Современные технологии производства датчиков давления
Демченко А.П.
кандидат технических наук,
генеральный директор
генеральный директор
Одегова О.В.
кандидат технических наук,
заместитель генерального директора
заместитель генерального директора
В процессе добычи, подготовки и транспортировки нефти и газа одной из главных составляющих работы оборудования является достоверное и надежное получение информации о протекающих процессах. Эту информацию предоставляют контрольно-измерительные приборы (КИП). Любая неполадка или отказ КИП может привести к ошибкам в системах управления и, как следствие, к поломкам оборудования или авариям. Среди всего многообразия КИП датчики измерения давления занимают особое место как по важности измерения давления для безопасной работы всех этапов по добыче, подготовке и транспортировке нефти и газа, так и по численности этих датчиков по отношению к другим КИП (датчикам температуры, уровня, расхода и т.п.).
Современные технологии производства датчиков давления позволяют иметь преобразователи давления с очень высокими характеристиками:
- точность измерения давления до 0,05 %;
- широкий температурный диапазон применения — от -40 до +80 °С;
- стабильность характеристик в течение 5 лет;
- различные типы выходного сигнала — аналоговые и цифровые.
- чувствительного элемента датчика давления (ЧЭДД);
- блока электроники, позволяющего реализовывать сложные алгоритмы обработки сигнала от ЧЭДД.
Следует отметить, что практически все преобразователи давления, выпускаемые российскими компаниями, имеют кремниевые ЧЭДД импортного производства.
Главной операцией при производстве кремниевого ЧЭДД, влияющей на точность, стабильность и стойкость к перегрузкам, является формирование рабочей мембраны в теле кремниевой пластины.
Эта операция производится путем химического травления обратной стороны кремниевой пластины едкой щелочью. Травление происходит в несколько этапов с ручным контролем для получения требуемой толщины мембраны. Особенности химического травления кристаллического кремния таковы, что после завершения процесса плоскости сопряжения боковых стенок кремния и рабочей мембраны имеют острые углы, являющиеся концентраторами напряжения. При воздействии повышенного давления на рабочую мембрану в этих местах мембрана ломается. Такие ЧЭДД выдерживают перегрузку всего 50–100 % от диапазона давления датчика (рис. 1, 2).
Главной операцией при производстве кремниевого ЧЭДД, влияющей на точность, стабильность и стойкость к перегрузкам, является формирование рабочей мембраны в теле кремниевой пластины.
Эта операция производится путем химического травления обратной стороны кремниевой пластины едкой щелочью. Травление происходит в несколько этапов с ручным контролем для получения требуемой толщины мембраны. Особенности химического травления кристаллического кремния таковы, что после завершения процесса плоскости сопряжения боковых стенок кремния и рабочей мембраны имеют острые углы, являющиеся концентраторами напряжения. При воздействии повышенного давления на рабочую мембрану в этих местах мембрана ломается. Такие ЧЭДД выдерживают перегрузку всего 50–100 % от диапазона давления датчика (рис. 1, 2).
Рис. 1. Вид импортного ЧЭДД после химического травления рабочей мембраны
Рис. 2. Вид сечения рабочей мембраны импортного ЧЭДД
Сегодняшние требования по стойкости ЧЭДД к перегрузкам диктуют необходимость выдерживать перегрузки в 10–20 раз больше диапазона работы датчика давления (например, при гидравлическом ударе).
Российская компания «Валком», г. Санкт-Петербург, с опытом работы на рынке более 20 лет, выпускающая преобразователи давления и другие КИП, приступила к подготовке серийного производства кремниевых ЧЭДД с защитой от перегрузок по давлению.
Применение компанией «Валком» российских инновационных лазерных технологий механической обработки обратной стороны кремниевой пластины с точностями в 1 мкм позволило формировать любой профиль рабочей мембраны ЧЭДД, исключающий острые углы перехода от стенок к рабочей мембране. Это устранило появление концентраторов напряжения на краях рабочей мембраны датчика и позволило увеличить перегрузочную способность по давлению ЧЭДД в 8–10 раз по сравнению с импортными аналогами. Дополнительным плюсом применения лазерной технологии стала автоматизация процесса формирования мембраны ЧЭДД (рис. 3, 4).
Российская компания «Валком», г. Санкт-Петербург, с опытом работы на рынке более 20 лет, выпускающая преобразователи давления и другие КИП, приступила к подготовке серийного производства кремниевых ЧЭДД с защитой от перегрузок по давлению.
Применение компанией «Валком» российских инновационных лазерных технологий механической обработки обратной стороны кремниевой пластины с точностями в 1 мкм позволило формировать любой профиль рабочей мембраны ЧЭДД, исключающий острые углы перехода от стенок к рабочей мембране. Это устранило появление концентраторов напряжения на краях рабочей мембраны датчика и позволило увеличить перегрузочную способность по давлению ЧЭДД в 8–10 раз по сравнению с импортными аналогами. Дополнительным плюсом применения лазерной технологии стала автоматизация процесса формирования мембраны ЧЭДД (рис. 3, 4).
Рис. 3. Вид ЧЭДД производства «Валком» после лазерного формирования рабочей мембраны
Рис. 4. Вид сечения рабочей мембраны ЧЭДД производства компании «Валком»
Рис. 5. Участок производства ЧЭДД компании «Валком»
Рис. 6. Лазерная установка для формирования мембран ЧЭДД
196006, г. Санкт-Петербург, ул. Ломаная, д. 10
тел. +7 812 320-98-33
факс. +7 812 326-25-35
тел. +7 812 320-98-33
факс. +7 812 326-25-35
© Экспозиция Нефть Газ. Научно-технический журнал. Входит в перечень ВАК
+7 (8552) 92-38-33