משדר לחץ הסיליקון החד-גבישי הוא חיישן לחץ המבוסס על שבב סיליקון חד-גבישי, המיוצר באמצעות טכנולוגיית MEMS גרמנית ומודול חיישן מרותך-. הוא ממיר שינויי לחץ לאותות חשמליים סטנדרטיים כגון 4-20mA HART באמצעות אפקט piezoresistive, והוא נמצא בשימוש נרחב בתעשיות הפטרוכימיות, התרופות והחלל כדי למדוד את הלחץ, הרמה והצפיפות של נוזלים, גזים או אדים.
הליבה של מכשיר זה היא חיישן piezoresistive סיליקון חד-גבישי, המשלב פיצוי טמפרטורה ומבנה דיאפרגמה כפולה להגנה מפני עומס יתר, המספק עמידות להפרעות אלקטרומגנטיות. תוך שימוש בחומר סיליקון חד-גבישי ננו-ועיצוב מתלים כפול-בטוהר גבוה, הוא משיג דיוק של 0.075%FS, יחס טווח מרבי של 200:1, תומך בפעולה בטווח טמפרטורות רחב (-40~120 מעלות), ודירוג הגנה IP66/IP67. עם פרוטוקול HART מובנה, ניתן להשתמש בו להגדרת פרמטרים ותקשורת באמצעות HART375 והתקנים אחרים, מה שהופך אותו למתאים לסביבות תעשייתיות מורכבות כגון יישומים חסיני פיצוץ ויישומים היגייניים.
עקרון עבודה
מודול החיישן משתמש בכל הטכנולוגיה המרותכת- ומכיל בתוכו דיאפרגמת עומס יתר משולבת, חיישן לחץ וחיישן טמפרטורה. חיישן הטמפרטורה משמש כערך ייחוס לפיצוי טמפרטורה. צד הלחץ החיובי של חיישן הלחץ מחובר לתא הלחץ הגבוה- של בית דיאפרגמת החיישן, וצד הלחץ השלילי מחובר לתא הלחץ הנמוך-. הלחץ מועבר דרך דיאפרגמת הבידוד ונוזל המילוי לשבב הסיליקון שבתוך החיישן, מה שגורם לשינוי בהתנגדות שבב חיישן הלחץ, ובכך מביא לשינוי במתח המוצא של מערכת הזיהוי. מתח מוצא זה הוא פרופורציונלי לשינוי הלחץ ולאחר מכן מומר לפלט אות סטנדרטי על ידי יחידת המתאם והמגבר.
עקרון העבודה שלMחיישן לחץ פיאזוריסטי סיליקון אונוקריסטלי
חיישן הלחץ ה-piezoresistive מנצל את האפקט piezoresistive של סיליקון חד-גבישי. רקיקת סיליקון חד גבישית משמשת כאלמנט האלסטי. באמצעות טכנולוגיית מעגלים משולבים, קבוצה של נגדים שוות ערך מתפזרת בכיוון מסוים על דיאפרגמת הסיליקון החד גבישית ומחוברת במעגל גשר. פרוסת הסיליקון החד-גבישית ממוקמת בתוך חלל החיישן. כאשר הלחץ משתנה, הסיליקון החד-גבישי עובר מאמץ, מה שגורם לנגדי המתח המפוזרים עליו ישירות להשתנות באופן פרופורציונלי ללחץ הנמדד. אות פלט המתח המתאים מתקבל לאחר מכן על ידי מעגל הגשר.
המבנה של חיישן לחץ סיליקון חד גבישי: המרכיבים העיקריים הם שתי דיאפרגמות תהליך, חיישן סיליקון באמצע וחיבורי שמן למילוי ותהליכים.
פוּנקצִיָה
משדרי לחץ/לחץ דיפרנציאלי מסיליקון מונו-גבישיים משמשים למדידת הרמה, הצפיפות והלחץ של נוזלים, גזים או אדים, ולאחר מכן להמיר אותם לפלט אות זרם HART של 4-20mA. הם יכולים גם לתקשר עם מודם HART375 או BST להגדרת פרמטרים ובקרת תהליכים. ההבדל בינם לבין משדרי לחץ מסורתיים הוא שהם משתמשים בסיליקון ננו-מונו-גבישי כחומר החיישן.
פתרון בעיות
בדיקה של מדור מדידת המשדר
1. הסר את האוגן ובדוק את הדיאפרגמה של הרכיב הרגיש לאיתור דפורמציה, נזק או נזילת שמן.
2. הסר את לוחית הפיצוי, מבלי להסיר את הרכיב הרגיש, ובדוק את התנגדות הבידוד של הפינים לבית. תחת מתח שאינו עולה על 100V, התנגדות הבידוד לא צריכה להיות פחות מ-100MΩ.
חבר את המעגל ואת אספקת האוויר. כאשר אות הלחץ נמצא בגבול העליון של הטווח, כבה את אספקת האוויר. מתח המוצא והקריאה צריכים להישאר יציבים. אם מתח המוצא יורד, זה מצביע על דליפה במשדר. ניתן לאתר את הנזילה באמצעות מי סבון.
בדיקת מעגלים
1. חבר את ספק הכוח ובדוק את מצב אות המתח במסוף היציאה של המשדר. אם אין מתח מוצא, בדוק תחילה אם מתח אספקת החשמל תקין ועומד בדרישות אספקת החשמל; בדוק אם יש שגיאות חיווט בין ספק הכוח, המשדר וציוד העומס. אין מתח במסופי המשדר או קוטביות הפוכה עלולים לגרום לאי פלט אות מתח. לאחר שלילת סיבות אלה, בדוק עוד אם יש רכיבים פגומים במעגל לוח המגבר; בדוק אם יש מגע לקוי במחברי המעגלים. ניתן לקבוע את נקודת התקלה על ידי השוואת המתח הנמדד של מכשיר רגיל עם המתח הנמדד המקביל של המכשיר הפגום. במידת הצורך, החלף את לוח המגבר התקול. בעת בדיקת משדרים מסוג-זרימה, יש לשים לב במיוחד לנקוט באמצעים אנטי-סטטיים עבור לוחות מגברים מסוג J-.
2. חבר את ספק הכוח. לאחר מתן אות לחץ כניסה, אם פלט המשדר גבוה מדי (גדול מ-10VDC) או נמוך מדי (פחות מ-2.0VDC), ואין תגובה בעת שינוי אות לחץ הכניסה או כוונון הברגים של נקודת האפס והטווח, אז הפלט של המשדר פגום. עבור תקלות מסוג זה, בנוסף לבדיקת חריגות ברכיבים הרגישים של קטע המדידה של המשדר, יש לבדוק את "מעגל בקרת התנודות" בלוח מגבר המשדר לפעולה תקינה. מתח השיא הרגיל בין השנאי-תדר גבוה T1-12 צריך להיות 25~35VP-P; התדר הוא בערך 32kHz. לאחר מכן, בדוק את מצב הפעולה של כל מגבר תפעולי בלוח המגבר; בדוק אם יש נזק לרכיבים וכו'. תקלה מסוג זה דורשת החלפת לוח המגבר.
פתרון בעיות-באתר
1. רכיבים ראשיים חסומים או מותקנים בצורה שגויה; ברזי הלחץ אינם ממוקמים כראוי.
2. קווי הקשה בלחץ דולפים או חסומים; גז או נוזל שאריות בקו הטעינה; משקעים קיימים באוגן תהליך המשדר, ויוצרים אזור מת למדידה.
3. חיווט המשדר שגוי; מתח אספקת החשמל גבוה מדי או נמוך מדי; מגע גרוע בחיבור בין המחוון למסופי המכשיר.
4. התקנה לא מספקת לפי דרישות טכניות; שיטת ההתקנה וסביבת האתר אינם עומדים בדרישות הטכניות.
