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壓力變送器的原理和選型技巧

閱讀：1844 發(fā)布時(shí)間：2019-9-30

壓力變送器是一種將壓力轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)信號或電動(dòng)信號進(jìn)行控制和遠(yuǎn)傳的設(shè)備。它能將測壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電信號（如4~20mADC等），以供給指示報(bào)警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進(jìn)行測量、指示和過程調(diào)節(jié)。

基本介紹

壓力變送器（圖1）

壓力變送器是工業(yè)實(shí)踐中為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。

壓力變送器有電動(dòng)式和氣動(dòng)式兩大類。電動(dòng)式的統(tǒng)一輸出信號為0～10mA、4～20mA或1～5V等直流電信號。氣動(dòng)式的統(tǒng)一輸出信號為20～100Pa的氣體壓力。

壓力變送器按不同的轉(zhuǎn)換原理可分為力(力矩)平衡式、電容式、電感式、應(yīng)變式和頻率式等，下面簡單介紹幾種壓力(差壓)變送器的原理、結(jié)構(gòu)、使用、檢修和校驗(yàn)等知識。 [2]

壓力變送器的主要作用把壓力信號傳到電子設(shè)備，進(jìn)而在計(jì)算機(jī)顯示壓力其原理大致是：將水壓這種壓力的力學(xué)信號轉(zhuǎn)變成電流（4-20mA）這樣的電子信號壓力和電壓或電流大小成線性關(guān)系，一般是正比關(guān)系。所以，變送器輸出的電壓或電流隨壓力增大而增大由此得出一個(gè)壓力和電壓或電流的關(guān)系式壓力變送器的被測介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩壓力室，低壓室壓力采用大氣壓或真空，作用在δ元（即敏感元件）的兩側(cè)隔離膜片上，通過隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測量膜片兩側(cè)。

壓力變送器是由測量膜片與兩側(cè)絕緣片上的電極各組成一個(gè)電容器。當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時(shí)，致使測量膜片產(chǎn)生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側(cè)電容量就不等，通過振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié)。

工作原理

壓力變送器感受壓力的電器元件一般為電阻應(yīng)變片，電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的壓力轉(zhuǎn)換成為一種電信號的敏感器件。電阻應(yīng)變片應(yīng)用多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的黏合劑緊密地粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。

主要性能

1、使用被測介質(zhì)廣泛，可測油、水及與316不銹鋼和304不銹鋼兼容的糊狀物，具有一定的防腐能力；

2、高準(zhǔn)確度、高穩(wěn)定性、選用進(jìn)口原裝傳感器，線性好，溫度穩(wěn)定性高；

3、體積小、重量輕、安裝、調(diào)試、使用方便；

4、不銹鋼全封閉外殼，防水好；

5、壓力傳感器直接感測被測液位壓力，不受介質(zhì)起泡、沉積的影響。

主要優(yōu)點(diǎn)

1、壓力變送器具有工作可靠、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)；

2、V/I集成電路，外圍器件少，可靠性高，維護(hù)簡單、輕松，體積小、重量輕，安裝調(diào)試極為方便；

3、鋁合金壓鑄外殼，三端隔離，靜電噴塑保護(hù)層，堅(jiān)固耐用；

4、4-20mA DC二線制信號傳送，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)；

5、LED、LCD、指針三種指示表頭，現(xiàn)場讀數(shù)十分方便?？捎糜跍y量粘稠、結(jié)晶和腐蝕性介質(zhì)；

6、高準(zhǔn)確度，高穩(wěn)定性。除進(jìn)口原裝傳感器已用激光修正外，對整機(jī)在使用溫度范圍內(nèi)的綜合性溫度漂移、非線性進(jìn)行精細(xì)補(bǔ)償。

選型規(guī)則

1．根據(jù)要測量壓力的類型

壓力類型主要有表壓、絕壓、差壓等。表壓是指以大氣為基準(zhǔn)，小于或大于大氣壓的壓力；絕壓是指以壓力零位為基準(zhǔn)，高于壓力；差壓是指兩個(gè)壓力之間的差值。

2．根據(jù)被測壓力量程

一般情況下，按實(shí)際測量壓力為測量范圍的80%選取。

要考慮系統(tǒng)的大壓力。一般來說，壓力變送器器壓力范圍大值應(yīng)該達(dá)到系統(tǒng)大壓力值的1．5倍。一些水壓和過程控制，有壓力尖峰或者連續(xù)的脈沖。這些尖峰可能會達(dá)到“大”壓力的5倍甚至10倍，可能造成變送器的損壞。連續(xù)的高壓脈沖，接近或者超過變送器的大額定壓力，會縮短變送器的實(shí)用壽命。但提高變送器額定壓力會犧牲變送器的分辨率?？梢栽谙到y(tǒng)中使用緩沖器來減弱尖峰，這會降低傳感器的響應(yīng)速度。

壓力變送器一般設(shè)計(jì)成能在2億個(gè)周期中承受大壓力而不會降低性能。在選擇變送器時(shí)可在系統(tǒng)性能與變送器壽命之間找到一個(gè)折中的解決方案。

3．根據(jù)被測介質(zhì)

按測量介質(zhì)的不同，可分為干燥氣體、氣體液體、強(qiáng)腐蝕性液體、黏稠液體、高溫氣體液體等，根據(jù)不同的介質(zhì)正確選型，有利于延長變送器的使用壽命。

4．根據(jù)系統(tǒng)的大過載

系統(tǒng)的大過載應(yīng)小于變送器的過載保護(hù)極限，否則會影響變送器的使用壽命甚至損壞變送器。通常壓力變送器的安全過載壓力為滿量程的2倍。

5．根據(jù)需要的準(zhǔn)確度等級

變送器的測量誤差按準(zhǔn)確度等級進(jìn)行劃分，不同的準(zhǔn)確度對應(yīng)不同的基本誤差限(以滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示)。實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)測量誤差的控制要求并本著使用經(jīng)濟(jì)的原則進(jìn)行選擇。

6．根據(jù)系統(tǒng)工作溫度范圍

測量介質(zhì)溫度應(yīng)處于變送器工作溫度范圍內(nèi)，如超溫使用，將會產(chǎn)生較大的測量誤差并影響變送器的使用壽命；在壓力變送器的生產(chǎn)過程中，會對溫度影響進(jìn)行測量和補(bǔ)償，以確保其受溫度影響產(chǎn)生的測量誤差處于準(zhǔn)確度等級要求的范圍內(nèi)。在溫度較高的場合，可以考慮選擇高溫型壓力變送器或采取安裝冷凝管、散熱器等輔助降溫措施。

7．根據(jù)測量介質(zhì)與接觸材質(zhì)的兼容性

在某些測量場合，測量介質(zhì)具有腐蝕性，此時(shí)需選用與測量介質(zhì)兼容的材料或進(jìn)行特殊的工藝處理，確保變送器不被損壞。

8．根據(jù)壓力接口形式

通常以螺紋連接(M20×1．5)為標(biāo)準(zhǔn)接口形式。

9．根據(jù)供電電源和輸出信號

通常壓力變送器采用直流電源供電，提供多種輸出信號選擇，包括4～20mA．DC；、0～5V．DC、1～5V．DC、0～10mA．DC等，可以有232或485數(shù)字輸出。

10．根據(jù)現(xiàn)場工作環(huán)境情況及其他

是否存在振動(dòng)及電磁干擾等，選型時(shí)應(yīng)提供相關(guān)信息，以便采取相應(yīng)處理。在選型時(shí)，其他如電氣連接方式等也可以根據(jù)具體情況予以考慮。

正確使用

壓力傳感器使用過程應(yīng)注意考慮下列情況：

1、防止變送器與腐蝕性或過熱的介質(zhì)接觸；

2、防止渣滓在導(dǎo)管內(nèi)沉積；

3、測量液體壓力時(shí)，取壓口應(yīng)開在流程管道側(cè)面，以避免沉淀積渣；

4、測量氣體壓力時(shí)，取壓口應(yīng)開在流程管道頂端，并且變送器也應(yīng)安裝在流程管道上部，以便積累的液體容易注入流程管道中；

5、導(dǎo)壓管應(yīng)安裝在溫度波動(dòng)小的地方；

6、測量蒸汽或其它高溫介質(zhì)時(shí)，需接加緩沖管（盤管）等冷凝器，不應(yīng)使變送器的工作溫度超過極限；

7、冬季發(fā)生冰凍時(shí)，安裝在室外的變送器必需采取防凍措施，避免引壓口內(nèi)的液體因結(jié)冰體積膨脹，導(dǎo)至傳感器損壞；

8、測量液體壓力時(shí)，變送器的安裝位置應(yīng)避免液體的沖擊（水錘現(xiàn)象），以免傳感器過壓損壞；

9、接線時(shí)，將電纜穿過防水接頭（附件）或繞性管并擰緊密封螺帽，以防雨水等通過電纜滲漏進(jìn)變送器殼體內(nèi)。

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