プロセストランスミッターのセンシングエレメントの材質は何ですか?

産業オートメーションとプロセス制御の分野では、プロセストランスミッタは極めて重要な役割を果たします。これらのデバイスは、圧力、温度、流量、レベルなどのさまざまなプロセス変数を正確に測定し、これらの測定値を制御システムに簡単に送信できる電気信号に変換する役割を果たします。すべてのプロセストランスミッタの中心には、プロセス変数と直接相互作用して測定プロセスを開始する重要なコンポーネントであるセンシング要素があります。このブログでは、プロセストランスミッタのサプライヤーとして、プロセストランスミッタのセンシング要素に使用されるさまざまな材料とその特性について詳しく説明します。

圧電材料

圧電材料は、圧力トランスミッター、特に動的な圧力測定に使用されるセンサー要素として一般的な選択肢です。これらの材料には、機械的ストレスや圧力を受けると電荷を生成するという独特の特性があります。この現象は圧電効果として知られています。

最も一般的に使用される圧電材料の 1 つは水晶です。石英は、優れた圧電特性、高い安定性、および低いヒステリシスを示す結晶材料です。高温および高圧に耐えることができるため、幅広い産業用途に適しています。たとえば、自動車産業では、エンジンシリンダー、燃料噴射システム、タイヤ空気圧監視システム内の圧力を測定するために石英ベースの圧力センサーが使用されています。

別の圧電材料はチタン酸ジルコン酸鉛 (PZT) です。 PZT は高い圧電係数を持つセラミック材料です。これは、一定量の機械的応力に対して比較的大きな電荷を生成できることを意味します。このため、PZT センサーは感度が高く、医療機器や航空宇宙用途など、小さな圧力変化を検出する必要がある用途に適しています。

ひずみゲージの材質

ひずみゲージは、圧力トランスミッタで一般的に使用される別のタイプの検出素子です。ひずみゲージは、物体に力や圧力が加わったときのひずみや変形を測定する装置です。ひずみゲージは、測定対象の表面に接着された細いワイヤーまたは箔で構成されています。物体が変形するとワイヤや箔も変形し、電気抵抗が変化します。抵抗の変化を測定することにより、ひずみ、ひいては圧力を求めることができます。

ひずみゲージに使用される最も一般的な材料は金属、特にコンスタンタンです。コンスタンタンは、抵抗率が高く、抵抗温度係数が低い銅とニッケルの合金です。これは、抵抗がひずみに対して直線的に変化し、温度変化の影響を比較的受けないことを意味します。コンスタンタンひずみゲージは、その高い精度、安定性、信頼性により、産業用圧力伝送器に広く使用されています。

金属ひずみゲージに加えて、半導体ひずみゲージも一部の用途で使用されます。半導体ひずみゲージはシリコンやゲルマニウムなどの材料でできており、金属ひずみゲージよりもはるかに高い感度を持っています。ただし、温度変化に対してより敏感であり、直線性が低いため、一部のアプリケーションでは精度が制限される可能性があります。

容量性材料

容量性センシング素子は、電荷を蓄積するコンデンサの能力である静電容量の原理に基づいています。コンデンサは、誘電体材料で分離された 2 つの導電板で構成されます。プレート間の距離またはプレート間の材料の誘電率が変化すると、コンデンサの静電容量も変化します。

容量性圧力トランスミッタでは、検出素子は、測定される圧力に応じて静電容量が変化するコンデンサです。容量性圧力センサーの誘電体に使用される最も一般的な材料は、二酸化シリコンまたは窒化シリコンの薄膜です。これらの材料は高い誘電率と優れた機械的特性を備えているため、高圧用途での使用に適しています。

静電容量式圧力センサーには、他のタイプの圧力センサーに比べていくつかの利点があります。感度が高く、測定範囲が広く、温度変化の影響を比較的受けません。また、応答時間が速いため、流量測定やプロセス制御など、急速な圧力変化を検出する必要がある用途に適しています。当社の静電容量式圧力トランスミッタの詳細については、次のサイトをご覧ください。金属製静電容量差圧発信器ページ。

光学材料

光センシング素子は比較的新しいタイプのセンシング技術であり、プロセストランスミッタでの使用が増えています。光学センサーは、測定対象のプロセス変数に応じた光の強度、波長、位相などの光学特性の変化を測定する原理に基づいています。

最も一般的なタイプの光学式圧力センサーの 1 つは、光ファイバー圧力センサーです。光ファイバー圧力センサーは、感知要素として光ファイバーケーブルを使用します。光ファイバーケーブルは、圧力に応じて屈折率が変化する材料の薄膜でコーティングされています。光が光ファイバーケーブルを通過すると、屈折率の変化により光の位相または強度が変化し、これを測定して圧力を決定するために使用できます。

光学センサーには、従来の電気センサーに比べていくつかの利点があります。これらは電磁干渉の影響を受けず、感度が高く、電気センサーが適さない過酷な環境でも使用できます。サイズも小さく、他のデバイスに簡単に統合できます。ただし、光学センサーは一般に他のタイプのセンサーよりも高価であり、より複雑な信号処理技術が必要です。

検出素子の材質の選択

プロセストランスミッターのセンシングエレメントの材質の選択は、測定するプロセス変数の種類、測定範囲、必要な精度、環境条件、コストなどのいくつかの要因によって決まります。

Metal Capacitive Differential Pressure Transmitter best

たとえば、プロセス変数が圧力であり、アプリケーションが高精度と安定性を必要とする場合、コンスタンタンや二酸化シリコンなどの高品質の材料で作られたひずみゲージまたは容量性検知素子が最適な選択となる可能性があります。一方、アプリケーションで高速応答時間と高感度が必要な場合は、圧電または光検出素子の方が適している可能性があります。

さらに、感知素子の材料を選択する際には、温度、圧力、湿度、化学薬品への曝露などの環境条件も考慮する必要があります。たとえば、アプリケーションが高温環境にある場合は、石英や炭化ケイ素などの高温に耐えられる材料が必要になる場合があります。

結論

センシング素子はプロセストランスミッタの心臓部であり、センシング素子の材質の選択はトランスミッタの性能と精度に大きな影響を与えます。プロセストランスミッタのサプライヤーとして、当社はお客様の多様なニーズを満たすために、さまざまなセンシング要素材料を備えた幅広いトランスミッタを提供しています。必要かどうか絶対圧・ゲージ圧発信器絶対圧またはゲージ圧の測定には金属製の容量性差圧トランスミッタ、差圧の測定には適切なソリューションをご用意しています。

当社のプロセストランスミッタにご興味がございましたら、センシング素子の材質やその他当社製品についてご質問がございましたら、詳細な打ち合わせや調達交渉を承りますので、お気軽にお問い合わせください。当社は高品質の製品と優れた顧客サービスを提供することに尽力しています。