数显隔膜智能型压力传感器器带HART协议TK3051详细介绍

基本介绍

压力变送器是工业实践中为常用的一种传感器，其应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

压力变送器有电动式和气动式两大类。电动式的统一输出信号为0～10mA、4～20mA或1～5V等直流电信号。气动式的统一输出信号为20～100Pa的气体压力。

压力变送器按不同的转换原理可分为力(力矩)平衡式、电容式、电感式、应变式和频率式等，下面简单介绍几种压力(差压)变送器的原理、结构、使用、检修和校验等知识。[2]

压力变送器的主要作用把压力信号传到电子设备，进而在计算机显示压力其原理大致是：将水压这种压力的力学信号转变成电流（4-20mA）这样的电子信号压力和电压或电流大小成线性关系，一般是正比关系。所以，变送器输出的电压或电流随压力增大而增大由此得出一个压力和电压或电流的关系式压力变送器的被测介质的两种压力通入高、低两压力室，低压室压力采用大气压或真空，作用在δ元（即敏感元件）的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。

压力变送器是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节。

发展历史

压力变送器的发展大体经历了四个阶段：

(1)早期压力变送器采用大位移式工作原理，如水银浮子式差压计及膜盒式差压变送器，这些变送器精度低且笨重。

(2)20世纪50年代有了精度稍高的力平衡式差压变送器，但反馈力小，结构复杂，可靠性、稳定性和抗振性均较差。

(3)20世纪70年代中期，随着新工艺、新材料、新技术的出现，尤其是电子技术的迅猛发展，出现体积小巧，结构简单的位移式变送器。

(4)20世纪90年代科学技术迅猛发展，变送器测量精度提高而且逐渐向智能化发展，数字信号传输更有利于数据采集，出现了扩散硅压阻式变送器、电容式变送器、差动电感式变送器和陶瓷电容式变送器等不同类型。[3]

(5)进入21世纪，第三代变送器——数字智能式变送器又逐步进入我们的视野，其代表性的产品是罗斯蒙特的3051S变送器、ABB的2600T265系列变送器、横河的EJX变送器等。第三代变送器由于采用了的检测技术，消除了湿气、粉尘及其他现场恶劣环境对变送器测量的影响，度更高；稳定性达到5年以上；通讯协议更全，新的变送器还通过了安全论证，能在工艺条件超过临界值时安全停机。[6]

工作原理

压力变送器感受压力的电器元件一般为电阻应变片，电阻应变片是一种将被测件上的压力转换成为一种电信号的敏感器件。电阻应变片应用多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过黏合剂紧密地粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。[4]

主要性能

1、使用被测介质，可测油、水及与316不锈钢和304不锈钢兼容的糊状物，具有一定的防腐能力；

2、高准确度、高稳定性、进口原装传感器，线性好，温度稳定性高；

3、体积小、重量轻、安装、调试、使用方便；

4、不锈钢全封闭外壳，防水好；

5、压力传感器直接感测被测液位压力，不受介质起泡、沉积的影响。

主要优点

1、压力变送器具有工作可靠、等特点；

2、V/I集成电路，外围器件少，可靠性高，维护简单、轻松，体积小、重量轻，安装调试极为方便；

3、铝合金压铸外壳，三端隔离，静电喷塑保护层，坚固；

4、4-20mA DC二线制信号传送，抗干扰能力强，传输距离远；

5、LED、LCD、指针三种指示表头，现场读数十分方便。可用于测量粘稠、结晶和腐蚀性介质；

6、高准确度，高稳定性。除进口原装传感器已用激光修正外，对整机在使用温度范围内的综合性温度漂移、非线性进行精细补偿。

选型规则

1．根据要测量压力的类型

压力类型主要有表压、绝压、差压等。表压是指以大气为基准，小于或大于大气压的压力；绝压是指以压力零位为基准，高于压力；差压是指两个压力之间的差值。

2．根据被测压力量程

一般情况下，按实际测量压力为测量范围的80%选取。

要考虑系统的压力。一般来说，压力变送器器压力范围值应该达到系统压力值的1．5倍。一些水压和过程控制，有压力尖峰或者连续的脉冲。这些尖峰可能会达到“”压力的5倍甚至10倍，可能造成变送器的损坏。连续的高压脉冲，接近或者超过变送器的额定压力，会缩短变送器的实用寿命。但提高变送器额定压力会牺牲变送器的分辨率。可以在系统中使用缓冲器来减弱尖峰，这会降低传感器的响应速度。

压力变送器一般设计成能在2亿个周期中承受压力而不会降低性能。在选择变送器时可在系统性能与变送器寿命之间找到一个折中的解决方案。

3．根据被测介质

按测量介质的不同，可分为干燥气体、气体液体、强腐蚀性液体、黏稠液体、高温气体液体等，根据不同的介质正确选型，有利于延长变送器的使用寿命。

4．根据系统的过载

系统的过载应小于变送器的过载保护极限，否则会影响变送器的使用寿命甚至损坏变送器。通常压力变送器的安全过载压力为满量程的2倍。

5．根据需要的准确度等级

变送器的测量误差按准确度等级进行划分，不同的准确度对应不同的基本误差限(以满量程输出的数表示)。实际应用中，根据测量误差的控制要求并本着使用经济的原则进行选择。

6．根据系统工作温度范围

测量介质温度应处于变送器工作温度范围内，如超温使用，将会产生较大的测量误差并影响变送器的使用寿命；在压力变送器的生产过程中，会对温度影响进行测量和补偿，以确保其受温度影响产生的测量误差处于准确度等级要求的范围内。在温度较高的场合，可以考虑选择高温型压力变送器或采取安装冷凝管、散热器等辅助降温措施。

7．根据测量介质与接触材质的兼容性

在某些测量场合，测量介质具有腐蚀性，此时需与测量介质兼容的材料或进行工艺处理，确保变送器不被损坏。

8．根据压力接口形式

通常以螺纹连接(M20×1．5)为标准接口形式。

9．根据供电电源和输出信号

通常压力变送器采用直流电源供电，提供多种输出信号选择，包括4～20mA．DC；、0～5V．DC、1～5V．DC、0～10mA．DC等，可以有232或485数字输出。

10．根据现场工作环境情况及其他

是否存在振动及电磁干扰等，选型时应提供相关信息，以便采取相应处理。在选型时，其他如电气连接方式等也可以根据具体情况予以考虑。[5]

安装说明

在安装使用压力变送器前应详细阅读产品样本及使用说明书，安装时压力接口不能泄露，确保量程及接线正确。压力传感器及变送器的外壳一般需接地，信号电缆线不得与动力电缆混合铺设，传感器及变送器周围应避免有强电磁干扰。

使用说明

日常维护

1、检查安装孔的尺寸：如果安装孔的尺寸不合适，传感器在安装过程中，其螺纹部分就很容易受到磨损。这不仅会影响设备的密封性能，而且使压力传感器不能充分发挥作用，甚至还可能产生安全隐患。只有合适的安装孔才能够避免螺纹的磨损（螺纹工业标准1/2-20 UNF 2B），通常可以采用安装孔测量仪对安装孔进行检测，以做出适当的调整。

2、保持安装孔的清洁：保持安装孔的清洁并防止熔料堵塞对设备的正常运行来说十分重要。在挤出机被清洁之前，所有的压力传感器都应该从机筒上拆除以避免损坏。在拆除传感器时，熔料有可能流入到安装孔中并硬化，如果这些残余的熔料没有被去除，当再次安装传感器时就可能造成其顶部受损。清洁工具包能够将这些熔料残余物去除。然而，重复的清洁过程有可能加深安装孔对传感器造成的损坏。如果这种情况发生，就应当采取措施来升高传感器在安装孔中的位置。

3、选择恰当的位置：当压力传感器的安装位置太靠近生产线的上游时，未熔融的物料可能会磨损传感器的顶部；如果传感器被安装在太靠后的位置，在传感器和螺杆行程之间可能会产生熔融物料的停滞区，熔料在那里有可能产生降解，压力信号也可能传递失真；如果传感器过于深入机筒，螺杆有可能在旋转过程中触碰到传感器的顶部而造成其损坏。一般来说，传感器可以位于滤网前面的机筒上、熔体泵的前后或者模具中。

4、仔细清洁；在使用钢丝刷或者特殊化合物对挤出机机筒进行清洁前，应该将所有的传感器都拆卸下来。因为这两种清洁方式都可能会造成传感器的震动膜受损。当机筒被加热时，也应该将传感器拆卸下来并使用不会产生磨损的软布来擦拭其顶部，同时传感器的孔洞也需要用清洁的钻孔机和导套清理干净。

正确使用

压力传感器使用过程应注意考虑下列情况：

1、防止变送器与腐蚀性或过热的介质接触；

2、防止渣滓在导管内沉积；

3、测量液体压力时，取压口应开在流程管道侧面，以避免沉淀积渣；

4、测量气体压力时，取压口应开在流程管道***，并且变送器也应安装在流程管道上部，以便积累的液体容易注入流程管道中；

5、导压管应安装在温度波动小的地方；

6、测量蒸汽或其它高温介质时，需接加缓冲管（盘管）等冷凝器，不应使变送器的工作温度超过极限；

7、冬季发生冰冻时，安装在室外的变送器必需采取防冻措施，避免引压口内的液体因结冰体积膨胀，导至传感器损坏；

8、测量液体压力时，变送器的安装位置应避免液体的冲击（水锤现象），以免传感器过压损坏；

9、接线时，将电缆穿过防水接头（附件）或绕性管并拧紧密封螺帽，以防雨水等通过电缆渗漏进变送器壳体内。

发展趋势

当今压力变送器的研究领域十分，几乎渗透到了各个行业，但归纳起来主要有以下几个趋势：

1、智能化：由于集成化的出现,在集成电路中可添加一些微处理器,使得变送器具有自动补偿、通讯、自诊断、逻辑判断等功能。

2、集成化：压力变送器已经越来越多的与其它测量用变送器集成以形成测量和控制系统。集成系统在过程控制和工厂自动化中可提高操作速度和效率。

3、小型化：市场对小型压力变送器的需求越来越大，这种小型变送器可以工作在恶劣的环境下，并且只需要很少的保养和维护，对周围的环境影响也很小，可以放置在人体的各个重要器官中收集资料，不影响人的正常生活。

4、标准化：变送器的设计与制造已经形成了一定的行业标准。

5、化：压力变送器的另一个发展趋势是正从机械行业向其它领域扩展，例如:汽车元件、医疗仪器和能源环境控制系统。