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壓力變送器

壓力變送器(pressure transmitter)是指以輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號的壓力傳感器,是一種接受壓力變量按比例轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)輸出信號的儀表。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量液體、氣體或蒸汽的液位、密度和壓力,然后將壓力信號轉(zhuǎn)變成4~20mA DC信號輸出。

  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)。

  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。

  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)壓力直接作用在測量膜片的表面,使膜片產(chǎn)生微小的形變,測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,然后采用專用芯片將這個(gè)電壓信號轉(zhuǎn)換為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號或者1-5V電壓信號。

  由于測量膜片采用標(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。

  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。

  選型規(guī)則

  1、變送器要測量什么樣的壓力:先確定系統(tǒng)中要確認(rèn)測量壓力的最大值,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,然而,由于這樣做會精度下降。于是,可以用一個(gè)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。

  2、什么樣的壓力介質(zhì):要考慮的是壓力變送器所測量的介質(zhì),黏性液體、泥漿會堵上壓力接口,溶劑或有腐蝕性的物質(zhì)會不會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316不銹鋼沒有腐蝕性,那么基本上所有的壓力變送器都適合對介質(zhì)壓力的測量;如果介質(zhì)對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。每一種電子式的測量計(jì)都會有精度誤差,但是由于各個(gè)國家所標(biāo)的精度等級是不一樣的。

  4、變送器的溫度范圍:通常一個(gè)變送器會標(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U2僮鳒囟确秶侵缸兯推髟诠ぷ鳡顟B(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%,如果沒有這些參數(shù),會導(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: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。是否需要放大器,放大器的位置等。對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放大,最好采用具有內(nèi)置放大的變送器。對于遠(yuǎn)距離傳輸出或存在較強(qiáng)的電子干擾信號,最好采用mA級輸出或頻率輸出。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)或過濾器。

  6、選擇怎樣的勵(lì)磁電壓:輸出信號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)。一般來講,這一點(diǎn)很重要。尤其是對于OEM產(chǎn)品,一旦將產(chǎn)品送到客戶手中,那么客戶用來校準(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)過超時(shí)工作后會產(chǎn)生“漂移”,因此很有必要在購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使用中會出現(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)在以后使用中會逐漸暴露出其缺點(diǎn)。在選購傳送器傳一定要考慮到將來變送器的工作環(huán)境,濕度如何,怎樣安裝變送器,會不會有強(qiáng)烈的撞擊或振動等。

  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,若是采用長距離連接,是否需要采用一個(gè)連接器。

  安裝說明

  在安裝使用壓力變送器前應(yīng)詳細(xì)閱讀產(chǎn)品樣本及使用說明書,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,信號電纜線不得與動力電纜混合鋪設(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,傳感器在安裝過程中,其螺紋部分就很容易受到磨損。這不僅會影響設(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孔測量儀對安裝孔進(jìn)行檢測,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保證設(shè)備的正常運(yùn)行來說十分重要。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)的清潔過程有可能加深安裝孔對傳感器造成的損壞。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,壓力信號也可能傳遞失真;如果傳感器過于深入機(jī)筒,螺桿有可能在旋轉(zhuǎn)過程中觸碰到傳感器的頂部而造成其損壞。一般來說,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。因?yàn)檫@兩種清潔方式都可能會造成傳感器的震動膜受損。當(dāng)機(jī)筒被加熱時(shí),也應(yīng)該將傳感器拆卸下來并使用不會產(chǎn)生磨損的軟布來擦拭其頂部,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)。

  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)過程和壓力變化的重要原件。壓力變送器用于測量液體、氣體或蒸汽的液位、密度和壓力,然后將壓力信號轉(zhuǎn)變成4~20mADC信號輸出。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介質(zhì)相接觸的現(xiàn)場儀表,常常在高溫低溫腐蝕振動沖擊等環(huán)境中工作。在石油、化工、電力、鋼鐵、輕工等行業(yè)的壓力測量及現(xiàn)場控制中應(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,這些變送器測量精度高而且逐漸向智能化發(fā)展數(shù)字信號傳輸更有利于數(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)場總線技術(shù)迅速崛起,工業(yè)過程控制系統(tǒng)逐漸向具有雙向通信智能儀表控制的現(xiàn)場總線控制系統(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上迭加一個(gè)專用頻率信號,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A/D轉(zhuǎn)換通過微處理器計(jì)算由D/A輸出。

  發(fā)展趨勢

  當(dāng)今世界各國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),但歸納起來主要有以下幾個(gè)趨勢:

  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)越來越多的與其它測量用變送器集成以形成測量和控制系統(tǒng)。集成系統(tǒng)在過程控制和工廠自動化中可提高操作速度和效率。

  3、小型化:市場對小型壓力變送器的需求越來越大,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)療儀器能源環(huán)境控制系統(tǒng)。


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