器的漂移的原因之一

污垢-压力传感器的漂移的原因之一

俗话说“有失必有得”。特别是在新型内燃机的开发中,烟尘颗粒或油渣会污染所使用的传感器。

这样会导致读数越来越不精准。比如,当传感器检测一个新的内燃机的排气系统时,随着时间的推移,越来越多的细粉尘会附着在传感器的膜片上。压阻式压力传感器 的膜片非常薄,因此可以提供高精度的测量结果。但是一旦灰尘附着在上面,长时间下去会降低压力传感器的灵敏度。

避免颗粒物对压力传感器造成影响

终端用户通过参考压力测量来记录传感器的漂移。他们会发现这个参考压力计的数值和有污垢的传感器数值之间有很大的差别。然而,通常情况下,用户得到的读数会显示出测量信号偏离预期结果的差距。测量结果如产生巨大波动也说明膜片有污垢。

STS通常建议传感器暴露在灰尘的用户在传感器工作(不超过)100个小时左右后进行一次维护。此外,用户也要尽可能的保护传感器免于灰尘污染。这里有两种常用方法:

方法1: 防护箔

第一种方法并不能替代传感器工作100个小时后的维护工作,但它确实简化了清洗过程,同时也保护了膜片。在这种情况下,膜片上使用一种非常薄的金属箔来避免膜片受到污染。在工作100个小时后,把这个箔片剥离更换新的。

方法2: 冷却器

用户可以用这种方法“一箭双雕”。通过在压力孔前端安装一个冷却器或是气候阀,能很大程度上保护膜片免于受到污染。只有在实际测量需要下才会打开气候阀。如果不需要进行永久性的压力监测,这可能是一种降低传感器污染程度的好方法。

同时,通过这种冷却元件也可以保证一个恒定的传感器温度。除了膜片污染外,温度液位影响压阻式压力传感器的测量精度。 (更多温度影响压力传感器精度可以阅读这里)。

受到油污的压力传感器的清洗

重油污染尤其发生在船用发动机的发展过程中。一些添加剂会沉积在膜片上,甚至会损坏它。这些残留物降低了压力传感器的灵敏度,这里也应注意传感器的定期维护。

为了尽可能的降低污染物造成的后果,在选择压力传感器时要考虑到它的特性。推荐使用不锈钢膜片,它是前置的,即使细微灰尘也不会穿透膜片。膜片越平滑越好,因为粗糙的膜片易聚集灰尘而且难于清洗。

清洗脏的压力传感器,必须要先把他从设备上移下来。这里推荐异丙醇(IPA)作为清洗剂。虽然传感器的壳体不需要特别小心,但在清洗时,膜片不能施加任何重力,可以使用棉签。任何情况下都能使用压缩空气,因为膜片非常薄,当施加太大压力时,就会发生膜片变形。

卫生型压力测量基本原理

卫生型压力测量基本原理

在食品和制药行业,以及生物技术和相关行业(例如包装和罐装行业),对压力传感器的要求特别高。接下来,我们将阐述在选择合适的压力传感器时,这些行业的最终用户必须考虑的问题。

在上述行业中,压力测量的主要重点当然是在卫生行业。必须防止产品污染和细菌传播,以保护人类和环境安全。因此,在敏感环境中使用的压力传感器必须符合有关部门的规定(欧洲:EHEDG;美国:FDA)。除了压力传感器所使用的材质外,还必须注意到压力传感器的设计。

压力传感器的设计

卫生型压力传感器必须易于清洗和极小供细菌繁殖的面积。这始于测量仪器的构造。这样就可以避免死角、缝隙和边沿区域,因为细菌可以在这些点聚集,从而清洗困难。

同样重要的一方面是连接。压力传送器必须易于拆卸,因为在敏感的应用中,频繁的清洗是必须的,而且也必须定期更换密封件。这种情况就排除了螺纹连接。螺纹提供了更多供杂质繁衍的场所。出于此,卫生型压力传感器通常选用Milk法兰,卡箍和DIN 法兰。

压力传感器的材质

清洁方面也是所采用的材质的主要考虑因素。与介质接触的压力传感器的膜片和其他元件应该具有最低的粗糙度。材质越粗糙,细菌就更易于附着在上面从而更难清洗。在卫生行业应用中, 0.8μm的粗糙度是一个标准,尽管这一标准对各个环节并不是最佳的。为了满足最高的要求,应该考虑0.4μm的粗糙度。

当然腐蚀也会造成一定的粗糙度。因此,卫生型压力传感器的壳体也起着关键性的作用。只有高品质的不锈钢和低铁素体含量才能尽可能的消除腐蚀。这里以材质1 4404为例,也被称为V4A钢,由于其2%的钼含量,它满足了耐腐蚀性的要求。

当然,对平滑度的要求也适用于密封材料,它必须具有化学和热稳定性。否则它们就会随着时间的推移而变得渗透从而提供一个理想的攻击面。STS卫生型压力传感器采用氟橡胶,氟橡胶具有较好的热稳定性能和化学稳定性,它也具有最好的耐高温性。

食品行业和制药行业以及生物技术行业的清洗过程也对所采用材质有所要求。封闭安装的压力传感器必须能够经受原地清洗(CIP)和在线灭菌(SIP)的清洗程序。在这些过程中,无需深入拆卸就可以清洗设备。为了对所需求材料的更一步认识,CIP系统在这里进行简洁的描述。

  1. 第一步,用清水通过预冲洗去除大致杂质。
  2. 接下来,采用碱洗。
  3. 用清水去除碱性清洁剂。
  4. 为更好去除顽垢,用酸性清洁剂来冲洗设备。
  5. 清水冲掉酸性清洁剂。
  6. 消毒剂去除微生物。
  7. 最后用超纯水冲洗。

在SIP系统中,在平均温度为140℃的应用中采用蒸汽灭菌。因此,压力传感器必须能在相应高温中应用。

材料选择的最后一个方面是压力传感器的填充液。常规压力传感器采用硅油。然而如果压力传感器损坏的话,它会污染到介质。比如啤酒将不会起泡,这是食品行业相对无害的例子。这里只能采用相关部门列出来的一些液体。

ATM/F –  卫生型压力传感器

 

其他方面/特殊情况

虽然上述方面属于卫生行业压力测量,但还有两点可能与某些用户相关的问题。这当然包括ATEX防爆认证。此外,大多数压力传感器所不具备的重新调整性能也会成为一个重要的成本因素。在生物技术或制药行业的一些关键过程中,使用的测量仪器必须每三个月进行一次验证 。如果这些可以在校准实验室中进行校准,这也是一个不可忽视的优势。

此外,压力和温度测量的结合也是一个方面。比如,一个STS客户需要在包装机械上对无菌的注射头进行温度监控和压力测量。当两种需求在一个卫生型仪器上实现时,既可以满足对空间的需求也易于清理。

然而,这种特殊案例也可以作为在敏感环境应用中压力测试的一个例子,因此用户必须严格遵守相关指导方针。得益于STS的模块化设计原则,卫生型压力传感器也可以在最短的时间内满足个性化需求。

压力传感器校准的可追溯性

压力传感器校准的可追溯性

随着时间的推移,机械、化学和热负荷因素会降低压力传感器的精度。因此,要经常对压力传感器进行校准,也因此“追溯性”起着重要作用。

压力传感器的校准包括测它们的精度和在早期识别漂移数据。在调试前进行的校准可能会出现故障 校准本身是在参考设备(标准)下进行的。这个参考设备的精度必须符合国家标准,以满足诸如ENISO9000和EN 45000等重要标准的要求。

校准规范

为了确保测量结果能够相互比较,这些数据必须通过一系列的比较测量来追溯到一个国家标准。如果我们把这个规范想象成金字塔,那么精度将是逐渐递增的。在顶峰处,国家计量研究院采用的就是国家标准。在德国,联邦物理技术研究院负责计量。在美国则是国家标准与技术研究院来负责计量。参考标准(也称之为主要标准)通常为压力校验仪。测量不确定性<0.005%,也会使得精度较高。

为满足在校准领域为科学和商业提供服务的要求,PTB还与一些权威的校准实验室合作。它们使用工厂或是工作标准,然后按照国家要求定期进行校准。在校准规范里,参考标准要高于工作标准,通常测量不确定性为>0.05% 到 0.6%之间。工厂标准在生产过程中也起到了质量保证的作用,通常测量不确定性在>0.05% 到0.6%之间。

每个参考设备都会使用规范中的更高标准进行校准。待校准的参考设备的校准标准应该要比测量不确定性的标准高3-4倍。

任何内部使用的测试设备都要追溯到国家标准。可追溯性描述的是一个测量结果或测量标准的值,都能通过一条具有规定不确定度的连续比较链,与测量基准联系起来。德国认证机构(DakkS)在可追溯性方面定义了以下要素:

  1. 比较链必须完整(例如:直接对测试设备和参考标准进行比较)
  2. 必须知道比较链每一步骤的测量不确定性,这样就可以计算出整条比较链的总的测量不确定性。
  3. 测量链的每一个步骤都要记录下来。
  4. 所有在可追溯性上执行一个或多个步骤的组成部分必须通过适当的认证。
  5. 比较链必须以实现国际标准的主基准结束。
  6. 要定期进行再校准。校准周期取决于很多因素,包括使用的频率和特性。

更多关于DAkkS 提供的符合国家标准的测量和测试设备的可追溯性点击 这里.

高温下的高精度压力测量

高温下的高精度压力测量

在某些应用中,要求压力变送器即使在高温下工作也要保持可靠的性能。在化学和食品工业中使用的供设备消毒的高压灭菌器也在此范畴中。

高压灭菌器是一种工业较大范围内应用的压力舱。它们的特点是高温和不同于周围的环境压力的压力。例如,医用高压灭菌器用于在134℃的高温环境中杀灭细菌、病毒和真菌从而对设备进行消毒。压力舱中的放气阀被热蒸汽代替。最常用的方法是向下位移: 蒸汽进入压力舱并通过将冷气压入底部填充上部区域。在那里,它通过一个装有温度传感器的排水管道疏散。当所有空气都被疏散且高压灭菌器的温度达到134℃,这个过程就停止了。

高温下的精准压力测量

高压灭菌器里用的压力传感器用来监测和校验。由于标准压力传感器通常在室温下进行校准,因此在高温和潮湿环境下,它们无法达到最佳的准确度。然而,STS最近碰到了一位制药行业的客户,其要求在134℃下总误差在0.1%的情况下测量-1…5bar的压力。

硅压阻压力传感器对温度相当敏感。但是温度误差可以补偿因此设备就可以针对个别应用程序所遇到的温度进行优化。举个例子,如果您使用标准压力传感器,在室温下达到了0.1%的精度,那么在用于高温灭菌舱且温度高达134℃的条件下,这个设备则无法达到同样的精度。

用户需要一个在高温下达到高精确度的压力传感器,因此需要一个相应设备来校准。在一定温度范围内校准压力传感器是一回事。然而,询问了关于高压灭菌器应用的高精确度要求的客户对我们来说还有另一个挑战要比常规校准传感器更难实现:不仅传感器元件要在134℃的高温灭菌舱里,而是整个传感器及其电气元件全部要在里面。遗憾的是,我们不能详细说明我们是如何组装一个数字式传感器使它能在134℃的情况下既实现所需精度小于0.1%,也能够使它的其他组件能够处理高温和潮湿的情况。

总之 ,硅阻式压力传感器对于温度的变化是十分敏感的。然而,拥有精准的技能,它们就可以针对单个应用的需求进行优化。此外,不仅传感器元件可以进行相应的校准,整个传感器也可以以一种甚至是可以管理的方式进行组装。

电子式压力测量:常规测量原理对比

电子式压力测量:常规测量原理对比

电子式压力传感器广泛应用于各种应用,从机械技术到制造业,再从食品到制药业。压力实际大小的记录可以通过不同的测量原理进行。

在电子式压力测量中,薄膜传感器、厚膜传感器和压阻式压力传感器之间是有区别的。这三种测量原理都是很常见的,即压力转化为电子信号。而惠斯顿电桥对于三者说同等重要:一种由4个电阻组成用来测量其中一个电阻阻值(其余3个电阻阻值已知)的装置。

压阻式压力传感器:高精度、低成本

压阻式压力传感器基于硅的压阻效应。一般通过引线接入到惠斯顿电桥并扩散到硅片上。外加压力作用下,硅晶片会变形, 若给电桥加一个恒定电流或者电压电源,电桥将输出与压力对应的电信号,这样传感器的电阻变化通过电桥转换为压力信号输出。

由于压阻式传感器元件非常敏感,必须使之避免受到测量介质的影响。因此,把传感器至于隔膜密封中,压力通过传感元件周围的硅油传输。然而在食品或制药行业等卫生应用领域, 也会用到其他的填充液。

优点:

  • 高灵敏性,可测量到mbar 范围的压力
  • 较大测量范围,从mbar到2000bar
  • 安全等级高
  • 超高精度高达0.05%
  • 微型设计
  • 良好的滞后性和重复性
  • 基本工艺成本较低
  • 能检测静态和动态压力

缺点:

薄膜传感器:长期性能稳定但价格高昂

与压阻式压力传感器相比,薄膜传感器是基于金属主体的。这时候连接到惠斯通电桥的四个电阻是通过所谓的溅射工艺储存的。因此,这里的压力也是由变形引起的电阻变化所检测到的。除此外,温度补偿电阻也能够被嵌入。在压阻式压力传感器下不需要液体传递。

优点:

  • 体积小
  • 压力测量可高达8000bar
  • 卓越的长期稳定性
  • 无需温度补偿
  • 高精度
  • 高爆破压力
  • 静态和动态压力可测

缺点:

厚膜传感器:及其耐腐蚀

陶瓷(氧化铝陶瓷)作为厚膜传感器的基本材料。整个压力传感器是一体的,也就是说传感器的主体仅由一种材料组成,保证了长期稳定性能。此外,陶瓷具有超强的耐蚀性。

优点:

  • 良好的耐腐蚀性
  • 无需温度补偿
  • 卓越的长期稳定性能
  • 不需要膜片密封

缺点:

  • 不适合动态压力
  • 有限的压力上限测量(400bar 左右)