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壓力變送器根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類。
按照原理可分為:
電容式壓力變送器、電阻式壓力變送器、電感式壓力變送器、半導(dǎo)體式壓力變送器、高頻測(cè)量的壓電式壓力變送器等,其中電阻式壓力變送器用的多。
按照壓力敏感元件可分為:金屬式、陶瓷、擴(kuò)散硅、單晶硅、藍(lán)寶石、濺射薄膜等。
其中:
金屬壓力變送器精度差,但溫度影響小,適用于溫度范圍廣,精度要求低的領(lǐng)域;
陶瓷壓力傳感器精度好一點(diǎn),但受溫度影響比較大,陶瓷還有個(gè)好處是耐沖擊,耐腐蝕,可以用在響應(yīng)的領(lǐng)域;
擴(kuò)散硅壓力變送精度很高,溫漂也很大,所以一般都要進(jìn)行溫度補(bǔ)償,才能用。而且即使溫度補(bǔ)償了過后,還是不能測(cè)量超過125℃以上的壓力。不過在常溫狀況下,擴(kuò)散硅的敏感系數(shù)是陶瓷的5倍,所以一般用在高精度測(cè)量領(lǐng)域;
單晶硅壓力變送器是工業(yè)實(shí)踐中精度的傳感器,是擴(kuò)散硅的升級(jí)版,當(dāng)然價(jià)格也隨之升級(jí)。目前,在單晶硅壓力器領(lǐng)域以日本橫河為代表。
藍(lán)寶石壓力變送器對(duì)溫度變化不敏感,即使在高溫條件下,也有著很好的工作特性;藍(lán)寶石的抗輻射特性*;無p-n 漂移;可在惡劣的工作條件下正常工作,并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、總體性價(jià)比高;
濺射薄膜壓力變送器不存在任何膠粘劑,比粘貼式應(yīng)變片傳感器顯示出高的長(zhǎng)期穩(wěn)定性與可靠性;受溫度影響?。涸跍囟茸兓?00℃時(shí),零點(diǎn)漂移僅為0.5%。其溫度性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于擴(kuò)散硅式壓力傳感器;另外還可直接與一般的腐蝕性介質(zhì)接觸。
三. 壓力變送器的原理
不同種類壓力變送器在原理方面也有所不同。
電容式壓力變送器
當(dāng)壓力直接作用在測(cè)量膜片的表面,使膜片產(chǎn)生微小的形變,測(cè)量膜片上的高精度電路將這個(gè)微小的形變變換成為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),然后采用芯片將這個(gè)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號(hào)或者1-5V電壓信號(hào)。
擴(kuò)散硅壓力變送器
被測(cè)介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上(一般是316L材質(zhì)膜片),使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移,使傳感器的電阻值發(fā)生變化,和用惠斯通電路檢測(cè)這一變化,并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)。
單晶硅壓力變送器
壓阻式壓力傳感器利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成。采用單晶硅片為彈性元件,當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí),單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變,使直接擴(kuò)散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測(cè)壓力成比例的變化,再由橋式電路獲得相應(yīng)的電壓輸出信號(hào)。
陶瓷壓力變送器
壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片產(chǎn)生微小的形變,厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面,連接成一個(gè)惠斯通電橋(閉橋),由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng),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)。一般用于空壓機(jī)壓力測(cè)量,使用陶瓷較多。
應(yīng)變片式壓力變送器
應(yīng)變片式壓力變送器應(yīng)用多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件,有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。
通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上,當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí),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。目前市面上應(yīng)變片式壓力變送器比較少見。
藍(lán)寶石壓力變送器
藍(lán)寶石壓力變送器利用應(yīng)變電阻式工作原理,采用高精度硅-藍(lán)寶石敏感組件,通過的放大電路,將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。
濺射薄膜壓力變送器
濺射式壓力敏感元件是通過微電子工藝制造出來的,在彈性不銹鋼膜片表面上形成牢固而穩(wěn)定的惠斯通電橋。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)壓力作用于彈性不銹鋼膜片時(shí),位于另一面的惠斯頓電橋則產(chǎn)生正比于壓力的電輸出信號(hào)。濺射薄膜由于其良好的抗沖擊性,往往被應(yīng)用到壓力頻繁沖擊的場(chǎng)合,如液壓設(shè)備等場(chǎng)合。
四. 壓力變送器的選型
壓力變送器在選型時(shí)需要注意幾點(diǎn):
1. 變送器壓力量程值選擇
先確定系統(tǒng)中要確認(rèn)測(cè)量壓力的值,一般而言,需要選擇一個(gè)具有比值還要大1.5倍左右的壓力量程的變送器,或讓正常的壓力范圍,落在壓力變送器正常量程1/3~2/3處,也是常用的一個(gè)方法。
2. 什么樣的壓力介質(zhì)
黏性液體、泥漿會(huì)堵上壓力接口,溶劑或有腐蝕性的物質(zhì)會(huì)不會(huì)破壞變送器中與這些介質(zhì)直接接觸的材料。
一般的壓力變送器的接觸介質(zhì)部分的材質(zhì)采用的是316不銹鋼,如果介質(zhì)對(duì)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對(duì)介質(zhì)壓力的測(cè)量;
如果介質(zhì)對(duì)316不銹鋼有腐蝕性,那么就要采用化學(xué)密封,采用間接測(cè)量的形式。如選用帶填充硅油的毛細(xì)管導(dǎo)壓,起到防止壓力變送器腐蝕,延長(zhǎng)了壓力變送器的壽命的作用。
3. 變送器需要的精度
決定精度的有:非線性、遲滯性、非重復(fù)性、溫度、零點(diǎn)偏置刻度、溫度的影響,精度越高,價(jià)格也就越高。一般選擇擴(kuò)散硅壓力變送器精度0.5級(jí),0.25級(jí),選擇電容式或者單晶硅的壓力變送器,精度在0.1級(jí),甚至0.075級(jí)。
4. 變送器的過程連接
通常壓力變送器,都是安裝到管道或者罐體上,當(dāng)然也有小部分與流量計(jì)配套安裝使用的。壓力變送器的安裝形式通常有三種:螺紋、法蘭、卡箍,所以在壓力變送器選型前,也需將過程連接考慮進(jìn)去,如果是螺紋的,更需要確定是螺紋規(guī)格,是法蘭的就要考慮到是哪種公稱通徑的法蘭規(guī)格等。
五. 壓力變送器行業(yè)現(xiàn)狀
全現(xiàn)在大概有40個(gè)國(guó)家從事傳感器的研制生產(chǎn)工作,其中美國(guó)、日本、德國(guó)是傳感器產(chǎn)量的地區(qū),三國(guó)共占傳感器市場(chǎng)的50%以上。
現(xiàn)如今我國(guó)壓力變送器市場(chǎng)屬成熟市場(chǎng),市場(chǎng)集中度較高,但是占據(jù)主導(dǎo)地位的是以美國(guó)艾默生電氣公司(Emerson)、日本橫河電機(jī)株式會(huì)社(Yokogawa)、德國(guó)Siemens等為代表的國(guó)外產(chǎn)品,約占70%*,并在大中型工程項(xiàng)目中占有優(yōu)勢(shì)。
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