淺談壓力（差壓）變送器的應(yīng)用與選型

王錫壽

（蘭州城市學(xué)院實(shí)訓(xùn)中心，甘肅蘭州730070）

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)。壓力變送器是一種能感受壓力，并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成可傳遞的統(tǒng)一輸出信號(hào)的儀表，而且其輸出信號(hào)與壓力信號(hào)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(cè)壓元件傳感器、測(cè)量電路和過(guò)程連接件等組成。它能將接收的氣體、液體等壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電流電壓信號(hào)（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(cè)量、指示和過(guò)程調(diào)節(jié)。2007年，中國(guó)壓力變送器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到21億元，臺(tái)套數(shù)達(dá)到60萬(wàn)。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(wèn)題。

圖1 差壓變送器

1 工作原理

壓力變送器的測(cè)量原理圖如圖2所示。其測(cè)量原理為：介質(zhì)差壓（壓力）通過(guò)隔離膜片和硅油，傳遞給位于δ室中心的測(cè)量膜片，測(cè)量膜片起著彈性元件作用，隨它兩邊的差壓而變形。測(cè)量膜片的位移，與差壓成正比，最大位移為0.l mm。測(cè)量膜片的位移，使感壓膜片與兩固定電極所形成的差動(dòng)電容器之電容量發(fā)生變化。此電容變化量由測(cè)量電路（電容/電流轉(zhuǎn)換電路）轉(zhuǎn)換成直流電流信號(hào)，這個(gè)電流信號(hào)與調(diào)零信號(hào)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。

圖2 差壓變送器測(cè)量原理圖

2 應(yīng)用

壓力變送器是直接與被測(cè)介質(zhì)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。壓力（差壓）變送器主要測(cè)量的參數(shù)，是壓力或差壓，但它們可以間接測(cè)量的參數(shù)卻很多。如壓力變送器，除可以測(cè)量壓力外，還可以測(cè)量設(shè)備內(nèi)的液位。在常壓容器內(nèi)測(cè)量液位時(shí)，需要1臺(tái)壓力變送器即可。當(dāng)測(cè)量受壓容器的液位時(shí)，可考慮用差壓變送器，通過(guò)對(duì)罐內(nèi)即測(cè)量下限1臺(tái)，測(cè)量上限1臺(tái)，它們的輸出信號(hào)進(jìn)行減法運(yùn)算，即可測(cè)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(lái)測(cè)量介質(zhì)的密度。差壓變送器除了測(cè)量?jī)蓚€(gè)被測(cè)量壓力的差壓值外，它還可以配合各種節(jié)流元件來(lái)測(cè)量介質(zhì)流體的流量（孔板流量計(jì)），可以直接測(cè)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(huì)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(wèn)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(dòng)記錄或報(bào)警。

（2）以被測(cè)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(cè)介質(zhì)性質(zhì)（溫度、粘度、腐蝕性、易燃易爆等）是否對(duì)儀表有特殊要求（彈簧管材料）。如果測(cè)量的是相對(duì)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(cè)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(huì)有效的阻止介質(zhì)堵住壓力測(cè)量孔，從而起到保護(hù)壓力變送器的作用，延長(zhǎng)使用壽命。

（3）選用測(cè)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，最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(huì)有所保證，對(duì)于微差壓變送器來(lái)說(shuō)更是重要。確定系統(tǒng)中測(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。這主要是在許多系統(tǒng)中，尤其是水壓測(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。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。

（4）精度等級(jí)。根據(jù)測(cè)壓范圍，根據(jù)工藝上允許的最大絕對(duì)誤差，先選出量程，再根據(jù)工藝上允許的最大絕對(duì)誤差，計(jì)算出儀表允許的最大引用誤差，去掉±號(hào)和%，其數(shù)值就是精度。若沒(méi)有這個(gè)等級(jí)，就靠精度等級(jí)(往高精度靠)。壓力（差壓）變送器在各個(gè)國(guó)家所標(biāo)的精度等級(jí)是不一樣的。比如中國(guó)和美國(guó)等國(guó)家，標(biāo)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(shuō)的測(cè)量范圍的10%～90%之間的精度；而歐洲標(biāo)的精度，則是線性度最不好的部分，也就是我們通常所說(shuō)的測(cè)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(guó)標(biāo)的精度就為0.5%[1]。

（5）輸出信號(hào)。目前由于各種采集的需要，現(xiàn)在市場(chǎng)上壓力變送器的輸出信號(hào)有很多種。主要4～20 mA、0～20 mA、0～10 V、0～5 V等等。但是比較常用的是4～20 mA和0～10 V兩種。上面列舉的這些輸出信號(hào)中，只有4～20 mA為兩線制(不包含接地或屏蔽線)，其他的均為三線制。

（6）介質(zhì)溫度。由于壓力變送器的信號(hào)是通過(guò)電子線路部分轉(zhuǎn)換的。所以一般情況下，壓力變送器的測(cè)量介質(zhì)溫度為-30～+100℃。如果溫度過(guò)高，我們一般采用的是冷凝彎來(lái)冷卻介質(zhì)，這樣相對(duì)讓廠家特地生產(chǎn)一個(gè)耐高溫的壓力變送器，成本會(huì)降低很多[2]。

（7）其他。實(shí)踐中有些應(yīng)用場(chǎng)合（液位測(cè)量）需要對(duì)變送器的測(cè)量范圍遷移，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝位置計(jì)算出測(cè)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(guò)程連接接口，以及壓力變送器的供電電壓，如果在特殊的場(chǎng)合下使用，還要考慮防爆以及防護(hù)等級(jí)[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

在諸類儀表中，變送器的應(yīng)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(lái)測(cè)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(cè)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]李東升.壓力變送器示值誤差測(cè)量不確定度評(píng)定[J].計(jì)量技術(shù)，2005，（07）：53-55.

[2]張黎麗.高溫智能壓力變送器溫度補(bǔ)償?shù)难芯縖J].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002（04）：34-35.

[3]鄭黎明.智能模擬/數(shù)字式壓力變送器的研制[J].自動(dòng)化與儀表，1999，（04）：23-26.