压力变送器，是工业自动化行业人士及工程师所非常熟悉的器件，今天我们就带大家来深入了解一下压力变送器。


一. 压力变送器是什么？


压力变送器做为一种以输出为标准信号的压力传感器，是一种接受压力变量按比例转换为标准输出信号的仪表。它能将测压元件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（如4~20mADC等），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。




二. 压力变送器的分类


压力变送器根据不同的标准有不同的分类。


按照原理可分为：


电容式压力变送器、电阻式压力变送器、电感式压力变送器、半导体式压力变送器、高频测量的压电式压力变送器等，其中电阻式压力变送器用的多。




按照压力敏感元件可分为：金属式、陶瓷、扩散硅、单晶硅、蓝宝石、溅射薄膜等。


其中：


金属压力变送器差，但温度影响小，适用于温度范围广，要求低的领域；


陶瓷压力传感器好一点，但受温度影响比较大，陶瓷还有个好处是耐冲击，耐腐蚀，可以用在响应的领域；


扩散硅压力变送很高，温漂也很大，所以一般都要进行温度补偿，才能用。而且即使温度补偿了过后，还是不能测量超过125℃以上的压力。不过在常温状况下，扩散硅的敏感系数是陶瓷的5倍，所以一般用在高测量领域；


单晶硅压力变送器是工业实践中的传感器，是扩散硅的升级版，当然价格也随之升级。目前，在单晶硅压力器领域以日本横河为代表。




蓝宝石压力变送器对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；无p-n 漂移；可在恶劣的工作条件下正常工作，并且可靠性高、好、温度误差极小、总体性价比高；


溅射薄膜压力变送器不存在任何胶粘剂，比粘贴式应变片传感器显示出高的长期稳定性与可靠性；受温度影响小：在温度变化100℃时，零点漂移仅为0.5%。其温度性能远远优于扩散硅式压力传感器；另外还可直接与一般的腐蚀性介质接触。


三. 压力变送器的原理


不同种类压力变送器在原理方面也有所不同。


电容式压力变送器


当压力直接作用在测量膜片的表面，使膜片产生微小的形变，测量膜片上的高电路将这个微小的形变变换成为与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，然后采用专用芯片将这个电压信号转换为工业标准的4-20mA电流信号或者1-5V电压信号。


扩散硅压力变送器


被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上(一般是316L材质膜片)，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用惠斯通电路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。




单晶硅压力变送器


压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构成。采用单晶硅片为弹性元件，当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。




陶瓷压力变送器


压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号。一般用于空压机压力测量，使用陶瓷较多。




应变片式压力变送器


应变片式压力变送器应用多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件，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特殊的粘和剂紧密的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。目前市面上应变片式压力变送器比较少见。


蓝宝石压力变送器


蓝宝石压力变送器利用应变电阻式工作原理，采用高硅-蓝宝石敏感组件,通过专用的放大电路,将压力信号转换成标准电信号。


溅射薄膜压力变送器


溅射式压力敏感元件是通过微电子工艺制造出来的，在弹性不锈钢膜片表面上形成牢固而稳定的惠斯通电桥。当被测介质压力作用于弹性不锈钢膜片时，位于另一面的惠斯顿电桥则产生正比于压力的电输出信号。溅射薄膜由于其良好的抗冲击性，往往被应用到压力频繁冲击的场合，如液压设备等场合。


四. 压力变送器的选型


压力变送器在选型时需要注意几点：


1. 变送器压力量程值选择


先确定系统中要确认测量压力的值，一般而言，需要选择一个具有比值还要大1.5倍左右的压力量程的变送器，或让正常的压力范围，落在压力变送器正常量程1/3~2/3处，也是常用的一个方法。


2. 什么样的压力介质


黏性液体、泥浆会堵上压力接口，溶剂或有腐蚀性的物质会不会破坏变送器中与这些介质直接接触的材料。


一般的压力变送器的接触介质部分的材质采用的是316不锈钢，如果介质对316不锈钢没有腐蚀性，那么基本上所有的压力变送器都适合对介质压力的测量；


如果介质对316不锈钢有腐蚀性，那么就要采用化学密封，采用间接测量的形式。如选用带填充硅油的毛细管导压，起到防止压力变送器腐蚀，延长了压力变送器的寿命的作用。


3. 变送器需要的


决定的有：非线性、迟滞性、非重复性、温度、零点偏置刻度、温度的影响，越高，价格也就越高。一般选择扩散硅压力变送器0.5级，0.25级，选择电容式或者单晶硅的压力变送器，在0.1级，甚至0.075级。


4. 变送器的过程连接


通常压力变送器，都是安装到管道或者罐体上，当然也有小部分与流量计配套安装使用的。压力变送器的安装形式通常有三种：螺纹、法兰、卡箍，所以在压力变送器选型前，也需将过程连接考虑进去，如果是螺纹的，更需要确定是螺纹规格，是法兰的就要考虑到是哪种公称通径的法兰规格等。


5. 压力变送器行业现状


全世界现在大概有40个国家从事传感器的研制生产工作，其中美国、日本、德国是传感器产量的地区，三国共占世界传感器市场的50%以上。


现如今我国压力变送器市场属成熟市场，市场集中度较高，但是占据主导地位的是以美国艾默生电气公司（Emerson）、日本横河电机株式会社（Yokogawa）、德国Siemens等为代表的国外品牌产品，约占70%市场份额，并在大中型工程项目中占有优势。