压力传感器

17-4PH 与 316L 不锈钢

两种最常用的压力传感器材料比较

不锈钢压力传感器最常使用的制造材料是 316L 或 17-4 PH。 两种材料都成本相对低廉,比高强度镍合金更易于加工,并且具有良好的材料强度和使膜片能够移动的弹性。在工业和危险区域应用方面它们的材料属性存在差异,所以每种材料都有其优势用途。当这些材料存在不同的变型时,TE 选择了当今传感器市场使用的最基本和最常用的形式进行比较。铁含量的不同会影响磁性和耐腐蚀性。17-4 PH 不锈钢与 316L 不锈钢相比,磁性更强但耐腐蚀性较弱。标准的 316L 略带磁性,但也有不带磁性的版本。 

材料比较

成分17-4 PH 重量百分比 (%) ASTM A693316L 重量百分比 (%) ASTM A240

最大 0.070

最大 0.030

最大 1.00

最大 2.00

最大 1.00

最大 0.75

15.00 - 17.50

16.00 - 18.00

3.00 - 5.00

10.00 - 14.00

最大 0.040

最大 0.045

最大 0.030

最大 0.030

3.00 - 5.00

--

钶加钽

0.15 - 0.45

--

--

最大 0.10

--

2.00 - 3.00

其余

其余

材料强度

人们一般认为不锈钢具有很高的材料强度,与塑料等材料相比这是对的,但不同类型的不锈钢之间可能差异很大。17-4 PH 与 316L 相比,材料强度更高。对于很多普遍存在着压力波动和高循环的液压系统而言,17-4 是良好的弹簧材料,因此使用更加频繁。可以为压力传感器指定对于不同的材料都相同的过载压力等级(通常为额定压力的 2 倍)和破坏压力等级(通常为额定压力的 5 倍);但当存在比额定压力更高的压力和压力瞬变时,17-4 PH 的测量值将更有可能更长时间地保持准确。

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兼容性

不锈钢就是不锈钢,对吗?在测量液体和气体时,压力传感器材料的类型至关重要。17-4 PH 用于各种非腐蚀性或轻度腐蚀性液体和气体中。液压油、制动液和其他标准工业液体十分适合 17-4 PH 不锈钢。316L 不锈钢的镍含量较高,除了适用于许多更具腐蚀性的液体和气体外,也适用于上述液体。例如,含 H2S 低的天然气需要使用 316L 以抗腐蚀。水(不包括盐水)经常被视为非腐蚀性液体,尽管最好使用 316L 进行压力测量。各种不同的 pH 级别可能会使 17-4 PH 材料产生矿物堆积,堵塞过程连接。诸如氢等气体需要使用 316L 材料。氢离子很小,足以穿过 17-4 PH 不锈钢的颗粒结构,因此时间一久会使膜片脆变破裂。对于半导体工艺设备等纯度要求极高的应用,引入了 316L VAR(真空电弧熔炼)材料以减少非金属杂质。此外,还采用称为电解抛光的流程进行材料表面处理。这清除了非金属瑕疵及少量金属表面,从而进一步减少了接触液体或气体的杂质。

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技术比较

压阻式传感器技术制造工艺17-4 PH                              316L
薄膜在不锈钢基板上喷镀金属。
箔式金属应变片使用环氧树脂或玻璃将应变片安装在不锈钢膜片上。
化学气相沉积 (CVD)以化学方法将多晶硅沉积在不锈钢膜片上,并在沉积后将该膜片焊接到过程连接上。
充油用硅油封装硅应变片;金属膜片上的压力会压缩硅油并改变传感器电阻。
厚膜厚膜通过银墨丝网印刷到金属上
硅玻璃熔接通过玻璃烧制工艺将硅应变片直接安装在一个不锈钢传感器上
使用环氧树脂或玻璃将应变片安装在不锈钢膜片上
使用环氧树脂或玻璃将应变片安装在不锈钢膜片上
使用环氧树脂或玻璃将应变片安装在不锈钢膜片上

总结

所使用的技术是一个重要因素。某些技术可用于的材料是有限制的。膜片所用的应变片应与其所用于的材料的热属性相匹配。17-4 PH 不锈钢的平均热膨胀系统为 6.0 x 10-6 in/in/°F,采用 H900 热处理,而 316L 的范围约为 9 至 11 x 10-6 in/in/°F。诸如薄膜等技术只能用于 17-4 PH,因为膜片的喷镀流程温度太高。 概括而言,传感器材料和技术的差异对于压力传感器的选择可能起到至关重要的作用。应该熟悉有关所测量的液体或气体及其应用的信息,以选取更好的材料。如果 17-4 和 316L 都不能满足需要,可以提供特殊的合金。