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1. 壓力變送器的工作原理
壓力變送器的核心是通過傳感器元件感知壓力,再通過信號處理電路將其轉換為標準輸出信號。具體流程如下:
(1)壓力傳感階段
敏感元件:
常見的有應變片、壓阻式(MEMS)、電容式、壓電式等。
應變片式:金屬或半導體應變片受壓后電阻變化(惠斯通電橋原理)。
壓阻式(MEMS):硅晶片受壓后電阻率變化(高精度,小型化)。
電容式:壓力導致電容極板間距變化,電容值改變。
壓電式:某些晶體(如石英)受壓產生電荷(適用于動態壓力測量)。
過程連接:
壓力通過隔離膜片(如316L不銹鋼)傳遞到傳感元件,膜片可防止介質腐蝕傳感器(適用于高溫、腐蝕性環境)。
(2)信號轉換與處理
信號放大與補償:
傳感器輸出的微弱信號(mV級)經放大器放大,并通過溫度補償電路消除環境溫度影響。
模數轉換(ADC):
部分智能變送器將模擬信號轉換為數字信號,便于微處理器處理。
輸出標準化:
*終轉換為工業標準信號,如:
4-20mA(抗干擾強,遠距離傳輸)
0-10V(短距離模擬信號)
HART/RS485/Modbus(數字通信協議,支持遠程配置)。
2. 關鍵類型對比
類型 | 原理 | 優點 | 缺點 | 適用場景 |
---|---|---|---|---|
壓阻式 | 硅晶片電阻變化 | 高精度、響應快 | 溫度敏感性高 | 工業通用、微壓測量 |
電容式 | 極板間距變化 | 穩定性好、耐過壓 | 成本較高 | 高精度、腐蝕性介質 |
應變片式 | 金屬應變片形變 | 結構簡單、抗沖擊 | 長期漂移較大 | 重型機械、液壓系統 |
壓電式 | 晶體電荷效應 | 高頻響應、耐高溫 | 僅限動態壓力 | 爆炸沖擊、發動機測試 |
4. 選型要點
測量范圍:選擇量程(如0-10MPa)覆蓋實際壓力波動。
精度等級:常見0.1%、0.5%(高精度需校準)。
介質兼容性:膜片材質(如哈氏合金抗腐蝕)。
輸出信號:4-20mA(模擬)、HART/Profibus(數字)。
防爆要求:易燃環境需選Ex d/IIC T6等認證。
環境防護:IP65/IP67(防塵防水)。
3. 壓力變送器的作用
壓力變送器是一種用于測量流體(氣體或液體)壓力并將其轉換為**標準電信號(如4-20mA、0-10V或數字信號)**的傳感器設備,主要應用于工業自動化控制系統中。其核心作用包括:
實時監測壓力:檢測管道、容器或設備的壓力變化。
信號轉換與傳輸:將壓力值轉換為可遠程傳輸的電信號,便于PLC、DCS或SCADA系統處理。
過程控制:參與閉環控制(如調節泵、閥門的動作),確保系統穩定運行。
安全保護:超壓或低壓時觸發報警或停機,防止設備損壞或事故發生。
典型應用場景:
石油化工(管道壓力監測)
電力行業(鍋爐壓力控制)
水處理(泵站壓力調節)
HVAC(暖通空調系統)
航空航天(燃油系統壓力監測)
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