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    詳細內容

    如何處理應變傳感器產生的漂移

    憑借 高可靠性,高精度以及堅固的機械特性,基于應變的傳感器在石油和天然氣工業占據了主要角色。然而,任何的傳感器技術都會受到環境因素的影響,例如溫度或是濕度,產生測量漂移。通過材料的精心選擇,可以緩解這些漂移。


    能夠在在惡劣的環境下,**測量極高的負載使應變傳感器能滿足石油和天然氣工業的要求。在高應力應用,例如泵通斷控制,深井泵(稱為往復桿提升泵系統)等。同樣情況也適用于高壓應用領域。


    另外,應變傳感器具有 更寬的負載能力。和其他傳感器不同,應變力傳感器量程高達 MN ,扭矩傳感器量程同樣高達 MN.m,壓力傳感器可達 10000 bar。


    測量產生的漂移

    由于具有優異的長期穩定性,這些傳感器非常適合惡劣環境的石油和天然氣工業。但是,如果不仔細選擇和使用,環境溫度過高,會導致測量產生漂移,影響設備的可靠性 — 有時在石油和天然氣應用中環境溫度可達到400-500°F。


    溫度漂移是由多種情況引起的,例如材料本身的自然特性。溫度的變化將導致電阻產生變化,直接影響材料的電阻率。溫度的快速變化會產生顯著的溫漂,顯著影響測量的可靠性。


    多數應用中,溫度變化會導致熱膨脹 - 材料以及應變片自身。因為應變片電阻會隨溫度產生變化,因此傳感器會產生測量漂移。當被測物和應變片的熱膨脹率系數顯著不同時,這種影響更加顯著。


    制造商通過對應變片進行優化來消弱溫漂。通過不同的合金,制造商使應變片匹配被測材料的溫度響應系數。這一般稱為“自補償”應變片。


    不適當的膠水和黏貼方法也會加劇這個問題。在石油天然氣工業中,應用溫度較低的粘合劑會導致測量失敗。膠水的熱膨脹系數如果不能匹配應變片和被測物體,也同樣會導致較大的測量漂移。


    漂移補償

    通過自補償應變片和合適的黏貼技術可以降低溫漂,但是無法完全消除他們。為進一步消除這些效應,傳感器設計師通常采用 雙柵或4柵設計,組成半橋或全橋布置。這些柵絲安裝在同種材料上,具有相同的溫度變化。由于整個橋路的電阻隨溫度產生的變化比相同,因此橋路輸出和溫度變化無關。

    除了外界溫度因素,其他因素也可產生溫漂。因為應變片是電阻型傳感器,需要外部激勵電壓進行供電。采用更高的激勵電壓,能夠獲得更高的輸出電壓,更高的靈敏度和信噪比。但是 過高的激勵電流會產生自熱效應,導致產生額外的溫漂。


    引線的變化 也會導致額外的溫漂。因為銅導線的溫度響應系數比應變片高,盡管他們的電阻較低,但是導線電阻變化依然會產生溫漂。


    其他因素包括 機械損壞,濕度,銹蝕等都會產生測量漂移。在石油工業中,包括采用高壓水槍沖洗等都是潛在的威脅。通過專用的密封材料是解決之道,包括油漆,膩子,密封外殼等。


    采用全橋或半橋傳感器,通過精心選擇應變片,黏貼和密封材料能顯著地降低測量漂移。對于要求極高的應用,工程師可以采用計算方法進一步補償。HBM 提供其應變片與溫度響應曲線,以及用于數學計算的補償多項式。


    結論

    應變片傳感器能滿足石油和天然氣行業惡劣環境的要求,具有較高的精度和長期穩定性。但如同所有的傳感器器,都會受到溫度變化影響,導致測量漂移。通過仔細的選擇和黏貼被測體,可以大幅減少漂移或進行補償。實現載荷,扭力,拉力和壓力的高度準確,可靠測量。


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