摘要：隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸出現(xiàn)在人們視線中，運(yùn)用范圍不斷拓展，作為工業(yè)自動(dòng)化及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)控制發(fā)展過(guò)程中的重要測(cè)量與控制儀器的高溫熔體壓力傳感器，也不斷走入大眾的視角，隨著傳感器的不斷推廣和應(yīng)用以及技術(shù)的發(fā)展，大家對(duì)傳感器的要求也越來(lái)越高，筆者在此探討的主要是由上申獅海物聯(lián)網(wǎng)科技公司生產(chǎn)的齊亞斯品牌環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器。齊亞斯環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器榮獲國(guó)家發(fā)明專利，具有無(wú)毒無(wú)害，超長(zhǎng)使用壽命和溫度漂移量小等特點(diǎn)。

 

關(guān)鍵詞：無(wú)汞環(huán)保  壓力傳感器  擠出系統(tǒng)  制藥設(shè)備  食品機(jī)械  熔噴布設(shè)備

 

引言：人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺(jué)器官，而單靠人們自身的感覺(jué)器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了，為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。1967年，齊亞斯和約翰·伊根申請(qǐng)了邊緣約束的硅膜片的專利，開(kāi)啟傳感器時(shí)代；在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量，因此可以說(shuō)，沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)，傳感器具有微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)，它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和更新?lián)Q代，而且還可能建立新型工業(yè)，從而成為21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。熔體壓力傳感器主要用于高溫條件下熔融物質(zhì)的壓力測(cè)量與控制，廣泛應(yīng)用于化纖塑料、紡絲、聚酯、橡塑機(jī)械、食品設(shè)備、制藥機(jī)械等設(shè)備的高溫流體介質(zhì)的壓力測(cè)量與控制，工作原理是介質(zhì)的壓力直接作用在傳感器的膜片上，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻發(fā)生變化和用電子線路檢測(cè)這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這個(gè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；然而市面上普遍的高溫熔體壓力傳感器都屬于傳統(tǒng)的用水銀作為填充介質(zhì)的壓力傳感器，這種產(chǎn)品隨著使用會(huì)導(dǎo)致水銀的泄漏產(chǎn)生有毒有害氣體，對(duì)生產(chǎn)人員和產(chǎn)品都會(huì)產(chǎn)生損害，齊亞斯品牌的環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器用環(huán)保型合金液體進(jìn)行填充，實(shí)現(xiàn)了完全無(wú)毒無(wú)害，受到國(guó)內(nèi)外消費(fèi)群體的喜愛(ài)。

 

 

       環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器是由膜片、螺桿、基座、毛細(xì)管、外殼、壓力檢測(cè)元件和航空插件構(gòu)成。膜片通過(guò)激光焊接于螺桿的前端并將螺桿前端封閉，螺桿的后端與基座的前端連接，基座安裝于外殼的前端，壓力檢測(cè)元件為由應(yīng)變壓力計(jì)和彈性體燒結(jié)的一體成型結(jié)構(gòu)，并通過(guò)氬弧焊機(jī)焊接在基座后端，毛細(xì)管焊接在螺桿和基座之間并貫穿螺桿和基座將膜片與壓力檢測(cè)元件連通，航空插件安裝在外殼后端并與壓力檢測(cè)元件連接，壓力檢測(cè)元件與基座之間留有腔室，腔室用于擴(kuò)大毛細(xì)管內(nèi)的液體與壓力檢測(cè)元件的接觸面積，基座和航空插件的周圍分別設(shè)有一圈凹槽并配設(shè)有密封圈，基座和航空插件分別與外殼密封配合將壓力檢測(cè)元件封裝毛細(xì)管為不銹鋼材質(zhì)，內(nèi)壁鍍有一層TiAlN覆膜，毛細(xì)管中填充有低熔點(diǎn)合金，低熔點(diǎn)合金包括：鎵55 ～65％、銦16～22％、錫10～15％、鉛2～5％和鉈1～3％。高溫熔體壓力傳感器主要用于高溫條件下熔融物質(zhì)的壓力測(cè)量與控制，廣泛應(yīng)用于化纖型料紡絲、聚酯、橡塑機(jī)械等設(shè)備的高溫流體介質(zhì)的壓力測(cè)量與控制。

 

 

       環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器，是使用安全環(huán)保的水銀替代物作為填充介質(zhì)來(lái)代替水銀，達(dá)到不存在重金屬污染，安全無(wú)毒，環(huán)保，溫度漂移系數(shù)更小，測(cè)量介質(zhì)溫度更高，測(cè)量精度更高目的；上海申獅物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司研發(fā)的齊亞斯高溫熔體壓力傳感器使用的低熔點(diǎn)合金具有熔點(diǎn)低、粘度、熱導(dǎo)率和表面張力等技術(shù)指標(biāo)不發(fā)生變化，可保證高溫熔體壓力傳感器的安全性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

 

       在現(xiàn)有的熔體壓力傳感器生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)，環(huán)保型的高溫熔體壓力傳感器的生產(chǎn)廠家主要包括美國(guó)Dynisco(單尼斯科）、意大利GEFRAN（杰弗倫）、GRAEFF格拉夫、中國(guó)齊亞斯Ziasiot，其中美國(guó)Dynisco(單尼斯科）和意大利GEFRAN（杰弗倫）生產(chǎn)的無(wú)汞填充產(chǎn)品一般采用硅油和NaK合金，硅油在耐高溫性上的不溫度無(wú)法保證產(chǎn)品的品質(zhì)，NaK雖然無(wú)毒，但是高溫熔體壓力傳感器在膜片破裂后遇到空氣產(chǎn)生火花，極速易燃，導(dǎo)致生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)火災(zāi)、嚴(yán)重的將引起爆炸，早期日本RKC公司推出（頂桿）推導(dǎo)式結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體無(wú)填充高溫熔體壓力傳感器幾十年，一直以來(lái)沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用，此產(chǎn)品雖然解決了無(wú)汞填充但是采用的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和機(jī)械式原理、導(dǎo)致產(chǎn)品精度低、相應(yīng)速度慢、抗干擾差、使用壽命短，在歐美行業(yè)公司的技術(shù)范疇內(nèi)、這是一項(xiàng)淘汰的落后技術(shù)。

 

       多年來(lái)、很多國(guó)內(nèi)企業(yè)采用所謂的高溫硅油來(lái)填充、硅油沒(méi)有重金屬的泄露污染問(wèn)題、但是硅油的耐溫性低、溫度系數(shù)大、無(wú)法滿足真正的高溫環(huán)境的使用，會(huì)快速導(dǎo)致膜片破裂而無(wú)法正常使用。齊亞斯在頂著這些壓力的環(huán)境中，不斷投入大量人力、財(cái)力和物力，在經(jīng)過(guò)多種材料嘗試過(guò)后，終于研發(fā)出了由環(huán)保合金液體填充的環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器。

 

       現(xiàn)有技術(shù)中的高溫熔體壓力傳感器(變送器)都是采用隔離膜片和壓力檢測(cè)元件之間用毛細(xì)管連接，并在毛細(xì)管中抽真空并填充水銀這種劇毒物質(zhì)，因要保證測(cè)量壓力的準(zhǔn)確性，隔離膜片的厚度只有0.1毫米厚度，隔離膜片極度容易破裂，從而造成水銀泄漏，造成重金屬污染。目前市面上的水銀替代物多為鎵基合金，在許多儀器中可以替代水銀，但考慮到北方寒冷天氣，溫度甚至?xí)_(dá)到-18℃左右。但是市面上的鎵基合金熔點(diǎn)最多達(dá)到0℃，且各項(xiàng)性能指標(biāo)隨著溫度的變化而變化，無(wú)法達(dá)到測(cè)量介質(zhì)的準(zhǔn)確性。齊亞斯團(tuán)隊(duì)研究的環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器主要針對(duì)性解決對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中高溫熔體壓力傳感器易出現(xiàn)水銀泄漏污染的技術(shù)問(wèn)題以及現(xiàn)有水銀替代物鎵基合金熔點(diǎn)較高，低溫環(huán)境下無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)等問(wèn)題。

 

       這款環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器使用的低熔點(diǎn)合金，熔點(diǎn)可低至-20 ℃，較佳的可低至-22.4℃，具有熔點(diǎn)低，流動(dòng)性佳，沸點(diǎn)高，不易揮發(fā)，安全無(wú)毒，不易燃，不易爆等優(yōu)點(diǎn)，而且隨著溫度的變化，密度粘度，熱導(dǎo)率和表面張力等技術(shù)指標(biāo)不發(fā)生變化，可保證高溫熔體壓力傳感器的安全性，穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，處于行業(yè)領(lǐng)先地位。

 

       它以綠色無(wú)毒的低熔點(diǎn)合金作為傳壓介質(zhì)，可保證高溫熔體壓力傳感器的安全性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，測(cè)量精度可達(dá)到0.15級(jí)，能在-20℃-500℃溫度下正常工作、部分處理功能在700°高溫下正常處理，沸點(diǎn)高不易揮發(fā)、安全無(wú)毒、不易燃、不易爆，即使泄露不會(huì)造成重金屬污染。在任意高溫下、產(chǎn)品溫度漂移量接近于0，測(cè)量更準(zhǔn)確；此外，其使用壽命比水銀填充介質(zhì)的產(chǎn)品時(shí)間更長(zhǎng)，常年穩(wěn)定性保持在0.02%FS。

 

3 環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器的具體應(yīng)用  

       高溫熔體壓力傳感器應(yīng)用于化纖紡絲、聚酯橡膠、塑料橡塑、擠出機(jī)械、無(wú)紡布非織造、食品機(jī)械、制藥機(jī)械、熔噴布生產(chǎn)系統(tǒng)、建筑包裝材料等設(shè)備的高溫熔體、流體、氣體介質(zhì)的壓力測(cè)量。解決了傳統(tǒng)傳感器沸點(diǎn)高不易揮發(fā)、安全無(wú)毒、不易燃、不易爆，即使泄露不會(huì)造成重金屬污染，空氣隔離，有效避免氧化，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命。此外，齊亞斯環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器于傳統(tǒng)的高溫熔體壓力傳感器相比，還可以應(yīng)用于食品生產(chǎn)領(lǐng)域。

 

       關(guān)于環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器的應(yīng)用必須要重視相關(guān)流程，包括安裝、啟動(dòng)和拆除，這些與傳統(tǒng)的壓力傳感器是一致的。關(guān)于壓力傳感器的安裝，傳感器的探頭部分可耐高溫，可外殼耐溫在80℃以下，所以在安裝使用過(guò)程中一定要注意將安裝好的傳感器外殼部分固定在室溫環(huán)境中，外殼與高溫區(qū)域隔離有利于提高傳感器的測(cè)量精度和使用壽命；由于傳感器的膜片是最容易損壞的部位，在安裝之前請(qǐng)不要隨意脫落其保護(hù)帽，同時(shí)在安裝同時(shí)要注意保護(hù)傳感器的膜片。安裝孔的加工要根據(jù)安裝孔尺寸圖及尺寸表的技術(shù)要求加工，避免因安裝孔不標(biāo)準(zhǔn)引起的膜片擦傷影響傳感器正常工作，設(shè)備啟動(dòng)前保證充分的加熱和熔化時(shí)間，以確保擠出機(jī)械工作前傳感器的膜片部位的所有物料已融化；關(guān)于壓力傳感器的拆除方面，只有當(dāng)聚合物成灼熱的熔融狀態(tài)下才能拆下傳感器，拆下后立即用軟布將傳感器探頭膜片擦凈。

 

       傳感器技術(shù)有著十分廣泛的應(yīng)用前景它不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、環(huán)境、醫(yī)療等傳統(tǒng)領(lǐng)域有具有巨大的運(yùn)用價(jià)值，在未來(lái)還將在許多新興領(lǐng)域體現(xiàn)其優(yōu)越性，如家用、保健、交通等領(lǐng)域，我們可以大膽的預(yù)見(jiàn)，將來(lái)傳感器網(wǎng)絡(luò)將無(wú)處不在，將完全融入我們的生活。國(guó)內(nèi)傳感器市場(chǎng)近幾年一直持續(xù)增長(zhǎng)，傳感器應(yīng)用在四大領(lǐng)域?yàn)楣I(yè)及汽車電子產(chǎn)品、通信電子產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品專用設(shè)備，其中工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品領(lǐng)域傳感器市場(chǎng)占約為42%，目前我國(guó)傳感器在醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、油氣管道、智能電網(wǎng)、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用也將成為新熱點(diǎn)，發(fā)展前景不容小覷。

 

       新型冠狀病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）疫情在全球蔓延，醫(yī)用口罩供不應(yīng)求，中國(guó)作為口罩出口大國(guó)，各地緊鑼密鼓的加大投入口罩的生產(chǎn)，作為口罩的核心材料熔噴布需求量大增，口罩成為重要的防護(hù)用品，N95等口罩的主要原料之一是熔噴無(wú)紡布，在熔噴無(wú)紡布生產(chǎn)過(guò)程中，熔體溫度、熔體壓力、熱空氣壓力、熔體流量等工藝條件的改變對(duì)熔噴聚氨酯彈性無(wú)紡布力學(xué)性能的產(chǎn)生重要影響，同時(shí)高溫聚合物擠出生產(chǎn)工藝中高溫熔體壓力傳感器決定了設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，傳統(tǒng)的高溫熔體壓力傳感器填充介質(zhì)物質(zhì)是汞（水銀），一旦泄露將會(huì)對(duì)熔噴無(wú)紡布成品產(chǎn)生嚴(yán)重二次污染；齊亞斯環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器積極助力全球抗疫的同時(shí)，擴(kuò)大產(chǎn)品宣傳力度，推廣環(huán)保理念。

 

       隨著我們對(duì)壓力傳感器機(jī)理、工藝等研究的不斷深入,對(duì)壓力傳感器技術(shù)的研究也永遠(yuǎn)都不會(huì)停止，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，相信壓力傳感器無(wú)論在測(cè)量范圍、測(cè)量精度、可靠性、智能化等各個(gè)方面都將得到進(jìn)一步的完善和提高,滿足人類在各個(gè)領(lǐng)域的更高要求的應(yīng)用需要；隨著包括中國(guó)在內(nèi)的92個(gè)國(guó)家和地區(qū)的代表最終簽署《水俁公約》，2013年10月11日，聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署于日本熊本市主辦的《水俁公約》外交大會(huì)閉幕，這意味著全球共同控制汞污染的聯(lián)合行動(dòng)再次邁進(jìn)了一步；全國(guó)人大常委會(huì)關(guān)于批準(zhǔn)《關(guān)于汞的水俁公約》的決定是全國(guó)人大常委會(huì)于2016年04月28日發(fā)布，自2016年04月28日起施行的法律法規(guī)；根據(jù)國(guó)家政策導(dǎo)向，倡導(dǎo)環(huán)保產(chǎn)品應(yīng)用，中國(guó)將全面禁止汞（水銀）填充介質(zhì)的產(chǎn)品的生產(chǎn)，齊亞斯品牌的環(huán)保型高溫熔體壓力傳感器將會(huì)得到全面應(yīng)用。

 

[1]王乃和.淺談傳感器的現(xiàn)狀及發(fā)展.應(yīng)用科技.2009.22

[2]許雁南.壓力傳感器技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)會(huì)議論文集.2001

 

吳浩，博士、高級(jí)工程師、全國(guó)壓力計(jì)量技術(shù)專業(yè)委員會(huì)委員、上海市領(lǐng)軍后備人才、上海市松江區(qū)首席技師、WTO/TBT壓力計(jì)量通報(bào)評(píng)審專家。