內(nèi)容編輯壓力差壓變送器的應(yīng)用與選型
壓力變送器是工業(yè)實(shí)踐中Zui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)。壓力變送器是一種能感受壓力，并將壓力信號轉(zhuǎn)換成可傳遞的統(tǒng)一輸出信號的儀表，而且其輸出信號與壓力信號之間，有一給定的連續(xù)線性函數(shù)關(guān)系(如圖1所示)。壓力變送器從一般意義上，往往指壓力變送器和差壓變送器，主要由測壓元件傳感器、測量電路和過程連接件等組成。它能將接收的氣體、液體等壓力信號轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電流電壓信號(4 20 mA DC)，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)。2007年，中國壓力變送器市場規(guī)模達(dá)到21億元，臺套數(shù)達(dá)到60萬。由于工作環(huán)境、介質(zhì)、介質(zhì)溫度等等原因，所以我們選用壓力變送器一定要考慮這些問題。
1 工作原理
壓力變送器的測量原理圖如圖2所示。其測量原理為：介質(zhì)差壓(壓力)通過隔離膜片和硅油，傳遞給位于8室中心的測量膜片，測量膜片起著彈性元件作用，隨它兩邊的差壓而變形。測量膜片的位移，與差壓成正比，Zui大位移為0．1 mm。測量膜片的位移，使感壓膜片與兩固定電極所形成的差動電容器之電容量發(fā)生變化。此電容變化量由測量電路(電容，電流轉(zhuǎn)換電路)轉(zhuǎn)換成直流電流信號，這個電流信號與調(diào)零信號的代數(shù)經(jīng)運(yùn)算放大電路轉(zhuǎn)換為4—20 mA DC電流輸出。
2 應(yīng)用
壓力變送器是直接與被測介質(zhì)接觸的現(xiàn)場儀表，常常在高溫、低溫、腐蝕、振動、沖擊等環(huán)境中工作。壓力(差壓)變送器主要測量的參數(shù)，是壓力或差壓，但它們可以間接測量的參數(shù)卻很多。如壓力變送器，除可以測量壓力外，還可以測量設(shè)備內(nèi)的液位。在常壓容器內(nèi)測量液位時(shí)，需要1臺壓力變送器即可。當(dāng)測量受壓容器的液位時(shí)，可考慮用差壓變送器，通過對罐內(nèi)即測量下限1臺，測量上限1臺，它們的輸出信號進(jìn)行減法運(yùn)算，即可測出液位，這時(shí)一般選用差壓變送器。在容器內(nèi)液位與壓力值不變的情況下，它還可以用來測量介質(zhì)的密度。差壓變送器除了測量兩個被測量壓力的差壓值外，它還可以配合各種節(jié)流元件來測量介質(zhì)流體的流量(孔板流量計(jì))，可以直接測量受壓容器的液位和常壓容器的液位以及壓力和
負(fù)壓等。
3 選型
由于社會的發(fā)展，很多行業(yè)逐漸采用壓力(差壓)變送器，但是由于工作環(huán)境、介質(zhì)溫度等等原因，所以選用壓力變送器一定要考慮這些問題。儀表類型的選用必須滿足工藝要求，才能保證儀表正常工作及安全生產(chǎn)。壓力(差壓)變送器的選用，
主要依據(jù)為：
(1)是否遠(yuǎn)傳、自動記錄或報(bào)警。
(2)以被測介質(zhì)的性質(zhì)指標(biāo)為準(zhǔn)，以節(jié)約資金、便于安裝和維護(hù)為參考。被測介質(zhì)性質(zhì)(溫度、粘度、腐蝕性、易燃易爆等)是否對儀表有特殊要求(彈簧管材料)。如果測量的是相對比較清潔的流體，直接采用標(biāo)準(zhǔn)的壓力變送器就可以了。如果所測量的介質(zhì)是易結(jié)晶的或粘稠的，一般采用的是外置膜片的或和化學(xué)密封共同使用，這樣會有效的阻止介質(zhì)堵住壓力測量孔，從而起到保護(hù)壓力變送器的作用，延長使用壽命。
(3)選用測量范圍。一般壓力(差壓)變送器都具有一定的量程可調(diào)范圍，Zui好將使用的量程范圍設(shè)定在它量程的1／3～2／3段，這樣精度會有所保證，對于微差壓變送器來說更是重要。確定系統(tǒng)中測量壓力的Zui大值，一般而言需要選擇一個具有比Zui大值還要大1．5倍左右的壓力量程的變送器。這主要是在許多系統(tǒng)中，尤其是水壓測量和加工處理中，有峰值和持續(xù)不規(guī)則的上下波動，這種瞬間的峰值能破壞壓力傳感器。于是可以用一個緩沖器來降低壓力毛刺，但這樣會降低傳感器的響應(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。
(4)精度等級。根據(jù)測壓范圍，根據(jù)工藝上允許的Zui大絕對誤差，先選出量程，再根據(jù)工藝上允許的Zui大絕對誤差，計(jì)算出儀表允許的Zui大引用誤差，去掉± 號和％ ，其數(shù)值就是
精度。若沒有這個等級，就靠精度等級(往高精度靠)。壓力(差壓)變送器在各個國家所標(biāo)的精度等級是不一樣的。比如中國和美國等國家，標(biāo)的精度是傳感器在線性度Zui好的部分，也就是我們通常所說的測量范圍的10％ 一90％ 之間的精度；而歐洲標(biāo)的精度，則是線性度Zui不好的部分，也就是我們通常所說的測量反的0—10％ 以及90％ ～100％之間的精度。如歐洲標(biāo)的精度為1％，則在中國標(biāo)的精度就為0．5％。
(5)輸出信號。目前由于各種采集的需要，現(xiàn)在市場上壓力變送器的輸出信號有很多種。主要4～20 mA、0～2O mA、0～10 V、0～5 V等等。但是比較常用的是4 20 mA和0～
l0V兩種。上面列舉的這些輸出信號中，只有4～20mA為兩線制 包含接地或屏蔽線)，其他的均為三線制。
(6)介質(zhì)溫度。由于壓力變送器的信號是通過電子線路部分轉(zhuǎn)換的。所以一般情況下，壓力變送器的測量介質(zhì)溫度為一30～+100 oC。如果溫度過高，我們一般采用的是冷凝彎來
冷卻介質(zhì)，這樣相對讓廠家特地生產(chǎn)一個耐高溫的壓力變送
器，成本會降低很多P-I。
(7)其他。實(shí)踐中有些應(yīng)用場合(液位測量)需要對變送器的測量范圍遷移，根據(jù)現(xiàn)場安裝位置計(jì)算出測量范圍和遷移量進(jìn)行遷移。目前，智能變送器已相當(dāng)普及，其特點(diǎn)是精度高、可調(diào)范圍大，而且調(diào)整非常方便，穩(wěn)定性好，選型時(shí)應(yīng)多考慮。此外，壓力(差壓)變送器的過程連接接口，以及壓力變送器的供電電壓，如果在特殊的場合下使用，還要考慮防爆以及防護(hù)等級。
4 結(jié)束語
在諸類儀表中，變送器的應(yīng)用Zui為廣泛、普遍。變送器大體分為壓力變送器和差壓變送器，常用來測量壓力、差壓、真空、液位、流量和密度等。與傳感器不同，變送器除了能將非電量轉(zhuǎn)換成可測量的電量外，一般還具有一定的放大作用。在工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)達(dá)的今天，壓力變送器在工業(yè)控制系統(tǒng)中扮演著重要的角色，不僅實(shí)現(xiàn)了控制畫面上顯示系統(tǒng)的壓力，而且也參與重要的邏輯計(jì)算和參數(shù)報(bào)警功能。
1 工作原理
壓力變送器的測量原理圖如圖2所示。其測量原理為：介質(zhì)差壓(壓力)通過隔離膜片和硅油，傳遞給位于8室中心的測量膜片，測量膜片起著彈性元件作用，隨它兩邊的差壓而變形。測量膜片的位移，與差壓成正比，Zui大位移為0．1 mm。測量膜片的位移，使感壓膜片與兩固定電極所形成的差動電容器之電容量發(fā)生變化。此電容變化量由測量電路(電容，電流轉(zhuǎn)換電路)轉(zhuǎn)換成直流電流信號，這個電流信號與調(diào)零信號的代數(shù)經(jīng)運(yùn)算放大電路轉(zhuǎn)換為4—20 mA DC電流輸出。
2 應(yīng)用
壓力變送器是直接與被測介質(zhì)接觸的現(xiàn)場儀表，常常在高溫、低溫、腐蝕、振動、沖擊等環(huán)境中工作。壓力(差壓)變送器主要測量的參數(shù)，是壓力或差壓，但它們可以間接測量的參數(shù)卻很多。如壓力變送器，除可以測量壓力外，還可以測量設(shè)備內(nèi)的液位。在常壓容器內(nèi)測量液位時(shí)，需要1臺壓力變送器即可。當(dāng)測量受壓容器的液位時(shí)，可考慮用差壓變送器，通過對罐內(nèi)即測量下限1臺，測量上限1臺，它們的輸出信號進(jìn)行減法運(yùn)算，即可測出液位，這時(shí)一般選用差壓變送器。在容器內(nèi)液位與壓力值不變的情況下，它還可以用來測量介質(zhì)的密度。差壓變送器除了測量兩個被測量壓力的差壓值外，它還可以配合各種節(jié)流元件來測量介質(zhì)流體的流量(孔板流量計(jì))，可以直接測量受壓容器的液位和常壓容器的液位以及壓力和
負(fù)壓等。
3 選型
由于社會的發(fā)展，很多行業(yè)逐漸采用壓力(差壓)變送器，但是由于工作環(huán)境、介質(zhì)溫度等等原因，所以選用壓力變送器一定要考慮這些問題。儀表類型的選用必須滿足工藝要求，才能保證儀表正常工作及安全生產(chǎn)。壓力(差壓)變送器的選用，
主要依據(jù)為：
(1)是否遠(yuǎn)傳、自動記錄或報(bào)警。
(2)以被測介質(zhì)的性質(zhì)指標(biāo)為準(zhǔn)，以節(jié)約資金、便于安裝和維護(hù)為參考。被測介質(zhì)性質(zhì)(溫度、粘度、腐蝕性、易燃易爆等)是否對儀表有特殊要求(彈簧管材料)。如果測量的是相對比較清潔的流體，直接采用標(biāo)準(zhǔn)的壓力變送器就可以了。如果所測量的介質(zhì)是易結(jié)晶的或粘稠的，一般采用的是外置膜片的或和化學(xué)密封共同使用，這樣會有效的阻止介質(zhì)堵住壓力測量孔，從而起到保護(hù)壓力變送器的作用，延長使用壽命。
(3)選用測量范圍。一般壓力(差壓)變送器都具有一定的量程可調(diào)范圍，Zui好將使用的量程范圍設(shè)定在它量程的1／3～2／3段，這樣精度會有所保證，對于微差壓變送器來說更是重要。確定系統(tǒng)中測量壓力的Zui大值，一般而言需要選擇一個具有比Zui大值還要大1．5倍左右的壓力量程的變送器。這主要是在許多系統(tǒng)中，尤其是水壓測量和加工處理中，有峰值和持續(xù)不規(guī)則的上下波動，這種瞬間的峰值能破壞壓力傳感器。于是可以用一個緩沖器來降低壓力毛刺，但這樣會降低傳感器的響應(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。
(4)精度等級。根據(jù)測壓范圍，根據(jù)工藝上允許的Zui大絕對誤差，先選出量程，再根據(jù)工藝上允許的Zui大絕對誤差，計(jì)算出儀表允許的Zui大引用誤差，去掉± 號和％ ，其數(shù)值就是
精度。若沒有這個等級，就靠精度等級(往高精度靠)。壓力(差壓)變送器在各個國家所標(biāo)的精度等級是不一樣的。比如中國和美國等國家，標(biāo)的精度是傳感器在線性度Zui好的部分，也就是我們通常所說的測量范圍的10％ 一90％ 之間的精度；而歐洲標(biāo)的精度，則是線性度Zui不好的部分，也就是我們通常所說的測量反的0—10％ 以及90％ ～100％之間的精度。如歐洲標(biāo)的精度為1％，則在中國標(biāo)的精度就為0．5％。
(5)輸出信號。目前由于各種采集的需要，現(xiàn)在市場上壓力變送器的輸出信號有很多種。主要4～20 mA、0～2O mA、0～10 V、0～5 V等等。但是比較常用的是4 20 mA和0～
l0V兩種。上面列舉的這些輸出信號中，只有4～20mA為兩線制 包含接地或屏蔽線)，其他的均為三線制。
(6)介質(zhì)溫度。由于壓力變送器的信號是通過電子線路部分轉(zhuǎn)換的。所以一般情況下，壓力變送器的測量介質(zhì)溫度為一30～+100 oC。如果溫度過高，我們一般采用的是冷凝彎來
冷卻介質(zhì)，這樣相對讓廠家特地生產(chǎn)一個耐高溫的壓力變送
器，成本會降低很多P-I。
(7)其他。實(shí)踐中有些應(yīng)用場合(液位測量)需要對變送器的測量范圍遷移，根據(jù)現(xiàn)場安裝位置計(jì)算出測量范圍和遷移量進(jìn)行遷移。目前，智能變送器已相當(dāng)普及，其特點(diǎn)是精度高、可調(diào)范圍大，而且調(diào)整非常方便，穩(wěn)定性好，選型時(shí)應(yīng)多考慮。此外，壓力(差壓)變送器的過程連接接口，以及壓力變送器的供電電壓，如果在特殊的場合下使用，還要考慮防爆以及防護(hù)等級。
4 結(jié)束語
在諸類儀表中，變送器的應(yīng)用Zui為廣泛、普遍。變送器大體分為壓力變送器和差壓變送器，常用來測量壓力、差壓、真空、液位、流量和密度等。與傳感器不同，變送器除了能將非電量轉(zhuǎn)換成可測量的電量外，一般還具有一定的放大作用。在工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)達(dá)的今天，壓力變送器在工業(yè)控制系統(tǒng)中扮演著重要的角色，不僅實(shí)現(xiàn)了控制畫面上顯示系統(tǒng)的壓力，而且也參與重要的邏輯計(jì)算和參數(shù)報(bào)警功能。
