SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Датчики давления и температуры ПДТК-Р-П-Т-МС, ООО СКТБ ЭлПА | Участник проекта _Обзор производителей датчиков давления_

SKTB-Elpa.png

Компания является полным правопреемником филиала НИИ «Часпром», который был организован на территории Угличского часового завода «Чайка» с целью укрепления связи прикладной науки и производства. В настоящее время основное направление деятельности ООО «СКТБ ЭлПА» – научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы и производство в области пьезорезонансной техники: кварцевых резонаторов, частоторезонансных чувствительных элементов (ЧЭ) и датчиков, предназначенных для преобразования с высокой точностью физических параметров (температура, давление, ускорение, влажность, приращение массы, вес) в частотный, а также цифровой электрические сигналы. Качество и возможности этих сенсоров не уступают зарубежным аналогам. ООО «СКТБ ЭлПА» владеет МЭМС-технологией на основе разработанных ею методов объемной фотолитографии и методов механической обработки монокристаллов.


Мнение Александра Владимировича Полякова, заместителя директора ООО «СКТБ ЭлПА» по науке и разработкам

Вопросы, актуальные для всех заказчиков: какова долговременная воспроизводимость и стабильность параметров, срок службы, гарантийный и межповерочный интервал? Проблемы плавающего нуля и перегрузка по давлению?
Кварцевые резонаторы-сенсоры и датчики на их основе благодаря абсолютным упругим свойствам монокристаллического кварца не имеют значимого гистерезиса (<0,001 % измеряемой величины) и отличаются высокой стабильностью и воспроизводимостью своих характеристик, но тем не менее вышеперечисленные характеристики могут значительно варьироваться в зависимости от конструктивного исполнения датчика и условий эксплуатации. Так как мы изготавливаем датчики для различных применений, то и диапазоны рабочих давлений и температур могут варьироваться от 10–4 до 100 МПа и от –60 до +180 °C для датчиков давления и от –60 до +300 °C для датчиков температуры. Для определения параметров стабильности мы проводим довольно большое количество длительных испытаний на воздействие повышенных значений давления и (или) температур. Кроме того, мы собираем данные, полученные при калибровках и поверках датчиков в процессе эксплуатации у наших потребителей. Если перейти к цифрам, то я бы разделил датчики на две группы: первая – датчики для общепромышленного диапазона температур от –45 до +85 °C (+100 °C для датчиков температуры); вторая – с расширенным диапазоном температур от –60 до +180 °C (+300 °C для датчиков температуры). Для первой группы уход нуля в год не более 0,01…0,03 % от верхнего предела измерения (ВПИ). Для второй группы – не более 0,04…0,1 % ВПИ. Соответственно межповерочный интервал зависит от заявляемой максимальной основной погрешности датчика (l). Например, для датчиков давления первой группы с погрешностью l не более ±0,06 % межповерочный интервал может составлять 3–4 года, а для второй группы – 1 год.

Кварцевые резонаторы стали широко применяться в технике с середины прошлого века и зарекомендовали себя как надежный и высокостабильный по своим характеристикам элемент. За это время были изучены процессы и факторы, негативно влияющие на характеристики резонаторов, и в дальнейшем учтены в конструкциях и технологии их изготовления. Срок службы кварцевых резонаторов и резонаторов‑сенсоров составляет от 10 до 15 лет. На датчики давления и температуры срок службы устанавливается в зависимости от их применения и может достигать 20 лет. На практике довольно большое количество датчиков, например в метеостанциях, работают уже более 15 лет.

Перегрузка по давлению является важным фактором, определяющим надежность работы датчика. В конце девяностых – начале двухтысячных годов мы старались обеспечить максимальную крутизну рабочей характеристики датчиков давления, но с совершенствованием автогенераторных схем и ПО микропроцессорных частотомеров мы увеличили разрешающую способность датчиков, которая позволяет загрубить кварцевый чувствительный элемент (ЧЭ), но при этом увеличив перегрузочную способность с сохранением высоких метрологических характеристик. Перегрузочная способность в зависимости от модели датчиков может варьироваться от 20 до 100 % от ВПИ.

На выпуске каких датчиков специализируется ваше предприятие? Есть ли серии для жестких условий эксплуатации, агрессивных сред? Какие чувствительные элементы применяются?
Наше предприятие специализируется на выпуске прецизионных и высокостабильных первичных ЧЭ (резонаторов и резонаторов-сенсоров) и датчиков на их основе. Наша технология пока не позволяет производить датчики в количествах 100 и более тысяч единиц и с малой ценой. Наш сегмент – это датчики высокой точности и (или) датчики, способные работать в условиях повышенных температур, высоких давлений, жесткой радиации. Сейчас мы наиболее активно развиваем направление внутрискважинных датчиков давления и температуры, в которых ЧЭ защищен от агрессивной среды разделительным сильфоном, позволяющим компенсировать баллонный эффект в широком диапазоне температур до 230 °C и уменьшить габаритный диаметр датчика до 15 мм. Если потребитель поставит задачу, то мы можем уменьшить диаметр до 13 мм с сохранением верхнего предела рабочих давлений до 80 МПа и, возможно, 100 МПа.

Для низких давлений в качестве защиты ЧЭ от агрессивных сред мы используем штатные мембранные разделители или полимерные составы, но полимерные составы могут использоваться для избирательной защиты. Также мы изготавливаем датчики избыточного давления с пределом измерения от 50 кПа, ведется разработка кварцевых ЧЭ дифференциального давления с верхним пределом от 30 кПа при максимальном статическом давлении до 6 МПа.

Кроме того, наше предприятие выпускает термочувствительные резонаторы-сенсоры, которые могут помещаться в защитные гильзы, что, конечно, снижает их быстродействие (в зависимости от материала и толщины стенки гильзы) с 3 до 15…30 с, но при этом обеспечивается надежная защита ЧЭ от агрессивных сред. Датчики температуры с кварцевым ЧЭ, с частотным или цифровым выходным сигналом обладают высокой разрешающей способностью 0,001 °C, долговременной стабильностью на уровне тонкопленочных платиновых ЧЭ и низкой абсолютной погрешностью (до ±0,05 °C).

Что, по вашему мнению, должно входить в понятие «цифровой датчик давления»: тип выходного сигнала, протокол HART или нечто иное?
В цифровом датчике для потребителя в первую очередь важен удобный интерфейс передачи данных и метрологические характеристики. Имея на выходе первичного кварцевого датчика частоту, мы, не используя аналого-цифровой преобразователь, подключаем частотный сигнал с датчика непосредственно к счетчику контроллера, что исключает такие традиционные проблемы аналоговых датчиков, как временная и температурная нестабильность аналоговых цепей измерительного усилителя и АЦП, и позволяет обеспечить высокую разрешающую способность. Сейчас существует множество интерфейсов, и преимущество наших датчиков заключается в том, что мы практически без ограничений можем реализовать любой их них. На данный момент мы выпускаем цифровые датчики с интерфейсами RS‑485, UART, I2C, SPI, ведется разработка датчика с интерфейсом CanOpen.

На что бы вы рекомендовали обратить внимание потенциальным заказчикам при выборе компании-производителя и самих датчиков давления?
Датчик должен соответствовать метрологическим требованиям и иметь удобный для потребителя выходной сигнал. Мы иногда встречаемся с завышенными требованиями к погрешности и диапазонам рабочих температур. С одной стороны, тем самым заказчик обеспечивает дополнительный запас по метрологии и надежности, но с другой – это приводит к увеличению стоимости датчика.

При выборе компании потребителям датчиков давления необходимо в первую очередь обратить внимание на историю компании, убедиться в наличии реального производства, сервисного сопровождения и обслуживания.


Представляемое решение

Компания представляет кварцевые высокотемпературные внутрискважинные датчики давления и температуры ПДТК-Р‑П‑Т‑МС с основной приведенной погрешностью 0,03 %. В результате изменений, внесенных в технологию сборки датчиков, использования другого вида регрессионной функции и применения новых материалов удалось добиться существенного увеличения точности и повышения надежности скважинных датчиков давления и температуры.

5_SKTB-Elpa_ris.jpg

Рис. Внутрискважинный цифровой кварцевый пьезорезонансный датчик давления ПДТК-Р-П-Т-МС-32-Ц4 и применяемый в нем ЧЭ РКМА-Р-ОС-21

На данный момент компания может подтвердить возможность изготовления датчиков ПДТК-Р‑П‑Т‑МС-(22; 30; 31; 32; 50)-Ах со следующими характеристиками:
- верхний предел рабочих давлений: 40,0; 60,0; 80,0; 100,0 МПа;
- диапазон рабочих температур: от 20 до 150 °C;
- кратковременный (до 48 часов) нагрев до 210 °C для моделей МС‑22; МС‑31; МС‑32 и до 180 °C для МС‑30 и МС‑50 (если установлена электроника с соответствующей предельной рабочей температурой);
- основная приведенная погрешность γ = ±0,03 % ВПИ;
- дрейф нуля за год (расчетное значение) – не более 0,08 % ВП;
- разрешающая способность – 0,00015 % ВПИ.
- наименьший диаметр – 15 мм (возможна разработка датчика с габаритным диаметром 13 мм).

ООО «СКТБ ЭлПА», г. Углич,
тел.: +7 (48532) 546-74,
e‑mail: info@sktbelpa.ru,
сайт: www.sktbelpa.ru

Читать мнение других участников