压力检测与变送

一、概述
压力是工业生产中的重要参数之一，为了保证生产正常运行，必须对压力进行监测和控制，但需说明的是，这里所说的压力，实际上是物理概念中的压强，即垂直作用在单位面积上的力。
在压力测量中，常用绝对压力、表压力、负压力或真空度之分。所谓绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，用符号pj表示。用来测量绝对压力 的仪表称为绝对压力表。地面上的空气柱所产生的平均压力称为大气压力，用符号pq表示。用来测量大气气压力的仪表叫气压表。绝对压力与大气压力之差。称为 表压力，用符号pb表示。即pb=pj-pq。当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负值（即负压力），此负压力值的绝对值，称为真空度，用符号pz表 示。用来测量真空度的仪表称为真空表。既能测量压力值又能测量真空度的仪表叫压力真空表。

二、压力的测量与压力计的选择
压力测量原理可分为液柱式、弹性式、电阻式、电容式、电感式和振频式等等。压力计测量压力范围宽广可以从超真空如133×10-13Pa直到超高压 280MPa。压力计从结构上可分为实验室型和工业应用型。压力计的品种繁多。因此根据被测压力对象很好地选用压力计就显得十分重要。
1．就地压力指示
当压力在2.6Kpa时,可采用膜片式压力表、波纹管压力表和波登管压力表。如接近大气压的低压检测时，可用膜片式压力表或波纹管式压力表。
2．远距离压力显示
若需要进行远距离压力显示时，一般用气动或电动压力变压器，也可用电气压力传感器。当压力范围为140~280MPa时，则应采用高压压力传感受器。当高真空测量时可采用热电真空计。
3．多点压力测量
进行多点压力测量时，可采用巡回压力检测仪。
若被测压力达到极限值需报警的，则应选用附带报警装置的各类压力计。
正确选择压力计除上述几点考虑外，还需考虑以下几点。
（1）量程的选择 根据被测压力的大小确定仪表量程。对于弹性式压力表，在测稳定压力时，最大压力值应不超过满量程的3/4；测波动压力时，最大压力值应不超过满量程的2/3。最低测量压力值应不低于全量程的1/3。
（2）精度选择 根据生产允许的最大测量误差，以经济、实惠的原则确定仪表的精度级。一般工业用压力表1.5级或2.5级已足够,科研或精密测量用0.5级或0.35级的精密压力计或标准压力表。
（3）使用环境及介质性能的考虑 环境条件恶劣，，如高温、腐蚀、潮湿、振动等，被测介质的性能，如温度的高低、腐蚀性、易结晶、易燃、易爆等等，以此来确定压力表的种类和型号。
（4）压力表外形尺寸的选择 现场就地指示的压力表一般表面直径为φ100mm，在标准较高或照明条件关差的场合用表面直径为φ200~φ250mm的，盘装压力表直径为φ150mm，或用矩形压力表。常用弹性式压力表规格见表2-1-13。

三、压力传感器
压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分,由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出,给显示仪表显示压力值,或供控制和报警使用。
1．应变式压力传感器
应变式压力传感器是把压力的变化转换成电阻值的变化来进行测量的，应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值随压力所产生的应变而变化。
2．压电式压力传感器
   压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应，目前广泛使用的压电材料有石英和钛酸钡等，当这些晶体受压力作用发生机械变形时，在其相对的两个侧面上产生异性电荷，这种现象称为“压电效应”。3.光导纤维压力传感器
光导纤维压力传感器与传统压力传感器相比,有其独特的优点:利用光波传导压力信息,不受电磁干扰,电气绝缘好,耐腐蚀,无电火花,可以在高压、易燃易爆的 环境中测量压力、流量、液位等。它灵敏高度，体积小，可挠性好，可插入狭窄的空间是进行测量，因此而得到重视，并且得到迅速发展。

四、压力变送器
需要在控制室内显示压力的仪表，一般选用压力变送器或压力传感器，对于爆炸危险场所，常选用气动压力变送器、防爆型电动Ⅱ型或Ⅲ型压力变送器；对于微压力 的测量，可采用微差压变送器；对粘稠、易堵、易结晶和腐蚀强的介质，宜选用带法兰的膜片式压力变送器；在大气腐蚀场所及强腐蚀性等介质测量中，还可选用 1151系列或820系列压力变送器。
压力变送器测量部分的测压敏感元件所产生的测量力的大小范围约为50~100，最高不超过150N。根据这一要求，敏感元件的选择依据由制成的波纹管，其 结构原理如图2-1-12所示。当被测压力p进入测量室后，经测量波纹管转换成测量力，通过推杆用在主杠杆上，传递到气动转换部分。测量中、高压 2.5~10MPa,10~60 MPa）的敏感元件一般采用铬钒钢制成的包端管,它的测量原理是利用包端管末端产生的径向分力,通过推杆2作用在主杠杆3的下端,带动变送器的气动转换部 分动作。

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压力传感器基础知识

敏感元件是能够灵敏地感受被测变量并作出响应的元件。如：弹性膜盒能感受压力的高低而引起形变，形变的程度就是对压力高低的响应，因此，弹性膜盒是一种压力敏感元件。
    传感器不但应该对被测量敏感，而且具有把它对被测量的响应传送出去的功能。也就是说，传感器不只是一般的敏感元件，它的输出响应还必须是易于传送的物理 量。例如：上诉的弹性膜盒的输出响应是形变，是微小的几何量，不便于向远方传送。如果把膜盒中心的位移转变为电容极板的间隙变化，就成为输出响应是电容量 的压力传感器。 
    由于电信号最便于传送，所以绝大多数传感器的输出是电量的形式，如电压、电流、电阻、电感、电容、频率等。 
    变送器是从传感器发展而来的，凡能输出标准信号的传感器就称为变送器。（标准信号是物理量的形式和数值范围都符合国际标准的信号。例如直流4～20mA） 有了统一的信号形式和数值范围，就便于把各种变送器和其他仪表组成检测系统或调节系统。 
    输出为非标准信号的传感器，必须和特定的仪表或装置配套，才能实现检测或调节功能。为了加强通用性和灵活性，某些传感器的输出可以靠转换器把非标准信号转 换成标准信号，使之与带有标准信号的输入电路或接口的仪表配套。不同的标准信号也可借助于转换器互相转换。例如利用气/电转换器，能把20～100 kPa的空气压力转换成0～10mA的直流电流。 
    位式作用和连续作用：    
    位式作用，也称为开关作用，即传感器在输入变量整个变化范围内其输出相应只有两种状态，例如空气状态的“高”和“低”。
    位式作用的传感器多用于被测变量的超限报警、连锁保护、顺序控制。例如我们的压力开关。
    需要连续检测或调节某些变量时，就必须用连续作用的传感器或变送器。 
    长野的变送器中所使用的传感器SS—蒸发型半导体应变片的特点：    
   （1）相对于粘贴式和扩散式，蒸发式为新技术。
   （2）其可测压力范围 -0.1～0.3MPa；0～200MPa 。
   （3）具有很好耐用性和稳定性。
    半导体应变片的制作方法：粘贴方式、蒸发方式、扩散方式。  
    长野的变送器，如KM31、KM10 等，其半导体应变片部分、感应元件（不锈钢隔膜）以及压力接口部分通过焊接连接成一体，具有很高的稳定性和可靠性，抗震性和抗冲击性良好。
     蒸发式半导体应变片的具体制作方式如下：       
   （1）在不锈钢隔膜上使用CVD等离子沉淀一层SiO2绝缘膜
   （2）在SiO2绝缘膜上再沉淀一层多晶硅。
   （3）在多晶硅上使用激光蚀刻，应变片成型 。
   （4）用电子束照射蒸镀，配上金制电极。
   （5）再使用CVD等离子沉淀一层SiNx保护膜。
 
    根据传感器或变送器的安装场所有无易燃易爆气体及危险程度，选择隔爆型及本安型。    
   （1）隔爆型在内部电路和周围易燃气体之间采取了隔离措施，允许使用在有一定危险性的环境里 。
   （2）本安型即本质安全型的简称，依靠特殊设计的电路保证在正常工作及故障（意外短路或断路）状态下都不会引起燃爆事故，可用在十分易燃易爆的场所。

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压力变送器使用注意事项

　　变送器在工艺管道上正确的安装位置与被测介质有关，为获效得最佳的测量果，应注意考虑下列情况：
1．防止变送器与腐蚀性或过热的介质接触；
2．防止渣滓在导管内沉积；
3．测量液体压力时，取压口应开在流程管道侧面，以避免沉淀积渣。
4．测量气体压力时，取压口应开在流程管道顶端，并且变送器也应安装在流程管道上部，以便积累的液体容易注入流程管道中。
5．导压管应安装在温度波动小的地方；
6．测量蒸汽或其它高温介质时，需接加缓冲管（盘管）等冷凝器，不应使变送器的工作温度超过极限。
7．冬季发生冰冻时，按装在室外的变送器必需采取防冻措施，避免引压口内的液体因结冰体积膨胀，导至传感器损坏。
8．测量液体压力时，变送器的安装位置应避免液体的冲击（水锤现象），以免传感器过压损坏。
9．接线时，将电缆穿过防水接头（附件）或绕性管并拧紧密封螺帽，以防雨水等通过电缆渗漏进变送器壳体内。