Aktuální vydání

celé číslo

11

2021

Monitorování stavu zařízení, diagnostika, řízení údržby

Snímače a systémy řízení polohy a pohybu (motion control)

celé číslo

BCM Sensor Technologies: čínské senzory na evropském trhu

číslo 3/2005

BCM Sensor Technologies: čínské senzory na evropském trhu

BCM Sensor Technologies je obchodní společnost registrovaná v Belgii, kde působí od roku 1996. V jejím sortimentu jsou senzory a převodníky tlaku a síly: fóliové tenzometry, křemíkové tenzometry, různé polotovary snímačů tlaku určených k subdodávkám koncovým výrobcům (OEM) a samozřejmě i řada kompletních převodníků tlaku a síly. Současně je třeba zmínit i tři druhy výrobků z oboru kalibrační techniky: klešťové kalibrační pumpy, pístové etalony tlaku a etalony tlaku s plovoucí kuličkou.

Obr. 1.

Obr. 1. Příklady provedení fóliových tenzometrů BCM

Výrobní základna této firmy leží v Číně ve městě Xi´an, a jmenuje se poeticky Xi´an Morning Star Transducer Co., Ltd., tedy přibližně Ranní Hvězda z Xi´anu. Výrobní závod zaměstnává více než 1 000 pracovníků. V dřívějších letech se obchodní aktivity firmy zaměřovaly výhradně na asijský trh a na Tichomoří. Teprve od založení belgické obchodní kanceláře se výrobky se značkou BCM začínají uplatňovat také v Evropě a v Severní Americe.

Následující text se věnuje jen několika nejzajímavějším položkám. Kompletní sortiment lze najít na http://www.bcmsensor.com

Tenzometry

Kovové fóliové tenzometry jsou vyráběny ve dvou řadách, jednak tenzometry určené k výrobě snímačů síly, jednak tenzometry sloužící k vyšetřování deformace a napjatosti v silově namáhaných součástech. Při zběžném pohledu člověka napadne, že se zde uplatňuje i čínský smysl pro precizní dekoraci (obr. 1).

Obr. 2.

Obr. 2. Detail polovodičového tenzometru BCM (pro porovnání velikosti je přiložen vlas)

Polovodičové tenzometry jsou v podstatě pásky monokrystalického křemíku o krystalografické orientaci [111] s připájenými elektrickými přívody ze zlatých drátků (obr. 2). Na rozdíl od kovových tenzometrů pracují na principu piezorezistence: zatímco odpor kovových tenzometrů se mění se změnou tvaru vodiče (prodloužení a zúžení), při piezorezistenci je změna ohmického odporu polovodiče (křemíku či germania) vyvolána přímo mechanickým namáháním. U polovodičů typu P ohmický odpor s tahovým napětím vzrůstá, u polovodičů typu N naopak klesá. Výhodou polovodičových tenzometrů je zejména jejich velká citlivost.

Délka křemíkových pásků vyrobených v Xi´anu se u jednotlivých typů pohybuje od 3,5 do 6 mm, tloušťka je od 0,3 do 0,5 mm. Tenzometry se vyrábějí se jmenovitým odporem od 15 do 1 000 W. Součinitel odporu (K faktor) je kladný nebo záporný a jeho číselná hodnota podle katalogu je 130 pro tenzometry o odporu 350 W a 150 pro tenzometry o odporu 1 000 W.

Obr. 3.

Obr. 3. Různé varianty OEM snímačů tlaku ze sortimentu BCM

Při prvních zkouškách prováděných v ČR byly křemíkové tenzometry BCM o odporu 350 a 1 000 porovnávány s obdobnými tenzometry vyrobenými ve společnosti Rukov Rumburk. Výsledky testů potvrdily použitelnost těchto tenzometrů ve snímačích síly určených pro průmyslovou regulaci, a to mimo jiné i s ohledem na příznivou cenu.

Snímače tlaku řady OEM

Podstatou snímačů tlaku z produkce BCM je můstek z polovodičových tenzometrů vytvořený difuzí přímo na křemíkové měřicí membráně. Měřicí čidlo má tvar čtvercové destičky o rozměru asi 2,5 × 2,5 mm, přičemž průměr aktivní části (membrány) je zpravidla menší než jeden milimetr.

Snímače tlaku typu OEM lze v zásadě rozdělit do dvou skupin:

  • jednoduchá čidla bez oddělovací membrány (na obr. 3 vpravo), jejichž použití je omezeno na neagresivní vzdušiny; toto omezení je dáno tím, že elektrické přívody tenzometrů, které jsou vytvořeny ze zlatých drátků, jsou ve styku s měřeným médiem a před působením média se zpravidla chrání silikonovým gelem; jedná se o nejlevnější typy čidel, nacházející uplatnění jen v omezeném okruhu úloh,

  • čidla v pouzdru s oddělovací membránou (na obr. 3 vlevo) tvoří snímač vyznačují se konstrukcí znázorněnou na obr. 4, tj. uspořádáním, které v drobných obměnách používá mnoho světových výrobců; jeho charakteristickým znakem je kovová oddělovací membrána a náplň silikonového oleje, který přenáší měřený tlak na čidlo tvořené křemíkovou měřicí destičkou. K celku znázorněnému na obr. 4 bývá shora upevněna keramická destička s tenkovrstvými kompenzačními odpory; hodnoty odporů se trimují laserem a čidlo se obvykle prodává teplotně vykompenzované.

Obr. 4.

Obr. 4. Řez snímačem tlaku s piezorezistivním čidlem a oddělovací membránou

Popsané čidlo nese v katalogu společnosti BCM označení 101B. Vyrábí se v několika variantách, lišících se rozměry i účelem použití a dodává se též nekompenzované. Nekompenzované čidlo je výhodné pro použití v systému, který umožňuje kompenzovat vlivy teploty na digitální úrovni zpracování signálu. Standardní kompenzace pomocí odporů vřazených do Wheatstoneova můstku vede k menšímu využitelnému signálu (tj. zisku) a současně zvětšuje nestabilitu čidla v čase, protože kompenzační odpor po natrimování mění po nějakou dobu své parametry.

Čidla tlaku OEM typu 101B o průměru 19 mm se vyrábějí v řadě rozsahů od 0 až 35 kPa do 0 až 100 MPa. Pro tlaky od 40 MPa výše jsou dostupná i čidla o průměru 13 mm. Odpor můstku je 5 000 W a při napájení proudem 1 mA je maximální hodnota využitelného signálu od 50 do 100 mV.

Firma BHV senzory provádí zkoušky čidel tlaku vyrobených v Xi´anu téměř jeden rok. Naměřené výsledky nasvědčují tomu, že dlouhodobá nestabilita odpovídá katalogové hodnotě do 0,2icího rozsahu za rok.

Snímače tlaku tavenin

Snímače tlaku tavenin jsou určeny k měření tlaku médií tuhnoucích, popř. velmi viskózních až pastovitých, o teplotě do 400 °C. Uplatňují se zejména při výrobě a zpracování plastů (obr. 5). Při pohledu na tuto část sortimentu firmy BCM je zřejmé, že se tvůrci inspirovali osvědčenými přístroji firmy Dynisco.

Obr. 5.

Obr. 5. Snímač tlaku tavenin MPT160

Ve styku s měřeným médiem je hladká oddělovací membrána tvořena čelní plochou závitového dříku z masivního materiálu. Nepatrný průhyb oddělovací membrány se prostřednictvím pracovní kapaliny přenáší kapilárou k vlastnímu čidlu, umístěnému mimo prostředí s vysokou teplotou. Jako pracovní kapalina se standardně používá rtuť, jenom u snímačů určených pro použití v potravinářství se dává přednost silikonovému oleji. Závitový dřík s oddělovací membránou je s vlastním senzorem a elektronickými obvody spojen buď pevným stonkem, nebo ohebnou kapilárou.

Snímače tlaku tavenin se vyrábějí pro měření tlaku v řadě rozsahů od 0 až 3,5 MPa do 0 až 200 MPa. U všech typů je nabízen výstupní signál 4 až 20 mA a další obvyklé analogové výstupní signály.

Snímače tlaku mohou být doplněny měřením teploty termoelektrickým článkem nebo platinovým odporovým teploměrem. Oba měřicí systémy, tlaku i teploty, jsou sloučeny do jediného převodníku.

Obr. 6.

Obr. 6. Závažový etalon tlaku typu PDL

Velkou odolnost proti opotřebení membrány otěrem od měřeného média vykazuje varianta snímače s čelní plochou dříku opatřenou povlakem z nitridu titanu.

Klešťové kalibrační pumpy

O pneumatických kalibračních pumpách pro tlaky do 2 MPa jsme se zmínili v pojednání o pneumatické kalibraci v Automě č. 1/04. Pro doplnění lze uvést, že existuje ještě hydraulická kalibrační pumpa pro tlaky do 25 MPa. Podobně jako pneumatická pumpa obsahuje i tato vestavěný objemový regulátor pro jemné nastavení tlaku.

Závažové etalony tlaku

Pístové závažové etalony prozrazují, že Ranní Hvězda z Xi´anu je závod s dlouhou výrobní tradicí, kde se osvědčené typy vyrábějí beze změn po desítky let (obr. 6). Tyto původně sovětské „závažovky„ se nyní s úspěchem prodávají v USA. Vyrábějí se pro rozsahy tlaku do 60 MPa.

Obr. 7.

Obr. 7. Závažový etalon tlaku s plovoucí kuličkou typu FDB

Podobně archaicky dnes působí i pneumatický závažový etalon s plovoucí kuličkou, vyráběný pro tlaky s horní mezí měřicího rozsahu od 250 kPa do 6 MPa. Přístroj zobrazený na obr. 7 zřejmě nikoliv náhodou připomíná podobný etalon od firmy Ametek.

Závěr

Spolupráce s obchodními partnery z Číny je vzrušující. Na jedné straně je obdivuhodné, jaké technologie výrobce dokázal zvládnout a do kolika variant je tamní technici dokázali dopracovat. Další a další novinky se přitom stále rodí. Na straně druhé u některých výrobků je třeba počítat s dlouhými dodacími lhůtami. Jako by se technický rozvoj sortimentu v některých položkách vzdálil od reálných výrobních možností firmy. Dost možná, že příliš mnoho variant komplikuje plynulost výroby a distribuci, a tento negativní jev se projevuje spíše u konečných výrobků. Kromě toho belgická obchodní kancelář BCM zatím ještě nemůže u mnoha finálních výrobků nabídnout certifikaci pro evropský trh. Za tohoto stavu lze očekávat, že alespoň zpočátku se u nás uplatní spíše polotovary (tenzometry, výrobky typu OEM) než hotové převodníky. Výjimkou jsou jednodušší mechanické výrobky s vysokým podílem náročné ruční práce, např. kalibrační přístroje, a dále snímače tlaku tavenin, které dodává jen několik málo světových ýrobců.

Jan Vaculík,
BHV senzory s. r. o.

BHV senzory
160 00 Praha 6 - Sedlec
Suchdolská 4
tel.: 220 920 253
tel./fax: 220 922 036
e-mail: bhvsenzory@bhvsenzory.cz
http://www.bhvsenzory.cz