壓力變送器是工業(yè)實踐中為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)

壓力變送器（圖1）

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、、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)。

壓力變送器有電動式和氣動式兩大類。電動式的統(tǒng)一輸出信號為0～10mA、4～20mA或1～5V等直流電信號。氣動式的統(tǒng)一輸出信號為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、檢修和校驗等知識。 [2]

壓力變送器的主要作用把壓力信號傳到電子設(shè)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(xué)信號轉(zhuǎn)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(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(cè)隔離膜片上，通過隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測量膜片兩側(cè)。

壓力變送器是由測量膜片與兩側(cè)絕緣片上的電極各組成一個電容器。當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時，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(cè)電容量就不等，通過振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié)。

發(fā)展歷史

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壓力變送器的發(fā)展大體經(jīng)歷了四個階段：

(1)早期壓力變送器采用大位移式工作原理，如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(jì)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性、穩(wěn)定性和抗振性均較差。

(3)20世紀(jì)70年代中期，隨著新工藝、新材料、新技術(shù)的出現(xiàn)，尤其是電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，出現(xiàn)體積小巧，結(jié)構(gòu)簡單的位移式變送器。

(4)20世紀(jì)90年代科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，變送器測量精度提高而且逐漸向智能化發(fā)展，數(shù)字信號傳輸更有利于數(shù)據(jù)采集，出現(xiàn)了擴散硅壓阻式變送器、電容式變送器、差動電感式變送器和陶瓷電容式變送器等不同類型。 [3]

工作原理

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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)變片是一種將被測件上的壓力轉(zhuǎn)換成為一種電信號的敏感器件。電阻應(yīng)變片應(yīng)用多的是金屬電阻應(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，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。 [4]

主要性能

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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(zhǔn)確度、高穩(wěn)定性、選用進口原裝傳感器，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被測液位壓力，不受介質(zhì)起泡、沉積的影響。

主要優(yōu)點

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1、壓力變送器具有工作可靠、性能穩(wěn)定等特點；

廠家：   

2、V/I集成電路，外圍器件少，可靠性高，維護簡單、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(yuǎn)；

5、LED、LCD、指針三種指示表頭，現(xiàn)場讀數(shù)十分方便。可用于測量粘稠、結(jié)晶和腐蝕性介質(zhì)；

6、高準(zhǔn)確度，高穩(wěn)定性。除進口原裝傳感器已用激光修正外，對整機在使用溫度范圍內(nèi)的綜合性溫度漂移、非線性進行精細(xì)補償。

選型規(guī)則

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1．根據(jù)要測量壓力的類型

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；絕壓是指以壓力零位為基準(zhǔn)，高于壓力；差壓是指兩個壓力之間的差值。

2．根據(jù)被測壓力量程

一般情況下，按實際測量壓力為測量范圍的80%選取。

要考慮系統(tǒng)的大壓力。一般來說，壓力變送器器壓力范圍大值應(yīng)該達到系統(tǒng)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。這些尖峰可能會達到“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大額定壓力，會縮短變送器的實用壽命。但提高變送器額定壓力會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，這會降低傳感器的響應(yīng)速度。

壓力變送器一般設(shè)計成能在2億個周期中承受大壓力而不會降低性能。在選擇變送器時可在系統(tǒng)性能與變送器壽命之間找到一個折中的解決方案。

3．根據(jù)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(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)的大過載

系統(tǒng)的大過載應(yīng)小于變送器的過載保護極限，否則會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

變送器的測量誤差按準(zhǔn)確度等級進行劃分，不同的準(zhǔn)確度對應(yīng)不同的基本誤差限(以滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示)。實際應(yīng)用中，根據(jù)測量誤差的控制要求并本著使用經(jīng)濟的原則進行選擇。

6．根據(jù)系統(tǒng)工作溫度范圍

測量介質(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)過程中，會對溫度影響進行測量和補償，以確保其受溫度影響產(chǎn)生的測量誤差處于準(zhǔn)確度等級要求的范圍內(nèi)。在溫度較高的場合，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)測量介質(zhì)與接觸材質(zhì)的兼容性

在某些測量場合，測量介質(zhì)具有腐蝕性，此時需選用與測量介質(zhì)兼容的材料或進行特殊的工藝處理，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

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(shù)字輸出。

10．根據(jù)現(xiàn)場工作環(huán)境情況及其他

是否存在振動及電磁干擾等，選型時應(yīng)提供相關(guān)信息，以便采取相應(yīng)處理。在選型時，其他如電氣連接方式等也可以根據(jù)具體情況予以考慮。 [5]

安裝說明

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在安裝使用壓力變送器前應(yīng)詳細(xì)閱讀產(chǎn)品樣本及使用說明書，安裝時壓力接口不能泄露，確保量程及接線正確。壓力傳感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(shè)，傳感器及變送器周圍應(yīng)避免有強電磁干擾。

使用說明

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日常維護

1、檢查安裝孔的尺寸：如果安裝孔的尺寸不合適，傳感器在安裝過程中，其螺紋部分就很容易受到磨損。這不僅會影響設(shè)備的密封性能，而且使壓力傳感器不能充分發(fā)揮作用，甚至還可能產(chǎn)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)1/2-20 UNF 2B），通常可以采用安裝孔測量儀對安裝孔進行檢測，以做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

2、保持安裝孔的清潔：保持安裝孔的清潔并防止熔料堵塞對保證設(shè)備的正常運行來說十分重要。在擠出機被清潔之前，所有的壓力傳感器都應(yīng)該從機筒上拆除以避免損壞。在拆除傳感器時，熔料有可能流入到安裝孔中并硬化，如果這些殘余的熔料沒有被去除，當(dāng)再次安裝傳感器時就可能造成其頂部受損。清潔工具包能夠?qū)⑦@些熔料殘余物去除。然而，重復(fù)的清潔過程有可能加深安裝孔對傳感器造成的損壞。如果這種情況發(fā)生，就應(yīng)當(dāng)采取措施來升高傳感器在安裝孔中的位置。

3、選擇恰當(dāng)?shù)奈恢茫寒?dāng)壓力傳感器的安裝位置太靠近生產(chǎn)線的上游時，未熔融的物料可能會磨損傳感器的頂部；如果傳感器被安裝在太靠后的位置，在傳感器和螺桿行程之間可能會產(chǎn)生熔融物料的停滯區(qū)，熔料在那里有可能產(chǎn)生降解，壓力信號也可能傳遞失真；如果傳感器過于深入機筒，螺桿有可能在旋轉(zhuǎn)過程中觸碰到傳感器的頂部而造成其損壞。一般來說，傳感器可以位于濾網(wǎng)前面的機筒上、熔體泵的前后或者模具中。

4、仔細(xì)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(yīng)該將所有的傳感器都拆卸下來。因為這兩種清潔方式都可能會造成傳感器的震動膜受損。當(dāng)機筒被加熱時，也應(yīng)該將傳感器拆卸下來并使用不會產(chǎn)生磨損的軟布來擦拭其頂部，同時傳感器的孔洞也需要用清潔的鉆孔機和導(dǎo)套清理干凈。

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、測量液體壓力時，取壓口應(yīng)開在流程管道側(cè)面，以避免沉淀積渣；

4、測量氣體壓力時，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)安裝在溫度波動小的地方；

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

7、冬季發(fā)生冰凍時，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、測量液體壓力時，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，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變送器殼體內(nèi)。

發(fā)展趨勢

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

1、智能化：由于集成化的出現(xiàn),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(jīng)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(tǒng)。集成系統(tǒng)在過程控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惡劣的環(huán)境下，并且只需要很少的保養(yǎng)和維護，對周圍的環(huán)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(biāo)準(zhǔn)化：變送器的設(shè)計與制造已經(jīng)形成了一定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

5、廣泛化：壓力變送器的另一個發(fā)展趨勢是正從機械行業(yè)向其它領(lǐng)域擴展，例如:汽車元件、醫(yī)療儀器和能源環(huán)境控制系統(tǒng)。