差压变送器
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浅谈压力差压变送器的应用与选型

作时间:2013-03-02 17:03:45  来源:  作者:
   

【声明】本文作者是兰州城市学院实训中心的王锡寿。采用了【李东升“压力变送器示值误差测量不确定度评定”、张黎丽“高温智能压力变送器温度补偿的研究”、郑黎明“智能模拟,数字式压力变送器的研制”】三个参考文献,如果转载请注明作者和参考文献以及网址来源。

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       压力变送器是工业实践中最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。压力变送器是一种能感受压力,并将压力信号转换成可传递的统一输出信号的仪表,而且其输出信号与压力信号之间,有一给定的连续线性函数关系(如图1所示)。压力变送器从一般意义上,往往指压力变送器和差压变送器,主要由测压元件传感器、测量电路和过程连接件等组成。它能将接收的气体、液体等压力信号转变成标准的电流电压信号(4 20 mA DC),以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。2007年,中国压力变送器市场规模达到21亿元,台套数达到60万。由于工作环境、介质、介质温度等等原因,所以我们选用压力变送器一定要考虑这些问题。

1 工作原理
 
压力变送器的测量原理图如图2所示。其测量原理为:介质差压(压力)通过隔离膜片和硅油,传递给位于8室中心的测量膜片,测量膜片起着弹性元件作用,随它两边的差压而变形。测量膜片的位移,与差压成正比,最大位移为0.1 mm。测量膜片的位移,使感压膜片与两固定电极所形成的差动电容器之电容量发生变化。此电容变化量由测量电路(电容,电流转换电路)转换成直流电流信号,这个电流信号与调零信号的代数经运算放大电路转换为4—20 mA DC电流输出。
                                            差压变送器的测量原理图
2 应用
 
压力变送器是直接与被测介质接触的现场仪表,常常在高温、低温、腐蚀、振动、冲击等环境中工作。压力(差压)变送器主要测量的参数,是压力或差压,但它们可以间接测量的参数却很多。如压力变送器,除可以测量压力外,还可以测量设备内的液位。在常压容器内测量液位时,需要1台压力变送器即可。当测量受压容器的液位时,可考虑用差压变送器,通过对罐内即测量下限1台,测量上限1台,它们的输出信号进行减法运算,即可测出液位,这时一般选用差压变送器。在容器内液位与压力值不变的情况下,它还可以用来测量介质的密度。差压变送器除了测量两个被测量压力的差压值外,它还可以配合各种节流元件来测量介质流体的流量(孔板流量计),可以直接测量受压容器的液位和常压容器的液位以及压力和
负压等。
 
3 选型
由于社会的发展,很多行业逐渐采用压力(差压)变送器,但是由于工作环境、介质温度等等原因,所以选用压力变送器一定要考虑这些问题。仪表类型的选用必须满足工艺要求,才能保证仪表正常工作及安全生产。压力(差压)变送器的选用,
 
主要依据为:
(1)是否远传、自动记录或报警。
(2)以被测介质的性质指标为准,以节约资金、便于安装和维护为参考。被测介质性质(温度、粘度、腐蚀性、易燃易爆等)是否对仪表有特殊要求(弹簧管材料)。如果测量的是相对比较清洁的流体,直接采用标准的压力变送器就可以了。如果所测量的介质是易结晶的或粘稠的,一般采用的是外置膜片的或和化学密封共同使用,这样会有效的阻止介质堵住压力测量孔,从而起到保护压力变送器的作用,延长使用寿命。
 
(3)选用测量范围。一般压力(差压)变送器都具有一定的量程可调范围,最好将使用的量程范围设定在它量程的1/3~2/3段,这样精度会有所保证,对于微差压变送器来说更是重要。确定系统中测量压力的最大值,一般而言需要选择一个具有比最大值还要大1.5倍左右的压力量程的变送器。这主要是在许多系统中,尤其是水压测量和加工处理中,有峰值和持续不规则的上下波动,这种瞬间的峰值能破坏压力传感器。于是可以用一个缓冲器来降低压力毛刺,但这样会降低传感器的响应速度。所以在选择变送器时要充分考虑压力范围、精度与其稳定性。
 
(4)精度等级。根据测压范围,根据工艺上允许的最大绝对误差,先选出量程,再根据工艺上允许的最大绝对误差,计算出仪表允许的最大引用误差,去掉± 号和% ,其数值就是
精度。若没有这个等级,就靠精度等级(往高精度靠)。压力(差压)变送器在各个国家所标的精度等级是不一样的。比如中国和美国等国家,标的精度是传感器在线性度最好的部分,也就是我们通常所说的测量范围的10% 一90% 之间的精度;而欧洲标的精度,则是线性度最不好的部分,也就是我们通常所说的测量反的0—10% 以及90% ~100%之间的精度。如欧洲标的精度为1%,则在中国标的精度就为0.5%。
 
(5)输出信号。目前由于各种采集的需要,现在市场上压力变送器的输出信号有很多种。主要4~20 mA、0~2O mA、0~10 V、0~5 V等等。但是比较常用的是4 20 mA和0~
l0V两种。上面列举的这些输出信号中,只有4~20mA为两线制 包含接地或屏蔽线),其他的均为三线制。
 
(6)介质温度。由于压力变送器的信号是通过电子线路部分转换的。所以一般情况下,压力变送器的测量介质温度为一30~+100 oC。如果温度过高,我们一般采用的是冷凝弯来
冷却介质,这样相对让厂家特地生产一个耐高温的压力变送
器,成本会降低很多P-I。
 
(7)其他。实践中有些应用场合(液位测量)需要对变送器的测量范围迁移,根据现场安装位置计算出测量范围和迁移量进行迁移。目前,智能变送器已相当普及,其特点是精度高、可调范围大,而且调整非常方便,稳定性好,选型时应多考虑。此外,压力(差压)变送器的过程连接接口,以及压力变送器的供电电压,如果在特殊的场合下使用,还要考虑防爆以及防护等级。
 
4 结束语
在诸类仪表中,变送器的应用最为广泛、普遍。变送器大体分为压力变送器和差压变送器,常用来测量压力、差压、真空、液位、流量和密度等。与传感器不同,变送器除了能将非电量转换成可测量的电量外,一般还具有一定的放大作用。在工业现代化发达的今天,压力变送器在工业控制系统中扮演着重要的角色,不仅实现了控制画面上显示系统的压力,而且也参与重要的逻辑计算和参数报警功能。

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