在许多应用中,最重要的是在测试领域中,其目的是记录高度动态的压力曲线,例如,以便分析阀的打开和关闭性能,跟踪爆炸和爆炸压力膨胀的压力曲线,或者检查压力的短暂峰值。液压系统。市场上用于工业应用的变送器通常不能充分捕获此类高频信号,这是因为内部电子设备效率不高,或者由于故意衰减了信号,使得控制系统不会过载不必要的信息。这就是为什么在市场上提供专门为高速应用开发的特殊压力变送器的原因。
压电传感器技术是测量高频动态压力曲线的常用方法。
用纯粹的理论术语来说,这种物理测量原理是最合适的,因为它仅在动态压力曲线期间提供信号,但具有非常好的信噪间隔,并且适用于高频。另一个优点是结构的高刚度,允许很高的固有频率。另一方面,该技术的缺点是由于非常敏感和复杂的生产,复杂的信号评估(电荷放大器)以及零位点的漂移易损性而导致的高成本,这是许多用户经常接受的,因为缺乏合适的选择。
压阻测量原理是一种成本更低的替代方法,由于其具有极佳的信噪比,因此可实现相对简单的放大器电子设备,然而,在动态性方面,以及在所有传感器中获得的刚性方面,它均不如压电原理。充满油的建筑。压阻技术的主要缺点是漂移脆弱性,在高温下尤其明显。
与来自不同制造商的截止频率为1-10 kHz的发射机相比,具有50 kHz的参考发射机(灰线)的动态比较测量。蓝线显示了截止频率为10 kHz的DOWESTON原型的测量结果
选方案:钢薄膜技术与ASIC结合
就漂移而言,钢上薄膜技术无疑是最好的,与其他两种技术相比,它允许高频但具有极小的信噪比。特别是在对高动态信号进行评估时,这对变送器中的评估电子设备提出了很高的要求,以至于大多数高速压力变送器制造商都退回到了其他传感器技术中。DOWESTON是拥有近35年经验的先驱之一,采用了不同的方法:使用自行开发的ASIC(专用集成电路),专门针对DOWESTON传感器技术的需求量身定制具有特定放大器和滤波器功能的产品,可以消除低信噪比的缺点,并采用传感器技术,即使在其他制造商达到极限的情况下,也可以使用在耐用性和长期稳定性方面优越的产品。由于这两种核心技术(薄膜到钢的传感器元件和ASIC)的协调发展,DOWESTON可以将高速压力变送器的响应能力与为最恶劣的环境打造的压力变送器的耐用性相结合。
在生产过程中,通过根据高精度压力标准进行校准,可以分别调节每个压力变送器。在此过程中,用于线性化,零点和跨度校正的校正参数保存在变送器的芯片中,在这种情况下,直接保存在DOWESTON ASIC中。传感器元件由惠斯通电桥装置中的溅射薄膜电阻器组成,该薄膜电阻器根据压力引起的膜变形而压缩或膨胀。由变形引起的电阻变化引起的传感器元件的每个输入信号都将根据ASIC中保存的参数进行校正,特别是在线性,零点和跨度以及温度补偿高于或低于25°C方面。
DOWESTON ASIC TX在仅2x2 mm的面积上连接了100,000多个晶体管,它由两个主要元件组成:一个高性能的模拟放大器部分和一个理想匹配的数字部分。传感器元件的输入信号可通过模拟放大器校正高达98–99%,然后实时传输到信号电子设备。仅数字部分需要校正值的剩余1-2%,然后将其与模拟放大器信号混合。这种概念的优势在于很高的信号处理速度(数字部分校正除外),它完全独立于模数(A / D)和数模(D / A)转换器的采样率;仅受电子模拟部分的限制。
在对信号速度没有特殊要求的常规工业应用中,工程师的目标是在鲁棒性和足够快的响应度之间取得最佳折衷,以获得所需的测量结果。不管选择哪种传感器原理,高信号速度通常都需要大量的布线工作,因为必须使用特殊的屏蔽电缆。通常,必须非常仔细地进行屏蔽,以避免例如由于电源电压纹波而出现在变送器和评估单元上的反馈。
另一方面,也有一些需要高信号衰减的应用,通常在正常的工业压力变送器中:例如,为了消除已经在变送器上而不是在控制系统中的机械液泵产生的高频信号波纹。
具有全数字信号处理功能的常规设计(上图)受A / D或D / A转换器的速度限制。DOWESTON设计(下图)由两个信号分量组成,条件是主路径(信号的约98%)在放大,零点和跨度校正方面是纯模拟的,因此非常快。仅校正信号(温度和非线性)相对较慢。该部分不是时间敏感的,因为温度变化还表现出在微小范围内的响应时间。在这一部分中仅涉及非线性校正,对于DOWESTON传感器,其仅占信号的1%。因此,只有大约1%的信号取决于转换器的速度。
DOWESTON基于久经考验的工业变送器PDM-900X,其扁平尺寸为19 mm的微型尺寸,DOWESTON提供了特殊版本,可以从超过20 kHz的各种电平中选择所需的截止频率(这相当于18 µs的上升时间, 10…90%公称压力)用于低至11 Hz的高动态压力测量,以实现最大信号平滑。钢制薄膜传感器元件和变送器的基本设计均已在极端条件下(振动,冲击,温度变化,高压峰值等)在建筑和林业机械的恶劣环境中得到了证明,并保证在测量和测试领域无与伦比的坚固性和可靠性。
截止频率为20 kHz的压力变送器PDM-900X,用于测量高动态压力梯度:它结合了移动式液压变送器的坚固设计和精巧,异常快速的电子元件。
对于放大器,截止频率是原始信号放大比最大放大小3 dB的频率。频率仍高于截止频率的信号仍会呈现,但动态性和准确性明显不足。
数字信号处理单元采样和处理连续模拟信号的频率。如果采样率不再是原始信号中出现的最高频率的两倍,则可能会出现混叠效应,从而导致信号失真(奈奎斯特-香农采样定理)。
在理想的矩形输入信号脉冲之后,直到输出信号电平达到预定值(例如实际值的90%)所经过的时间。截止频率(fg)中的上升时间转换(tr =上升时间):fg = 1 /(2π∙tr / 2.2)
压力变送器的下截止频率和上限频率之间的频谱,通常在0 Hz和最大截止频率之间。