Kapacitní senzor DSK 705 M ve snímačích tlaku a výšky hladiny od firmy BD Sensors

 

V únoru 2015 byl závěrečným oponentním řízením úspěšně ukončen vývoj kapacitního senzoru tlaku DSK 705 M s keramickou membránou. Senzor byl vyvinut firmou BD Sensors ve spolupráci s Fakultou elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně v rámci vývojového projektu zařazeného do programu TIP se státní podporou Ministerstva průmyslu a obchodu ČR. Výsledkem spolupráce je senzor s vynikajícími parametry zcela srovnatelnými se světovou špičkou v daném oboru.

 

Senzor tlaku DSK 705 M se skládá z keramické základny s nanesenou kovovou vrstvou ve funkci pevné elektrody kondenzátoru. K základně je speciální technologií skleněnou pájkou s přesně určenou tloušťkou vrstvy připájena keramická membrána opatřená na vnitřní straně kovovou vrstvou tvořící pohyblivou elektrodu kondenzátoru. Na základně jsou umístěny ještě další elektrody pro kompenzaci vlivu vodivých kapalin a zástavby senzoru do kovových pouzder. Průhybem membrány vlivem tlaku se mění kapacita elektrodového systému. Změna kapacity řádu jednotek pikofaradů je rychlým signálovým procesorem s velkým rozlišením a malou vlastní spotřebou převedena na digitální signál. Další procesor obstarává měření teploty za účelem kompenzace jejího vlivu, řízení signálového procesoru, převodu digitálního signálu na analogový a komunikace senzoru s okolím po sběrnici I²C. Modul senzoru DSK 705 M se vyznačuje kompaktní konstrukcí umožňující senzor snadno uživatelsky zastavět do pouzder individuálních konstrukcí. Maximální průhyb membrány je omezen polohou základny, o kterou se membrána v případě přetížení opře. Tím je dána velká přetížitelnost – až 30násobek jmenovitého měřicího rozsahu (což platí zejména pro menší hodnoty horní meze měřicího rozsahu). Membrána senzoru je vyrobena z velmi čisté keramiky s 99,95% podílem Al₂O₃. Je broušena na přesnou tloušťku v celé ploše a strana určená ke kontaktu s médiem je speciálním postupem vyleštěna. Tak je dosaženo hystereze senzoru menší než 0,2 % měřicího rozsahu a vysoké opakovatelnosti parametrů ve výrobním procesu. Čistota keramiky a vyleštěná plocha membrány navíc zaručují vynikající chemickou odolnost a výrazně zmenšují riziko ulpívání hustých médií na membráně.

 

Senzory DSK 705 M jsou v současné době k dispozici v provedeních s měřicími rozsahy od 0 až 6 kPa (60 mbar) do 0 až 2 MPa (20 bar). Přesnost je standardně 0,1 % rozsahu. Pro náročné úlohy lze nabídnout i přesnost 0,05 %. Elektrodový systém senzoru je účinně chráněn před vlivem vlhkosti i korozní atmosféry. Tím je zaručena vynikající dlouhodobá stabilita typicky lepší než 0,1 % měřicího rozsahu za rok. Pro případ uživatelské zástavby samostatného modulu senzoru DSK 705 M je zájemcům k dispozici programové vybavení k nastavení parametrů senzoru umožňující zcela eliminovat vliv montáže. Tento program také dovoluje uživatelsky nastavit dolní i horní mez měřicího rozsahu, přestavit aktuální rozsah až na jednu třetinu jmenovitého měřicího rozsahu a nastavit tlumení. Na sběrnici I²C je k dispozici i signál teploty v rozmezí od –40 do +125 °C. Teplota je v rozmezí teplot od –20 do +80 °C měřena s přesnost ±2 K. Maximální dlouhodobá pracovní teplota okolí senzoru je 125 °C. Doba odezvy při měření tlaku nepřesáhne 15 ms. Analogový výstupní signál je raciometrický s rozsahem 10 až 90 % U_B, rozsah napájecího napětí je U_B 2,7 až 5,5 V DC. Vlastní spotřeba proudu je menší než 1,3 mA. Senzor tak splňuje požadavky na napájení z baterie ve spojení se záznamníky dat.

 

Vynikajících parametrů senzorů DSK 705 M je dokonale využito ve snímačích tlaku řady XMP ci a ve snímačích výšky hladiny řady LMK dodávaných firmou BD Sensors.

 

Provozní snímače tlaku řady XMP ci jsou k dispozici v provedení s robustním pouzdrem vyrobeným buď z duralu, nebo z korozivzdorné oceli (obr. 1). Duralové pouzdro má oddělenou komoru svorkovnice pro bezproblémové připojení kabelu. Oba typy pouzder mají stupeň krytí IP67. Snímače mohou být vybaveny přehledným displejem typu LCD pro místní zobrazení naměřených hodnot tlaku a teploty média. Hlavní parametry snímače lze snadno nastavit tlačítky na modulu displeje. Snímače řady XMP ci mají standardní elektrický výstupní signál 4 až 20 mA/HART s možností parametrizace na dálku. Jsou certifikovány k použití v prostředí s nebezpečím výbuchu až do zóny 0.

 

V nabídce je široká paleta tlakových přípojek. Závitové tlakové přípojky jsou určeny k použití v energetice, strojírenství a při stavbě zkušebních zařízení. Vzhledem k jejich dostatečné citlivosti a velké odolnosti proti korozi lze takto vybavené snímače doporučit k použití v bioplynových stanicích.

 

Pro potravinářský a farmaceutický průmysl jsou vhodné příruby typu clamp, DIN 11851 a Varivent, splňující nejpřísnější požadavky na hygienu. Pro těžké podmínky chemického, hutního a papírenského průmyslu jsou nabízeny běžné příruby podle DIN téměř všech běžných rozměrů.

 

Přesnost snímačů tlaku řady XMP ci je 0,1 nebo 0,05 % jmenovitého měřicího rozsahu. Chyba vlivem teploty v kompenzovaném pásmu od –20 do +80 °C, popř. od –40 do +60 °C, je menší než 0,25 % rozsahu.

 

Na bázi senzorů DSK 705 M jsou zkonstruovány také ponorné snímače řady LMK k měření výšky hladiny kapalin a kalů hydrostatickou metodou. Snímače této typové řady se vyznačují účelnou kompaktní konstrukcí se stupněm krytí IP68 pro měření výšky hladiny až 200 m v. s. Nejmenší měřicí rozsah je 0 až 20 cm v. s. Výstupní signál je standardně 4 až 20 mA s dvouvodičovým připojením nebo 4 až 20 mA/HART s možností komunikace a parametrizace na dálku.

 

Snímače řad LMK jsou vyráběny v mnoha variantách s určením pro nejrůznější úlohy (obr. 2, obr. 3). Například k měření výšky hladiny pitné vody je nabízeno provedení s pouzdrem z korozivzdorné oceli a kabelem s pláštěm z polyuretanu. K měření výšky hladiny agresivních kapalin, odpadních vod a kalů je vhodný snímač s plastovým pouzdrem z polypropylenu nebo PVDF v kombinaci s kabelem s teflonovou vrstvou. Při měření výšky hladiny v říčních korytech, plavebních komorách, na jezech a v přehradních nádržích se s výhodou uplatní odolnost keramické membrány proti poškození pískem, kamínky atd. Totéž platí i pro měření výšky hladiny v nádržích čistíren odpadních vod. Pro vystrojení námořních lodí jsou v nabídce snímače s bronzovým pouzdrem a kabelem odolávajícím vysokým teplotám okolí. Toto provedení nachází uplatnění při měření výšky hladiny lodních provozních i přepravovaných kapalin, jako je mazací olej, mazut o teplotě až 125 °C, mořská voda v balastních nádržích apod.

 

Snímače výšky hladiny řady LMK jsou vzhledem k přesnosti až 0,05 % jmenovitého měřicího rozsahu vhodné také k měření množství kapalin v nádržích známých geometrických rozměrů.

Zavedením senzorů tlaku DSK 705 M do výrobního programu firma BD Sensors výrazně zlepšila parametry svých provozních snímačů tlaku XMP ci i snímačů výšky hladiny řady LMK a rozšířila tak možnosti jejich použití.

 

 

Obr. 2. Volně ponorný snímač výšky hladiny LMK 458 v lodním provedení
Obr. 3. Snímač výšky hladiny se šroubením pro čelní zástavbu LMK 809