环保型高温熔体压力传感器的应用

摘要：随着经济和科学技术的发展，物联网技术逐渐出现在人们视线中，运用范围不断拓展，作为工业自动化及物联网系统控制发展过程中的重要测量与控制仪器的高温熔体压力传感器，也不断走入大众的视角，随着传感器的不断推广和应用以及技术的发展，大家对传感器的要求也越来越高，笔者在此探讨的主要是由上申狮海物联网科技公司生产的齐亚斯品牌环保型高温熔体压力传感器。齐亚斯环保型高温熔体压力传感器荣获国家发明专利，具有无毒无害，超长使用寿命和温度漂移量小等特点。

 

关键词：无汞环保  压力传感器  挤出系统  制药设备  食品机械  熔喷布设备

 

引言：人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官，而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了，为适应这种情况，就需要传感器。1967年，齐亚斯和约翰·伊根申请了边缘约束的硅膜片的专利，开启传感器时代；在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量，因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础，传感器具有微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化等特点，它不仅促进了传统产业的改造和更新换代，而且还可能建立新型工业，从而成为21世纪新的经济增长点。熔体压力传感器主要用于高温条件下熔融物质的压力测量与控制，广泛应用于化纤塑料、纺丝、聚酯、橡塑机械、食品设备、制药机械等设备的高温流体介质的压力测量与控制，工作原理是介质的压力直接作用在传感器的膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻发生变化和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这个压力的标准信号；然而市面上普遍的高温熔体压力传感器都属于传统的用水银作为填充介质的压力传感器，这种产品随着使用会导致水银的泄漏产生有毒有害气体，对生产人员和产品都会产生损害，齐亚斯品牌的环保型高温熔体压力传感器用环保型合金液体进行填充，实现了完全无毒无害，受到国内外消费群体的喜爱。

 

 

       环保型高温熔体压力传感器是由膜片、螺杆、基座、毛细管、外壳、压力检测元件和航空插件构成。膜片通过激光焊接于螺杆的前端并将螺杆前端封闭，螺杆的后端与基座的前端连接，基座安装于外壳的前端，压力检测元件为由应变压力计和弹性体烧结的一体成型结构，并通过氩弧焊机焊接在基座后端，毛细管焊接在螺杆和基座之间并贯穿螺杆和基座将膜片与压力检测元件连通，航空插件安装在外壳后端并与压力检测元件连接，压力检测元件与基座之间留有腔室，腔室用于扩大毛细管内的液体与压力检测元件的接触面积，基座和航空插件的周围分别设有一圈凹槽并配设有密封圈，基座和航空插件分别与外壳密封配合将压力检测元件封装毛细管为不锈钢材质，内壁镀有一层TiAlN覆膜，毛细管中填充有低熔点合金，低熔点合金包括：镓55 ～65％、铟16～22％、锡10～15％、铅2～5％和铊1～3％。高温熔体压力传感器主要用于高温条件下熔融物质的压力测量与控制，广泛应用于化纤型料纺丝、聚酯、橡塑机械等设备的高温流体介质的压力测量与控制。

 

 

       环保型高温熔体压力传感器，是使用安全环保的水银替代物作为填充介质来代替水银，达到不存在重金属污染，安全无毒，环保，温度漂移系数更小，测量介质温度更高，测量精度更高目的；上海申狮物联网科技有限公司研发的齐亚斯高温熔体压力传感器使用的低熔点合金具有熔点低、粘度、热导率和表面张力等技术指标不发生变化，可保证高温熔体压力传感器的安全性、稳定性和准确性。

 

       在现有的熔体压力传感器生产领域内，环保型的高温熔体压力传感器的生产厂家主要包括美国Dynisco(单尼斯科）、意大利GEFRAN（杰弗伦）、GRAEFF格拉夫、中国齐亚斯Ziasiot，其中美国Dynisco(单尼斯科）和意大利GEFRAN（杰弗伦）生产的无汞填充产品一般采用硅油和NaK合金，硅油在耐高温性上的不温度无法保证产品的品质，NaK虽然无毒，但是高温熔体压力传感器在膜片破裂后遇到空气产生火花，极速易燃，导致生产现场出现火灾、严重的将引起爆炸，早期日本RKC公司推出（顶杆）推导式结构的半导体无填充高温熔体压力传感器几十年，一直以来没有得到广泛的应用，此产品虽然解决了无汞填充但是采用的半导体结构和机械式原理、导致产品精度低、相应速度慢、抗干扰差、使用寿命短，在欧美行业公司的技术范畴内、这是一项淘汰的落后技术。

 

       多年来、很多国内企业采用所谓的高温硅油来填充、硅油没有重金属的泄露污染问题、但是硅油的耐温性低、温度系数大、无法满足真正的高温环境的使用，会快速导致膜片破裂而无法正常使用。齐亚斯在顶着这些压力的环境中，不断投入大量人力、财力和物力，在经过多种材料尝试过后，终于研发出了由环保合金液体填充的环保型高温熔体压力传感器。

 

       现有技术中的高温熔体压力传感器(变送器)都是采用隔离膜片和压力检测元件之间用毛细管连接，并在毛细管中抽真空并填充水银这种剧毒物质，因要保证测量压力的准确性，隔离膜片的厚度只有0.1毫米厚度，隔离膜片极度容易破裂，从而造成水银泄漏，造成重金属污染。目前市面上的水银替代物多为镓基合金，在许多仪器中可以替代水银，但考虑到北方寒冷天气，温度甚至会达到-18℃左右。但是市面上的镓基合金熔点最多达到0℃，且各项性能指标随着温度的变化而变化，无法达到测量介质的准确性。齐亚斯团队研究的环保型高温熔体压力传感器主要针对性解决对现有技术中高温熔体压力传感器易出现水银泄漏污染的技术问题以及现有水银替代物镓基合金熔点较高，低温环境下无法准确检测等问题。

 

       这款环保型高温熔体压力传感器使用的低熔点合金，熔点可低至-20 ℃，较佳的可低至-22.4℃，具有熔点低，流动性佳，沸点高，不易挥发，安全无毒，不易燃，不易爆等优点，而且随着温度的变化，密度粘度，热导率和表面张力等技术指标不发生变化，可保证高温熔体压力传感器的安全性，稳定性和准确性，处于行业领先地位。

 

       它以绿色无毒的低熔点合金作为传压介质，可保证高温熔体压力传感器的安全性、稳定性和准确性，测量精度可达到0.15级，能在-20℃-500℃温度下正常工作、部分处理功能在700°高温下正常处理，沸点高不易挥发、安全无毒、不易燃、不易爆，即使泄露不会造成重金属污染。在任意高温下、产品温度漂移量接近于0，测量更准确；此外，其使用寿命比水银填充介质的产品时间更长，常年稳定性保持在0.02%FS。

 

3 环保型高温熔体压力传感器的具体应用  

       高温熔体压力传感器应用于化纤纺丝、聚酯橡胶、塑料橡塑、挤出机械、无纺布非织造、食品机械、制药机械、熔喷布生产系统、建筑包装材料等设备的高温熔体、流体、气体介质的压力测量。解决了传统传感器沸点高不易挥发、安全无毒、不易燃、不易爆，即使泄露不会造成重金属污染，空气隔离，有效避免氧化，延长产品使用寿命。此外，齐亚斯环保型高温熔体压力传感器于传统的高温熔体压力传感器相比，还可以应用于食品生产领域。

 

       关于环保型高温熔体压力传感器的应用必须要重视相关流程，包括安装、启动和拆除，这些与传统的压力传感器是一致的。关于压力传感器的安装，传感器的探头部分可耐高温，可外壳耐温在80℃以下，所以在安装使用过程中一定要注意将安装好的传感器外壳部分固定在室温环境中，外壳与高温区域隔离有利于提高传感器的测量精度和使用寿命；由于传感器的膜片是最容易损坏的部位，在安装之前请不要随意脱落其保护帽，同时在安装同时要注意保护传感器的膜片。安装孔的加工要根据安装孔尺寸图及尺寸表的技术要求加工，避免因安装孔不标准引起的膜片擦伤影响传感器正常工作，设备启动前保证充分的加热和熔化时间，以确保挤出机械工作前传感器的膜片部位的所有物料已融化；关于压力传感器的拆除方面，只有当聚合物成灼热的熔融状态下才能拆下传感器，拆下后立即用软布将传感器探头膜片擦净。

 

       传感器技术有着十分广泛的应用前景它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新兴领域体现其优越性，如家用、保健、交通等领域，我们可以大胆的预见，将来传感器网络将无处不在，将完全融入我们的生活。国内传感器市场近几年一直持续增长，传感器应用在四大领域为工业及汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品专用设备，其中工业和汽车电子产品领域传感器市场占约为42%，目前我国传感器在医疗、环境监测、油气管道、智能电网、可穿戴设备等领域的创新应用也将成为新热点，发展前景不容小觑。

 

       新型冠状病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）疫情在全球蔓延，医用口罩供不应求，中国作为口罩出口大国，各地紧锣密鼓的加大投入口罩的生产，作为口罩的核心材料熔喷布需求量大增，口罩成为重要的防护用品，N95等口罩的主要原料之一是熔喷无纺布，在熔喷无纺布生产过程中，熔体温度、熔体压力、热空气压力、熔体流量等工艺条件的改变对熔喷聚氨酯弹性无纺布力学性能的产生重要影响，同时高温聚合物挤出生产工艺中高温熔体压力传感器决定了设备的正常运转，传统的高温熔体压力传感器填充介质物质是汞（水银），一旦泄露将会对熔喷无纺布成品产生严重二次污染；齐亚斯环保型高温熔体压力传感器积极助力全球抗疫的同时，扩大产品宣传力度，推广环保理念。

 

       随着我们对压力传感器机理、工艺等研究的不断深入,对压力传感器技术的研究也永远都不会停止，随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，相信压力传感器无论在测量范围、测量精度、可靠性、智能化等各个方面都将得到进一步的完善和提高,满足人类在各个领域的更高要求的应用需要；随着包括中国在内的92个国家和地区的代表最终签署《水俣公约》，2013年10月11日，联合国环境规划署于日本熊本市主办的《水俣公约》外交大会闭幕，这意味着全球共同控制汞污染的联合行动再次迈进了一步；全国人大常委会关于批准《关于汞的水俣公约》的决定是全国人大常委会于2016年04月28日发布，自2016年04月28日起施行的法律法规；根据国家政策导向，倡导环保产品应用，中国将全面禁止汞（水银）填充介质的产品的生产，齐亚斯品牌的环保型高温熔体压力传感器将会得到全面应用。

 

[1]王乃和.浅谈传感器的现状及发展.应用科技.2009.22

[2]许雁南.压力传感器技术现状及发展中国计量测试学会会议论文集.2001

 

吴浩，博士、高级工程师、全国压力计量技术专业委员会委员、上海市领军后备人才、上海市松江区首席技师、WTO/TBT压力计量通报评审专家。