压力变送器是一种将压力变量转换为标准电信号的仪器,**应用于工业过程控制、航空航天、汽车电子等领域。其测量原理基于物理传感技术和电子信号处理技术,通过感知压力变化引起敏感元件的物理形变,并将形变转换为电信号输出,**终实现对压力的精确测量。
压力变送器通常由压力敏感元件、信号调理电路和外壳三部分组成:
1. 压力敏感元件:作为压力变送器的核心部件,负责将压力信号转换为可测量的物理量变化,例如机械位移、电阻变化、电容变化等。常见的压力敏感元件包括膜片、膜盒、波登管、压力芯片等。
2. 信号调理电路:对敏感元件产生的微弱信号进行放大、滤波、温度补偿等处理,将其转换为标准的电流或电压信号输出。常见的信号调理电路包括电桥电路、振荡电路、A/D转换电路等。
3. 外壳:为压力变送器提供机械保护和电气隔离,并提供与被测介质的连接接口。外壳材料通常选择耐腐蚀、耐高压的金属或工程塑料。
压力变送器的测量原理根据敏感元件类型的不同而有所区别,主要可以分为以下几种:
电阻应变式压力变送器利用了电阻应变效应,即导体或半导体材料在受到机械应力作用时,其电阻值会发生相应的变化。通常将电阻应变片粘贴在弹性元件(如膜片、梁)上,当压力变化引起弹性元件发生形变时,应变片也随之变形,其电阻值发生改变。通过测量电阻变化量,就可以推算出所施加的压力值。
电阻应变式压力变送器具有灵敏度高、线性度好、稳定性好等优点,被**应用于各种压力测量场合。其测量精度一般可以达到0.1%~0.5%FS。
压阻式压力变送器采用半导体材料作为敏感元件。与金属材料相比,半导体材料的压阻效应更加显著。当压力作用于半导体材料时,其电阻率会发生明显变化。通过测量电阻率的改变量,就可以计算出所施加的压力。
压阻式压力变送器具有体积小、重量轻、抗冲击能力强等优点,适用于动态压力测量和恶劣环境下的压力测量。其测量精度可达0.05%~0.2%FS。
电容式压力变送器利用了电容的原理,即两个导体之间以绝缘介质隔离形成的结构。当压力变化导致电容器两极板之间的距离或面积发生变化时,其电容量也会随之改变。通过测量电容变化量,就可以推算出所施加的压力。
电容式压力变送器具有灵敏度高、动态响应快、温度稳定性好等优点,适用于微压测量和**压力测量。其测量精度可达0.01%FS甚至更高。
共振式压力变送器利用了机械振动的原理。当压力变化导致谐振腔的体积或形状发生改变时,其谐振频率也会随之改变。通过测量谐振频率的偏移量,就可以推算出所施加的压力。
共振式压力变送器具有精度高、长期稳定性好、抗干扰能力强等优点,适用于**压力测量和恶劣环境下的压力测量。其测量精度可达0.01%FS甚至更高。
选择合适的压力变送器需要考虑以下因素:
1. 测量范围:根据实际应用需求选择合适的测量范围,避免测量范围过小导致传感器损坏,或者测量范围过大导致精度下降。
2. 测量精度:根据实际应用对精度要求选择合适的传感器,精度越高,价格越高。
3. 介质特性:根据被测介质的温度、腐蚀性、粘度等特性选择合适的传感器材料和结构,避免传感器被腐蚀或堵塞。
4. 输出信号:根据控制系统的要求选择合适的输出信号类型,例如4-20mA、0-5V、0-10V等。
5. 工作环境:根据实际工作环境的温度、湿度、振动等因素选择合适的传感器,确保传感器能够在恶劣环境下稳定工作。
压力变送器作为一种重要的压力测量仪器,其测量原理基于不同的物理传感技术,并结合电子信号处理技术实现对压力的精确测量。在选择和使用压力变送器时,需要根据实际应用需求选择合适的传感器类型和规格,并注意传感器的安装、使用和维护,才能保证其测量精度和可靠性。