В современных условиях емкостные измерительные преобразователи разности давлений являются, наравне с пьезопреобразователями, наиболее технически реализованными и перспективными для дальнейшего совершенствования. Так, фирма FUJI разработала уникальный блок емкостного первичного преобразователя, применяемого в приборах измерения избыточного, абсолютного давлений, разрежения и разности давлений. Блок чувствительного элемента такого преобразователя включает емкостный микросенсор и систему подвода измеряемой срелы. Принципиальная схема блока первичного преобразователя разности давлений показана на рис. 5.22.
Рис. 5.22. Принципиальная схема блока чувствительного элемента с емкостным микросенсором измерительного преобразователя разности давлений: 1 – корпус; 2 – входная гофрированная мембрана; 3 – перегрузочная мембрана; 4 – емкостный микросенсор
В корпусе 1 установлены входные гофрированные мембраны 2, воспринимающие «минусовое» р– и «плюсовое» р+ давления. Внутри корпуса предусмотрена камера с перегрузочной мембраной 3, обеспечивающей защиту как гофрированных мембран 2, так и микросенсора 4 при перегрузках. Внутренние полости между корпусом и входными гофрированными мембранами заполнены силиконовым или в отдельных случаях фтористым маслом, обеспечивающим передачу давления от гофрированных мембран по подводящим каналам к емкостному микросенсору. Последний окружен силиконовой жидкостью от «плюсового» канала, что обеспечивает высокую температурную стабилизацию, защиту от влияния атмосферного давления, перегрузки, а также уникальные защитные свойства от механических вибраций, включая даже ударные воздействия. Такое конструктивное исполнение микросенсора носит название «поплавкового».
Микросенсор в конструкции приборов фирмы FUJI представляет собой микроемкостный чип размером 9´9´7 мм, изготовленный с использованием кремния и пьезокерамики. Такая конструкция, исключающая металлы, обеспечивает отсутствие усталостных напряжений и последующий «уход» показаний. Кроме этого, электроды микросенсора, представляющие собой плоские мембраны, выполняются по IC-технологии (подобно плазменной гравюре). Оптимальное технологическое решение изготовления плоских электродных мембран, которые в процессе функционирования отклоняются своими центрами не более чем на 4 мкм, а также идеальные эластичные и стабильные характеристики силикона гарантируют микросенсорному блоку до 0,05 % нелинейности выходной характеристики без дополнительной подстройки для всех рабочих диапазонов.
Принципиальная схема функционирования измерительного преобразователя разности давлений представлена на рис. 5.23. На блок чувствительного элемента 1 воздействует среда «минусового» р– и «плюсового» р+ давлений. Электрический выход этого блока соединен с аналого-цифровым преобразователем 2, подключенным к микропроцессору 3. Управление микропроцессором осуществляется как заложенным в него программным обеспечением и реализуемым через постоянные настройки, так и в режиме «интеллектуального» функционирования с помощью персонального компьютера, поддерживающего FUJI или Hart-протоколы. команды воздействия на микропроцессор могут подаваться от коммуникационного блока 4 ручным дистанционным пультом управления (коммуникатором).
В моделях, где не предусмотрен цифровой код передачи, микропроцессор соединен с цифро-аналоговым преобразователем 5, генерирующим унифицированный токовый сигнал 4…20 мА. Индикатор 6, установленный на линии выходного сигнала, обеспечивает визуальное наблюдение за измеряемым параметром.
Рис. 5.23. Принципиальная схема измерительного преобразователя давления фирмы FUJI: 1 – блок чувствительного элемента; 2 – аналого-цифровой преобразователь; 3 – микропроцессор; 4 – коммуникационный блок; 5 – цифро-аналоговый преобразователь; 6 – индикатор
В измерительных преобразователях давления FUJI конструктивно предусмотрены: компенсация температуры окружающей и измеряемой сред, дистанционная перенастройка диапазона измерения, самоконтроль технической исправности, представление информации в требуемых единицах измерения.
Измерительные преобразователи разности давлений FUJI (рис. 5.23) изготавливаются в блочной конструкции, что упрощает сборочные и ремонтные работы. Так, аналого-цифровой преобразователь, коммуникационный блок, индикатор являются заменяемыми узлами, монтаж которых может проводиться без дополнительной настройки.
В программном комплексе приборов заложена функция микродемпфирования, обеспечивающая сглаживание показаний с постоянной от 0 до 20 с, а в отдельных моделях – до 40 с. Защита от воздействия окружающей среды выполняется на уровне IP67.
Корпуса современных измерительных преобразователей выполняются литыми из алюминиевого сплава с низким содержанием меди, покрываются слоем эпоксида или полиуретана. Как опция корпуса могут изготавливаться из нержавеющей стали.
