壓力變送器工作原理分析

1、<p>　　壓力變送器工作原理分析</p><p>　　摘要：壓力變送器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探、石材、機械、汽車及國防工業(yè)等行業(yè)，相繼出現(xiàn)過電阻式、擴(kuò)散硅式、陶磁式壓力變送器，并逐步占據(jù)了大量的市場位置。本文對壓力變送器的工作原理進(jìn)行分析。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：壓力變送器;壓阻式;壓電效應(yīng);電容式 </p><p>　　中圖分類號： TB935

2、文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　近年來，越來越多的儀器、儀表和工業(yè)自動化領(lǐng)域需要進(jìn)行自動控制和集中檢測，所以對壓力變送器的需要量增多，同時對產(chǎn)品的精度、穩(wěn)定性和價格的要求也趨于嚴(yán)格。 </p><p>　　1、壓力變送器的基本介紹 </p><p><b

3、>　?。?）基本概念 </b></p><p>　　壓力變送器用于檢測流體的壓力（實際上是壓強），并進(jìn)行遠(yuǎn)程信號傳送，信號傳送到二次儀表或者計算機進(jìn)行壓力控制或監(jiān)測的一種自動化控制前端元件，主要由壓力傳感器、測量電路和過程連接件三部分組成。它能將壓力傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電信號，以供給指示報警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進(jìn)行測量、指示和過程調(diào)節(jié)。在國內(nèi)，目前在小型自動

4、化控制方面運用的壓力變送器一般基于壓阻式原理，也就是壓敏電阻受壓后產(chǎn)生電阻變化，通過放大器放大并采用標(biāo)準(zhǔn)壓力標(biāo)定，即可進(jìn)行壓力檢測。 </p><p><b>　?。?）基本優(yōu)點 </b></p><p>　　第一，設(shè)置方便，可實現(xiàn)多點控制。如果檢測出的壓力信號是連續(xù)信號，就可任意設(shè)置壓力，只需對電控部分進(jìn)行設(shè)定。第二，可以實現(xiàn)壓縮機運行高級控制，延長壓縮機壽命。通過

5、運用變頻技術(shù)，能讓壓縮機運行更平穩(wěn)，大量減少啟動次數(shù)，延長使用周期，而且更加環(huán)保節(jié)能。第三，提供控制精度，元件可靠性更好。壓力變送器的檢測精度相對于壓力開關(guān)高出數(shù)倍，控制精度自然就相應(yīng)地得到提高，因為采用的敏感元件為非機械結(jié)構(gòu)，基本上不再需要維護(hù)，能夠降低損壞率。 </p><p>　　2、壓力變送器的工作原理 </p><p>　　2.1電阻應(yīng)變片式壓力變送器 </p>&

6、lt;p>　?。?）基本概述。電阻應(yīng)變式壓力變送器大信號輸出，不銹鋼結(jié)構(gòu)，具有線性度高、遲滯誤差小、溫度性能好、工作穩(wěn)定、量程廣、耐腐蝕等特點，主要在國防和工業(yè)自動化等領(lǐng)域被廣泛使用。它的重要組成部分是一種電阻應(yīng)變片，這種敏感器件可以將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號。（2）工作原理。吸附在基體材料上，金屬電阻應(yīng)變片的應(yīng)變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。通常情況下，是將應(yīng)變片采用特殊的粘和劑緊密的粘合在

7、產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，隨著基體受力發(fā)生應(yīng)力變化后，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。這種應(yīng)變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機構(gòu)。在運用時，電阻的取值范圍要格外注意，阻值太小，所需的驅(qū)動電流太大，同時不斷發(fā)熱會致使應(yīng)變片的溫度過高，導(dǎo)致應(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點漂移明顯，調(diào)零

8、電路過于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力就會降低。（見下圖） </p><p><b>　　變送器結(jié)構(gòu)圖 </b></p><p>　　2.2擴(kuò)散硅壓力變送器 </p><p>　　（1）基本概述。擴(kuò)散硅壓力變送器的壓力檢測元件采用進(jìn)口擴(kuò)散硅或者陶瓷芯體，傳感器信號經(jīng)高性能電子放大器轉(zhuǎn)換成0-10mA或4-20mA統(tǒng)一輸出信號。

9、這種壓力變送器可替代傳統(tǒng)的遠(yuǎn)傳壓力表、霍爾元件、差動變送器，并具有DDZ-Ⅱ及DDZ-Ⅲ型變送器性能。擴(kuò)散硅壓力變送器具有強大的使用性能，不但能與各種型號的動圈式指示儀、數(shù)字壓力表、電子電位差計配套使用，也能與各種自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)配套使用。（2）工作原理。當(dāng)介質(zhì)的壓力信號作用于傳感器時，壓力傳感器就將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)差分放大和輸出放大器放大，最后經(jīng)V/A電壓電流轉(zhuǎn)換成與被測介質(zhì)的液位壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電

10、流輸出信號。 </p><p>　　2.3陶瓷壓力變送器 </p><p>　　（1）基本概述。陶瓷材料的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動是被大家公認(rèn)的。陶瓷的工作溫度范圍位于-40～135℃之間，具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度>2kV，不僅輸出信號強，而且能夠保持長期的穩(wěn)定性能。這樣的高特性、低價格優(yōu)勢，將促使陶瓷傳感器將成為以后的發(fā)展方向。（2）工作原理。抗腐蝕的陶

11、瓷壓力變送器的壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使陶瓷膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在其背面連接成一個惠斯通電橋。壓敏電阻的壓阻效應(yīng)能夠使電橋產(chǎn)生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，2.0/3.0/3.3mV/V的標(biāo)準(zhǔn)信號是根據(jù)壓力量程的不同來標(biāo)定的，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。傳感器通過激光標(biāo)定，具有很高的溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補償0～70℃，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。 </p>

12、<p>　　3、壓力變送器工作時的注意事項 </p><p>　?。?）變送器上切勿使用高于36V的電壓，容易導(dǎo)致?lián)p壞。（2）變送器切勿用硬物碰觸膜片，會損壞隔膜片。（3）被測介質(zhì)不能結(jié)冰，否則傳感器元件隔離膜片容易損傷，導(dǎo)致變送器破壞。（4）在測量蒸汽或其他高溫介質(zhì)時，其溫度不應(yīng)超過變送器使用時的極限溫度，否則必須使用散熱裝置。（5）在測量蒸汽或其他高溫介質(zhì)時，為使變送器和管道連在一起，應(yīng)使用散熱管，

13、并使用管道上的壓力傳至變壓器。當(dāng)被測介質(zhì)為水蒸氣時，散熱管中要注入適量的水，以防過熱蒸汽直接與變送器接觸，致使損壞傳感器。（6）在壓力傳輸過程中，應(yīng)注意幾點：變送器與散熱管連接處不可漏氣；在打開閥門時要小心，以免被測介質(zhì)直接沖擊、損壞傳感器膜片；必須保持管路暢通，避免管道中的沉積物彈出并損壞傳感器膜片。 </p><p>　　4、常見故障診斷分析 </p><p>　　4.1信號輸出過大

14、</p><p><b>　?。?）故障現(xiàn)象 </b></p><p>　　在沒有壓力(差壓)的情況下，變送器輸出電流(mA)數(shù)過大，有時超量程，調(diào)整零點及量程電位器不起作用。 </p><p><b>　?。?）故障分析 </b></p><p>　　出現(xiàn)此故障的電路部分較多，目經(jīng)常損壞的是電路的

15、后極，即電流控制放大器到電流控制輸出部分。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。 </p><p><b>　　圖2 </b></p><p>　　IC3為電壓放大器經(jīng)V轉(zhuǎn)換為mA輸出。用萬用表直流電壓擋測IC3的3腳電位值，調(diào)節(jié)量程或零點，3腳電壓有變化，說明前極回路正常。同時測量6腳輸出應(yīng)有放大的電壓信號輸出。從而判斷IC3及外圍偏置回路是否正常。若6腳電壓始終很高(接近電源電壓)，

16、則可判斷為IC3損壞，更換同型號LM308即可。若IC3正'常，則用萬用表測量V17、V18是否擊穿。在實際檢測中，經(jīng)常遇到V17、V18擊穿致使輸出過大。 </p><p>　　4.2信號輸出過小或無輸出 </p><p><b>　　（1）故障現(xiàn)象 </b></p><p>　?、僭黾訅毫Γ兯推餍盘栞敵鲋挡辉龃? </p&g

17、t;<p>　?、谟袎毫Γ兯推鳠o信號輸出。 </p><p><b>　?。?）故障分析 </b></p><p>　　先應(yīng)檢查引壓管是否漏氣或者被堵住以及對節(jié)點是否存在跑冒滴漏現(xiàn)象，如果確認(rèn)不是，檢查接線方式，如接線無誤再檢查電源，如電源正'常再察看傳感器零位是否有輸出，或者進(jìn)行簡單加壓看輸出是否變化，有變化證明傳感器沒有損壞;最后檢查加到

18、變壓器兩端的電壓是否正'常;集成運算放大器兩端電壓是否正'常;判斷振蕩電路是否起振;量程、零點、電位器調(diào)節(jié)電壓是否變化及15Ω量程負(fù)載電阻是否損壞。用檢測輸出過大的方法檢測后極電路，判斷后極電路是否正常。 </p><p>　　4.3信號輸出不穩(wěn)定 </p><p><b>　?。?）故障現(xiàn)象 </b></p><p>　　壓力

19、一定的情況下，變送器輸出信號值出現(xiàn)不規(guī)則的跳動。 </p><p><b>　?。?）故障分析 </b></p><p>　　在排除壓力源本身是一個不穩(wěn)定的壓力、儀表或壓力傳感器抗干擾能力不強、傳感器接線不牢、傳感器本身振動很厲害、傳感器故障等因素后，應(yīng)檢查變壓器是否有間歇性的短路、開路和多點接地的現(xiàn)象;檢查加到變壓器的電壓是否穩(wěn)定正常；穩(wěn)壓電路是否正常；檢測各個穩(wěn)壓

20、二極管、測試振蕩頻率是否穩(wěn)定;電路板有無虛焊。 </p><p><b>　　結(jié)束語 </b></p><p>　　隨著對壓力變送器的工作原理和注意事項的進(jìn)一步深入研究，它在工業(yè)生產(chǎn)的運用勢必越來越廣泛。雖然他在在各行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，并獲得必定的經(jīng)濟(jì)效益，但其技能水平與國外同類產(chǎn)物比較還有必定的距離，我國壓力變送器職業(yè)仍存在一些缺點，阻止了壓力變送器職業(yè)的展開，加大