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壓力變送器的原理和選型技巧

2020-6-22 15:45:25

  壓力變送器是一種將壓力轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)式信號(hào)或電動(dòng)式信號(hào)開展操縱和遠(yuǎn)傳的機(jī)器設(shè)備。它能將測(cè)壓元器件感應(yīng)器感受到的汽體、液體等物理壓力主要參數(shù)轉(zhuǎn)化成規(guī)范的電信號(hào)(如4~50mADC等),以提供指示報(bào)警儀、錄像儀、控制器等二次儀表盤開展測(cè)量、指示和全過程調(diào)整。

壓力變送器.jpg

  壓力變送器是工業(yè)實(shí)踐中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)。

  壓力變送器有電動(dòng)式和氣動(dòng)式兩大類。電動(dòng)式的統(tǒng)一輸出信號(hào)為0~10mA、4~20mA或1~5V等直流電信號(hào)。氣動(dòng)式的統(tǒng)一輸出信號(hào)為20~100Pa的氣體壓力。

  壓力變送器按不同的轉(zhuǎn)換原理可分為力(力矩)平衡式、電容式、電感式、應(yīng)變式和頻率式等,下面簡單介紹幾種壓力(差壓)變送器的原理、結(jié)構(gòu)、使用、檢修和校驗(yàn)等知識(shí)。 [2]

  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,通過振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié)。

  工作原理

  壓力變送器感受壓力的電器元件一般為電阻應(yīng)變片,電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的壓力轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。電阻應(yīng)變片應(yīng)用較多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的黏合劑緊密地粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上,當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí),電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變,使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變,從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。

  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。

  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(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。可用于測(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。

  選型規(guī)則

  1.根據(jù)要測(cè)量壓力的類型

  壓力類型主要有表壓、絕壓、差壓等。表壓是指以大氣為基準(zhǔn),小于或大于大氣壓的壓力;絕壓是指以絕對(duì)壓力零位為基準(zhǔn),高于壓力;差壓是指兩個(gè)壓力之間的差值。

  2.根據(jù)被測(cè)壓力量程

  一般情況下,按實(shí)際測(cè)量壓力為測(cè)量范圍的80%選取。

  要考慮系統(tǒng)的較大壓力。一般來說,壓力變送器器壓力范圍較大值應(yīng)該達(dá)到系統(tǒng)較大壓力值的1.5倍。一些水壓和過程控制,有壓力尖峰或者連續(xù)的脈沖。這些尖峰可能會(huì)達(dá)到“較大”壓力的5倍甚至10倍,可能造成變送器的損壞。連續(xù)的高壓脈沖,接近或者超過變送器的較大額定壓力,會(huì)縮短變送器的實(shí)用壽命。但提高變送器額定壓力會(huì)犧牲變送器的分辨率。可以在系統(tǒng)中使用緩沖器來減弱尖峰,這會(huì)降低傳感器的響應(yīng)速度。

  壓力變送器一般設(shè)計(jì)成能在2億個(gè)周期中承受較大壓力而不會(huì)降低性能。在選擇變送器時(shí)可在系統(tǒng)性能與變送器壽命之間找到一個(gè)折中的解決方案。

  3.根據(jù)被測(cè)介質(zhì)

  按測(cè)量介質(zhì)的不同,可分為干燥氣體、氣體液體、強(qiáng)腐蝕性液體、黏稠液體、高溫氣體液體等,根據(jù)不同的介質(zhì)正確選型,有利于延長變送器的使用壽命。

  4.根據(jù)系統(tǒng)的較大過載

  系統(tǒng)的較大過載應(yīng)小于變送器的過載保護(hù),否則會(huì)影響變送器的使用壽命甚至損壞變送器。通常壓力變送器的安全過載壓力為滿量程的2倍。

  5.根據(jù)需要的準(zhǔn)確度等級(jí)

  變送器的測(cè)量誤差按準(zhǔn)確度等級(jí)進(jìn)行劃分,不同的準(zhǔn)確度對(duì)應(yīng)不同的基本誤差限(以滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示)。實(shí)際應(yīng)用中,根據(jù)測(cè)量誤差的控制要求并本著使用經(jīng)濟(jì)的原則進(jìn)行選擇。

  6.根據(jù)系統(tǒng)工作溫度范圍

  測(cè)量介質(zhì)溫度應(yīng)處于變送器工作溫度范圍內(nèi),如超溫使用,將會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差并影響變送器的使用壽命;在壓力變送器的生產(chǎn)過程中,會(huì)對(duì)溫度影響進(jìn)行測(cè)量和補(bǔ)償,以確保其受溫度影響產(chǎn)生的測(cè)量誤差處于準(zhǔn)確度等級(jí)要求的范圍內(nèi)。在溫度較高的場(chǎng)合,可以考慮選擇高溫型壓力變送器或采取安裝冷凝管、散熱器等輔助降溫措施。

  7.根據(jù)測(cè)量介質(zhì)與接觸材質(zhì)的兼容性

  在某些測(cè)量場(chǎng)合,測(cè)量介質(zhì)具有腐蝕性,此時(shí)需選用與測(cè)量介質(zhì)兼容的材料或進(jìn)行特殊的工藝處理,確保變送器不被損壞。

  8.根據(jù)壓力接口形式

  通常以螺紋連接(M20×1.5)為標(biāo)準(zhǔn)接口形式。

  9.根據(jù)供電電源和輸出信號(hào)

  通常壓力變送器采用直流電源供電,提供多種輸出信號(hào)選擇,包括4~20mA.DC;、0~5V.DC、1~5V.DC、0~10mA.DC等,可以有232或485數(shù)字輸出。

  10.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境情況及其他

  是否存在振動(dòng)及電磁干擾等,選型時(shí)應(yīng)提供相關(guān)信息,以便采取相應(yīng)處理。在選型時(shí),其他如電氣連接方式等也可以根據(jù)具體情況予以考慮。

  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(cè)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(cè)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(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(盤管)等冷凝器,不應(yīng)使變送器的工作溫度;

  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)。


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