壓力測量與壓力傳感器的選擇
一、概述
壓力是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，為了保證生產(chǎn)正常運(yùn)行，必須對壓力進(jìn)行監(jiān)測和控制，但需說明的是，這里所說的壓力，實(shí)際上是物理概念中的壓強(qiáng)，即垂直作用在單位面積上的力。
在壓力測量中，常用絕對壓力、表壓力、負(fù)壓力或真空度之分。所謂絕對壓力是指被測介質(zhì)作用在容器單位面積上的全部壓力，用符號pj表示。用來測量絕對壓力的儀表稱為絕對壓力表。地面上的空氣柱所產(chǎn)生的平均壓力稱為大氣壓力，用符號pq表示。用來測量大氣氣壓力的儀表叫氣壓表。絕對壓力與大氣壓力之差。稱為表壓力，用符號pb表示。即pb=pj-pq。當(dāng)絕對壓力值小于大氣壓力值時，表壓力為負(fù)值(即負(fù)壓力)，此負(fù)壓力值的絕對值，稱為真空度，用符號pz表示。用來測量真空度的儀表稱為真空表。既能測量壓力值又能測量真空度的儀表叫壓力真空表。
二、壓力的測量與壓力計(jì)的選擇
壓力測量原理可分為液柱式、彈性式、電阻式、電容式、電感式和振頻式等等。壓力計(jì)測量壓力范圍寬廣可以從超真空如133×10-13Pa直到超高壓280MPa。壓力計(jì)從結(jié)構(gòu)上可分為實(shí)驗(yàn)室型和工業(yè)應(yīng)用型。壓力計(jì)的品種繁多。因此根據(jù)被測壓力對象很好地選用壓力計(jì)就顯得十分重要。
1．就地壓力指示
當(dāng)壓力在2.6Kpa時,可采用膜片式壓力表、波紋管壓力表和波登管壓力表。如接近大氣壓的低壓檢測時，可用膜片式壓力表或波紋管式壓力表。
2．遠(yuǎn)距離壓力顯示
若需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離壓力顯示時，一般用氣動或電動壓力變壓器，也可用電氣壓力傳感器。當(dāng)壓力范圍為140~280MPa時，則應(yīng)采用高壓壓力傳感受器。當(dāng)高真空測量時可采用熱電真空計(jì)。
3．多點(diǎn)壓力測量
進(jìn)行多點(diǎn)壓力測量時，可采用巡回壓力檢測儀。
若被測壓力達(dá)到極限值需報(bào)警的，則應(yīng)選用附帶報(bào)警裝置的各類壓力計(jì)。
正確選擇壓力計(jì)除上述幾點(diǎn)考慮外，還需考慮以下幾點(diǎn)。
(1)量程的選擇 根據(jù)被測壓力的大小確定儀表量程。對于彈性式壓力表，在測穩(wěn)定壓力時，最大壓力值應(yīng)不超過滿量程的3/4；測波動壓力時，最大壓力值應(yīng)不超過滿量程的2/3。最低測量壓力值應(yīng)不低于全量程的1/3。
(2)精度選擇 根據(jù)生產(chǎn)允許的最大測量誤差，以經(jīng)濟(jì)、實(shí)惠的原則確定儀表的精度級。一般工業(yè)用壓力表1.5級或2.5級已足夠,科研或精密測量用0.5級或0.35級的精密壓力計(jì)或標(biāo)準(zhǔn)壓力表。
(3)使用環(huán)境及介質(zhì)性能的考慮 環(huán)境條件惡劣，，如高溫、腐蝕、潮濕、振動等，被測介質(zhì)的性能，如溫度的高低、腐蝕性、易結(jié)晶、易燃、易爆等等，以此來確定壓力表的種類和型號。
(4)壓力表外形尺寸的選擇 現(xiàn)場就地指示的壓力表一般表面直徑為φ100mm，在標(biāo)準(zhǔn)較高或照明條件關(guān)差的場合用表面直徑為φ200~φ250mm的，盤裝壓力表直徑為φ150mm，或用矩形壓力表。常用彈性式壓力表規(guī)格見表2-1-13。
三、壓力傳感器
壓力傳感器是壓力檢測系統(tǒng)中的重要組成部分,由各種壓力敏感元件將被測壓力信號轉(zhuǎn)換成容易測量的電信號作輸出,給顯示儀表顯示壓力值,或供控制和報(bào)警使用。
1．應(yīng)變式壓力傳感器
應(yīng)變式壓力傳感器是把壓力的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化來進(jìn)行測量的，應(yīng)變片是由金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成的電阻體，其阻值隨壓力所產(chǎn)生的應(yīng)變而變化。
2．壓電式壓力傳感器
壓電式傳感器的原理是基于某些晶體材料的壓電效應(yīng)，目前廣泛使用的壓電材料有石英和鈦酸鋇等，當(dāng)這些晶體受壓力作用發(fā)生機(jī)械變形時，在其相對的兩個側(cè)面上產(chǎn)生異性電荷，這種現(xiàn)象稱為“壓電效應(yīng)"。
3.光導(dǎo)纖維壓力傳感器
光導(dǎo)纖維壓力傳感器與傳統(tǒng)壓力傳感器相比,有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):利用光波傳導(dǎo)壓力信息,不受電磁干擾,電氣絕緣好,耐腐蝕,無電火花,可以在高壓、易燃易爆的環(huán)境中測量壓力、流量、液位等。它靈敏高度，體積小，可撓性好，可插入狹窄的空間是進(jìn)行測量，因此而得到重視，并且得到迅速發(fā)展。
四、壓力變送器
需要在控制室內(nèi)顯示壓力的儀表，一般選用壓力變送器或壓力傳感器，對于爆炸危險(xiǎn)場所，常選用氣動壓力變送器、防爆型電動Ⅱ型或Ⅲ型壓力變送器；對于微壓力的測量，可采用微差壓變送器；對粘稠、易堵、易結(jié)晶和腐蝕強(qiáng)的介質(zhì)，宜選用帶法蘭的膜片式壓力變送器；在大氣腐蝕場所及強(qiáng)腐蝕性等介質(zhì)測量中，還可選用1151系列或820系列壓力變送器。
壓力變送器測量部分的測壓敏感元件所產(chǎn)生的測量力的大小范圍約為50~100，最高不超過150N。根據(jù)這一要求，敏感元件的選擇依據(jù)由制成的波紋管，其結(jié)構(gòu)原理如圖2-1-12所示。當(dāng)被測壓力p進(jìn)入測量室后，經(jīng)測量波紋管轉(zhuǎn)換成測量力，通過推桿用在主杠桿上，傳遞到氣動轉(zhuǎn)換部分。測量中、高壓2.5~10MPa,10~60 MPa)的敏感元件一般采用鉻釩鋼制成的包端管,它的測量原理是利用包端管末端產(chǎn)生的徑向分力,通過推桿2作用在主杠桿3的下端,帶動變送器的氣動轉(zhuǎn)換部分動作。 |
