壓力變送器工作原理分析

周新星 郭富強(qiáng) 白任彥

摘 要：目前國(guó)內(nèi)壓力變送器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探、石材、機(jī)械、汽車及國(guó)防工業(yè)等行業(yè)，為了更進(jìn)一步加強(qiáng)它的使用性能，本文特意對(duì)壓力變送器的工作原理進(jìn)行了分析，并列舉了一些存在的問題。

關(guān)鍵詞：壓力變送器；工作原理；分析

壓力變送器除了能將非電量轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電量外，還具有一定的放大作用。近年來，越來越多的儀器、儀表和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域需要進(jìn)行自動(dòng)控制和集中檢測(cè)，所以對(duì)壓力變送器的需要量增多，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的精度、穩(wěn)定性和價(jià)格的要求也趨于嚴(yán)格。在目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，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(chǎng)位置。本文特意對(duì)壓力變送器的工作原理進(jìn)行分析，以期對(duì)大家有一些幫助。

一、壓力變送器的基本介紹

（一）基本概念。壓力變送器用于檢測(cè)流體的壓力（實(shí)際上是壓強(qiáng)），并進(jìn)行遠(yuǎn)程信號(hào)傳送，信號(hào)傳送到二次儀表或者計(jì)算機(jī)進(jìn)行壓力控制或監(jiān)測(cè)的一種自動(dòng)化控制前端元件，主要由壓力傳感器、測(cè)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(hào)，以供給指示報(bào)警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進(jìn)行測(cè)量、指示和過程調(diào)節(jié)。在國(guó)內(nèi)，目前在小型自動(dòng)化控制方面運(yùn)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(cè)。

（二）基本優(yōu)點(diǎn)。第一，設(shè)置方便，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)控制。如果檢測(cè)出的壓力信號(hào)是連續(xù)信號(hào)，就可任意設(shè)置壓力，只需對(duì)電控部分進(jìn)行設(shè)定。第二，可以實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)運(yùn)行高級(jí)控制，延長(zhǎng)壓縮機(jī)壽命。通過運(yùn)用變頻技術(shù)，能讓壓縮機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)，大量減少啟動(dòng)次數(shù)，延長(zhǎng)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(cè)精度相對(duì)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?yàn)椴捎玫拿舾性榉菣C(jī)械結(jié)構(gòu)，基本上不再需要維護(hù)，能夠降低損壞率。

二、壓力變送器的工作原理

（一）電阻應(yīng)變片式壓力變送器

1、基本概述。電阻應(yīng)變式壓力變送器大信號(hào)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(diǎn)，主要在國(guó)防和工業(yè)自動(dòng)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(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)。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(jī)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(shí)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(jī)構(gòu)。在運(yùn)用時(shí)，電阻的取值范圍要格外注意，阻值太小，所需的驅(qū)動(dòng)電流太大，同時(shí)不斷發(fā)熱會(huì)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(diǎn)漂移明顯，調(diào)零電路過于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力就會(huì)降低。

（二）擴(kuò)散硅壓力變送器

1、基本概述。擴(kuò)散硅壓力變送器的壓力檢測(cè)元件采用進(jìn)口擴(kuò)散硅或者陶瓷芯體，傳感器信號(hào)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(hào)。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(dòng)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(qiáng)大的使用性能，不但能與各種型號(hào)的動(dòng)圈式指示儀、數(shù)字壓力表、電子電位差計(jì)配套使用，也能與各種自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配套使用。2、工作原理。當(dāng)介質(zhì)的壓力信號(hào)作用于傳感器時(shí)，壓力傳感器就將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，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(cè)介質(zhì)的液位壓力成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系的4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出信號(hào)。

（三）陶瓷壓力變送器

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(dòng)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(cè)量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度>2kV，不僅輸出信號(hào)強(qiáng)，而且能夠保持長(zhǎng)期的穩(wěn)定性能。這樣的高特性、低價(jià)格優(yōu)勢(shì)，將促使陶瓷傳感器將成為以后的發(fā)展方向。2、工作原理?？垢g的陶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(gè)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(gè)與壓力成正比的高度線性、與激勵(lì)電壓也成正比的電壓信號(hào)，2.0/3.0/3.3mV/V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)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(shí)間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補(bǔ)償0～70℃，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。

三、壓力變送器工作時(shí)的注意事項(xiàng)

1、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(huì)損壞隔膜片。3、被測(cè)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(cè)量蒸汽或其他高溫介質(zhì)時(shí)，其溫度不應(yīng)超過變送器使用時(shí)的極限溫度，否則必須使用散熱裝置。5、在測(cè)量蒸汽或其他高溫介質(zhì)時(shí)，為使變送器和管道連在一起，應(yīng)使用散熱管，并使用管道上的壓力傳至變壓器。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)為水蒸氣時(shí)，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(diǎn)：變送器與散熱管連接處不可漏氣；在打開閥門時(shí)要小心，以免被測(cè)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。

四、結(jié)語

隨著對(duì)壓力變送器的工作原理和注意事項(xiàng)的進(jìn)一步深入研究，它在工業(yè)生產(chǎn)的運(yùn)用勢(shì)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(guó)外同類產(chǎn)物比較還有必定的距離，我國(guó)壓力變送器職業(yè)仍存在一些缺點(diǎn)，阻止了壓力變送器職業(yè)的展開，加大壓力變送器的工作原理和存在問題的分析，自然就可以解決這種不良狀況的存在。

參考文獻(xiàn)：

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