Промышленная группа «Микроэлектронные датчики» (ПГ МИДА) ведет свою историю с 1991 года. Компания из Ульяновска разрабатывает, производит и реализует микроэлектронные датчики давления и сопутствующие электронные приборы под торговой маркой «МИДА».

Мнение Владимира Михайловича Купырина, заместителя директора ПГ МИДА

Вопросы, актуальные для всех заказчиков: каковы долговременная воспроизводимость и стабильность параметров, срок службы, гарантийный и межповерочный интервал? Проблемы плавающего нуля и перегрузка по давлению?

Стабильность метрологических параметров не меняется со временем и соответствует заявленной точности датчика. Стабильность начального выходного сигнала ≤0,1% в год (это, кстати, к разговору о проблеме плавающего нуля). Заявленный срок службы – 12 лет, по факту датчики работают и до 16 лет. Гарантийный срок – 3 года, межповерочный интервал общепромышленных датчиков серии МИДА-13П и МИДА-15 – 5 лет, высокотемпературных датчиков МИДА12П – 2 года.

Что касается перегрузки по давлению, то датчики с верхними пределами измерений до 25 МПа включительно выдерживают давление кратковременной (до 15 мин) перегрузки до 1,5 Р_макс без изменения характеристик после воздействия. Для датчиков с верхними пределами измерений от 40 МПа и выше допустимое давление перегрузки равно 1,25 Р_макс . Исключение составляют дифференциальные датчики давления МИДА-ДД-15: односторонние перегрузки датчика ДД рабочим избыточным (статическим) давлением недопустимы, так как приводят к его выходу из строя.

На выпуске каких датчиков специализируется ваше предприятие? Есть ли серии для жестких условий эксплуатации, агрессивных сред? Какие чувствительные элементы применяются?

Разработка и изготовление датчиков давления МИДА базируются на отечественных оригинальных исследованиях тензорезистивного эффекта в гетероэпитаксиальных полупроводниковых структурах «кремний на сапфире» (КНС).

Перечислю основные группы выпускаемых приборов:

1. Высокотемпературные датчики избыточного давления МИДА-12П (–Ех). Применяются в системах регулирования и контроля высокотемпературных сред (до +350 °C), смесей газов с жидкими и твердыми включениями, вязких жидкостей, расплавов, в том числе расплавов полимеров, неагрессивных к титановым и нержавеющим сталям. Датчики имеют вид взрывозащиты Ех – «Искробезопасная электрическая цепь».

2. Общепромышленные датчики давления МИДА-13П (–Ех, Вн) абсолютного, избыточного, разрежения, избыточного давления – разрежения с аналоговыми выходными сигналами. Применяются в общепромышленных системах контроля и регулирования, в том числе в атомной электроэнергетике. Рабочая среда: жидкости и газы, неагрессивные к титановым сплавам и нержавеющим сталям в диапазоне рабочих температур от –40 (–60) до +80 °C. Для системы ЖКХ специально разработан и выпускается бюджетный вариант датчика давления МИДА-13П-М  с  основной  погрешностью  ±0,5 %, ±1% и диапазоном рабочих температур от –40 до +125 °C. Для тяжелых условий эксплуатации (буровой раствор, пульпа) выпускается датчик МИДА-13П-ПМ1 с усиленным корпусом и «жесткой», износостойкой измерительной мембраной открытого типа. Датчики  выпускаются с видом взрывозащиты Ех («Искробезопасная электрическая цепь») и Вн («Взрывонепроницаемая  оболочка»).

3. Общепромышленные, малогабаритные датчики давления МИДА-15 (–Ех) абсолютного, избыточного, разрежения, избыточного давления – разрежения, разности   давлений с аналоговыми или цифровыми выходными сигналами и малым энергопотреблением. Предназначены для использования в системах контроля и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, в том числе в горнорудной, в коммунальном хозяйстве, на транспорте, в газораспределительных пунктах (ГРП), в системах коммерческого учета расхода природного газа и т.п. Рабочая среда: жидкости и газы, неагрессивные к титановым сплавам и нержавеющим сталям. Диапазон рабочих температур от –40 до +80 °C. Для системы ЖКХ и теплосчетчиков специально выпускаются бюджетные варианты датчика давления МИДА-15-М с основной погрешностью ±0,5%, ±1% и диапазоном рабочих температур от –40 до +150 °C. Датчики имеют тип взрывозащиты Ех («Искробезопасная электрическая цепь»). На базе этого датчика выпускаются рабочие эталоны МИДА-ДИ-15-Э с основной приведенной погрешностью 0,05%.

4. Микроэлектронные преобразователи и модули избыточного, абсолютного давления. Предназначены для непрерывного пропорционального преобразования в нормированный выходной сигнал напряжения постоянного тока значений давления жидкостей и газов в системах контроля и управления давлением, в диагностическом оборудовании для исследований скважин, калибраторах давления и пр. Диапазон рабочих температур от –40 до +250 °C, точность 0,1 %, 0,2 %.

Следует уточнить, что мы понимаем под понятиями «модуль» и «преобразователь давления». Преобразователь давления – это конструктивно законченный прибор без вторичного электронного блока с выходным сигналом 5 или 10 мВ/В. Модуль давления – это первичный сенсор, не имеющий защиты от воздействия окружающей среды, с выходным сигналом 5 или 10 мВ/В. Электронные блоки (блоки питания, блоки питания и преобразования, барьеры искрозащиты, блоки грозозащиты и цифровые индикаторы) являются сопутствующими приборами для датчиков давления, как и датчики, выпускаются в искробезопасном исполнении.

Кратко остановимся на основных характеристиках выпускаемых вашим предприятием линеек датчиков.

Диапазоны давления.

От 1 кПа до 160 МПа (250 МПа по заказу).

Регулировка нуля.

Осуществляется подстроечными резисторами, устройством обнуления (датчики на микропроцессоре), устройством связи (для  датчиков с цифровым выходным сигналом).

Рабочая среда и температура измеряемой среды.

Рабочая среда: жидкости и газы, вязкие жидкости, жидкости с твердыми включениями, буровые растворы, пульпа, любая среда, неагрессивная к титановым сплавам и нержавеющим сталям. Температура измеряемой среды – от –60 до +350 °C, для преобразователей ПИ-55 и модулей МИ-55 – от +25 до +500 °C.

Давление перегрузки.

От 1,25 до 1,5 Р_макс .

Наличие внешних воздействий: вибрация, электромагнитные поля, температура и влажность окружающей среды и т.д.

Что касается устойчивости к внешним воздействиям, то наши датчики имеют следующие характеристики:

• климатическое исполнение УХЛ**3.1; У**1; У**2 по ГОСТ15150-69;
• степень защищенности от воздействия пыли и воды – IP64, IP65, IP68 по ГОСТ14256-96;
• по электромагнитной совместимости датчики с выходным сигналом 4–20 мА соответствуют ГОСТ 30804.6.2-2013, датчики, предназначенные для эксплуатации на объектах использования атомной энергии, соответствуют группе исполнения III по ГОСТ32137-2013 элементов 3-го класса безопасности по НП-001-15;
• электрическая изоляция между электрическими цепями и корпусом датчика в нормальных условиях выдерживает в течение одной минуты действие испытательного напряжения 500 В синусоидальной формы частотой 50 Гц, 100 В – при температуре окружающего воздуха+35 °C и повышенной влажности 95 %;
• по устойчивости к вибрации датчики с верхним пределом измерения до 0,16 МПа включительно соответствуют виброустойчивому и вибропрочному исполнению F2 по ГОСТ Р 52931: вибрация частотой 10–500 Гц, амплитуда 0,15 мм, ускорение 19,6 м/сек². Остальные датчики соответствуют исполнению G2: вибрация частотой 10–2000 Гц, амплитуда 0,75 мм, ускорение 98 м/сек².

Применение в опасных зонах.

Наши датчики имеют взрывозащиту вида «Искробезопасная электрическая цепь» (Ех) или «Взрывонепроницаемая оболочка» (Вн) и могут применяться в горнорудной промышленности. Также есть модели, имеющие разрешение на применение в атомной промышленности (датчики МИДА-13П-АС относятся к элементам класса безопасности 3 НУ по НП-001-15).

Что, по вашему мнению, должно входить в понятие «цифровой датчик давления»: тип выходного сигнала, протокол HART или нечто иное?

Цифровой датчик давления – это датчик с выходным сигналом в виде чисел, удобным интерфейсом, протокол HART – это дополнительная функция датчика с аналоговым выходом. Цифровой выходной сигнал позволяет повысить точность измерений.

На что бы вы рекомендовали обратить внимание потенциальным заказчикам при выборе компании-производителя и самих датчиков давления?

На срок работы компании на рынке. Компания должна являться разработчиком своих приборов, предпочтительно и первичных сенсоров.

Представляемое решение

В настоящее время в ПГ МИДА разработаны датчики давления МИДА-ДИ-15-Э, которые имеют цифровой выходной сигнал класса 0,05% и могут служить эталоном давления. Для взаимодействия с датчиками используется протокол Modbus, интерфейс RS-485. В датчиках с цифровым выходом отсутствует схема формирования аналогового выходного сигнала, что позволяет повысить точность измерения давления по сравнению с датчиками с аналоговым выходом.

Для изготовления датчиков класса 0,05 % отбираются модули давления с минимальной вариацией (гистерезисом), так как именно этот параметр невозможно скомпенсировать математической обработкой сигнала в отличие от нелинейности.

МИДА-ДИ-15-Э имеют относительную погрешность не хуже 0,05%, начиная с одной десятой от диапазона измерения. Это позволяет применять их в качестве эталона второго разряда при калибровке и поверке датчиков избыточного давления в производственном процессе, заменяя обычно используемые грузопоршневые манометры и измерительные преобразователи ИПД. Непосредственная связь этих датчиков с автоматизированным рабочим местом испытателя уменьшает влияние человеческого фактора на задание давления и повышает точность калибровки датчиков. Опытная эксплуатация датчиков  МИДА-ДИ-15-Э в производстве ПГ МИДА показала хорошие результаты. Немаловажным фактором является и то, что стоимость изготовления и внедрения образцовых датчиков в автоматизированное рабочее место испытателя значительно меньше стоимости содержания и ремонта используемых образцовых грузопоршневых манометров и измерительных преобразователей давления ИПД.

МИДА-ДИ-15-Э можно подключать к ПК через USB, что дает возможность получать доступ к текущим значениям измерений и сохранять их, включая данные о давлении, пиковых значениях, температуре. Подключение к ПК также позволяет осуществлять настройку прибора.