压力变送器原理选型及综合性能测试

压力变送器原理选型及综合性能测试

赵洁冯雅奇

（宝钛集团有限公司计控中心陕西宝鸡721014）

摘要：我国社会经济的快速发展，科学技术水平的不断提高，促使了我国工业化的进一步发展。随着我国大规模集成化电路的发展并且已经被应用到现代工业的各个领域内，压力变送器也随之发展并且应用到比较重要的领域内，比如电力、冶金等。随着压力变送器应用的范围越来越广，我们必须要熟悉的掌握其工作原理，做好相关的选型工作，从而能够使压力变送器更好的为我国现代化建设贡献其力量。

关键词：压力变送器；工作原理；选型；性能测试

引言

压力变送器在工业领域中拥有着非常重要的作用，不仅可以将非电量转换为可测量的电量，还可以起到一定的放大作用。随着信息时代的来临，在诸多领域上都进行了自动控制和集中检测，所以对压力变送器的需求越来越多，并且对压力变送器的精密以及稳定性也有着越来越高的要求。目前我国市场上的压力变送器主要就是电阻式、扩散硅式以及陶磁式压力变送器。

1压力变送器的基本介绍

1.1基本概念

压力变送器的主要功能就是来检测流体的压力，然后通过远程信号来进行传送，并且将传送的信号来应用计算机来对其进行压力控制或者监测，压力变送器的主要构件就是压力传感器、测量电路以及过程连接件组成。可以将气体以及液体通过传感器将其转变为标准的电信号，然后通过记录仪以及调节器等设备来进行相应的测量和调节作用。

1.2基本优点

压力变送器具有着诸多的优点，其一，设置比较方便，并且可以有效的实现多点控制。如果压力信号检测出来的结论为连续信号，就可以将其设置为任意压力值，进而只需要对电控部分进行设定就可以了。其二，为了能够将压缩机进行延长寿命，可以对压缩机进行高级控制。通过压缩机的变频技术，可以有效的使压缩机运行的更加平稳，通过减少相应的启动次数，不仅可以能够延长压缩机的使用周期，还可以能够起到环保节能的作用。其三，提供控制精度，可以使元件的可靠性更好。压力变送器相比于压力开关的检测精度要高出数倍，所以其控制精度就会得到有效的提高，而压力变送器的一些敏感元件都是非机械结构，所以就不需要后期的维护工作，从而也可以从一定程度上降低损坏率。

1.3压力变送器常见类型

（1）压阻式发射机。压阻式压力变送器是隔膜的前表面，隔膜会出现一些变形的压力，厚膜电阻背膜感，然后形成一个惠斯通电桥，压阻效应、桥会产生相应的电压信号，该信号与励磁电压成比例。

（2）压电换能器。压电换能器是利用压电效应的发展，高压电的作用是迫使一些电解液中的电解质的变形，出现两极分化的现象，也就有了不同的正负电荷在它的两个外表面，停止功能，电解质和回到不带电的状态。电荷的极性随力的方向的变化而变化。当电场在电解液的极性方向上施加时，电解液也会发生变形，在撤消后电解液的变形消失，这是逆压电效应。

（3）应变式变送器。一种特殊的粘合剂用来粘合应变片产生机械应变。当力变化时，应变片也会发生一些变形，这会影响电阻的大小，电阻上的电压也会改变。但在这种情况下，电阻的变化很小。通常，在仪表放大器的作用下，形成一个应变电桥，最后传送到处理线显示器或执行器。

（4）电容传感器。电容式传感器分为电气式和气动式两种，前者是直接输入信号，后者是气体压力。要测量的介质的两个压力被输入到高和低两个压力室，它们作用在敏感元件两侧的隔离膜片上。在绝缘片的两侧测量膜片的电容。当两侧有不同的压力时，模块会产生位移。水流的两边会有不同的尺寸。在振动和调节的作用下，形成电流、电压或数字输出信号。

2压力变送器的工作原理

2.1电阻应变片式压力变送器

（1）基本概述。电阻应变式压力变送器由于其电信号输出和不锈钢结构等特点，具备许多优点，比如线性度高、温度性能好、工作稳定以及耐腐蚀等优点，可以广泛的应用到各个领域，目前已经在我国的国防和工业自动化等领域内被广泛的应用。电阻应变式压力变送器的主要组成部分是一种电阻应变片，可以有效的将应变变化转化为一种电信号。

（2）工作原理。电阻应变式压力变送器的主要工作原理就是电阻应变效应，也就是指在吸附基体材料上，金属电阻应变片随着电阻而进行相应的机械形变，进而产生相应的阻值变化的现象。一般情况下，通过特殊的粘和剂来使应变片紧密的结合在生产力学应变基体上，通过受力作用下，会使电阻应变片发生一定的形变，进而会使电阻值也随之发生变化，从而导致电阻上的电压也产生相应的变化。

2.2扩散硅压力变送器

（1）基本概述。目前我国在使用的扩散硅压力变送器的主要压力检测元件就是进口的扩散硅或陶瓷芯体，传感器信号经过相应的电子放大器进行转化。这种先进的压力变送器可以替代传统的压力表和差动变送器。由于扩散硅压力变送器具备的特点，其具有着非常强大的使用性能和功能，不仅可以与各种配套设施进行使用，比如数字压力表以及电子电位差计等，还可以能够和自动调节系统或计算机系统进行相应的配套使用。

（2）工作原理。在通过传感器接收到压力信号的时候，就会将其转化为电信号，然后经过输出放大器对其进行放大，最后通过V/A电压电流转换成相应匹配的标准电流输出信号。

2.3陶瓷压力变送器

（1）基本概述。陶瓷材料本身就具备着诸多的优点，比如高弹性、抗腐蚀以及抗冲击等诸多优点，并且陶瓷本身工作的温度范围非常广，零下40度到135度之间的环境都可以，所以具有着测量的高精度以及高稳定性。电气的绝缘程度要大于两千伏，能够长期的保证稳定的信号输出。陶瓷压力变送器不仅具备着高精度的特性，还具有着其价格上的优势。

（2）工作原理。陶瓷压力变送器的主要受力位置就是陶瓷膜片的前表面，从而使其发生细小的形变，并且通过背面的厚膜电阻形成一个惠斯通电桥。进而可以形成一个电压信号，并且该电压信号可以和应变式传感器相容。通过相关的激光标定，从而能够使其具有较高的温度和时间上的稳定性，还可以与绝大多数的介质进行直接的接触。

3变送器如何选型

3.1变送器选型

（1）压力量程范围

在选择比较适合的压力变送器的时候，必须要首先确认测量压力的最大值，然后根据测量压力的最大值的1.5倍左右的数值，来选择相应的压力变送器。

（2）精度等级

影响到精度等级的因素有非常多，比如迟滞性、非重复性以及温度等因素的影响。但是最主要的影响因素是非线性、迟滞性和非重复性，压力变送器的精度越高，其成本价格也就会越高。所以，要根据压力变送器工作的环境来选择适用的压力变送器。

（3）温度范围

目前，市场上的压力变送器在温度上面一般情况下会有两个范围，也就是正常操作的温度范围和温度可补偿的范围。正常操作的温度范围主要就是指压力变送器在其工作的温度范围内工作并不会受到破坏，并不会影響到其精度，如果超出了正常操作的温度范围，可能会引起精度的缺失甚至是损坏。温度补偿范围主要就是指，在压力变送器工作的时候，其性能会有一定的指标，温度主要就是通过两个方面来进行输出，即零点漂移和影响满量程输出。

（4）励磁电压

在选择压力变送器的时候，应该根据其输出信号的类型来决定相应的励磁电压。目前我国的放大变送器的内部都会设有相应的电压调节装置，所以电源电压的范围比较大。但是有些压力变送器需要比较稳定的工作电压，所以考虑到需要稳定的电压，来决定是否安装相应的调节器。

3.2现场智能压力变送器的选择例举

本单元的EJA110A智能压力变送器是用于加热炉汽化冷却系统的压力流量测量。焊接在滚筒上的压力管被拉到下一个空的地方安装支撑物。EJA110A的物理指标是供电电压为24V，最大负载为570Ω。发射机是一个0-100kPa测量范围的胶片盒，其最大压力为3.5MPa。对多芯双绞线的最大距离为1.5km。电源电压为24V，和输出电流4-20mA。

工作原理：利用微电子加工技术（MEMS），在单晶硅片的中心和边缘形成两个形状、尺寸和材料相同的H型谐振光束。当硅片在表面的压力范围内变形时，导致中心共振梁由于压缩力和频率的降低而受到拉力和边缘共振频率的增加。二是将差频信号直接发送给CPU进行数据处理。然后，1是通过D/A转换成4-20mA输出信号，和电脑或HART数字信号叠加在交流。2、直接输出与现场总线（现场总线基础TM）标准相一致的数字信号。

其优点是，当施加静压时，相同形状、尺寸和材料的谐振梁的变形是相同的，所以频率变化也是一致的，因此可以自动消除偏差，也就是说，静压的影响可以忽略。现场测量数据的准确性令人满意，为操作提供了准确的依据。

4安装要求

4.1压力变送器不应安装在温度变化点、强热辐射和腐蚀性环境下，应采取有效措施，尽可能避免设备损坏，应寻找影响较小的振动点安装，若有震动，需加装减震装置及固定装置。保养时，经常检查介质，及时排出污水，防止线路老化。在特定情况下做好一定的防护工作十分重要。

4.2压力变送器的安装必须接地，以免雷击。如果连接不容易引起数据干扰，最好用专用仪器屏蔽电缆进行测量，禁止用电力电缆和传输电缆并联运行。变送器安装处与测定点之间的距离应尽量短，以免指示迟缓。

4.3在安装使用压力变送器时需要对压力变送器进行检测，进行计量检定，以防止压力变送器在运输途中损坏或震动，以破坏测量的准确度。

结语

随着我国社会经济的快速发展，我国工业化进程日益加快，压力变送器已经被广泛的应用到我国各个领域内，为了能够真正的将压力变送器的价值充分的发挥出来，必须要熟悉的掌握其工作原理，然后根据工程的实际情况来选择相适应的压力变送器，这样不仅可以有效的起到节能减排的作用，还可以有效的降低工程的投资成本，为企业带来最大的经济效益，有助于我国的可持续性发展。

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