耐腐蝕液位變送器的產品結構設計及穩定性測試方法簡述

　　一、概述
在工業生產中, 對壓力、液位參數的測量和控制系統應用非常廣泛, 尤其在石油化工部門對腐蝕性介質的液位測量的要求更加嚴格。對腐蝕性介質的液位測量方法較多, 有吹氣式。浮球式電容式、超聲波式、吹氣式、浮球式存在現場安裝、維護麻煩、精度低等缺點, 而電容式、超聲波式目前大部分從美國羅斯蒙特公司、英國肯特公司、德國E + H 公司引進, 存在價格貴間題。采用擴散硅壓阻式傳感器研制的耐腐蝕傳感器具有現蠕變小、滯后小、精度高、長期穩定性好、工作可靠以及現場安裝、調試、維護方便等優點, 完全能夠滿足石油化工部門要求。
 
二、工作原理
擴散硅傳感器是壓阻式壓力傳感器中的一種,可用于液位的測量，作為液位變送器使用， 這種隔膜式壓力傳感器是利用硅的壓阻效應, 通過半導體平面工藝, 在一定晶向硅片的一定位置上擴散4 個電阻, 連成惠斯通電橋。當膜片受到壓力時, 通過密封腔內的硅油將壓力同步傳遞給硅壓敏電阻, 4 個電阻中R l 、R ; 減小,R Z 、R 3 增大。當電橋一個對角線通電時, 另一個對角線就有與壓力大小成正比的電信號輸出。

三、液位變送器結構設計
結構設計由3 部分組成, 即耐腐蝕傳感器、耐腐蝕導氣電纜和耐腐蝕中繼箱。耐腐蝕傳感器有隔離膜片、耐腐蝕外殼、密封腔及T O 一8硅杯座4 部分組成。采用雙層膜片隔離技術, **層膜片選用氟塑料薄膜, 將薄膜與同種材料的外殼焊接在一起把腐蝕性介質與內部傳感器完全隔離達到防腐的目的; 二層膜片選用不銹鋼波紋膜片與硅杯座通過氮孤焊連接在一起, 這樣就形成一個密封腔, 密封腔內充滿純凈的硅油。當外力作用于**層膜片上時, 該膜片緊壓二層膜片并通過密封腔內的硅油將外力同步傳遞給硅壓敏電阻, 從而使其輸出一個與壓力大小成正比的電信號。
 
四、穩定性考核及測試方法
硅材料不但是良好的半導體材料, 而且其機械性能也十分優良。擴散硅傳感器是利用硅的壓阻效應將壓力信號轉換成電信號, 所以硅芯片不存在蠕變和滯后的問題, 硅片如不受污就可以長期穩定地工作。傳感器的長期穩定性是一個十分重要的參數, 只有長期穩定性好的傳感器才具有使用價值。傳感器穩定性的測試是一項復雜而細致的工作；從芯片到傳感器要經過67 道工序, 一旦在一個工序上出現問題, 就會影響傳感器穩定性甚至出現廢品。




 
液位變送器穩定性測試方法歸納如下: 傳感器做成成品后都要經過溫度老化、電老化和機械老化3 個階段。溫度老化要經過高溫80 ℃ 保持6 個小時, 低溫一30 ℃ 保持6 個小時的幾次循環, 電老化要在高溫80 ℃ 通電的情況下保持幾個小時甚至幾十個小時, 機械老化要在傳感器量程范圍內反復沖擊3 0 0 0一4 0 0 0 次。當傳感器經過3 個老化階段后就能減小封接應力, 同時使傳感器的電性能趨于穩定, 并從中篩選出穩定性好的傳感器同時剔除有缺陷的傳感器。我們對傳感器的一次溫度循環變差做了測試。其循環溫度為25 ℃ -30 ℃ ，25 ℃ ~ 80 ℃-25 ℃ 。圖2 是3 個傳感器的零點變化曲線。在全部測試過程中, 零點輸出相對于滿量程輸出的變化量均在0.2% 以內, 3 條曲線變更趨勢平穩, 傳感器長期穩定性較好。絕大多數的傳感器經過溫度循環后, 零點靈敏度都會有所變化。
 
圖3 是在測試過程的4 個時期經過一30 ℃一8 0 ℃ 溫度循環的零點變化圖。
 
圖中以**次溫度循環前的零點輸出為起點, 繪出了每次溫度循環后的零點變化的趨勢。各次間沒有大的波動, 總的趨勢是逐漸趨于穩定。通過兩種測試方法并行對傳感器的長期穩定性考核, 可以論證: 這些傳感器的零點輸出隨時間漂移很小, 長期穩定性好, 必然可以保持液位變送器能夠穩定、可靠、長期地工作。


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