
環保型高溫熔體壓力傳感器的應用
吳浩
摘要:隨著經濟和科學技術的發展,物聯網技術逐漸出現在人們視線中,運用范圍不斷拓展,作為工業自動化及物聯網系統控制發展過程中的重要測量與控制儀器的高溫熔體壓力傳感器,也不斷走入大眾的視角,隨著傳感器的不斷推廣和應用以及技術的發展,大家對傳感器的要求也越來越高,筆者在此探討的主要是由上海申獅物聯網科技公司生產的齊亞斯品牌環保型高溫熔體壓力傳感器。齊亞斯環保型高溫熔體壓力傳感器榮獲國家發明專利,具有無毒無害,超長使用壽命和溫度漂移量小等特點。
關鍵詞:無汞環保 壓力傳感器 擠出系統 制藥設備 食品機械 熔噴布設備
引言:人們為了從外界獲取信息,必須借助于感覺器官,而單靠人們自身的感覺器官,在研究自然現象和規律以及生產活動中它們的功能就遠遠不夠了,為適應這種情況,就需要傳感器。1967年,齊亞斯和約翰·伊根申請了邊緣約束的硅膜片的專利,開啟傳感器時代;在現代工業生產尤其是自動化生產過程中,要用各種傳感器來監視和控制生產過程中的各個參數,使設備工作在正常狀態或最佳狀態,并使產品達到最好的質量,因此可以說,沒有眾多的優良的傳感器,現代化生產也就失去了基礎,傳感器具有微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化等特點,它不僅促進了傳統產業的改造和更新換代,而且還可能建立新型工業,從而成為21世紀新的經濟增長點。熔體壓力傳感器主要用于高溫條件下熔融物質的壓力測量與控制,廣泛應用于化纖塑料、紡絲、聚酯、橡塑機械、食品設備、制藥機械等設備的高溫流體介質的壓力測量與控制,工作原理是介質的壓力直接作用在傳感器的膜片上,使膜片產生與介質壓力成正比的微位移,使傳感器的電阻發生變化和用電子線路檢測這一變化,并轉換輸出一個對應于這個壓力的標準信號;然而市面上普遍的高溫熔體壓力傳感器都屬于傳統的用水銀作為填充介質的壓力傳感器,這種產品隨著使用會導致水銀的泄漏產生有毒有害氣體,對生產人員和產品都會產生損害,齊亞斯品牌的環保型高溫熔體壓力傳感器用環保型合金液體進行填充,實現了完全無毒無害,受到國內外消費群體的喜愛。

1環保型高溫熔體壓力傳感器的概述
1.1環保型高溫熔體壓力傳感器的概述
環保型高溫熔體壓力傳感器是由膜片、螺桿、基座、毛細管、外殼、壓力檢測元件和航空插件構成。膜片通過激光焊接于螺桿的前端并將螺桿前端封閉,螺桿的后端與基座的前端連接,基座安裝于外殼的前端,壓力檢測元件為由應變壓力計和彈性體燒結的一體成型結構,并通過氬弧焊機焊接在基座后端,毛細管焊接在螺桿和基座之間并貫穿螺桿和基座將膜片與壓力檢測元件連通,航空插件安裝在外殼后端并與壓力檢測元件連接,壓力檢測元件與基座之間留有腔室,腔室用于擴大毛細管內的液體與壓力檢測元件的接觸面積,基座和航空插件的周圍分別設有一圈凹槽并配設有密封圈,基座和航空插件分別與外殼密封配合將壓力檢測元件封裝毛細管為不銹鋼材質,內壁鍍有一層TiAlN覆膜,毛細管中填充有低熔點合金,低熔點合金包括:鎵55 ~65%、銦16~22%、錫10~15%、鉛2~5%和鉈1~3%。高溫熔體壓力傳感器主要用于高溫條件下熔融物質的壓力測量與控制,廣泛應用于化纖型料紡絲、聚酯、橡塑機械等設備的高溫流體介質的壓力測量與控制。
1.2環保型高溫熔體壓力傳感器的概述
環保型高溫熔體壓力傳感器,是使用安全環保的水銀替代物作為填充介質來代替水銀,達到不存在重金屬污染,安全無毒,環保,溫度漂移系數更小,測量介質溫度更高,測量精度更高目的;上海申獅物聯網科技有限公司研發的齊亞斯高溫熔體壓力傳感器使用的低熔點合金具有熔點低、粘度、熱導率和表面張力等技術指標不發生變化,可保證高溫熔體壓力傳感器的安全性、穩定性和準確性。
在現有的熔體壓力傳感器生產領域內,環保型的高溫熔體壓力傳感器的生產廠家主要包括美國Dynisco(單尼斯科)、意大利GEFRAN(杰弗倫)、GRAEFF格拉夫、中國齊亞斯Ziasiot,其中美國Dynisco(單尼斯科)和意大利GEFRAN(杰弗倫)生產的無汞填充產品一般采用硅油和NaK合金,硅油在耐高溫性上的不溫度無法保證產品的品質,NaK雖然無毒,但是高溫熔體壓力傳感器在膜片破裂后遇到空氣產生火花,極速易燃,導致生產現場出現火災、嚴重的將引起爆炸,早期日本RKC公司推出(頂桿)推導式結構的半導體無填充高溫熔體壓力傳感器幾十年,一直以來沒有得到廣泛的應用,此產品雖然解決了無汞填充但是采用的半導體結構和機械式原理、導致產品精度低、相應速度慢、抗干擾差、使用壽命短,在歐美行業公司的技術范疇內、這是一項淘汰的落后技術。
多年來、很多國內企業采用所謂的高溫硅油來填充、硅油沒有重金屬的泄露污染問題、但是硅油的耐溫性低、溫度系數大、無法滿足真正的高溫環境的使用,會快速導致膜片破裂而無法正常使用。齊亞斯在頂著這些壓力的環境中,不斷投入大量人力、財力和物力,在經過多種材料嘗試過后,終于研發出了由環保合金液體填充的環保型高溫熔體壓力傳感器。
2環保型高溫熔體壓力傳感器的應用優勢
現有技術中的高溫熔體壓力傳感器(變送器)都是采用隔離膜片和壓力檢測元件之間用毛細管連接,并在毛細管中抽真空并填充水銀這種劇毒物質,因要保證測量壓力的準確性,隔離膜片的厚度只有0.1毫米厚度,隔離膜片極度容易破裂,從而造成水銀泄漏,造成重金屬污染。目前市面上的水銀替代物多為鎵基合金,在許多儀器中可以替代水銀,但考慮到北方寒冷天氣,溫度甚至會達到-18℃左右。但是市面上的鎵基合金熔點最多達到0℃,且各項性能指標隨著溫度的變化而變化,無法達到測量介質的準確性。齊亞斯團隊研究的環保型高溫熔體壓力傳感器主要針對性解決對現有技術中高溫熔體壓力傳感器易出現水銀泄漏污染的技術問題以及現有水銀替代物鎵基合金熔點較高,低溫環境下無法準確檢測等問題。
這款環保型高溫熔體壓力傳感器使用的低熔點合金,熔點可低至-20 ℃,較佳的可低至-22.4℃,具有熔點低,流動性佳,沸點高,不易揮發,安全無毒,不易燃,不易爆等優點,而且隨著溫度的變化,密度粘度,熱導率和表面張力等技術指標不發生變化,可保證高溫熔體壓力傳感器的安全性,穩定性和準確性,處于行業領先地位。
它以綠色無毒的低熔點合金作為傳壓介質,可保證高溫熔體壓力傳感器的安全性、穩定性和準確性,測量精度可達到0.15級,能在-20℃-500℃溫度下正常工作、部分處理功能在700°高溫下正常處理,沸點高不易揮發、安全無毒、不易燃、不易爆,即使泄露不會造成重金屬污染。在任意高溫下、產品溫度漂移量接近于0,測量更準確;此外,其使用壽命比水銀填充介質的產品時間更長,常年穩定性保持在0.02%FS。
3環保型高溫熔體壓力傳感器的具體應用
高溫熔體壓力傳感器應用于化纖紡絲、聚酯橡膠、塑料橡塑、擠出機械、無紡布非織造、食品機械、制藥機械、熔噴布生產系統、建筑包裝材料等設備的高溫熔體、流體、氣體介質的壓力測量。解決了傳統傳感器沸點高不易揮發、安全無毒、不易燃、不易爆,即使泄露不會造成重金屬污染,空氣隔離,有效避免氧化,延長產品使用壽命。此外,齊亞斯環保型高溫熔體壓力傳感器于傳統的高溫熔體壓力傳感器相比,還可以應用于食品生產領域。
關于環保型高溫熔體壓力傳感器的應用必須要重視相關流程,包括安裝、啟動和拆除,這些與傳統的壓力傳感器是一致的。關于壓力傳感器的安裝,傳感器的探頭部分可耐高溫,可外殼耐溫在80℃以下,所以在安裝使用過程中一定要注意將安裝好的傳感器外殼部分固定在室溫環境中,外殼與高溫區域隔離有利于提高傳感器的測量精度和使用壽命;由于傳感器的膜片是最容易損壞的部位,在安裝之前請不要隨意脫落其保護帽,同時在安裝同時要注意保護傳感器的膜片。安裝孔的加工要根據安裝孔尺寸圖及尺寸表的技術要求加工,避免因安裝孔不標準引起的膜片擦傷影響傳感器正常工作,設備啟動前保證充分的加熱和熔化時間,以確保擠出機械工作前傳感器的膜片部位的所有物料已融化;關于壓力傳感器的拆除方面,只有當聚合物成灼熱的熔融狀態下才能拆下傳感器,拆下后立即用軟布將傳感器探頭膜片擦凈。
4結束語
傳感器技術有著十分廣泛的應用前景它不僅在工業、農業、軍事、環境、醫療等傳統領域有具有巨大的運用價值,在未來還將在許多新興領域體現其優越性,如家用、保健、交通等領域,我們可以大膽的預見,將來傳感器網絡將無處不在,將完全融入我們的生活。國內傳感器市場近幾年一直持續增長,傳感器應用在四大領域為工業及汽車電子產品、通信電子產品、消費電子產品專用設備,其中工業和汽車電子產品領域傳感器市場占約為42%,目前我國傳感器在醫療、環境監測、油氣管道、智能電網、可穿戴設備等領域的創新應用也將成為新熱點,發展前景不容小覷。
新型冠狀病毒肺炎(Corona Virus Disease 2019,COVID-19)疫情在全球蔓延,醫用口罩供不應求,中國作為口罩出口大國,各地緊鑼密鼓的加大投入口罩的生產,作為口罩的核心材料熔噴布需求量大增,口罩成為重要的防護用品,N95等口罩的主要原料之一是熔噴無紡布,在熔噴無紡布生產過程中,熔體溫度、熔體壓力、熱空氣壓力、熔體流量等工藝條件的改變對熔噴聚氨酯彈性無紡布力學性能的產生重要影響,同時高溫聚合物擠出生產工藝中高溫熔體壓力傳感器決定了設備的正常運轉,傳統的高溫熔體壓力傳感器填充介質物質是汞(水銀),一旦泄露將會對熔噴無紡布成品產生嚴重二次污染;齊亞斯環保型高溫熔體壓力傳感器積極助力全球抗疫的同時,擴大產品宣傳力度,推廣環保理念。
隨著我們對壓力傳感器機理、工藝等研究的不斷深入,對壓力傳感器技術的研究也永遠都不會停止,隨著微電子技術和計算機技術的飛速發展,相信壓力傳感器無論在測量范圍、測量精度、可靠性、智能化等各個方面都將得到進一步的完善和提高,滿足人類在各個領域的更高要求的應用需要;隨著包括中國在內的92個國家和地區的代表最終簽署《水俁公約》,2013年10月11日,聯合國環境規劃署于日本熊本市主辦的《水俁公約》外交大會閉幕,這意味著全球共同控制汞污染的聯合行動再次邁進了一步;全國人大常委會關于批準《關于汞的水俁公約》的決定是全國人大常委會于2016年04月28日發布,自2016年04月28日起施行的法律法規;根據國家政策導向,倡導環保產品應用,中國將全面禁止汞(水銀)填充介質的產品的生產,齊亞斯品牌的環保型高溫熔體壓力傳感器將會得到全面應用。
參考文獻:
[1]王乃和.淺談傳感器的現狀及發展.應用科技.2009.22
[2]許雁南.壓力傳感器技術現狀及發展中國計量測試學會會議論文集.2001
作者介紹:
吳浩,博士、高級工程師、全國壓力計量技術專業委員會委員、上海市領軍后備人才、上海市松江區首席技師、WTO/TBT壓力計量通報評審專家。
