壓力變送器選型的5大影響因素

1、壓力

首個(gè)也是最重要的因素是壓力。為確保正確的壓力變送器選型，必須先明確一些問題：壓力測(cè)量范圍多大、最高壓力多少、系統(tǒng)過壓概率有多少。

 

在明確上述與您的應(yīng)用緊密相關(guān)的問題后，建議您繼續(xù)查閱壓力變送器的規(guī)格參數(shù)表并針對(duì)下列問題找到相應(yīng)參數(shù)值：耐受壓力(不會(huì)降低變送器性能指標(biāo)的最大作用壓力)、破裂壓力(會(huì)破壞變送器膜片或外殼并引起泄漏的壓力)。根據(jù)廠家的技術(shù)參數(shù)表可以在網(wǎng)上很容易地找到這些問題的解答，但正規(guī)壓力變送器廠家一般都會(huì)有應(yīng)用工程師與您深入探討應(yīng)用要求。

 

2、介質(zhì)

壓力變送器的任何接液表面都必須與介質(zhì)兼容，如機(jī)油、制動(dòng)液、制冷劑、液壓油、海水、廢水、自來水、氧氣、壓縮空氣和氮?dú)獾取＿€要特別注意一些侵蝕性介質(zhì)，如氨水、離子水、鹽水、氫氣、酸和航空煤油。另外，還要確保膜片、接頭和焊縫都與介質(zhì)兼容。這些信息一般在產(chǎn)品參數(shù)表中都有說明，但知名壓力變送器廠家都會(huì)安排技術(shù)支持人員幫助您解答可能遇到的其他問題。

 

3、溫度

溫度因素包括環(huán)境溫度和過程介質(zhì)溫度。壓力變送器能否在大部分環(huán)境和過程介質(zhì)溫度下工作，這是一定要清楚的。當(dāng)應(yīng)用涉及到高溫，導(dǎo)致一些安裝似乎很棘手甚至不可能時(shí)，建議用戶咨詢壓力變送器廠家尋求解決方案。比如，您的應(yīng)用涉及到300℃的蒸汽，但您只能找到常規(guī)工作溫度不超過150℃的壓力變送器。這時(shí)可以在蒸汽管線和壓力變送器之間跨接導(dǎo)壓管(甚至短至12英寸，具體取決于環(huán)境)來予以解決，這樣高溫就可以散發(fā)到大氣中去了。

 

4、環(huán)境

壓力變送器的工作環(huán)境需要周密的調(diào)查，其中不僅包括溫度和濕度，而且包括侵入防護(hù)。有時(shí)設(shè)計(jì)規(guī)格書沒有說明應(yīng)用所需的侵入防護(hù)，因此用戶就要對(duì)重要部件(比如工業(yè)壓力變送器)進(jìn)行特殊的測(cè)試。用戶最好是聯(lián)系壓力變送器廠家來一起探討侵入防護(hù)要求。

 

其他因素包括傳感器可能會(huì)碰到的沖擊和振動(dòng)，尤其是在機(jī)車或消防車這類更嚴(yán)酷的應(yīng)用中。如果空間狹小，應(yīng)選擇尺寸較小的產(chǎn)品。進(jìn)一步要考慮的安裝因素是位置和朝向。在這方面壓力變送器廠家有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，可能碰到過類似要求，能提供些有益的建議。

 

5、精度

壓力變送器的精度是線性度、遲滯以及重復(fù)性共同作用的結(jié)果。在每個(gè)型號(hào)的技術(shù)規(guī)格表中都能找到精度。杭州米科生產(chǎn)的單晶硅壓力變送器常見的精度等級(jí)為滿量程輸出的±0.075%。如需更高的精度，還可提供±0.05%的型號(hào)。

 

影響壓力變送器選型的3大設(shè)計(jì)因素

1、結(jié)構(gòu)/機(jī)械設(shè)計(jì)堅(jiān)固性

在探討新壓力變送器安裝和壓力、介質(zhì)、溫度及環(huán)境的關(guān)系后，現(xiàn)在是看一下壓力變送器結(jié)構(gòu)的時(shí)候了。首先，應(yīng)首選具有整體焊接結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，這有助于實(shí)現(xiàn)堅(jiān)固設(shè)計(jì)。其次，還要注意連接器在傳感器外殼上的焊接牢固度。再者，確保廠家能提供種類齊全的壓力接頭，包括標(biāo)準(zhǔn)過程接頭和定制的過程接頭。

 

市面上銷售的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電氣連接器種類也很多。由于壓力變送器一般不帶與之配套的電氣連接器，務(wù)必確保另購的電氣連接器能夠與現(xiàn)場(chǎng)連接器相匹配。根據(jù)壓力變送器相鄰設(shè)備的噪聲等級(jí)，所選電氣連接器還要能夠保證壓力變送器信號(hào)完整性。

 

一些壓力變送器為避免連接器針腳生銹需要防潮處理，而一些更堅(jiān)固的壓力變送器設(shè)計(jì)則能適應(yīng)潮濕環(huán)境。要隔離表壓變送器(以大氣壓為基準(zhǔn)的傳感器)時(shí)，可以將產(chǎn)品從潮濕的環(huán)境中移走，放置到附近的密封接線盒中，再通過線管與大氣相連通。在接線盒中放置干燥劑可以進(jìn)一步防止壓力變送器受潮。

 

如果擔(dān)心在惡劣環(huán)境中壓力變送器保護(hù)不力，則所選產(chǎn)品的外殼防護(hù)等級(jí) (IP) 要能滿足安裝需求。傳感器防護(hù)等級(jí)類別很多。例如，IP65型完全防塵防噴水，IP67型防塵、防短時(shí)間浸水，而IP69K型號(hào)則適用于高壓、高溫場(chǎng)合。若存在液體滲入風(fēng)險(xiǎn)，則必須使用密封電纜。

 

對(duì)于工業(yè)制冷等戶外應(yīng)用，還必須滿足OEM提出的額外要求以提供連續(xù)、精確的測(cè)量結(jié)果。在一個(gè)冰凍/解凍循環(huán)后，壓力變送器必須能夠恢復(fù)正常工作狀態(tài)并提供精確的測(cè)量結(jié)果。

 

此外，產(chǎn)品還應(yīng)通過EMC認(rèn)證，能夠耐受諸如大型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電磁干擾，避免出現(xiàn)感應(yīng)電壓并產(chǎn)生錯(cuò)誤輸出。而且，壓力變送器結(jié)構(gòu)還應(yīng)具有較高的耐振動(dòng)沖擊性能。盡量避免使用環(huán)氧樹脂、內(nèi)部彈性體和O形圈來密封傳感器，否則它們會(huì)與某些過程介質(zhì)(如制冷劑)產(chǎn)生不良反應(yīng)。同樣還要避免使用壓接或螺紋密封外殼以避免出現(xiàn)滲水問題。最后，產(chǎn)品焊點(diǎn)要越少越好。在某些環(huán)境(例如極端的振動(dòng))中焊點(diǎn)可能會(huì)出現(xiàn)接觸不良的問題。由于很難保證焊接質(zhì)量一致性，并且在投入應(yīng)用前往往很難找到不良焊點(diǎn)，所以要避免手動(dòng)焊接。

 

型號(hào)配置越多越好，必要時(shí)可訂購除壓力外還有多種輸出選項(xiàng)的型號(hào)，例如溫度、psi或bar壓力范圍、復(fù)合壓、表壓或密封表壓類型。

 

壓力變送器規(guī)格參數(shù)表上還有一些信息可能對(duì)應(yīng)用很重要。例如是否符合CE和RoHS標(biāo)準(zhǔn)以及是否通過UL認(rèn)證。參數(shù)表還會(huì)列出疲勞壽命，一般約為108次循環(huán)。還要了解壓力變送器的長期穩(wěn)定性-在相對(duì)較長時(shí)間內(nèi)保持性能特性的能力，例如優(yōu)于±0.1%FS/年。

 

充油傳感器添加了具有不同熱力系數(shù)的材料，可能會(huì)降低穩(wěn)定性，宜盡量避免使用。隨著油溫的波動(dòng)，傳感特性會(huì)因膜片而發(fā)生變化。當(dāng)溫度升高時(shí)油液膨脹，向膜片施加壓力，導(dǎo)致不準(zhǔn)確的壓力讀數(shù)。更嚴(yán)重的是，一旦膜片破裂，介質(zhì)就會(huì)被油液污染。高壓傳感器不得使用陶瓷技術(shù)，盡管它們具有極好的線性度，但陶瓷易碎且其破裂壓力低于其他類型的傳感器。

 

壓力變送器電路設(shè)計(jì)堅(jiān)固性

當(dāng)前，濺射薄膜應(yīng)變計(jì)技術(shù)被視為是工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的最新科技。這類傳感器使用成熟的惠斯通電橋原理(見圖4)。這種設(shè)計(jì)的原理是將分子層濺射到17-4 PH不銹鋼膜片上，蝕刻出具有出色電阻特征和均勻性的電路。濺射薄膜技術(shù)將應(yīng)變計(jì)沉積在傳感膜片背面，直接接觸介質(zhì)，使之具有結(jié)構(gòu)簡單、高度精確、外形緊湊的特點(diǎn)。

惠斯通電橋原理圖

圖4 惠斯通電橋原理圖

該方法幾乎消除了漂移，同時(shí)提高了靈敏度。這種技術(shù)將緊湊的設(shè)計(jì)和良好的溫度穩(wěn)定性有機(jī)結(jié)合在一起。由于電路是蝕刻而成的，不含易分解易脫落的膠水或環(huán)氧樹脂，因此測(cè)量精度更好。

 

在運(yùn)行過程中，應(yīng)變計(jì)與彈性圓形膜片合二為一，接線至惠斯通電橋來測(cè)量壓力變化。膜片在受到系統(tǒng)壓力而發(fā)生位移時(shí)將與壓力成比例的表面應(yīng)力作用在應(yīng)變計(jì)上，由此產(chǎn)生一個(gè)線性比例模擬電氣輸出信號(hào)，一般是通過兩根導(dǎo)線輸出4-20mA。

 

這種電路設(shè)計(jì)還具有其他特性。例如線性溫度補(bǔ)償。因?yàn)闃O端溫度波動(dòng)會(huì)對(duì)傳感器輸出信號(hào)產(chǎn)生不利影響，所以溫度是個(gè)很重要的影響因素。為避免這類問題，帶溫度補(bǔ)償能力的傳感器通過對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行電子調(diào)節(jié)來抵消介質(zhì)中的已知溫度誤差。產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)表會(huì)詳細(xì)說明補(bǔ)償溫度范圍。

 

該設(shè)計(jì)還縮短了從膜片到中間電路板和從電路板到連接器的電路連接。連接更短意味著可能會(huì)引起故障的振動(dòng)更小。

 

模塊化傳感器設(shè)計(jì)的額外好處是縮短設(shè)計(jì)周期，滿足客戶的個(gè)性化要求。由于傳感器是模塊化的，其各種組件-外殼、電路板、膜片、端子、壓力端口、過程連接、接頭等-都能夠很快地從庫存中獲得，實(shí)現(xiàn)快速裝配和發(fā)貨。

 

最后，在確定壓力變送器之前，應(yīng)選擇一家會(huì)對(duì)每個(gè)壓力變送器進(jìn)行校準(zhǔn)并在整個(gè)工作范圍內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定性和線性度測(cè)試的供應(yīng)商，比如杭州米科制造有限公司、EJA和羅斯蒙特等廠家。

 

供應(yīng)商的供應(yīng)鏈和設(shè)計(jì)控制

市場(chǎng)上從事工業(yè)壓力變送器的設(shè)計(jì)與制造的供應(yīng)商參次不齊。最好是與以自主生產(chǎn)組件為主、對(duì)印刷電路板組件供貨有決定權(quán)、自身供應(yīng)鏈控制力強(qiáng)的供應(yīng)商合作。此外，還建議選擇一家擁有并掌握壓力傳感器核心設(shè)計(jì)組件知識(shí)產(chǎn)權(quán)的公司。擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的供應(yīng)商能夠更加靈活地定制產(chǎn)品，滿足個(gè)性化應(yīng)用的需求。