压力变送器工作原理分析.doc

1、压力变送器工作原理分析摘要：压力变送器已经被广泛应用于地质勘探、石材、机械、汽车及国防工业等行业，相继出现过电阻式、扩散硅式、陶磁式压力变送器，并逐步占据了大量的市场位置。本文对压力变送器的工作原理进行分析。关键词：压力变送器;压阻式;压电效应;电容式 中图分类号： TB935 文献标识码：A 文章编号： 引言 近年来，越来越多的仪器、仪表和工业自动化领域需要进行自动控制和集中检测，所以对压力变送器的需要量增多，同时对产品的精度、稳定性和价格的要求也趋于严格。 1、压力变送器的基本介绍 （1）基本概念 压力变送器用于检测流体的压力（实际上是压强） ，并进行远程信号传送，信号传送到二次仪表或者计

2、算机进行压力控制或监测的一种自动化控制前端元件，主要由压力传感器、测量电路和过程连接件三部分组成。它能将压力传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。在国内，目前在小型自动化控制方面运用的压力变送器一般基于压阻式原理，也就是压敏电阻受压后产生电阻变化，通过放大器放大并采用标准压力标定，即可进行压力检测。 （2）基本优点 第一，设置方便，可实现多点控制。如果检测出的压力信号是连续信号，就可任意设置压力，只需对电控部分进行设定。第二，可以实现压缩机运行高级控制，延长压缩机寿命。通过运用变频技术，能让压缩机运行更平稳

3、，大量减少启动次数，延长使用周期，而且更加环保节能。第三，提供控制精度，元件可靠性更好。压力变送器的检测精度相对于压力开关高出数倍，控制精度自然就相应地得到提高，因为采用的敏感元件为非机械结构，基本上不再需要维护，能够降低损坏率。 2、压力变送器的工作原理 2.1 电阻应变片式压力变送器 （1）基本概述。电阻应变式压力变送器大信号输出，不锈钢结构，具有线性度高、迟滞误差小、温度性能好、工作稳定、量程广、耐腐蚀等特点，主要在国防和工业自动化等领域被广泛使用。它的重要组成部分是一种电阻应变片，这种敏感器件可以将被测件上的应变变化转换成为一种电信号。 （2）工作原理。吸附在基体材料上，金属电阻应变片

4、的应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。通常情况下，是将应变片采用特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，随着基体受力发生应力变化后，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。这种应变片在受力时产生的阻值变化较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是 A/D 转换和 CPU）显示或执行机构。在运用时，电阻的取值范围要格外注意，阻值太小，所需的驱动电流太大，同时不断发热会致使应变片的温度过高，导致应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界

5、的电磁干扰能力就会降低。 （见下图） 变送器结构图 2.2 扩散硅压力变送器 （1）基本概述。扩散硅压力变送器的压力检测元件采用进口扩散硅或者陶瓷芯体，传感器信号经高性能电子放大器转换成 0-10mA 或 4-20mA统一输出信号。这种压力变送器可替代传统的远传压力表、霍尔元件、差动变送器，并具有 DDZ-及 DDZ-型变送器性能。扩散硅压力变送器具有强大的使用性能，不但能与各种型号的动圈式指示仪、数字压力表、电子电位差计配套使用，也能与各种自动调节系统或计算机系统配套使用。 （2）工作原理。当介质的压力信号作用于传感器时，压力传感器就将压力信号转换成电信号，经差分放大和输出放大器放大，最后经

6、 V/A电压电流转换成与被测介质的液位压力成线性对应关系的 4-20mA 标准电流输出信号。 2.3 陶瓷压力变送器 （1）基本概述。陶瓷材料的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动是被大家公认的。陶瓷的工作温度范围位于-40135之间，具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度2kV，不仅输出信号强，而且能够保持长期的稳定性能。这样的高特性、低价格优势，将促使陶瓷传感器将成为以后的发展方向。 （2）工作原理。抗腐蚀的陶瓷压力变送器的压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使陶瓷膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在其背面连接成一个惠斯通电桥。压敏电阻的压阻效应能够使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励

7、电压也成正比的电压信号，2.0/3.0/3.3mV/V 的标准信号是根据压力量程的不同来标定的，可以和应变式传感器相兼容。传感器通过激光标定，具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿 070，并可以和绝大多数介质直接接触。 3、压力变送器工作时的注意事项 （1）变送器上切勿使用高于 36V 的电压，容易导致损坏。 （2）变送器切勿用硬物碰触膜片，会损坏隔膜片。 （3）被测介质不能结冰，否则传感器元件隔离膜片容易损伤，导致变送器破坏。 （4）在测量蒸汽或其他高温介质时，其温度不应超过变送器使用时的极限温度，否则必须使用散热装置。 （5）在测量蒸汽或其他高温介质时，为使变送器和管道连在

8、一起，应使用散热管，并使用管道上的压力传至变压器。当被测介质为水蒸气时，散热管中要注入适量的水，以防过热蒸汽直接与变送器接触，致使损坏传感器。 （6）在压力传输过程中，应注意几点：变送器与散热管连接处不可漏气；在打开阀门时要小心，以免被测介质直接冲击、损坏传感器膜片；必须保持管路畅通，避免管道中的沉积物弹出并损坏传感器膜片。 4、常见故障诊断分析 4.1 信号输出过大 （1）故障现象 在没有压力(差压)的情况下，变送器输出电流(mA)数过大，有时超量程，调整零点及量程电位器不起作用。 （2）故障分析 出现此故障的电路部分较多，目经常损坏的是电路的后极，即电流控制放大器到电流控制输出部分。其结构

9、如图 2 所示。 图 2 IC3 为电压放大器经 V 转换为 mA 输出。用万用表直流电压挡测 IC3的 3 脚电位值，调节量程或零点，3 脚电压有变化，说明前极回路正常。同时测量 6 脚输出应有放大的电压信号输出。从而判断 IC3 及外围偏置回路是否正常。若 6 脚电压始终很高(接近电源电压)，则可判断为 IC3损坏，更换同型号 LM308 即可。若 IC3 正常，则用万用表测量 V17、V18是否击穿。在实际检测中，经常遇到 V17、V18 击穿致使输出过大。 4.2 信号输出过小或无输出 （1）故障现象 增加压力，变送器信号输出值不增大; 有压力，但变送器无信号输出。 （2）故障分析 先

10、应检查引压管是否漏气或者被堵住以及对节点是否存在跑冒滴漏现象，如果确认不是，检查接线方式，如接线无误再检查电源，如电源正常再察看传感器零位是否有输出，或者进行简单加压看输出是否变化，有变化证明传感器没有损坏;最后检查加到变压器两端的电压是否正常;集成运算放大器两端电压是否正常;判断振荡电路是否起振;量程、零点、电位器调节电压是否变化及 15 量程负载电阻是否损坏。用检测输出过大的方法检测后极电路，判断后极电路是否正常。 4.3 信号输出不稳定 （1）故障现象 压力一定的情况下，变送器输出信号值出现不规则的跳动。 （2）故障分析 在排除压力源本身是一个不稳定的压力、仪表或压力传感器抗干扰能力不强

11、、传感器接线不牢、传感器本身振动很厉害、传感器故障等因素后，应检查变压器是否有间歇性的短路、开路和多点接地的现象;检查加到变压器的电压是否稳定正常；稳压电路是否正常；检测各个稳压二极管、测试振荡频率是否稳定;电路板有无虚焊。 结束语 随着对压力变送器的工作原理和注意事项的进一步深入研究，它在工业生产的运用势必越来越广泛。虽然他在在各行业中得到广泛应用，并获得必定的经济效益，但其技能水平与国外同类产物比较还有必定的距离，我国压力变送器职业仍存在一些缺点，阻止了压力变送器职业的展开，加大压力变送器的工作原理和存在问题的分析，自然就可以解决这种不良状况的存在。 参考文献 1陈广庆等；一种新型的智能压力变送器；工矿自动化；2009 2刘洋；邹同华；刘峻；压力变送器的研究与发展现状；通用机械；2005