環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器的應用

摘要：隨著經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸出現(xiàn)在人們視線中，運用范圍不斷拓展，作為工業(yè)自動化及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)控制發(fā)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(shù)的發(fā)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申獅海物聯(lián)網(wǎng)科技公司生產(chǎn)的齊亞斯品牌環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器。齊亞斯環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器榮獲國家發(fā)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(guān)鍵詞：無汞環(huán)保  壓力傳感器  擠出系統(tǒng)  制藥設(shè)備  食品機械  熔噴布設(shè)備

 

引言：人們?yōu)榱藦耐饨绔@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(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)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(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量，因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)，傳感器具有微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化等特點，它不僅促進了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和更新?lián)Q代，而且還可能建立新型工業(yè)，從而成為21世紀新的經(jīng)濟增長點。熔體壓力傳感器主要用于高溫條件下熔融物質(zhì)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(shè)備、制藥機械等設(shè)備的高溫流體介質(zhì)的壓力測量與控制，工作原理是介質(zhì)的壓力直接作用在傳感器的膜片上，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻發(fā)生變化和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)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(tǒng)的用水銀作為填充介質(zhì)的壓力傳感器，這種產(chǎn)品隨著使用會導致水銀的泄漏產(chǎn)生有毒有害氣體，對生產(chǎn)人員和產(chǎn)品都會產(chǎn)生損害，齊亞斯品牌的環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器用環(huán)保型合金液體進行填充，實現(xiàn)了完全無毒無害，受到國內(nèi)外消費群體的喜愛。

 

 

       環(huán)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(gòu)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(jié)的一體成型結(jié)構(gòu)，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(nèi)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(shè)有一圈凹槽并配設(shè)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(zhì)，內(nèi)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(zhì)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(shè)備的高溫流體介質(zhì)的壓力測量與控制。

 

 

       環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器，是使用安全環(huán)保的水銀替代物作為填充介質(zhì)來代替水銀，達到不存在重金屬污染，安全無毒，環(huán)保，溫度漂移系數(shù)更小，測量介質(zhì)溫度更高，測量精度更高目的；上海申獅物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司研發(fā)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(shù)指標不發(fā)生變化，可保證高溫熔體壓力傳感器的安全性、穩(wěn)定性和準確性。

 

       在現(xiàn)有的熔體壓力傳感器生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)，環(huán)保型的高溫熔體壓力傳感器的生產(chǎn)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(chǎn)的無汞填充產(chǎn)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(chǎn)品的品質(zhì)，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(chǎn)生火花，極速易燃，導致生產(chǎn)現(xiàn)場出現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(chǎn)品雖然解決了無汞填充但是采用的半導體結(jié)構(gòu)和機械式原理、導致產(chǎn)品精度低、相應速度慢、抗干擾差、使用壽命短，在歐美行業(yè)公司的技術(shù)范疇內(nèi)、這是一項淘汰的落后技術(shù)。

 

       多年來、很多國內(nèi)企業(yè)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(shù)大、無法滿足真正的高溫環(huán)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(huán)境中，不斷投入大量人力、財力和物力，在經(jīng)過多種材料嘗試過后，終于研發(fā)出了由環(huán)保合金液體填充的環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器。

 

       現(xiàn)有技術(shù)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(zhì)，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(zhì)的準確性。齊亞斯團隊研究的環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器主要針對性解決對現(xiàn)有技術(shù)中高溫熔體壓力傳感器易出現(xiàn)水銀泄漏污染的技術(shù)問題以及現(xiàn)有水銀替代物鎵基合金熔點較高，低溫環(huán)境下無法準確檢測等問題。

 

       這款環(huán)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(fā)，安全無毒，不易燃，不易爆等優(yōu)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(shù)指標不發(fā)生變化，可保證高溫熔體壓力傳感器的安全性，穩(wěn)定性和準確性，處于行業(yè)領(lǐng)先地位。

 

       它以綠色無毒的低熔點合金作為傳壓介質(zhì)，可保證高溫熔體壓力傳感器的安全性、穩(wěn)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(fā)、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(chǎn)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(zhì)的產(chǎn)品時間更長，常年穩(wěn)定性保持在0.02%FS。

 

3 環(huán)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(chǎn)系統(tǒng)、建筑包裝材料等設(shè)備的高溫熔體、流體、氣體介質(zhì)的壓力測量。解決了傳統(tǒng)傳感器沸點高不易揮發(fā)、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(chǎn)品使用壽命。此外，齊亞斯環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器于傳統(tǒng)的高溫熔體壓力傳感器相比，還可以應用于食品生產(chǎn)領(lǐng)域。

 

       關(guān)于環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器的應用必須要重視相關(guān)流程，包括安裝、啟動和拆除，這些與傳統(tǒng)的壓力傳感器是一致的。關(guān)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(huán)境中，外殼與高溫區(qū)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(jù)安裝孔尺寸圖及尺寸表的技術(shù)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(shè)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(guān)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(tài)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。

 

       傳感器技術(shù)有著十分廣泛的應用前景它不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、環(huán)境、醫(yī)療等傳統(tǒng)領(lǐng)域有具有巨大的運用價值，在未來還將在許多新興領(lǐng)域體現(xiàn)其優(yōu)越性，如家用、保健、交通等領(lǐng)域，我們可以大膽的預見，將來傳感器網(wǎng)絡將無處不在，將完全融入我們的生活。國內(nèi)傳感器市場近幾年一直持續(xù)增長，傳感器應用在四大領(lǐng)域為工業(yè)及汽車電子產(chǎn)品、通信電子產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品專用設(shè)備，其中工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品領(lǐng)域傳感器市場占約為42%，目前我國傳感器在醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、油氣管道、智能電網(wǎng)、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的創(chuàng)新應用也將成為新熱點，發(fā)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(yī)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(chǎn)，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(chǎn)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(chǎn)生重要影響，同時高溫聚合物擠出生產(chǎn)工藝中高溫熔體壓力傳感器決定了設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，傳統(tǒng)的高溫熔體壓力傳感器填充介質(zhì)物質(zhì)是汞（水銀），一旦泄露將會對熔噴無紡布成品產(chǎn)生嚴重二次污染；齊亞斯環(huán)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(chǎn)品宣傳力度，推廣環(huán)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(shù)的研究也永遠都不會停止，隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)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(lǐng)域的更高要求的應用需要；隨著包括中國在內(nèi)的92個國家和地區(qū)的代表最終簽署《水俁公約》，2013年10月11日，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)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(lián)合行動再次邁進了一步；全國人大常委會關(guān)于批準《關(guān)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(fā)布，自2016年04月28日起施行的法律法規(guī)；根據(jù)國家政策導向，倡導環(huán)保產(chǎn)品應用，中國將全面禁止汞（水銀）填充介質(zhì)的產(chǎn)品的生產(chǎn)，齊亞斯品牌的環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器將會得到全面應用。

 

[1]王乃和.淺談傳感器的現(xiàn)狀及發(fā)展.應用科技.2009.22

[2]許雁南.壓力傳感器技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展中國計量測試學會會議論文集.2001

 

吳浩，博士、高級工程師、全國壓力計量技術(shù)專業(yè)委員會委員、上海市領(lǐng)軍后備人才、上海市松江區(qū)首席技師、WTO/TBT壓力計量通報評審專家。