Sobre a confiabilidade do projeto do sistema de medição do transmissor de nível de líquido sob pressão de silício por difusão

O sensor de pressão de silício por difusão é baseado em um substrato de silício monocristalino, utilizando tecnologia de implantação iônica e processamento micromecânico, produzido com elementos sensores de silício de estrutura em ponte e mecânica de precisão. A pressão medida ocorre através do efeito de interface no elemento sensor de silício, sendo a pressão aplicada transformada linearmente no sinal de saída. Atualmente, o sensor de pressão de silício por difusão é utilizado para líquidos. transmissor de nível Os sistemas de medição são amplamente utilizados em energia elétrica, indústria química, estações de tratamento de água, tratamento de esgoto, monitoramento ambiental, etc. No entanto, a confiabilidade operacional desses sistemas precisa ser aprimorada, pois frequentemente ocorrem falsos positivos, leituras incorretas, desvios significativos e até mesmo falhas que impedem o funcionamento do equipamento, o que acarreta custos de manutenção, calibração e operação. Este artigo descreve as características de projeto de um transmissor de nível de líquido de silício por difusão, buscando garantir a confiabilidade em todos os aspectos do processo de projeto, desde a estrutura funcional e seleção de componentes até a redução de potência, tolerâncias, compatibilidade eletromagnética e proteção ambiental. Partindo do princípio da confiabilidade, o transmissor de nível de líquido de silício por difusão, como exemplo, oferece novas ideias e métodos para o projeto de instrumentação inteligente de pequeno porte. O projeto quantitativo da confiabilidade do equipamento envolve a demonstração do sistema, a construção de modelos, o cálculo do índice de confiabilidade e a definição e distribuição desses índices. Este artigo apresenta um sistema de medição de nível de líquido baseado em transmissor de nível de silício por difusão, com foco na confiabilidade do sistema e em seu projeto integrado e aprimoramento tecnológico. Através da distribuição racional do hardware e software das funções do sistema, da seleção de soluções para problemas técnicos críticos e de tecnologias de garantia de confiabilidade, como projeto compatível, projeto com redução de potência e projeto anti-interferência, a precisão e a confiabilidade do sistema de medição do transmissor de nível de líquido de silício por difusão são aprimoradas. Este método resulta em um instrumento de baixo custo e fácil instalação. Ao mesmo tempo, este artigo também fornece uma linha de pensamento e método para a garantia de confiabilidade de outros pequenos instrumentos inteligentes. A função e a estrutura do sistema são descritas a seguir: 1.1 O projeto da função do sistema depende dos requisitos do usuário. Como o sistema de medição de nível de líquido de silício por difusão, o transmissor deve possuir funções básicas como medição, calibração, exibição, configuração de faixa, migração, seleção de unidade, alarme, comunicação, processamento de informações e controle. Em termos de divisão funcional, o processamento de informações pode ser dividido em processamento de baixo nível e processamento de alto nível. O processamento de baixo nível inclui funções como exibição, calibração, configuração de faixa, migração, seleção de unidade, alarme e comunicação de baixo nível. O processamento de alto nível é uma plataforma de desenvolvimento baseada em dados de nível de líquido, que os usuários podem reposicionar e desenvolver de acordo com suas necessidades reais. A medição de nível, baseada no objeto e ambiente de medição, bem como nos requisitos de precisão, possui princípios e métodos de medição distintos. Em medições por contato, a medição da densidade do líquido por meio de simulação de medição de nível consistente com a pressão é simples, confiável e de alta precisão, atendendo à maioria das aplicações. A medição por pressão, por sua vez, baseia-se no princípio da alta confiabilidade, e os sensores de pressão têm se desenvolvido muito rapidamente nos últimos anos. Em especial, os sensores de pressão de silício por difusão apresentam grandes avanços em termos de alcance, linearidade e estabilidade, além de serem compactos, com custo relativamente baixo. Os sensores geram sinais de tensão na faixa de milivolts, são ágeis e possuem bons indicadores técnicos e confiabilidade de projeto. 1.2 Do ponto de vista da estrutura funcional do sistema, esta deve incluir um módulo de medição de pressão, um módulo de conversão de sinal, um módulo de transmissão de sinal, um módulo de processamento de informações, um módulo de alarme e um módulo de controle. A unidade de transmissão de pressão é composta por um módulo de hardware separado, juntamente com um módulo de conversão de sinal. O módulo de processamento de informações, o módulo de alarme e o módulo de controle, juntamente com o módulo de transmissão de sinal, compõem a unidade secundária do instrumento. O processamento de informações de alta precisão é realizado por meio de microcomputadores, utilizados como plataforma de desenvolvimento. O diagrama da estrutura funcional do sistema é mostrado na Figura 1. Figura 1: Diagrama da estrutura funcional do sistema. 2. Projeto de hardware do instrumento secundário. O projeto de hardware do instrumento secundário inclui principalmente o projeto da fonte de alimentação, o projeto do conversor A/D, o projeto do circuito periférico do microcontrolador, o display, o alarme, o projeto do controle de relés, o projeto da comunicação remota, etc. O projeto do transformador de potência deve considerar a necessidade de tensão suficiente e um projeto com capacidade de redução de potência, com o transformador conectado à blindagem. As partes analógica e digital do instrumento secundário e o relé de controle devem ser alimentados por transformadores com bobinas diferentes, a fim de evitar grandes pulsos de corrente e flutuações de potência. A fonte de alimentação na placa de circuito impresso deve estar longe da parte da linha de sinal. A seleção do chip de conversão A/D deve priorizar a estabilidade e a confiabilidade do produto, que deve passar por rigorosos testes de envelhecimento e seleção antes de ser comercializado. O projeto do circuito periférico do conversor A/D deve dar atenção especial à estabilidade da tensão de referência. O projeto do circuito periférico do MCU utiliza programação básica, mas o hardware e o software da porta de comunicação e o modo de troca de dados do chip de conversão A/D, juntamente com a medição de nível, não exigem alta frequência. A troca serial de dados entre o microcontrolador e o chip de conversão A/D pode ser feita por meio de consulta [3, 4], resultando em uma estrutura de programa clara, fácil de escrever e depurar. 2.2 O projeto de confiabilidade do transmissor de nível de líquido: o transmissor de nível de líquido atua como a interface de um sistema de instrumentação, afetando diretamente a confiabilidade do sistema de medição e controle e o índice de precisão. Portanto, o projeto deve garantir confiabilidade e estabilidade. O projeto do transmissor inclui principalmente o projeto da estrutura mecânica e o projeto elétrico. O projeto da estrutura visa solucionar os principais problemas relacionados à seleção do sensor, proteção contra bloqueio, projeto e vedação, e prevenção de condensação. O projeto elétrico inclui principalmente o projeto de proteção de alimentação do transmissor, sensores, fonte de alimentação, extração de sinal, projeto de circuito de amplificação e conversão, etc.

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