壓力變送器常見故障及處理方法

馮 渝，胡雪斌，甘建紅

（重慶氣礦計(jì)量檢測中心，重慶 400021）

1 引言

壓力變送器是現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中的一類精密傳感設(shè)備，其能夠?qū)毫Ψ答佫D(zhuǎn)變?yōu)闅鈩?dòng)信號或電信號，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳與控制。作為一種重要的熱工計(jì)量設(shè)備，壓力變送器在多門類的壓力計(jì)量領(lǐng)域中具有十分成熟的應(yīng)用，尤其是在壓差、表壓、真空度、液位、絕壓以及比重等方面的測量中具有精度高與操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在量程比與自診斷方面也具有較為突出的應(yīng)用優(yōu)勢。隨著傳感計(jì)量技術(shù)的快速發(fā)展及壓力變送器在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用實(shí)踐的積累，目前基于不同功能已經(jīng)發(fā)展出壓電式、壓阻式以及電容式等多種類型的壓力變送器，在工業(yè)領(lǐng)域中的遠(yuǎn)傳與控制中發(fā)揮了十分重要的作用。由于壓力變送器的應(yīng)用場景中常存在高溫、高壓、振動(dòng)或者腐蝕性流體，因而可能會出現(xiàn)多種類型的故障。統(tǒng)計(jì)壓力變送器在應(yīng)用中的常見故障，分析各類型故障的成因，進(jìn)而制定針對性的解決措施，對于提高壓力變送器的可靠性具有重要的意義。

2 壓力變送器概述

2.1 壓力變送器的工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)

電阻應(yīng)變片是壓力變送器中的關(guān)鍵部件，其對壓力變化的感知十分敏感，以金屬或半導(dǎo)體為材料制成的電阻應(yīng)變片能夠?qū)⒋郎y物端獲取的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。電阻?yīng)變片與力應(yīng)變基體緊密貼合，基體在壓力的作用下發(fā)生形變時(shí)電阻應(yīng)變片也會出現(xiàn)一定的變形，然后電阻應(yīng)變片上電阻值隨之改變，最終表現(xiàn)為電阻兩端負(fù)載電壓值的改變。數(shù)顯型壓力變送器示例如下圖1所示。

圖1 壓力變送器示例

目前，壓力變送器的實(shí)踐應(yīng)用已經(jīng)十分成熟，通過科學(xué)的選型能夠在應(yīng)用中體現(xiàn)以下優(yōu)勢：（1）精度好、可靠性高、性能穩(wěn)定；（2）可應(yīng)用于V/I集成電路，結(jié)構(gòu)簡單、重量與體積小、可維護(hù)性好；（3）外殼可使用鋁合金材料壓鑄成型，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好；（4）使用4~20 mA直流電信號，抗干擾與遠(yuǎn)傳性好；（5）有指針與數(shù)顯型表頭可供選擇，讀取便捷，適用粘稠性與腐蝕性流體。

2.2 壓力變送器的分類

根據(jù)不同的應(yīng)用場景與內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異，常見的壓力變送器主要包括壓阻式壓力變送器、壓電式壓力變送器、應(yīng)變式壓力變送器以及電容式壓力變送器等幾大類。其中，壓阻式壓力變送器中具有一個(gè)印有電阻的感壓膜片，壓力作用時(shí)會形成惠斯通電橋，結(jié)合壓阻效應(yīng)的作用會形成一個(gè)與壓力值成正相關(guān)關(guān)系的電壓信號；壓電式壓力變送器則是在正壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)的轉(zhuǎn)換下工作的；應(yīng)變式壓力變送器的應(yīng)用相對更為普遍，主要原理是基體受壓后在電阻應(yīng)變片的變形作用下引起電阻應(yīng)變片上電阻值的改變，進(jìn)而引起電阻兩端負(fù)載電壓的變化；電容式壓力變送器有電動(dòng)式與氣動(dòng)式兩種，電動(dòng)式電容壓力變送器是將壓力的變化轉(zhuǎn)化為直流電信號進(jìn)行顯示，氣動(dòng)式壓力變送器的輸出信號則反饋為氣體的壓力值。

3 壓力變送器投用及安裝維護(hù)要點(diǎn)

3.1 壓力變送器投用前注意事項(xiàng)

壓力變送器第一次使用前應(yīng)先進(jìn)行檢查與使用前準(zhǔn)備，將隔離液灌入相應(yīng)的儀表內(nèi)同時(shí)注意清空氣泡。初次啟動(dòng)前準(zhǔn)備工作完成后需要在接通電源后預(yù)熱一段時(shí)間再平緩的開啟引壓閥，防止引壓閥開啟過猛導(dǎo)致儀表內(nèi)部壓力劇增造成敏感元器件損傷。需要說明的是，差壓變送器在使用前在儀表內(nèi)灌入隔離液后關(guān)閉三閥組中的平衡閥，打開一次閥上的放空閥與高低壓閥，通過遷移調(diào)整確保輸出滿足規(guī)定要求。此外，差壓變送器在安裝完成經(jīng)試壓正常且三閥組均處于關(guān)閉狀態(tài)下可按照：開啟一次引壓閥→打開平衡閥→打開高壓閥→關(guān)停平衡閥，打開低壓閥的流程開始啟用。

3.2 壓力變送器的安裝與維護(hù)要點(diǎn)

（1）確認(rèn)安裝尺寸。安裝壓力變送器前應(yīng)使用孔徑測量儀等量具確認(rèn)安裝孔尺寸是否合適，發(fā)現(xiàn)安裝孔偏小時(shí)應(yīng)進(jìn)行擴(kuò)孔處理，防止安裝螺紋受到擠壓磨損而影響壓力變送器的密封性或造成內(nèi)部元器件的損壞。（2）清潔安裝孔。清潔安裝孔主要是為了防止異物堵塞，影響壓力變送器的正常工作。完成異物清理之前應(yīng)將壓力變送器機(jī)筒上的壓力傳感器臨時(shí)拆除，防止被異物損傷。需要注意的是，在拆除壓力傳感器的過程中要防止熔料進(jìn)入安裝孔內(nèi)，因而熔料進(jìn)入安裝孔內(nèi)凝結(jié)后容易造成壓力傳感器在安裝過程中頂部過壓造成損壞。（3）合理選擇安裝位置。若壓力變送器中的傳感器元件的安裝位置太靠近產(chǎn)線前端，則傳感器頂部容易被未熔融物料磨損造成傳感器損壞；若傳感器元件安裝位置過于靠近產(chǎn)線后段，則壓力變送器的安裝螺桿與傳感器元件間可能會堆積熔融料并出現(xiàn)一定程度的降解因而也會導(dǎo)致采集到的壓力信號失真；若選擇的安裝位置過深，變送器前段壓力傳感器端部可能會受壓損傷失效。（4）充分清潔。安裝壓力變送器前需要充分清潔擠出機(jī)機(jī)筒，常用的清洗方式主要為化學(xué)清洗劑清洗或使用鋼絲刷清洗。需要注意的是，使用清洗劑清洗或使用鋼絲刷清洗都易損壞內(nèi)部傳感器元件的振動(dòng)膜，因此清洗前需要拆除傳感器元件。此外，機(jī)筒處于加熱狀態(tài)時(shí)，需要先拆除傳感器元件再以軟質(zhì)布料清潔機(jī)筒頂部，并使用合適的工具對傳感器孔洞進(jìn)行充分的清潔。（5）注意防水。目前大多數(shù)壓力變送器在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)都考慮到了潮濕環(huán)境的影響，但是由于壓力傳感器元件本身對于工作環(huán)境的濕度具有一定的要求，因而在安裝壓力變送器前需要注意環(huán)境濕度不宜過大。若在某些特殊條件下無法保持環(huán)境充分干燥，則需要選用具有良好防水功能的特種傳感元件。（6）注意低溫影響。雖然壓力變送器內(nèi)部的一些傳感器元件對低溫具有良好的耐受力，但是若環(huán)境溫度過低還是可能會造成變送器內(nèi)部傳感器的損壞。例如，裝設(shè)于無保溫環(huán)境中的壓力變送器若引壓口內(nèi)部流體因低溫凝結(jié)膨脹，則可能會造成傳感器承壓超限造成損壞。（7）避免壓力超限。為了提高工作可靠性，壓力變送器采用了冗余設(shè)計(jì)的理念，通常情況下小幅度的壓力超限并不會直接造成硬件損壞。但是，若壓力超限過多或者在使用過程中過載頻率較高仍容易造成壓力變送器的失效。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況選擇壓力變送器的量程，保證壓力變送器量程大于工作環(huán)境的壓力。

此外，在檢查與檢定方面應(yīng)每周進(jìn)行一次功能檢查，每月進(jìn)行一次精度檢定，檢查與檢定過程中注意及時(shí)清除附著的灰塵，校對變送器輸出電流值，保證變送器輸出端與強(qiáng)電隔離以降低外界強(qiáng)電環(huán)境的干擾。

4 壓力變送器使用過程中故障及處理方法

4.1 變送器無輸出故障及處理方法

壓力變送器在使用過程中出現(xiàn)變送器無輸出故障時(shí)應(yīng)對以下幾個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行檢查與測試：（1）通電前確認(rèn)壓力變送器電源線路是否正確連接；（2）確認(rèn)壓力變送器負(fù)載電源是否為恒壓24 V直流電源；（3）選擇帶表頭型壓力變送器時(shí)應(yīng)檢查表頭是否正常，若發(fā)現(xiàn)表頭損壞則應(yīng)更換表頭后再使用；（4）在壓力變送器兩端施加直流24 V電壓，使用萬用表的電流擋檢查電路中電流是否穩(wěn)定，同時(shí)電流大小是否處于正常區(qū)間；（5）定期檢查電源電壓大小是否滿足要求，并確認(rèn)電源電壓是否穩(wěn)定。

對上述項(xiàng)目進(jìn)行檢查與測試后可按照以下操作排除變送器無輸出的故障：（1）重新連接壓力變送器電源，注意直流電源的極性；（2）檢查壓力變送器電源電壓是否大于或等于12 V，若電壓偏低應(yīng)更換新的直流電源；（3）若檢查后確認(rèn)電源正常，應(yīng)檢查電流回路是否開路或斷路，檢查電路中的輸入電阻值是否小于或等于250 Ω；（4）若更換表頭后壓力變送器仍無法正常工作，則應(yīng)檢查測量回路中其他設(shè)備是否運(yùn)行正常。

4.2 變送器輸出過大故障及處理方法

當(dāng)壓力變送器的變送器輸出端電流大于或等于20 mA時(shí)也無法正常工作，應(yīng)對以下幾個(gè)方面進(jìn)行檢查與測試：（1）檢查壓力變送器的負(fù)載直流電源電壓是否處于正常范圍內(nèi)；（2）檢查壓力變送器在所處環(huán)境中負(fù)載的壓力是否大于選擇的壓力量程；（3）拆除壓力傳感器送檢，確認(rèn)是否正常，檢查隔離膜片有無損壞；（4）檢查回路中電源線有無虛接；（5）檢查負(fù)載電源線極性是否正確連接。

檢查完以上內(nèi)容后可按照如下步驟操作排除這種故障：（1）若壓力變送器直流電源電壓測量值小于12 V，確認(rèn)回路中是否存在過大的負(fù)載，若無過大負(fù)載則應(yīng)檢查壓力變送器輸入阻抗是否滿足小于或等于（變送器供電電壓-12 V）/（0.02 A）Ω的條件；（2）重新連接電源線路，注意正負(fù)極不能接錯(cuò)；（3）更換量程更大的壓力變送器，注意所選變送器精度應(yīng)符合要求；（4）若檢查后確認(rèn)壓力傳感器已經(jīng)損壞，應(yīng)聯(lián)系生產(chǎn)廠家予以維修，嚴(yán)禁自行拆卸維修。

4.3 變送器輸出過小故障及處理方法

若壓力變送器在使用過程中輸出端電流小于或等于4 mA，也無法正常工作，應(yīng)對以下幾個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行檢查與測試：（1）測試變送器電源輸出電壓電壓值與波動(dòng)幅度是否正常；（2）選擇的壓力變送器量程是否低于實(shí)際受到的壓力；（3）檢查壓力變送器內(nèi)部的隔離膜片是否異常變形，造成壓力傳感器損壞。

檢查與測試完上述內(nèi)容后可按照如下方法解決這種故障：（1）若發(fā)現(xiàn)壓力變送器負(fù)載直流電源的輸出端電壓低于12 V，確認(rèn)系統(tǒng)中有無過大負(fù)載，測試壓力變送器負(fù)載端輸入阻抗是否滿足小于或等于（變送器供電電壓-12 V）/（0.02 A）Ω的條件；（2）更換量程更大與精度等級更高的壓力變送器；（3）經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)壓力傳感器若損壞，需發(fā)回生產(chǎn)廠家進(jìn)行修理。

4.4 壓力指示異常故障

當(dāng)壓力變送器在使用過程中出現(xiàn)壓力反饋異常時(shí)可以檢查如下幾個(gè)方面：（1）檢查壓力變送器負(fù)載直流電源的運(yùn)行狀態(tài)；（2）檢查壓力變送器的運(yùn)行模式是否選擇正確；（3）檢查指示儀器儀表的量程選擇與壓力變送器是否匹配；（4）檢查壓力指示儀表的接線有無錯(cuò)誤；（5）測試壓力變送器負(fù)載端輸入電阻大小是否滿足小于或等于（變送器電源電壓-12 V）/（0.02 A）Ω；（6）檢查壓力記錄儀器是否正確接線；（7）檢查設(shè)備外殼接地是否正確、牢固；（8）檢查是否有交流強(qiáng)電與變送器電源線路交叉造成干擾；（9）檢查壓力變送器的隔離膜片是否正常，若隔離膜片異常變形則會造成壓力傳感器失效；（10）檢查管路中有無異物堵塞，影響壓力變送器測量準(zhǔn)確度；（11）測定管路中流體溫度，一般情況下壓力變送器能夠在-25~85 ℃的溫度環(huán)境下工作，為了保證可靠性應(yīng)控制工作溫度處于-20~70 ℃區(qū)間內(nèi)。

針對壓力變送器的壓力反饋異常故障，可以通過以下處理方法進(jìn)行排除：（1）若測量發(fā)現(xiàn)壓力變送器的直流電源輸出值小于12 V，需確認(rèn)變送器負(fù)載輸入阻抗是否滿足小于或等于（壓力變送器電源電壓-12 V）/（0.02 A）Ω的條件；（2）檢查選擇的壓力表精度是否符合測量要求，若精度等級不夠應(yīng)更換高精度壓力表；（3）檢查壓力指示儀表量程是否與變送器量程相同；（4）若測試后發(fā)現(xiàn)壓力變送器負(fù)載的輸入阻抗與要求不符，則應(yīng)采取適當(dāng)降低或升高電壓（不得高于36 V）；（5）確認(rèn)所有接地點(diǎn)接地良好；（6）確認(rèn)壓力變送器的直流電源線路與交流回路無交叉；（7）檢查發(fā)現(xiàn)管路內(nèi)有異物，則應(yīng)徹底清潔然后在壓力出口處增設(shè)過濾網(wǎng)；（8）若測得管路溫度超過允許值，應(yīng)設(shè)置緩沖管輔助散熱避免造成傳感器損壞。

5 結(jié)語

綜上所述，壓力變送器在現(xiàn)代工業(yè)體系中具有十分重要的應(yīng)用，其在傳感計(jì)量領(lǐng)域中表現(xiàn)出了結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、測量精度等級高以及量程范圍寬等特點(diǎn)。為了提高壓力變送器的使用穩(wěn)定性，延長其使用壽命，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景進(jìn)行合理的選型，使用過程中要做好維護(hù)與保養(yǎng)措施，掌握其常見故障與故障處理方法，進(jìn)而提高壓力變送器的利用效率，保障其所在系統(tǒng)的正常運(yùn)行。