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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換成氣動(dòng)式信號或電動(dòng)式信號開(kāi)展操縱和遠傳的機器設備。它能將測壓元器件感應器感受到的汽體、液體等物理壓力主要參數轉化成規范的電信號(如4~50mADC等),以提供指示報警儀、錄像儀、控制器等二次儀表盤(pán)開(kāi)展測量、指示和全過(guò)程調整。

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(lèi)。電動(dòng)式的統一輸出信號為0~10mA、4~20mA或1~5V等直流電信號。氣動(dòng)式的統一輸出信號為20~100Pa的氣體壓力。

  壓力變送器按不同的轉換原理可分為力(力矩)平衡式、電容式、電感式、應變式和頻率式等,下面簡(jiǎn)單介紹幾種壓力(差壓)變送器的原理、結構、使用、檢修和校驗等知識。 [2]

  壓力變送器的主要作用把壓力信號傳到電子設備,進(jìn)而在計算機顯示壓力其原理大致是:將水壓這種壓力的力學(xué)信號轉變成電流(4-20mA)這樣的電子信號壓力和電壓或電流大小成線(xiàn)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)的兩側隔離膜片上,通過(guò)隔離片和元件內的填充液傳送到測量膜片兩側。

  壓力變送器是由測量膜片與兩側絕緣片上的電極各組成一個(gè)電容器。當兩側壓力不一致時(shí),致使測量膜片產(chǎn)生位移,其位移量和壓力差成正比,故兩側電容量就不等,通過(guò)振蕩和解調環(huán)節。

  工作原理

  壓力變送器感受壓力的電器元件一般為電阻應變片,電阻應變片是一種將被測件上的壓力轉換成為一種電信號的敏感器件。電阻應變片應用較多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過(guò)特殊的黏合劑緊密地粘合在產(chǎn)生力學(xué)應變基體上,當基體受力發(fā)生應力變化時(shí),電阻應變片也一起產(chǎn)生形變,使應變片的阻值發(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、高準確度、高穩定性、選用進(jìn)口原裝傳感器,線(xiàn)性好,溫度穩定性高;

  3、體積小、重量輕、安裝、調試、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。

  主要優(yōu)點(diǎn)

  1、壓力變送器具有工作可靠、性能穩定等特點(diǎn);

  2、專(zhuān)用V/I集成電路,外圍器件少,可靠性高,維護簡(jiǎn)單、輕松,體積小、重量輕,安裝調試極為方便;

  3、鋁合金壓鑄外殼,三端隔離,靜電噴塑保護層,堅固耐用;

  4、4-20mA DC二線(xiàn)制信號傳送,抗干擾能力強,傳輸距離遠;

  5、LED、LCD、指針三種指示表頭,現場(chǎng)讀數十分方便??捎糜跍y量粘稠、結晶和腐蝕性介質(zhì);

  6、高準確度,高穩定性。除進(jìn)口原裝傳感器已用激光修正外,對整機在使用溫度范圍內的綜合性溫度漂移、非線(xiàn)性進(jìn)行精細補償。

  選型規則

  1.根據要測量壓力的類(lèi)型

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

  2.根據被測壓力量程

  一般情況下,按實(shí)際測量壓力為測量范圍的80%選取。

  要考慮系統的較大壓力。一般來(lái)說(shuō),壓力變送器器壓力范圍較大值應該達到系統較大壓力值的1.5倍。一些水壓和過(guò)程控制,有壓力尖峰或者連續的脈沖。這些尖峰可能會(huì )達到“較大”壓力的5倍甚至10倍,可能造成變送器的損壞。連續的高壓脈沖,接近或者超過(guò)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??梢栽谙到y中使用緩沖器來(lái)減弱尖峰,這會(huì )降低傳感器的響應速度。

  壓力變送器一般設計成能在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.根據被測介質(zhì)

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

  4.根據系統的較大過(guò)載

  系統的較大過(guò)載應小于變送器的過(guò)載保護,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(guò)載壓力為滿(mǎn)量程的2倍。

  5.根據需要的準確度等級

  變送器的測量誤差按準確度等級進(jìn)行劃分,不同的準確度對應不同的基本誤差限(以滿(mǎn)量程輸出的百分數表示)。實(shí)際應用中,根據測量誤差的控制要求并本著(zhù)使用經(jīng)濟的原則進(jìn)行選擇。

  6.根據系統工作溫度范圍

  測量介質(zhì)溫度應處于變送器工作溫度范圍內,如超溫使用,將會(huì )產(chǎn)生較大的測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(guò)程中,會(huì )對溫度影響進(jìn)行測量和補償,以確保其受溫度影響產(chǎn)生的測量誤差處于準確度等級要求的范圍內。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.根據測量介質(zhì)與接觸材質(zhì)的兼容性

  在某些測量場(chǎng)合,測量介質(zhì)具有腐蝕性,此時(shí)需選用與測量介質(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.根據壓力接口形式

  通常以螺紋連接(M20×1.5)為標準接口形式。

  9.根據供電電源和輸出信號

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

  10.根據現場(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)應提供相關(guān)信息,以便采取相應處理。在選型時(shí),其他如電氣連接方式等也可以根據具體情況予以考慮。

  正確使用

  壓力傳感器使用過(guò)程應注意考慮下列情況:

  1、防止變送器與腐蝕性或過(guò)熱的介質(zhì)接觸;

  2、防止渣滓在導管內沉積;

  3、測量液體壓力時(shí),取壓口應開(kāi)在流程管道側面,以避免沉淀積渣;

  4、測量氣體壓力時(shí),取壓口應開(kāi)在流程管道頂端,并且變送器也應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、導壓管應安裝在溫度波動(dòng)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(pán)管)等冷凝器,不應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,避免引壓口內的液體因結冰體積膨脹,導至傳感器損壞;

  8、測量液體壓力時(shí),變送器的安裝位置應避免液體的沖擊(水錘現象),以免傳感器過(guò)壓損壞;

  9、接線(xiàn)時(shí),將電纜穿過(guò)防水接頭(附件)或繞性管并擰緊密封螺帽,以防雨水等通過(guò)電纜滲漏進(jìn)變送器殼體內。


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