差壓變送器
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淺談壓力差壓變送器的應用與選型

作時間:2013-03-02 17:03:45  來源:  作者:
   

【聲明】本文作者是蘭州城市學院實訓中心的王錫壽。采用了【李東升“壓力變送器示值誤差測量不確定度評定”、張黎麗“高溫智能壓力變送器溫度補償的研究”、鄭黎明“智能模擬,數字式壓力變送器的研製”】三個參考文獻,如果轉載請注明作者和參考文獻以及網址來源。

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       壓力變送器是工業實踐中最為常用的一種傳感器,其廣泛應用於各種工業自控環境,涉及水利水電、鐵路交通、智能建築、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業。壓力變送器是一種能感受壓力,並將壓力信號轉換成可傳遞的統一輸出信號的儀表,而且其輸出信號與壓力信號之間,有一給定的連續線性函數關係(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、液體等壓力信號轉變成標準的電流電壓信號(4 20 mA DC),以供給指示報警儀、記錄儀、調節器等二次儀表進行測量、指示和過程調節。2007年,中國壓力變送器市場規模達到21億元,台套數達到60萬。由於工作環境、介質、介質溫度等等原因,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:介質差壓(壓力)通過隔離膜片和矽油,傳遞給位於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,最大位移為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生變化。此電容變化量由測量電路(電容,電流轉換電路)轉換成直流電流信號,這個電流信號與調零信號的代數經運算放大電路轉換為4—20 mA DC電流輸出。
                                            差壓變送器的測量原理圖
2 應用
 
壓力變送器是直接與被測介質接觸的現場儀表,常常在高溫、低溫、腐蝕、振動、衝擊等環境中工作。壓力(差壓)變送器主要測量的參數,是壓力或差壓,但它們可以間接測量的參數卻很多。如壓力變送器,除可以測量壓力外,還可以測量設備內的液位。在常壓容器內測量液位時,需要1台壓力變送器即可。當測量受壓容器的液位時,可考慮用差壓變送器,通過對罐內即測量下限1台,測量上限1台,它們的輸出信號進行減法運算,即可測出液位,這時一般選用差壓變送器。在容器內液位與壓力值不變的情況下,它還可以用來測量介質的密度。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流元件來測量介質流體的流量(孔板流量計),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
負壓等。
 
3 選型
由於社會的發展,很多行業逐漸采用壓力(差壓)變送器,但是由於工作環境、介質溫度等等原因,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。壓力(差壓)變送器的選用,
 
主要依據為:
(1)是否遠傳、自動記錄或報警。
(2)以被測介質的性質指標為準,以節約資金、便於安裝和維護為參考。被測介質性質(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,直接采用標準的壓力變送器就可以了。如果所測量的介質是易結晶的或粘稠的,一般采用的是外置膜片的或和化學密封共同使用,這樣會有效的阻止介質堵住壓力測量孔,從而起到保護壓力變送器的作用,延長使用壽命。
 
(3)選用測量範圍。一般壓力(差壓)變送器都具有一定的量程可調範圍,最好將使用的量程範圍設定在它量程的1/3~2/3段,這樣精度會有所保證,對於微差壓變送器來說更是重要。確定係統中測量壓力的最大值,一般而言需要選擇一個具有比最大值還要大1.5倍左右的壓力量程的變送器。這主要是在許多係統中,尤其是水壓測量和加工處理中,有峰值和持續不規則的上下波動,這種瞬間的峰值能破壞壓力傳感器。於是可以用一個緩衝器來降低壓力毛刺,但這樣會降低傳感器的響應速度。所以在選擇變送器時要充分考慮壓力範圍、精度與其穩定性。
 
(4)精度等級。根據測壓範圍,根據工藝上允許的最大絕對誤差,先選出量程,再根據工藝上允許的最大絕對誤差,計算出儀表允許的最大引用誤差,去掉± 號和% ,其數值就是
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的精度等級是不一樣的。比如中國和美國等國家,標的精度是傳感器在線性度最好的部分,也就是我們通常所說的測量範圍的10% 一90% 之間的精度;而歐洲標的精度,則是線性度最不好的部分,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。如歐洲標的精度為1%,則在中國標的精度就為0.5%。
 
(5)輸出信號。目前由於各種采集的需要,現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。上麵列舉的這些輸出信號中,隻有4~20mA為兩線製 包含接地或屏蔽線),其他的均為三線製。
 
(6)介質溫度。由於壓力變送器的信號是通過電子線路部分轉換的。所以一般情況下,壓力變送器的測量介質溫度為一30~+100 oC。如果溫度過高,我們一般采用的是冷凝彎來
冷卻介質,這樣相對讓廠家特地生產一個耐高溫的壓力變送
器,成本會降低很多P-I。
 
(7)其他。實踐中有些應用場合(液位測量)需要對變送器的測量範圍遷移,根據現場安裝位置計算出測量範圍和遷移量進行遷移。目前,智能變送器已相當普及,其特點是精度高、可調範圍大,而且調整非常方便,穩定性好,選型時應多考慮。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等級。
 
4 結束語
在諸類儀表中,變送器的應用最為廣泛、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換成可測量的電量外,一般還具有一定的放大作用。在工業現代化發達的今天,壓力變送器在工業控製係統中扮演著重要的角色,不僅實現了控製畫麵上顯示係統的壓力,而且也參與重要的邏輯計算和參數報警功能。

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