壓力變送器

　　基本介紹

　　壓力變送器是工業(yè)實(shí)踐中最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)。下面就簡(jiǎn)單介紹一些常用壓力變送器的原理及其應(yīng)用、壓力變送器是用于測(cè)量液體、氣體或蒸汽的液位、密度和壓力，然后將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成4～20mA DC信號(hào)輸出。

　　壓力變送器主要有電容式壓力變送器和擴(kuò)散硅壓力變送器，陶瓷壓力變送器，應(yīng)變式壓力變送器等。壓力變送器根據(jù)測(cè)壓范圍可分成一般壓力變送器（0.001MPa～35MPa）和微差壓變送器（0～1.5kPa），負(fù)壓變送器三種。

　　壓力變送器的主要作用把壓力信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)變成電流（4-20mA）這樣的電子信號(hào)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(cè)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(guò)隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測(cè)量膜片兩側(cè)。

　　壓力變送器是由測(cè)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(cè)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(guò)振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié)。

　　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、專用V/I集成電路，外圍器件少，可靠性高，維護(hù)簡(jiǎn)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(hào)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(chǎng)讀數(shù)十分方便?？捎糜跍y(cè)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(duì)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。

　　主要分類

　　1、普通壓力變送器

　　2、防爆壓力變送器

　　3、差壓變送器

　　4、中、高溫壓力變送器

　　5、遠(yuǎn)傳壓力變送器

　　工作原理

　　當(dāng)壓力直接作用在測(cè)量膜片的表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，測(cè)量膜片上的高精度電路將這個(gè)微小的形變變換成為與壓力成正比的高度線性、與激勵(lì)電壓也成正比的電壓信號(hào)，然后采用專用芯片將這個(gè)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號(hào)或者1-5V電壓信號(hào)。

　　由于測(cè)量膜片采用標(biāo)準(zhǔn)話集成電路，內(nèi)部包含線性及溫度補(bǔ)償電路，所以可以做到高精度和高穩(wěn)定性，變送電路采用專用的兩線制芯片，可以保證輸出兩線制4-20mA電流信號(hào)。

　　主要性能

　　1、使用被測(cè)介質(zhì)廣泛，可測(cè)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(cè)被測(cè)液位壓力，不受介質(zhì)起泡、沉積的影響。

　　選型規(guī)則

　　1、變送器要測(cè)量什么樣的壓力：先確定系統(tǒng)中要確認(rèn)測(cè)量壓力的最大值，一般而言，需要選擇一個(gè)具有比最大值還要大1.5倍左右的壓力量程的變送器。這主要是在很多系統(tǒng)，特別是水壓測(cè)量和加工處理中，有峰值和持續(xù)不規(guī)則的上下波動(dòng)，這種瞬間的峰值能破壞壓力傳感器，然而，由于這樣做會(huì)精度下降。于是，可以用一個(gè)緩沖器來(lái)降低壓力毛刺，但這樣會(huì)降低傳感器的響應(yīng)速度。所以在選擇變送器時(shí)，要充分考慮壓力范圍，精度與其穩(wěn)定性。

　　2、什么樣的壓力介質(zhì)：要考慮的是壓力變送器所測(cè)量的介質(zhì)，黏性液體、泥漿會(huì)堵上壓力接口，溶劑或有腐蝕性的物質(zhì)會(huì)不會(huì)破壞變送器中與這些介質(zhì)直接接觸的材料。一般的壓力變送器的接觸介質(zhì)部分的材質(zhì)采用的是316不銹鋼，如果介質(zhì)對(duì)316不銹鋼沒(méi)有腐蝕性，那么基本上所有的壓力變送器都適合對(duì)介質(zhì)壓力的測(cè)量；如果介質(zhì)對(duì)316不銹鋼有腐蝕性，那么就要采用化學(xué)密封，這樣不但起到可以測(cè)量介質(zhì)的壓力，也可以有效的阻止介質(zhì)與壓力變送器的接液部分的接觸，從而起到保護(hù)壓力變送器，延長(zhǎng)了壓力變送器的壽命.

　　3、變送器需要多大的精度：決定精度的有：非線性、遲滯性、非重復(fù)性、溫度、零點(diǎn)偏置刻度、溫度的影響，精度越高，價(jià)格也就越高。每一種電子式的測(cè)量計(jì)都會(huì)有精度誤差，但是由于各個(gè)國(guó)家所標(biāo)的精度等級(jí)是不一樣的。

　　4、變送器的溫度范圍：通常一個(gè)變送器會(huì)標(biāo)定兩個(gè)溫度范圍，即正常操作的溫度范圍和溫度可補(bǔ)償?shù)姆秶?。正常操作溫度范圍是指變送器在工作狀態(tài)下不被破壞的時(shí)候的溫度范圍，在超出溫度補(bǔ)范圍時(shí)，可能會(huì)達(dá)不到其應(yīng)用的性能指標(biāo)。溫度補(bǔ)償范圍是一個(gè)比操作溫度范圍小的典型范圍。在這個(gè)范圍內(nèi)工作，變送器肯定會(huì)達(dá)到其應(yīng)有的性能指標(biāo)。溫度變從兩方面影響著其輸出，一是零點(diǎn)漂移；二是影響滿量程輸出。如：滿量程的+/-X%/℃，讀數(shù)的+/-X%/℃，在超出溫度范圍時(shí)滿量程的+/-X%，在溫度補(bǔ)償范圍內(nèi)時(shí)讀數(shù)的+/-X%，如果沒(méi)有這些參數(shù)，會(huì)導(dǎo)至在使用中的不確定性。變送器輸出的變化到度是由壓力變化引起的，還是由溫度變化引起的。

　　5、需要得到怎樣的輸出信號(hào)：mV、V、mA及頻率輸出數(shù)字輸出，選擇怎樣的輸出取決于多種因素，包括變送器與系統(tǒng)控制器或顯示器間的距離，是否存在“噪聲”或其他電子干擾信號(hào)。是否需要放大器，放大器的位置等。對(duì)于許多變送器和控制器間距離較短的OEM設(shè)備，采用mA輸出的變送器最為經(jīng)濟(jì)而有效的解決方法，如果需要將輸出信號(hào)放大，最好采用具有內(nèi)置放大的變送器。對(duì)于遠(yuǎn)距離傳輸出或存在較強(qiáng)的電子干擾信號(hào)，最好采用mA級(jí)輸出或頻率輸出。如果在RFI或EMI指標(biāo)很高的環(huán)境中，除了要注意到要選擇mA或頻率輸出外，還要考慮到特殊的保護(hù)或過(guò)濾器。

　　6、選擇怎樣的勵(lì)磁電壓：輸出信號(hào)的類型決定選擇怎么樣的勵(lì)磁電壓。許多放大變送器有內(nèi)置的電壓調(diào)節(jié)裝置，能夠得到的一個(gè)工作電壓決定是否采用帶有調(diào)節(jié)器的傳感器，選擇傳送器時(shí)要綜合考慮工作電壓與系統(tǒng)造價(jià)。

　　7、是否需要具備互換性的變送器：確定所需的變送器是否能夠適應(yīng)多個(gè)使用系統(tǒng)。一般來(lái)講，這一點(diǎn)很重要。尤其是對(duì)于OEM產(chǎn)品，一旦將產(chǎn)品送到客戶手中，那么客戶用來(lái)校準(zhǔn)的花銷是相當(dāng)大的。如果產(chǎn)品具有良好的互換性，那么即使是改變所用的變送器，也不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的效果。

　　8、變送器超時(shí)工作后需要保持穩(wěn)定度：大部分變送器在經(jīng)過(guò)超時(shí)工作后會(huì)產(chǎn)生“漂移”，因此很有必要在購(gòu)買前了解變送器的穩(wěn)定度，這種預(yù)先的工作能減少將來(lái)使用中會(huì)出現(xiàn)的種種麻煩。

　　9、變送器的封裝：變送器的封裝，尤其往往容易忽略是它的機(jī)架，然而這一點(diǎn)在以后使用中會(huì)逐漸暴露出其缺點(diǎn)。在選購(gòu)傳送器傳一定要考慮到將來(lái)變送器的工作環(huán)境，濕度如何，怎樣安裝變送器，會(huì)不會(huì)有強(qiáng)烈的撞擊或振動(dòng)等。

　　10、在變送器與其它電子設(shè)備間采用怎樣的連接：是否需要采用短距離連接，若是采用長(zhǎng)距離連接，是否需要采用一個(gè)連接器。

　　安裝說(shuō)明

　　在安裝使用壓力變送器前應(yīng)詳細(xì)閱讀產(chǎn)品樣本及使用說(shuō)明書(shū)，安裝時(shí)壓力接口不能泄露，確保量程及接線正確。壓力傳感器及變送器的外殼一般需接地，信號(hào)電纜線不得與動(dòng)力電纜混合鋪設(shè)，傳感器及變送器周圍應(yīng)避免有強(qiáng)電磁干擾。

　　使用說(shuō)明

　　日常維護(hù)

　　1、檢查安裝孔的尺寸：如果安裝孔的尺寸不合適，傳感器在安裝過(guò)程中，其螺紋部分就很容易受到磨損。這不僅會(huì)影響設(shè)備的密封性能，而且使壓力傳感器不能充分發(fā)揮作用，甚至還可能產(chǎn)生安全隱患。只有合適的安裝孔才能夠避免螺紋的磨損（螺紋工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1/2-20 UNF 2B），通?？梢圆捎冒惭b孔測(cè)量?jī)x對(duì)安裝孔進(jìn)行檢測(cè)，以做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

　　2、保持安裝孔的清潔：保持安裝孔的清潔并防止熔料堵塞對(duì)保證設(shè)備的正常運(yùn)行來(lái)說(shuō)十分重要。在擠出機(jī)被清潔之前，所有的壓力傳感器都應(yīng)該從機(jī)筒上拆除以避免損壞。在拆除傳感器時(shí)，熔料有可能流入到安裝孔中并硬化，如果這些殘余的熔料沒(méi)有被去除，當(dāng)再次安裝傳感器時(shí)就可能造成其頂部受損。清潔工具包能夠?qū)⑦@些熔料殘余物去除。然而，重復(fù)的清潔過(guò)程有可能加深安裝孔對(duì)傳感器造成的損壞。如果這種情況發(fā)生，就應(yīng)當(dāng)采取措施來(lái)升高傳感器在安裝孔中的位置。

　　3、選擇恰當(dāng)?shù)奈恢茫寒?dāng)壓力傳感器的安裝位置太靠近生產(chǎn)線的上游時(shí)，未熔融的物料可能會(huì)磨損傳感器的頂部；如果傳感器被安裝在太靠后的位置，在傳感器和螺桿行程之間可能會(huì)產(chǎn)生熔融物料的停滯區(qū)，熔料在那里有可能產(chǎn)生降解，壓力信號(hào)也可能傳遞失真；如果傳感器過(guò)于深入機(jī)筒，螺桿有可能在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中觸碰到傳感器的頂部而造成其損壞。一般來(lái)說(shuō)，傳感器可以位于濾網(wǎng)前面的機(jī)筒上、熔體泵的前后或者模具中。

　　4、仔細(xì)清潔；在使用鋼絲刷或者特殊化合物對(duì)擠出機(jī)機(jī)筒進(jìn)行清潔前，應(yīng)該將所有的傳感器都拆卸下來(lái)。因?yàn)檫@兩種清潔方式都可能會(huì)造成傳感器的震動(dòng)膜受損。當(dāng)機(jī)筒被加熱時(shí)，也應(yīng)該將傳感器拆卸下來(lái)并使用不會(huì)產(chǎn)生磨損的軟布來(lái)擦拭其頂部，同時(shí)傳感器的孔洞也需要用清潔的鉆孔機(jī)和導(dǎo)套清理干凈。

　　正確使用

　　壓力傳感器使用過(guò)程應(yīng)注意考慮下列情況：

　　1、防止變送器與腐蝕性或過(guò)熱的介質(zhì)接觸；

　　2、防止渣滓在導(dǎo)管內(nèi)沉積；

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

　　4、測(cè)量氣體壓力時(shí)，取壓口應(yīng)開(kāi)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(cè)量蒸汽或其它高溫介質(zhì)時(shí)，需接加緩沖管（盤(pán)管）等冷凝器，不應(yīng)使變送器的工作溫度超過(guò)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(cè)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(guò)壓損壞；

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

　　發(fā)展歷史

　　壓力變送器是許多工業(yè)設(shè)備中用以控制工業(yè)過(guò)程和壓力變化的重要原件。壓力變送器用于測(cè)量液體、氣體或蒸汽的液位、密度和壓力，然后將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成4～20mADC信號(hào)輸出。壓力變送器分電容式壓力變送器和擴(kuò)散硅壓力變送器，陶瓷壓力變送器，應(yīng)變式壓力變送器等。

　　壓力變送器是直接與被測(cè)介質(zhì)相接觸的現(xiàn)場(chǎng)儀表，常常在高溫低溫腐蝕振動(dòng)沖擊等環(huán)境中工作。在石油、化工、電力、鋼鐵、輕工等行業(yè)的壓力測(cè)量及現(xiàn)場(chǎng)控制中應(yīng)用非常廣泛。

　　壓力變送器的發(fā)展大體經(jīng)歷了四個(gè)階段：

　　1、早期壓力變送器采用大位移式工作原理，如曾大量生產(chǎn)的水銀浮子式差壓計(jì)及膜盒式差壓變送器，這些變送器精度低且笨重。

　　2、20世紀(jì)50年代有了精度稍高的力平衡式差壓變送器，但反饋力小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性、穩(wěn)定性和抗振性均較差。

　　3、70年代中期，隨著新工藝、新材料、新技術(shù)的出現(xiàn)，尤其是電子技術(shù)的迅猛發(fā)展出現(xiàn)體積小巧、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的位移式變送器。

　　4、90年代科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，這些變送器測(cè)量精度高而且逐漸向智能化發(fā)展數(shù)字信號(hào)傳輸更有利于數(shù)據(jù)采集。

　　壓力變送器發(fā)展至今已有電容式變送器、擴(kuò)散硅壓阻式變送器、差動(dòng)電感式變送器和陶瓷電容式變送器等不同類型。

　　20世紀(jì)90年代，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)迅速崛起，工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)逐漸向具有雙向通信和智能儀表控制的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)方向發(fā)展。從而產(chǎn)生了新一代的智能壓力變送器。它們的主要特點(diǎn)如下。

　　1、自補(bǔ)償功能如非線性、溫度誤差、響應(yīng)時(shí)間、噪聲和交叉感應(yīng)等。

　　2、自診斷功能如在接通電源時(shí)進(jìn)行自檢,在工作中實(shí)現(xiàn)運(yùn)行檢查。

　　3、微處理器和基本傳感器之間具有雙向通信的功能構(gòu)成閉環(huán)工作系統(tǒng)。

　　4、信息存儲(chǔ)和記憶功能。

　　5、數(shù)字量輸出。

　　基于上述功能,智能壓力變送器的精度、穩(wěn)定性、重復(fù)性和可靠性都得到提高和改善。其雙向通信能力實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)軟件控制及遠(yuǎn)程設(shè)定量程等狀態(tài)。

　　智能型壓力變送器主要分為帶協(xié)HART協(xié)議的和帶482或RS232接口的兩種類型。帶HART協(xié)議的智能壓力變送器是在模擬信號(hào)上迭加一個(gè)專用頻率信號(hào),實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字同時(shí)進(jìn)行通信。帶RS232或485口的智能壓力變送器內(nèi)部將模擬信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換通過(guò)微處理器計(jì)算由D/A輸出。

　　發(fā)展趨勢(shì)

　　當(dāng)今世界各國(guó)壓力變送器的研究領(lǐng)域十分廣泛，幾乎滲透到了各個(gè)行業(yè)，但歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)趨勢(shì)：

　　1、智能化：由于集成化的出現(xiàn),在集成電路中可添加一些微處理器,使得變送器具有自動(dòng)補(bǔ)償、通訊、自診斷、邏輯判斷等功能。

　　2、集成化：壓力變送器已經(jīng)越來(lái)越多的與其它測(cè)量用變送器集成以形成測(cè)量和控制系統(tǒng)。集成系統(tǒng)在過(guò)程控制和工廠自動(dòng)化中可提高操作速度和效率。

　　3、小型化：市場(chǎng)對(duì)小型壓力變送器的需求越來(lái)越大，這種小型變送器可以工作在極端惡劣的環(huán)境下，并且只需要很少的保養(yǎng)和維護(hù)，對(duì)周圍的環(huán)境影響也很小，可以放置在人體的各個(gè)重要器官中收集資料，不影響人的正常生活。

　　4、標(biāo)準(zhǔn)化：變送器的設(shè)計(jì)與制造已經(jīng)形成了一定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　5、廣泛化：壓力變送器的另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是正從機(jī)械行業(yè)向其它領(lǐng)域擴(kuò)展，例如:汽車元件、醫(yī)療儀器和能源環(huán)境控制系統(tǒng)。