Einfluss des statischen Drucks auf die Leistung von Differenzdrucksendern

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Es wurde die Leistung von Differenzdrucksendern bei verschiedenen statischen Drücken untersucht. Mit einem Differenzdruckkolbenmanometer wurden die Charakteristikkurven verschiedener Differenzdrucksender bei unterschiedlichen statischen Drücken experimentell ermittelt. Die Ergebnisse zeigten, dass der statische Druck einen erheblichen Einfluss auf die Leistung der Differenzdrucksender hat. Mit zunehmendem statischem Druck krümmt sich die Charakteristikkurve des Differenzdrucksensors deutlich in negative Richtung. Die damit verbundenen Forschungen haben große Bedeutung als Referenz für die Herstellung, Prüfung und Anwendung von Differenzdrucksensoren. Differenzdrucksender werden weit verbreitet in Branchen wie Energie, Chemie und Pharmazie eingesetzt. Diese Geräte sind oft mit Themen wie Industriesicherheit und Handelsabrechnungen verbunden. Daher ist es äußerst wichtig, ihre Leistungsfähigkeit objektiv und wissenschaftlich zu bewerten, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messergebnisse zu gewährleisten. Aufgrund von Faktoren wie den Leistungsmerkmalen der Referenzgeräte wird die Messung von Differenzdrucksendern derzeit weiterhin in Form des Gesamtdrucks durchgeführt. Dabei wird am Hochdruckende (H-Ende) ein Druck ausgeübt, während am Niedrigdruckende (L-Ende) der Atmosphärdendruck herrscht. Der Atmosphärendruck dient dabei als Referenz für den statischen Druck bei der Messung ； In einigen Fällen wird eine Messung unter negativem Druck durch das Einführen eines positiven Drucks am Niedrigdruckende simuliert (am Hochdruckende ist die Umgebungsluft angeschlossen). In der tatsächlichen Betriebsweise werden gleichzeitig unterschiedliche Druckwerte am Hochdruck- und Niedrigdruckende angelegt, wodurch bei verschiedenen statischen Drücken ein Differenzdruck erzeugt wird. Da das herkömmliche Messverfahren für den Druckunterschied die tatsächlichen Betriebsbedingungen des Differenzdrucksensors nicht widerspiegeln kann, lässt es auch keine Aussage über die tatsächliche Leistung des Sensors zu. Daher führte Changhui Instruments eine Reihe von Tests mit dem Hoch-Druckdifferenzdruck-Pistonmanometer vom Typ DH.B249T durch, um die Differenzdrucksender der ausgewählten drei Unternehmen zu prüfen, und analysierte dabei die Veränderungen der Ausgangskurven der Differenzdrucksender unter verschiedenen statischen Druckbedingungen. Studie zur Auswirkung des statischen Drucks auf die Leistung von Differenzdrucksendern yunrun.com.cn/tech/2229.html 1. Stabilitätsprüfung der Differenzdrucksender Die Informationen zu den für die Prüfung ausgewählten Differenzdrucksendern sind in Tabelle 1 dargestellt. Um den Einfluss der Stabilität des Differenzdrucksenders selbst auf die Testergebnisse zu bestimmen, wurden die langfristige Stabilität der Nullpunktsstellung sowie die Stabilität der Nullpunktsstellung bei verschiedenen statischen Drücken am ausgewählten Differenzdrucksender getestet. Die Versuchsdaten werden durch die Anzeige des Transmitters direkt zur Messung des Druckwerts verwendet, um den Einfluss des Standards auf die Ausgabe des Transmitters so gering wie möglich zu halten. Tabelle 1: Informationen zu Differenzdrucksendern
Code | Modell des Differenzdrucksenders | Differenzdruckbereich/kPa | Maximale Betriebsdruck/MPa | Genauigkeitsklasse
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A | Changhui YR-ER101 | 0–50 | 16 | Klasse 0,075
B | Fuji FKCS36V5 | 0–500 | 16 | Klasse 0,065
C | JK3351 | 0–250 | 10 | Klasse 0,5

① Langfristige Stabilität des Nullpunkts
Bei den beiden Differenzdrucksendern – dem aus Monokristallsilizium hergestellten Sender A sowie dem Sender B mit Silizium-Mikrokondensatoren – wurden unter Normaldruck Tests zur Langfristigen Stabilität des Nullpunkts durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Tests sind in Abbildung 1 dargestellt. http://yunrun.com.cn/upload/201810/29/201810291812081776.png Abbildung 1: Langfristige Stabilität des Nullpunkts der Differenzdrucksender A und B. Die Ergebnisse zeigen, dass der Differenzdruckmessbereich des Monokristallsilizium-Senders A bei 0–50 kPa liegt, wobei die Abweichung des Nullpunkts unter 0,008 % FS liegt ； Der Silizium-Mikrokondensator-Sensor B hat ein Messbereich für Differenzdrücke von 0–500 kPa. Die Nullpunktverschiebung liegt unter 0,01 % FS – beides entspricht den Anforderungen der Tests. ②Nullpunktstabilität des Differenzdrucksensors bei unterschiedlichen statischen Drücken: Bei statischen Drücken von 0, 3, 6, 9 und 12 MPa wurden Stabilitätsprüfungen des Nullpunkts des Sensors durchgeführt. Jede Gruppe wird jeweils 2 Mal mit einem Spannungsanstieg- und 2 Mal mit einem Spannungsabfalltest getestet, wobei die Messungen kontinuierlich durchgeführt werden. Die Testergebnisse des monokristallinen Silizium-Differenzdrucksenders A sowie des Silizium-Mikrokondensator-Differenzdrucksenders B sind in den Abbildungen 2 und 3 dargestellt. Abbildung 2: Stabilität des Nullpunkts des monokristallinen Silizium-Drucktransmitters A bei unterschiedlichen statischen Drücken
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Abbildung 3: Stabilität des Nullpunkts des Silizium-Mikrokondensator-Drucktransmitters B bei unterschiedlichen statischen Drücken
Die Ergebnisse zeigen, dass die Auswirkungen des statischen Drucks auf den Nullpunkt in allen Fällen ähnlich sind. Das heißt: Mit zunehmendem statischen Druck nimmt auch der Einfluss zu, und die charakteristische Kurve weicht allmählich in Richtung negativer Fehler ab. Das sollte eine typische Eigenschaft eines Differenzdrucksenders sein. Sender A weist bei einer statischen Drucklast von 12 MPa eine Nullverschiebung von nicht mehr als 0,015 % FS auf ； Der Sender B weist bei einer statischen Druckbelastung von 12 MPa eine Nullverschiebung von nicht mehr als 0,03 % FS auf ； Der Sender C zeigte aufgrund einer Auflösung von nur 0,1 kPa keine deutliche Nullverschiebung. 2. Eigenschaften des Differenzdrucksensors bei unterschiedlichen statischen Drücken Bei dem ausgewählten Differenzdrucksensor wurden die Differenzdruckwerte bei statischen Drücken von 0, 3, 6, 9 und 12 MPa gemessen. Zudem wurde untersucht, wie sich die verschiedenen statischen Drücke auf die Genauigkeit der Differenzdruckwerte auswirken. ①Changhui YR-ER101-Differenzdrucksender aus Monokristallsilizium A: Abbildung 4 zeigt den Durchschnitt der 5 Messungen des Changhui-Differenzdrucksenders aus Monokristallsilizium A bei einer statischen Druckbelastung von 0–12 MPa. Man kann erkennen, dass die Kurve bei einer statischen Druck von 6 MPa anfängt, nach unten abzuwinkeln – das heißt, mit zunehmendem statischen Druck wird der Fehler allmählich negativer. Bei einem statischen Druck von 12 MPa ist die Krümmung der Charakteristikkurve am ausgeprägtesten. Bei 50 kPa liegen die Messwerte des Differenzdrucksensors bereits über dem zulässigen maximalen Fehlerbereich. http://yunrun.com.cn/upload/201810/29/201810291817374280.png
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Abbildung 4: Ausgangseigenschaften des monokristallinen Silizium-Differenzdrucksenders A bei verschiedenen statischen Drücken.
② Der Silizium-Mikrokondensator-Differenzdrucksender B von Fuji FKCS36V5. Der Messbereich des Differenzdrucksenders B liegt bei 0–500 kPa. Wie in Abbildung 5 zu sehen ist, neigt sich die Charakteristikkurve mit zunehmendem statischem Druck deutlich in Richtung des negativen Fehlerbereichs. Nur bei einem statischen Druck von 0 MPa liegt der Messfehler im zulässigen Bereich, den das Unternehmen vorgibt. Bei einem statischen Druck von 12 MPa übersteigt der Fehler bereits 0,25 % FS und erreicht somit das Vierfache des maximal zulässigen Fehlers. Dieses Ergebnis wird gemeinsam durch die Messstandards und die Eigenschaften des Transmitters verursacht. http://yunrun.com.cn/upload/201810/29/201810291818163572.png http://yunrun.com.cn/upload/201810/29/201810291825364308.png Abbildung 5: Ausgangseigenschaften des Differenzdrucksensors B bei verschiedenen statischen Drücken. ③ Inländischer kapazitiver Differenzdrucksensor C: Der Messbereich dieses inländischen kapazitiven Differenzdrucksensors C liegt bei 0–250 kPa. Die Testergebnisse sind in Abbildung 6 zu sehen. http://yunrun.com.cn/upload/201810/29/201810291819533266.png http://yunrun.com.cn/upload/201810/29/201810291834262260.png Abbildung 6: Ausgangseigenschaften des kapazitiven Differenzdrucksenders C bei verschiedenen statischen Drücken. Die Eigenschaftskurven ähneln denen der vorherigen Gruppen. Dabei hat der Messfehler bei einer statischen Druckbelastung von 9 MPa bereits die von dem Hersteller vorgegebenen Genauigkeitsanforderungen überschritten (Hinweis: Von den oben genannten Differenzdrucksensoren liegen keine Angaben des Herstellers bezüglich der zulässigen Schwankungen der Kennkurven unter hohen statischen Drücken vor; hier wird daher nur aufgrund der tatsächlichen Messergebnisse analysiert). Es wurden die Ausgangskurven der verschiedenen Differenzdrucksender unter unterschiedlichen statischen Druckbedingungen gemessen. Die Experimente zeigten, dass alle Differenzdrucksender von dem statischen Druck beeinflusst werden. Wenn durch den statischen Druck eine Verschiebung des Nullpunkts auftritt, ändert sich auch die Ausgangskurve. Der Einfluss des statischen Drucks auf die Ausgangskurven der Differenzdrucksender ist immer gleich: Mit zunehmendem statischen Druck neigt sich die Ausgangskurve des Differenzdrucksenders deutlich in Richtung negativer Fehler. Bei einigen Differenzdrucksendern überschritt der Fehler bereits bei dem maximalen erprobten statischen Druck den zulässigen Wert. Die entsprechenden Schlussfolgerungen haben große Bedeutung für die Herstellung, Prüfung und Anwendung von Differenzdrucksendern und verdienen daher besondere Aufmerksamkeit. Es wird empfohlen, dass diejenigen Messinstitutionen, die dazu in der Lage sind, die Auswahl der Differenzdrucksender erweitern und damit Tests durchführen, um umfassendere Testdaten zu erhalten, die eine effektive Analyse ermöglichen und eine zuverlässige technische Grundlage für die Messstandards der Differenzdrucksender liefern.