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                      壓力變送器工作原理說明

                      文章出處:華仁儀表 發表時間:2019-03-10 09:50

                      原理

                          壓力變送器被測介質的兩種壓力通入高、低兩壓力室,作用在δ元件(即敏感元件)的兩側隔離膜片上,通過隔離片和元件內的填充液傳送到測量膜片兩側。測量膜片與兩側絕緣片上的電極各組成一個電容器。
                          當兩側壓力不一致時,致使測量膜片產生位移,其位移量和壓力差成正比,故兩側電容量就不等,通過振蕩和解調環節,轉換成與壓力成正比的信號。壓力變送器和絕對壓力變送器的工作原理和差壓變送器相同,所不同的是低壓室壓力是大氣壓或真空。
                          A/D轉換器將解調器的電流轉換成數字信號,其值被微處理器用來判定輸入壓力值。微處理器控制變送器的工作。另外,它進行傳感器線性化。重置測量范圍。工程單位換算、阻尼、開方,,傳感器微調等運算,以及診斷和數字通信。
                          本微處理器中有16字節程序的RAM,并有三個16位計數器,其中之一執行A/D轉換。
                          D/A轉換器把微處理器來的并經校正過的數字信號微調數據,這些數據可用變送器軟件修改。數據貯存在EEPROM內,即使斷電也保存完整。
                          數字通信線路為變送器提供一個與外部設備(如275型智能通信器或采用HART協議的控制系統)的連接接口。此線路檢測疊加在4-20mA信號的數字信號,并通過回路傳送所需信息。通信的類型為移頻鍵控FSK技術并依據BeII202標準。

                      組成

                          智能變送器一般是由傳感器、微處理器、存儲器及模數、數模轉換器組成。傳感器用來檢測被測量的信號,其所用材料因廠家而異。橫河EJA為硅諧振式,把被測參數轉換為硅梁的振動頻率;ST300的傳感器是擴散硅復合半導體式,把被測參數轉換為硅芯片電阻值的變化;1151、3051及富士的FCX-A/C是硅微電容式,通過測電容來獲得被測的差壓或壓力值,而8600系列智能變送器則為電感式。微處理器是智能變送器的核心,負責對數據的綜合運算處理,如對檢測信號線性化、量程重調、函數運算、工作單位換算及診斷與通訊功能。存儲器用來存貯供微處理器調用的各種常數、程序及變送器的組態等,現在一般都是可擦寫的。模數、數模轉換器是將模擬信號與數字信號進行相互轉換,傳感器的檢測信號到微處理器須用模數轉換器,微處理器輸出4~20mA信號須用數模轉換器。智能變送器需要輸出一路數字信號與DCS進行通訊,并附有一智能現場通訊器(SFC)或稱手操器來與變送器通訊。此外,智能變送器備有后備電源,以免停電時存儲器內數據丟失。

                      選用

                          在壓力/智能壓力變送器的選用上主要依據:以被測介質的性質指標為準,以節約資金、便于安裝和維護為參考。如被測介質為高黏度易結晶強腐蝕的場合,必須選擇隔離型變送器。
                          在選擇時要考慮它的介質對膜盒金屬的腐蝕,一定要選好膜盒材質,否則使用后很短時間就會將外膜片腐蝕壞,法蘭也會被腐蝕壞造成設備和人身事故,所以材質選用非常重要。變送器的膜盒材質有普通不銹鋼、304不銹鋼、316L不銹鋼、鉭膜盒材質等。
                          在選用時要考慮被測介質的溫度,如果溫度高一般為200℃~400℃,要選用高溫型,否則硅油會產生汽化膨脹,使測量不準。
                          在選用時要考慮稱重設備工作壓力等級,變送器的壓力等級必須與應用場合相符合。從經濟角度上講,外膜盒及插入部分材質比較合適,但連接法蘭可以選用碳鋼、鍍鉻,這樣會節約很多資金。
                          隔離型壓力變送器選用最好是選用螺紋連接形式的,這樣既節約資金安裝又方便。
                          對于普通壓力和智能壓力變送器選用,也要考慮被測介質的腐蝕性問題,但使用的介質溫度可以不考慮,因為普通型壓變是引壓到表內,長期工作溫度為常溫,但普通型使用的維護量要比隔離型大。首先是保溫問題,在北方冬季零下,導壓管會結冰,變送器無法工作甚至損壞,這就需要增加伴熱和保溫箱等。
                          從經濟角度上來講,選用智能壓力變送器時,只要不是易結晶介質都可以采用普通型變送器,而且對于低壓易結晶介質也可以加吹掃介質來間接測量(只要工藝允許用吹掃液或氣),應用普通型變送器就是要求維護人員多進行定時檢查,包括各種導壓管是否泄漏、吹掃介質是否正常、保溫是否良好等,只要維護好,大量使用普通型變送器一次性投資會節約很多。
                          從選用變送器測量范圍上來說,一般變送器都具有一定的量程可調范圍,最好將使用的量程范圍設在它量程的1/4~3/4段,這樣精度會有保證,對于微智能壓力變送器來說更是重要。實踐中有些應用場合(液位測量)需要對變送器的測量范圍遷移,根據現場安裝位置計算出測量范圍和遷移量,遷移有正遷移和負遷移之分。
                          目前,智能壓力變送器已相當普及,它的特點是精度高、可調范圍大,而且調整非常方便、穩定性好,選用時應多考慮。川儀橫河EJA、北京遠東1751、霍尼韋爾ST3000、ARK800系列等,使用都非??煽?。

                      注意

                          在安裝使用前應詳細閱讀產品樣本及使用說明書,安裝時壓力接口不能泄露,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,信號電纜線不得與動力電纜混合鋪設,傳感器及變送器周圍應避免有強電磁干擾。傳感器及變送器在使用中應按行業規定進行周期檢定。
                          壓力變送器選用必知參數
                          壓力變送器用于測量液體、氣體或蒸汽的液位、密度和壓力,然后轉變成4~20mA DC信號輸出。而智能型壓力變送器可與HART手操器相互通訊,通過它進行設定,監控或與上位機組成現場監控系統。購買壓力變送器必須知道以下幾個參數。
                          一、接液材質
                          我們要考慮的是壓力變送器所測量的介質,一般的壓力變送器的接觸介質部分的材質采用的是316不銹鋼,如果你的介質對316不銹鋼沒有腐蝕性,那么基本上所有的壓力變送器都適合你對介質壓力的測量.
                          如果你的介質對316不銹鋼有腐蝕性,那么我們就要采用化學密封,這樣不但起到可以測量介質的壓力,也可以有效的阻止介質與壓力變送器的接液部分的接觸,從而起到保護壓力變送器,延長了壓力變送器的壽命.
                          二、精度等級
                          每一種電子式的測量計都會有精度誤差的,但是由于各個國家所標的精度等級是不一樣的,比如,中國和美國等國家標的精度是傳感器在線性度最好的部分,也就是我們通常所說的測量范圍的10%到90%之間的精度;而歐洲標的精度則是線性度最不好的部分,也就是我們通常所說的測量反的0到10%以及90%到100%之間的精度.如歐洲標的精度為1%,則在中國標的精度就為0.5%。
                          三、量程范圍
                          一般傳感器測量的最大范圍為傳感器的滿量程70%是最好的,也就是現在要測量70bar的壓力,我們選壓力變送器的量程應該選100bar.
                          四、輸出信號
                          現階段由于各種采集的需要,當前市場上壓力變送器的輸出信號有很多種,主要4~20mA,0~20mA,0~10V,0~5V等等,但是比較常用的是4~20mA和0~10V兩種,在我上面舉的這些輸出信號中,只有4~20mA為兩線制(我們所說的輸出為幾線制不包含接地或屏蔽線),其他的均為三線制.
                          五、介質溫度
                          由于壓力變送器的信號是通過電子線路部分轉換的,所以一般情況下,壓力變送器的測量介質溫度為-30到+100度,如果溫度過高,我們一般采用的是冷凝彎來冷卻介質,這樣相對讓廠家特地為你生產一個耐高溫的壓力變送器的成本會降低很多.
                          六、測量介質
                          一般我們測量的是相對比較清潔的流體,我們就直接采用標準的壓力變送器就可以了,如果你所測量的介質是易結晶的或粘稠的,我們一般采用的是外置膜片的或和化學密封共同使用,這樣會有效的阻止介質堵住壓力測量孔.

                      應用

                        現在的智能變送器一般都是既有數字信號又有模擬信號的混合式智能變送器,與DCS的通訊是以傳遞4~20mA模擬信號為主,然后在其上面疊加數字信號用來遠程設定零點、量程以及對變送器的校驗、組態和診斷等。它只是為和現有DCS兼容而設計的,是真正意義上的全數字式智能變送器(如現場總線型智能變送器)的過渡產品。與常規模擬變速器相比,智能變速器在應用中具有以下特點:

                        1 量程范圍寬,量程比大

                        智能變送器一般都具有寬廣的量程范圍,量程比大,從30:1到100:1,有的甚至達到400:1。變送器的量程比是指最大測量范圍(URV)與最小測量范圍(LRV)之比[1]。智能變送器量程與常規模擬變送器相比,最大的好處就是可以減少庫存量,同時可根據工藝要求,在不更換表的情況下隨時更改量程,而不用顧忌量程超限。例如中原大化集團有限責任公司由于新增了3套三聚氰胺裝置,中間副產品CO2都要返回尿素裝置的中壓吸收塔進行重新吸收,而吸收CO2就要大大增加進人中壓吸收塔的氨量,這樣用來測氨的儀表量程要由原來的10 t/h擴大到30t/h,這時用智能變送器就非常方便,在線調整一下量程就可以了,不用重新更換儀表。如果是常規模擬變送器就要更換量程較大的新表。

                        2 維護簡單方便

                        用手持通信器與智能變送器通信可選在現場變送器接線端子處或主控室控制柜內的接線端子處。這樣儀表檢修人員可在相對較安全、周圍環境較好的控制室來對變送器進行量程修改、參數設置、儀表維護等工作。中原大化集團有限責任公司尿素裝置有一測液氨罐液位的儀表,在開車階段總是指示有誤,原因是開車階段與生產正常階段液氨的密度不同造成儀表指示不準。只能是開車時給變送器設一測量范圍,生產正常時再設一測量范圍。另外,開車時現場容易漏氨等有害氣體,儀表維護人員每次不得不戴著防毒面具來進行處理。如果用智能變送器代替原先的模擬儀表,可以同時解決上述問題,在控制室就可對儀表進行參數修改,保證了人員的人身安全。需要注意的是,手持通信器不能直接連在儀表控制回路中給變送器供電的電源兩端,原因是電源為低阻抗,手持通信器在它兩端無法讀取信息,一般要求回路電阻在250~600Ω,電阻太小不能通訊,電阻太大變送器工作就會異常。

                        3 具有高低壓側轉換功能

                        智能變送器一般有傳感器高低壓側轉換的功能,用手持通訊器調整內部參數即可。在生產中就遇到過這樣的問題,由于儀表已運行多年,連接到變送器的導壓管因漏需要更換,更換后儀表投用時發現正負相導壓管接反(因為導壓管較長,又有伴熱管在一塊,正負相容易接反)。如果把2個導壓管互換工作量很大。而智能變送器有高低壓側轉換功能,把表內的參數“D45:H/L SWAP”項由NOROMAL(右側高壓,左側低壓)改為REVERSE(右側低壓,左側高壓),重新組態后表一切正常,很省時省力。

                        4 智能變送器的固定輸出功能

                        這項功能在下列情況下使用起來比較方便:①當變送器出現故障時,為保證生產設備和人身安全,或為保證產品質量需要變送器輸出在一個固定值上。②在年度大修后,由于儀表控制回路中的各個環節都進行了檢修,需要在開車前對整個回路進行聯校,這時可以用手操器運用智能變送器的固定輸出功能,找到菜單中的“OUTPUTSET(輸出設定)”項,一般可以設定3.8~21.6mA間的任一數值,聯校其所在整個回路是否正常。

                      此文關鍵字:壓力,變送器,工作,原理,說明,原理,壓力,
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