壓力變送器

下面就簡單介紹一些常用壓力變送器的原理及其應用、壓力變送器是用於測量液體、氣體或蒸汽的液位、密度和壓力，然後將壓力信號轉變成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散硅壓力變送器，陶瓷壓力變送器，應變式壓力變送器等。壓力變送器根據測壓範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備，進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性關係，一般是正比關係。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壓力和電壓或電流的關係式壓力變送器的被測介質的兩種壓力通入高、低兩壓力室，低壓室壓力採用大氣壓或真空，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電容器。當兩側壓力不一致時，致使測量膜片產生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側電容量就不等，通過振蕩和解調環節。

擴散硅壓力變送器特點

◆ 標準螺紋引壓測量方式。

◆ 全不鏽鋼結構，防護等級IP68。

◆ 測量精度高達0.1級。

◆ RS485、4~20mA輸出可選。

◆ 聚氨酯專業電纜，耐高溫、耐腐蝕。

擴散硅壓力變送器參數

測量介質：液體或氣體（對不鏽鋼殼體無腐蝕）

量程：0-1MPa

精度等級：0.1%FS、0.5%FS（可選）

穩定性能：±0.05%FS/年；±0.1%FS/年

輸出信號：RS485、4~20mA（可選）

過載能力：150%FS

零點溫度係數：±0.01%FS/℃

滿度溫度係數：±0.02%FS/℃

防護等級：IP68

環境溫度：-10℃～80℃

存儲溫度：-40℃～85℃

供電電源：9V～36V DC；

結構材料：密封圈：氟橡膠

外殼：不鏽鋼1Cr18Ni9Ti

 膜片：不鏽鋼316L

電纜：φ7.2mm聚氨酯專用電纜

1、壓力變送器具有工作可靠、性能穩定等特點；

2、專用V/I集成電路，外圍器件少，可靠性高，維護簡單、輕鬆，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，現場讀數十分方便。可用於測量粘稠、結晶和腐蝕性介質；

6、高準確度，高穩定性。除進口原裝感測器已用激光修正外，對整機在使用溫度範圍內的綜合性溫度漂移、非線性進行精細補償。

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、遠傳壓力變送器

壓力變送器是許多工業設備中用以控制工業過程和壓力變化的重要原件。壓力變送器用於測量液體、氣體或蒸汽的液位、密度和壓力，然後將壓力信號轉變成4～20mADC信號輸出。壓力變送器分電容式壓力變送器和擴散硅壓力變送器，陶瓷壓力變送器，應變式壓力變送器等。

壓力變送器是直接與被測介質相接觸的現場儀錶，常常在高溫低溫腐蝕振動衝擊等環境中工作。在石油、化工、電力、鋼鐵、輕工等行業的壓力測量及現場控制中應用非常廣泛。

壓力變送器的發展大體經歷了四個階段：

1、早期壓力變送器採用大位移式工作原理，如曾大量生產的水銀浮子式差壓計及膜盒式差壓變送器，這些變送器精度低且笨重。

2、20世紀50年代有了精度稍高的力平衡式差壓變送器，但反饋力小，結構複雜，可靠性、穩定性和抗振性均較差。

3、70年代中期，隨著新工藝、新材料、新技術的出現，尤其是電子技術的迅猛發展出現體積小巧、結構簡單的位移式變送器。

4、90年代科學技術迅猛發展，這些變送器測量精度高而且逐漸向智能化發展數字信號傳輸更有利於數據採集。

壓力變送器發展至今已有電容式變送器、擴散硅壓阻式變送器、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90年代，現場匯流排技術迅速崛起，工業過程式控制制系統逐漸向具有雙向通信和智能儀錶控制的現場匯流排控制系統方向發展。從而產生了新一代的智能壓力變送器。它們的主要特點如下。

1、自補償功能如非線性、溫度誤差、響應時間、雜訊和交叉感應等。

2、自診斷功能如在接通電源時進行自檢，在工作中實現運行檢查。

3、微處理器和基本感測器之間具有雙向通信的功能構成閉環工作系統。

4、信息存儲和記憶功能。

5、數字量輸出。

基於上述功能，智能壓力變送器的精度、穩定性、重複性和可靠性都得到提高和改善。其雙向通信能力實現了計算機軟體控制及遠程設定量程等狀態。

智能型壓力變送器主要分為帶協HART協議的和帶482或RS232介面

的兩種類型。帶HART協議的智能壓力變送器是在模擬信號上迭加一個專用頻率信號，實現模擬和數字同時進行通信。帶RS232或485口的智能壓力變送器

內部將模擬信號A/D轉換通過微處理器計算由D/A輸出。

當今世界各國壓力變送器的研究領域十分廣泛，幾乎滲透到了各個行業，但歸納起來主要有以下幾個趨勢：

1、智能化：由於集成化的出現，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償、通訊、自診斷、邏輯判斷等功能。

2、集成化：壓力變送器已經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。集成系統在過程式控制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境下，並且只需要很少的保養和維護，對周圍的環境影響也很小，可以放置在人體的各個重要器官中收集資料，不影響人的正常生活。

4、標準化：變送器的設計與製造已經形成了一定的行業標準。

5、廣泛化：壓力變送器的另一個發展趨勢是正從機械行業向其它領域擴展，例如：汽車元件、醫療儀器和能源環境控制系統。

當壓力直接作用在測量膜片的表面，使膜片產生微小的形變，測量膜片上的高精度電路將這個微小的形變變換成為與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，然後採用專用晶元將這個電壓信號轉換為工業標準的4-2OmA電流信號或者1-5V電壓信號。

由於測量膜片採用標準話集成電路，內部包含線性及溫度補償電路，所以可以做到高精度和高穩定性，變送電路採用專用的兩線制晶元，可以保證輸出兩線制4-2OmA電流信號，方便現場接線。

擴散硅壓力變送器被測介質的壓力直接作用於感測器的膜片上(不鏽鋼或陶瓷)，使膜片產生與介質壓力成正比的微位移，使感測器的電阻值發生變化，和用電子線路檢測這一變化，並轉換輸出一個對應於這一壓力的標準測量信號。陶瓷壓力變送器壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋(閉橋)，由於壓敏電阻的壓阻效應，使電橋產生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號。應變片式壓力變送器電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變變送器的主要組成部分之一。電阻應變片應用最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特殊的粘和劑緊密的粘合在產生力學應變基體上，當基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻值發生改變，從而使加在電阻上的電壓發生變化。

1、使用被測介質廣泛，可測油、水及與316不鏽鋼和304不鏽鋼兼容的糊狀物，具有一定的防腐能力；

2、高準確度、高穩定性、選用進口原裝感測器，線性好，溫度穩定性高；

3、體積小、重量輕、安裝、調試、使用方便；

4、不鏽鋼全封閉外殼，防水好；

5、壓力感測器直接感測被測液位壓力，不受介質起泡、沉積的影響。

1、變送器要測量什麼樣的壓力：先確定系統中要確認測量

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。這主要是在很多系統，特別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感測器，然而，由於這樣做會精度下降。於是，可以用一個緩衝器來降低壓力毛刺，但這樣會降低感測器的響應速度。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。

2、什麼樣的壓力介質：要考慮的是壓力變送器所測量的介質，黏性液體、泥漿會堵上壓力介面，溶劑或有腐蝕性的物質會不會破壞變送器中與這些介質直接接觸的材料。一般的壓力變送器的接觸介質部分的材質採用的是316不鏽鋼，如果介質對316不鏽鋼沒有腐蝕性，那麼基本上所有的壓力變送器都適合對介質壓力的測量；如果介質對316不鏽鋼有腐蝕性，那麼就要採用化學密封，這樣不但起到可以測量介質的壓力，也可以有效的阻止介質與壓力變送器的接液部分的接觸，從而起到保護壓力變送器，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、非重複性、溫度、零點偏置刻度、溫度的影響，精度越高，價格也就越高。每一種電子式的測量計都會有精度誤差，但是由於各個國家所標的精度等級是不一樣的。

4、變送器的溫度範圍：通常一個變送器會標定兩個溫度範圍，即正常操作的溫度範圍和溫度可補償的範圍。正常操作溫度範圍是指變送器在工作狀態下不被破壞的時候的溫度範圍，在超出

溫度補範圍時，可能會達不到其應用的性能指標。溫度補償範圍是一個比操作溫度範圍小的典型範圍。在這個範圍內工作，變送器肯定會達到其應有的性能指標。溫度變從兩方面影響著其輸出，一是零點漂移；二是影響滿量程輸出。如：滿量程的+/-X%/℃，讀數的+/-X%/℃，在超出溫度範圍時滿量程的+/-X%，在溫度補償範圍內時讀數的+/-X%，如果沒有這些參數，會導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及頻率輸出數字輸出，選擇怎樣的輸出取決於多種因素，包括變送器與系統控制器或顯示器間的距離，是否存在“雜訊”或其他電子干擾信號。是否需要放大器，放大器的位置等。對於許多變送器和控制器間距離較短的OEM設備，採用mA輸出的變送器最為經濟而有效的解決方法，如果需要將輸出信號放大，最好採用具有內置放大的變送器。對於遠距離傳輸出或存在較強的電子干擾信號，最好採用mA級輸出或頻率輸出。如果在RFI或EMI指標很高的環境中，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或過濾器。

6、選擇怎樣的勵磁電壓：輸出信號的類型決定選擇怎麼樣的勵磁電壓。許

多放大變送器有內置的電壓調節裝置，能夠得到的一個工作電壓決定是否採用帶有調節器的感測器，選擇傳送器時要綜合考慮工作電壓與系統造價。

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多個使用系統。一般來講，這一點很重要。尤其是對於OEM產品，一旦將產品送到客戶手中，那麼客戶用來校準的花銷是相當大的。如果產品具有良好的互換性，那麼即使是改變所用的變送器，也不會影響整個系統的效果。

8、變送器超時工作后需要保持穩定度：大部分變送器在經過超時工作後會產生“漂移”，因此很有必要在購買前了解變送器的穩定度，這種預先的工作能減少將來使用中會出現的種種麻煩。

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架，然而這一點在以後使用中會逐漸暴露出其缺點。在選購傳送器傳一定要考慮到將來變送器的工作環境，濕度如何，怎樣安裝變送器，會不會有強烈的撞擊或振動等。

10、在變送器與其它電子設備間採用怎樣的連接：是否需要採用短距離連接，若是採用長距離連接，是否需要採用一個連接器。

在安裝使用壓力變送器前應詳細閱讀產品樣本及使用說明書，安裝時壓力介面不能泄露，確保量程及接線正確。壓力感測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，感測器及變送器周圍應避免有強電磁干擾。

1、檢查安裝孔的尺寸：如果安裝孔的尺寸不合適，感測器在安裝過程中，其螺紋部分就很容易受到磨損。這不僅會影響設備的密封性能，而且使壓力感測器不能充分發揮作用，甚至還可能產生安全隱患。只有合適的安裝孔才能夠避免螺紋的磨損（螺紋工業標準1/2-20UNF2B），通常可以採用安裝孔測量儀對安裝孔進行檢測，以做出適當的調整。

2、保持安裝孔的清潔：保持安裝孔的清潔並防止熔料堵塞對保證設備的正常運行來說十分重要。在擠出機被清潔之前，所有的壓力感測器都應該從機筒上拆除以避免損壞。在拆除感測器時，熔料有可能流入到安裝孔中並硬化，如果這些殘餘的熔料沒有被去除，當再次安裝感測器時就可能造成其頂部受損。清潔工具包能夠將這些熔料殘餘物去除。然而，重複的清潔過程有可能加深安裝孔對感測器造成的損壞。如果這種情況發生，就應當採取措施來升高感測器在安裝孔中的位置。

3、選擇恰當的位置：當壓力感測器的安裝位置太靠近生產線的上游時，未熔融的物料可能會磨損感測器的頂部；如果感測器被安裝在太靠後的位置，在感測器和螺桿行程之間可能會產生熔融物料的停滯區，熔料在那裡有可能產生降解，壓力信號也可能傳遞失真；如果感測器過於深入機筒，螺桿有可能在旋轉過程中觸碰到感測器的頂部而造成其損壞。一般來說，感測器可以位於濾網前面的機筒上、熔體泵的前後或者模具中。

4、仔細清潔；在使用鋼絲刷或者特殊化合物對擠出機機筒進行清潔前，應該將所有的感測器都拆卸下來。因為這兩種清潔方式都可能會造成感測器的震動膜受損。當機筒被加熱時，也應該將感測器拆卸下來並使用不會產生磨損的軟布來擦拭其頂部，同時感測器的孔洞也需要用清潔的鑽孔機和導套清理乾淨。

5、保持乾燥：儘管感測器的電路設計能夠經受苛刻的擠出加工環境，但是多數感測器也不能絕對防水，在潮濕的環境下也不利於正常運行。因此，需要保證擠出機機筒的水冷裝置中的水不會滲漏，否則會對感測器造成不利影響。如果感測器不得不暴露在水中或潮濕的環境下，就要選擇具有極強防水性的特殊感測器。

6、避免低溫干擾：在擠出生產過程中，對於塑料原料而言，從固體到熔融狀態應當具有充足的“浸透時間”。如果擠出機在開始進行生產前還沒有達到操作溫度，那麼感測器和擠出機都會受到一定程度的損壞。另外，如果感測器從冷的擠出機上被拆除，材料就可能粘附在感測器頂部引起震動膜的損壞。因此，在拆除感測器之前，應確認機筒的溫度足夠高，機筒內部的物料處於軟化狀態下。

7、防止壓力過載：即使壓力感測器測壓範圍的過載設計最高能夠達到50%(超出最大量程的比率)，從設備運行的安全形度考慮也應該盡量避免冒險，最好選擇被測壓力處於量程範圍之內的感測器。在通常情況下，所選感測器的最佳量程應該是被測壓力的2倍，這樣即使擠出機在極高的壓力下運行，也能避免壓力感測器受到損壞。壓力變送器要求每周檢查一次，每個月檢驗一次，主要是清除儀器內的灰塵，對電器元件認真檢查，對輸出的電流值要經常校對，壓力變送器內部是弱電，一定要同外界強電隔開。

壓力感測器使用過程應注意考慮下列情況：

1、防止變送器與腐蝕性或過熱的介質接觸；

2、防止渣滓在導管內沉積；

3、測量液體壓力時，取壓口應開在流程管道側面，以避免沉澱積渣；

4、測量氣體壓力時，取壓口應開在流程管道頂端，並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小的地方；

6、測量蒸汽或其它高溫介質時，需接加緩衝管（盤管）等冷凝器，不應使變送器的工作溫度超過極限；

7、冬季發生冰凍時，安裝在室外的變送器必需採取防凍措施，避免引壓口內的液體因結冰體積膨脹，導至感測器損壞；

8、測量液體壓力時，變送器的安裝位置應避免液體的衝擊（水錘現象），以免感測器過壓損壞；

9、接線時，將電纜穿過防水接頭（附件）或繞性管並擰緊密封螺帽，以防雨水等通過電纜滲漏進變送器殼體內。