壓力變送器選型的5大影響因素

1、壓力

首個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：壓力測量范圍多大、最高壓力多少、系統過壓概率有多少。

 

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

 

2、介質

壓力變送器的任何接液表面都必須與介質兼容，如機油、制動液、制冷劑、液壓油、海水、廢水、自來水、氧氣、壓縮空氣和氮氣等。還要特別注意一些侵蝕性介質，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兼容。這些信息一般在產品參數表中都有說明，但知名壓力變送器廠家都會安排技術支持人員幫助您解答可能遇到的其他問題。

 

3、溫度

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

 

4、環境

壓力變送器的工作環境需要周密的調查，其中不僅包括溫度和濕度，而且包括侵入防護。有時設計規格書沒有說明應用所需的侵入防護，因此用戶就要對重要部件(比如工業壓力變送器)進行特殊的測試。用戶最好是聯系壓力變送器廠家來一起探討侵入防護要求。

 

其他因素包括傳感器可能會碰到的沖擊和振動，尤其是在機車或消防車這類更嚴酷的應用中。如果空間狹小，應選擇尺寸較小的產品。進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驗，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、遲滯以及重復性共同作用的結果。在每個型號的技術規格表中都能找到精度。杭州米科生產的單晶硅壓力變送器常見的精度等級為滿量程輸出的±0.075%。如需更高的精度，還可提供±0.05%的型號。

 

影響壓力變送器選型的3大設計因素

1、結構/機械設計堅固性

在探討新壓力變送器安裝和壓力、介質、溫度及環境的關系后，現在是看一下壓力變送器結構的時候了。首先，應首選具有整體焊接結構的產品，這有助于實現堅固設計。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，包括標準過程接頭和定制的過程接頭。

 

市面上銷售的工業標準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，務必確保另購的電氣連接器能夠與現場連接器相匹配。根據壓力變送器相鄰設備的噪聲等級，所選電氣連接器還要能夠保證壓力變送器信號完整性。

 

一些壓力變送器為避免連接器針腳生銹需要防潮處理，而一些更堅固的壓力變送器設計則能適應潮濕環境。要隔離表壓變送器(以大氣壓為基準的傳感器)時，可以將產品從潮濕的環境中移走，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一步防止壓力變送器受潮。

 

如果擔心在惡劣環境中壓力變送器保護不力，則所選產品的外殼防護等級 (IP) 要能滿足安裝需求。傳感器防護等級類別很多。例如，IP65型完全防塵防噴水，IP67型防塵、防短時間浸水，而IP69K型號則適用于高壓、高溫場合。若存在液體滲入風險，則必須使用密封電纜。

 

對于工業制冷等戶外應用，還必須滿足OEM提出的額外要求以提供連續、精確的測量結果。在一個冰凍/解凍循環后，壓力變送器必須能夠恢復正常工作狀態并提供精確的測量結果。

 

此外，產品還應通過EMC認證，能夠耐受諸如大型發電機產生的電磁干擾，避免出現感應電壓并產生錯誤輸出。而且，壓力變送器結構還應具有較高的耐振動沖擊性能。盡量避免使用環氧樹脂、內部彈性體和O形圈來密封傳感器，否則它們會與某些過程介質(如制冷劑)產生不良反應。同樣還要避免使用壓接或螺紋密封外殼以避免出現滲水問題。最后，產品焊點要越少越好。在某些環境(例如極端的振動)中焊點可能會出現接觸不良的問題。由于很難保證焊接質量一致性，并且在投入應用前往往很難找到不良焊點，所以要避免手動焊接。

 

型號配置越多越好，必要時可訂購除壓力外還有多種輸出選項的型號，例如溫度、psi或bar壓力范圍、復合壓、表壓或密封表壓類型。

 

壓力變送器規格參數表上還有一些信息可能對應用很重要。例如是否符合CE和RoHS標準以及是否通過UL認證。參數表還會列出疲勞壽命，一般約為108次循環。還要了解壓力變送器的長期穩定性-在相對較長時間內保持性能特性的能力，例如優于±0.1%FS/年。

 

充油傳感器添加了具有不同熱力系數的材料，可能會降低穩定性，宜盡量避免使用。隨著油溫的波動，傳感特性會因膜片而發生變化。當溫度升高時油液膨脹，向膜片施加壓力，導致不準確的壓力讀數。更嚴重的是，一旦膜片破裂，介質就會被油液污染。高壓傳感器不得使用陶瓷技術，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。

 

壓力變送器電路設計堅固性

當前，濺射薄膜應變計技術被視為是工業應用領域的最新科技。這類傳感器使用成熟的惠斯通電橋原理(見圖4)。這種設計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。濺射薄膜技術將應變計沉積在傳感膜片背面，直接接觸介質，使之具有結構簡單、高度精確、外形緊湊的特點。

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，同時提高了靈敏度。這種技術將緊湊的設計和良好的溫度穩定性有機結合在一起。由于電路是蝕刻而成的，不含易分解易脫落的膠水或環氧樹脂，因此測量精度更好。

 

在運行過程中，應變計與彈性圓形膜片合二為一，接線至惠斯通電橋來測量壓力變化。膜片在受到系統壓力而發生位移時將與壓力成比例的表面應力作用在應變計上，由此產生一個線性比例模擬電氣輸出信號，一般是通過兩根導線輸出4-20mA。

 

這種電路設計還具有其他特性。例如線性溫度補償。因為極端溫度波動會對傳感器輸出信號產生不利影響，所以溫度是個很重要的影響因素。為避免這類問題，帶溫度補償能力的傳感器通過對輸出信號進行電子調節來抵消介質中的已知溫度誤差。產品規格參數表會詳細說明補償溫度范圍。

 

該設計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引起故障的振動更小。

 

模塊化傳感器設計的額外好處是縮短設計周期，滿足客戶的個性化要求。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，實現快速裝配和發貨。

 

最后，在確定壓力變送器之前，應選擇一家會對每個壓力變送器進行校準并在整個工作范圍內進行穩定性和線性度測試的供應商，比如杭州米科制造有限公司、EJA和羅斯蒙特等廠家。

 

供應商的供應鏈和設計控制

市場上從事工業壓力變送器的設計與制造的供應商參次不齊。最好是與以自主生產組件為主、對印刷電路板組件供貨有決定權、自身供應鏈控制力強的供應商合作。此外，還建議選擇一家擁有并掌握壓力傳感器核心設計組件知識產權的公司。擁有自主知識產權的供應商能夠更加靈活地定制產品，滿足個性化應用的需求。