基本介紹
XD3051GP壓力變送器是工業(yè)實(shí)踐中很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(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(lèi)。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(jiǎn)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)。
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(guò)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(guò)振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié)。
壓力變送器發(fā)展歷史
壓力變送器的發(fā)展大體經(jīng)歷了四個(gè)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(jì)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(jiǎn)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(cè)量精度提高而且逐漸向智能化發(fā)展，數(shù)字信號(hào)傳輸更有利于數(shù)據(jù)采集，出現(xiàn)了擴(kuò)散硅壓阻式變送器、電容式變送器、差動(dòng)電感式變送器和陶瓷電容式變送器等不同類(lèi)型。[
壓力變送器工作原理
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)用很多的是金屬電阻應(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(guò)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。
壓力變送器主要性能
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。
壓力變送器主要優(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(jiǎn)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。
壓力變送器選型規(guī)則
1．根據(jù)要測(cè)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(zhǔn)，小于或大于大氣壓的壓力；絕壓是指以有效壓力低位為基準(zhǔn)，高于有效壓力；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)的很大壓力。一般來(lái)說(shuō)，壓力變送器器壓力范圍很大值應(yīng)該達(dá)到系統(tǒng)很大壓力值的1．5倍。一些水壓和過(guò)程控制，有壓力尖峰或者連續(xù)的脈沖。這些尖峰可能會(huì)達(dá)到“很大”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(guò)變送器的很大額定壓力，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(tǒng)中使用緩沖器來(lái)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)周期中承受很大壓力而不會(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(zhǎng)變送器的使用壽命。
4．根據(jù)系統(tǒng)的很大過(guò)載
系統(tǒng)的很大過(guò)載應(yīng)小于變送器的過(guò)載保護(hù)極限，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(guò)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。
壓力變送器安裝說(shuō)明
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(shuō)明書(shū)，安裝時(shí)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(hào)電纜線不得與動(dòng)力電纜混合鋪設(shè)，傳感器及變送器周?chē)鷳?yīng)避免有強(qiáng)電磁干擾。
壓力變送器使用說(shuō)明
壓力變送器日常維護(hù)
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(guò)程中，其螺紋部分就很容易受到磨損。這不僅會(huì)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?？梢圆捎冒惭b孔測(cè)量?jī)x對(duì)安裝孔進(jìn)行檢測(cè)，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(duì)保證設(shè)備的正常運(yùn)行來(lái)說(shuō)十分重要。在擠出機(jī)被清潔之前，所有的壓力傳感器都應(yīng)該從機(jī)筒上拆除以避免損壞。在拆除傳感器時(shí)，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(méi)有被去除，當(dāng)再次安裝傳感器時(shí)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(guò)程有可能加深安裝孔對(duì)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(lái)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(shí)，未熔融的物料可能會(huì)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(huì)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(hào)也可能傳遞失真；如果傳感器過(guò)于深入機(jī)筒，螺桿有可能在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中觸碰到傳感器的頂部而造成其損壞。一般來(lái)說(shuō)，傳感器可以位于濾網(wǎng)前面的機(jī)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(duì)擠出機(jī)機(jī)筒進(jìn)行清潔前，應(yīng)該將所有的傳感器都拆卸下來(lái)。因?yàn)檫@兩種清潔方式都可能會(huì)造成傳感器的震動(dòng)膜受損。當(dāng)機(jī)筒被加熱時(shí)，也應(yīng)該將傳感器拆卸下來(lái)并使用不會(huì)產(chǎn)生磨損的軟布來(lái)擦拭其頂部，同時(shí)傳感器的孔洞也需要用清潔的鉆孔機(jī)和導(dǎo)套清理干凈。
壓力變送器正確使用
壓力傳感器使用過(guò)程應(yīng)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(dǎo)管內(nèi)沉積；
3、測(cè)量液體壓力時(shí)，取壓口應(yīng)開(kāi)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(kāi)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(pán)管）等冷凝器，不應(yīng)使變送器的工作溫度超過(guò)極限；
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(guò)壓損壞；
9、接線時(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(nèi)。
壓力變送器發(fā)展趨勢(shì)
編輯當(dāng)今世界各國(guó)壓力變送器的研究領(lǐng)域十分廣泛，幾乎滲透到了各個(gè)行業(yè)，但歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)趨勢(shì)：
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(dòng)補(bǔ)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(lái)越多的與其它測(cè)量用變送器集成以形成測(cè)量和控制系統(tǒng)。集成系統(tǒng)在過(guò)程控制和工廠自動(dòng)化中可提高操作速度和效率。
3、小型化：市場(chǎng)對(duì)小型壓力變送器的需求越來(lái)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(hù)，對(duì)周?chē)沫h(huán)境影響也很小，可以放置在人體的各個(gè)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(jì)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(gè)發(fā)展趨勢(shì)是正從機(jī)械行業(yè)向其它領(lǐng)域擴(kuò)展，例如:汽車(chē)元件、醫(yī)療儀器和能源環(huán)境控制系統(tǒng)。
