壓力變送傳感器

概述

       壓力傳感器(Pressure Transducer)是能感受壓力信号，并能按照一定的規律将壓力信号轉換成可用的輸出的電信号的器件或裝置。 壓力傳感器通常由壓力敏感元件和信号處理單元組成。按不同的測試壓力類型，壓力傳感器可分爲表壓傳感器、差壓傳感器和絕壓傳感器。
       壓力傳感器是工業實踐中很常用的一種傳感器，其廣應用于各種工業自控環境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建築、生産自控、航空航天、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等衆多行業，下面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其應用。另有醫用壓力傳感器。

類型

       多傳感器信息融合技術的基本原理就像人的大腦綜合處理信息的過程一樣，将各種傳感器進行多層次、多空間的信息互補和優化組合處理，終産生對觀測環境的一緻性解釋。在這個過程中要充分地利用多源數據進行合理支配與使用，而信息融合的終目标則是基于各傳感器獲得的分離觀測信息，通過對信息多級别、多方面組合導出更多有用信息。這不僅是利用了多個傳感器相互協同操作的優勢，而且也綜合處理了其它信息源的數據來提高整個傳感器系統的智能化。
       壓力傳感器是使用很廣的一種傳感器。傳統的壓力傳感器以機械結構型的器件爲主，以彈性元件的形變指示壓力，但這種結構尺寸大、質量重，不能提供電學輸出。随着半導體技術的發展，半導體壓力傳感器也應運而生。其特點是體積小、質量輕、準确度高、溫度特性好。特别是随着MEMS技術的發展，半導體傳感器向着微型化發展，而且其功耗小、可靠性高。市面尚有更多類型傳感器，但非空壓機産業鏈範疇，暫且不一一羅列；

擴散矽壓力變送器
       擴散矽壓力變送器是把帶隔離的矽壓阻式壓力敏感元件封裝于不鏽鋼殼體内制作而成。它能将感受到的液體或氣體壓力轉換成标準的電信号對外輸出，DATA-52系列擴散矽壓力變送器廣應用于供/排水、熱力、石油、化工、冶金等工業過程現場測量和控制。
       性能指标：
       測量介質：液體或氣體（對不鏽鋼殼體無腐蝕）
       量程：0-10MPa 精度等級：0.1%FS、0.5%FS（可選）
       穩定性能：±0.05%FS/年；±0.1%FS/年
       輸出信号：RS485、4~20mA（可選）
       過載能力：150%FS
       零點溫度系數：±0.01%FS/℃
       滿度溫度系數：±0.02%FS/℃
       防護等級：IP68
       環境溫度：-10℃～80℃
       存儲溫度：-40℃～85℃
       供電電源：9V～36V DC；
       結構材料：外殼：不鏽鋼1Cr18Ni9Ti
       密封圈：氟橡膠
       膜片：不鏽鋼316L
       電纜：φ7.2mm聚氨酯用電纜

半導體壓電阻型
       半導體壓電阻抗擴散壓力傳感器是在薄片表面形成半導體變形壓力，通過外力（壓力）使薄片變形而産生壓電阻抗效果，從而使阻抗的變化轉換成電信号。

靜電容量型
       靜電容量型壓力傳感器，是将玻璃的固定極和矽的可動極相對而形成電容，将通過外力（壓力）使可動極變形所産生的靜電容量的變化轉換成電氣信号。 (E8Y的動作原理便是靜電容量方式，其他機種采用半導體方式)。

接線

       傳感器的接線一向是客戶采購過程咨詢得多的問題之一，很多客戶都不知道傳感器如何連線，其實各種傳感器的接線方式基本都是一樣的，壓力傳感器一般有兩線制、三線制、四線制，有的還有五線制的。
       壓力傳感器兩線制比較簡單，一般客戶都知道怎麽接線，一根線連接電源正極，另一個線也就是信号線經過儀器連接到電源負極，這種是簡單的，壓力傳感器三線制是在兩線制基礎上加了一個線，這根線直接連接到電源的負極，較兩線制麻煩一點。四線制壓力傳感器肯定是兩個電源輸入端，另外兩個是信号輸出端。四線制的多半是電壓輸出而不是4~20mA輸出，4~20mA的叫壓力變送器，多數做成兩線制的。壓力傳感器的信号輸出有些是沒有經過放大的，滿量程輸出隻有幾十毫伏，而有些壓力傳感器在内部有放大電路，滿量程輸出爲0~2V。至于怎麽接到顯示儀表，要看儀表的量程是多大，如果有和輸出信号相适應的檔位，就可以直接測量，否則要加信号調整電路。五線制壓力傳感器與四線制相差不大，市面上五線制的傳感器也比較少。

       靜電容量型
       壓力傳感器的螺紋有很多種，常見的有NPT、PT、G、M，都是管螺紋。
       NPT 是 National (American) Pipe Thread 的縮寫，屬於美國壓力傳感器标準的 60 度錐管螺紋，用于北美地區.國家标準可查閱 GB/T12716-1991
       PT 是 Pipe Thread 的縮寫，是 55 度密封圓錐管螺紋，屬惠氏壓力傳感器螺紋家族，多用於歐洲及英聯邦國家.常用於水及煤氣管行業，錐度規定爲 1:16。國家标準可查閱 GB/T7306-2000
       G 是 55 度非螺紋密封管螺紋，屬惠氏壓力傳感器螺紋家族.标記爲 G 代指圓柱螺紋。國家标準可查閱 GB/T7307-2001
       M 是公制普通螺紋，如M20*1.5表示直徑爲20mm，螺距爲1.5，如客戶無特殊要求，壓力傳感器一般爲M20*1.5螺紋。
       另外螺紋中的1/4、1/2、1/8 标記是指螺紋尺寸的直徑，單位是英寸。行内人通常用分來稱呼螺紋尺寸，一寸等于8分，1/4 寸就是2分，如此類推。G 好像就是管螺紋的統稱(Guan)，55、60度的劃分屬于功能性的，俗稱管圓。螺紋由一圓柱面加工而成。
       ZG俗稱管錐，即螺紋由一圓錐面加工而成，一般的水管壓力接頭都是這樣的，老國标标注爲Rc
       公制螺紋用螺距來表示，美英制螺紋用每英寸内的螺紋牙數來表示，這是壓力傳感器螺紋很大的區别，公制螺紋是60度等邊牙型，英制螺紋是等腰55度牙型，美制螺紋60度。公制螺紋用公制單位，美英制螺紋用英制單位。
       管螺紋主要用來進行壓力管道的連接，其内外螺紋的配合緊密，壓力傳感器管螺紋有直管與錐管兩種。公稱直徑是指所連接的壓力管道直徑，顯然螺紋大徑比公稱直徑大。 1/4，1/2，1/8是英制螺紋的公稱直徑，單位是英寸。

原理

1、壓阻式壓力傳感器
       電阻應變片是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻随機械形變而産生阻值變化的現象，俗稱爲電阻應變效應。

2、陶瓷壓力傳感器
       陶瓷壓力傳感器基于壓阻效應，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片産生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋，由于壓敏電阻的壓阻效應，使電橋産生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信号，标準的信号根據壓力量程的不同标定爲2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和應變式傳感器相兼容。

3、擴散矽壓力傳感器
       擴散矽壓力傳感器工作原理也是基于壓阻效應，利用壓阻效應原理，被測介質的壓力直接作用于傳感器的膜片上(不鏽鋼或陶瓷)，使膜片産生與介質壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發生變化，利用電子線路檢測這一變化，并轉換輸出一個對應于這一壓力的标準測量信号。

4、藍寶石壓力傳感器
       利用應變電阻式工作原理，采用矽-藍寶石作爲半導體敏感元件，具有無與倫比的計量特性。因此，利用矽-藍寶石制造的半導體敏感元件，對溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有着很好的工作特性;藍寶石的抗輻射特性強;另外，矽-藍寶石半導體敏感元件，無p-n漂移。

5、壓電式壓力傳感器
       壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜态測量，因爲經過外力作用後的電荷，隻有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器隻能夠測量動态的應力。

公差

       在選擇壓力傳感器的時候我們要考慮他的綜合精度，而壓力傳感器的精度受哪些方面的影響呢?其實造成傳感器誤差的因素有很多，下面我們注意說四個無法避免的誤差，這是傳感器的初始誤差。
       首先的偏移量誤差：由于壓力傳感器在整個壓力範圍内垂直偏移保持恒定，因此變換器擴散和激光調節修正的變化将産生偏移量誤差。
       其次是靈敏度誤差：産生誤差大小與壓力成正比。如果設備的靈敏度高于典型值，靈敏度誤差将是壓力的遞增函數。如果靈敏度低于典型值，那麽靈敏度誤差将是壓力的遞減函數。該誤差的産生原因在于擴散過程的變化。
       第三是線性誤差：這是一個對壓力傳感器初始誤差影響較小的因素，該誤差的産生原因在于矽片的物理非線性，但對于帶放大器的傳感器，還應包括放大器的非線性。線性誤差曲線可以是凹形曲線，也可以是凸形曲線稱重傳感器。
       末了是滞後誤差：在大多數情形中，壓力傳感器的滞後誤差完全可以忽略不計，因爲矽片具有很高的機械剛度。一般隻需在壓力變化很大的情形中考慮滞後誤差。
       壓力傳感器的這個四個誤差是無法避免的，我們隻能選擇高精度的生産設備，利用新興技術來降低這些誤差，還可以在出廠的時候進行一定的誤差校準，盡可能來降低誤差以滿足客戶的需要。

裝載

      檢查
       如果安裝孔的尺寸不合适，高溫熔體壓力傳感器在安裝過程中，其螺紋部分就很容易受到磨損，這不僅會影響設備的密封性能，而且使傳感器不能充分發揮作用，甚至還可能産生安全問題。隻有合适的安裝孔才能夠避免螺紋的磨損(螺紋工業标準1/2-20UNF2B)，通常可以采用安裝孔測量儀對安裝孔進行檢測，以做出适當的調整。

      安裝
       通常高溫熔體壓力傳感器的損壞都是由于其安裝位置不恰當而引起的，如果将傳感器強行安裝在過小的孔或形狀不規則的孔中，就有可能造成傳感器的震動膜受到沖擊而損壞，選擇合适的工具加工安裝孔，有利于協調安裝孔的尺寸，另外，合适的安裝扭矩有利于形成良好的密封，但是如果安裝扭矩過高就容易引起高溫熔體壓力傳感器的滑脫，爲防止這種現象發生，通常在傳感器安裝之前在其螺紋部分上塗抹防脫化合物。

1. 壓力傳感器正确安裝方法：
(1) 通過适當的儀表， 在普通大氣壓和标準溫度條件下，核實壓力傳感器的頻率反應值。
(2) 核實壓力傳感器的編碼與相應的頻率反應信号的正确性。
2. 确定具體安裝位置 爲了确定壓力傳感器的編号和具體安裝位置， 需按充氣網的各個充氣段來考慮。
(1) 壓力傳感器必須沿着線纜進行安裝， 建議安裝在線纜接頭處。
(2) 每條線纜裝設壓力傳感器不少于4個， 靠近電話局的兩個壓力傳感器， 相距不應大幹200m。
(3) 每條線纜的始端和末端分别安裝1個。
(4) 每條線纜的分支點應裝1個， 如果兩個分支點相距較近(小于100 m)，可隻裝1個。
(5) 線纜敷設方式(架空、地下)改變處應裝1個
(6) 對無分支的線纜， 因壘線的線纜程式一緻， 壓力傳感器的安裝隔距不大幹500m， 并使其總數不少于4個。
(7) 爲了便于确定壓力傳感器故障點， 除在起點安裝壓力傳感器外，距起點150~200m處，還要另外安裝1個當然在設計中， 一定要考慮經濟與技術的因素， 在不需要安裝壓力傳感器的地方，則應不必安裝。

術語

       壓力是工業生産中的重要參數之一，爲了保證生産正常運行，必須對壓力進行監測和控制。下面是壓力傳感器選型時常用的用語：
上海冉聖機電設備有限公司創立于2010年，是國季氣體設備行業的合作夥伴。爲海外空壓機制造廠及近衆多渠道代理商提供潤滑油、過濾器、傳感器、閥件、主機和管路系統等。公司将年度銷售額6%左右投放到技術的改善中。其中，瑞森特潤滑油-聚醚酯合成系列，具有潤滑系統内部積碳清洗功能，獲得低碳降耗的一緻好評。
       标準壓
       以大氣壓爲标準表示的壓力大小，大于大氣壓的叫正壓；小于大氣壓的叫負壓。
       **壓
       以**真空爲标準表示的壓力大小。
       相對壓
       對比較對象（标準壓）而言的壓力大小。
       大氣壓
       指大氣壓力。标準大氣壓（1atm）相當于高度爲760mm水銀柱的壓力。
       真空
       指低于大氣壓的壓力狀态。1Torr=1/760氣壓（atm）。
       檢測壓力範圍
       指傳感器的适應壓力範圍。
       可承受壓力
       當恢複到檢測壓力時，其性能不下降的可承受壓力。
       往返精度
       當一定溫度（23°C）下，當增加、減少壓力時、用檢測壓力的全标度值去除輸出進行反轉的壓力值而得到的動作點的壓力變動值。
       精度
       在一定溫度（23°C）下，當加零壓力和額定壓力時，用全标度值去除偏離輸出電流規定值（4mA、20mA）的值而得到的值。單位用%FS表示。
       線性
       模拟輸出對檢測壓力呈線性變化，但與理想直線相比有偏差。用對全标度值來說百分數來表示這種偏差的值叫線性。
       遲滞（線性）
       用零電壓和額定電壓在輸出電流（或電壓）值間畫出理想直線，把電流（或電壓）值與理想電流（或電壓）值之差作爲誤差求出來，再求出壓力上升時和下降時的誤差值。用全标度的電流（或電壓）值去除上述差的**值的大值所得的值即爲遲滞。單位用%FS表示。
       遲滞
       用壓力的全标度值去除輸出ON點壓力與OFF點壓力之差所得的值既是遲滞。
       非腐蝕性氣體
       指空氣中含有的物質（氮、二氧化碳等）與惰性氣體（氩、氖等） 。

應用

       壓力傳感器主要應用于：增壓缸、增壓器、氣液增壓缸、氣液增壓器、壓力機，壓縮機，空調制冷設備等領域。
       1.應用于壓縮機，空調冷設備
       壓力傳感器常用于空氣壓力機，以及空調制冷設備，這類傳感器産品外形小巧、安裝方便、導壓口一般采用行業用閥針式設計。
       2.應用于液壓系統
       壓力傳感器在液壓系統中主要是來完成力的閉環控制。當控制閥芯突然移動時，在極短的時間内會形成幾倍于系統工作壓力的尖峰壓力。在典型的行走機械和工業液壓中，如果設計時沒有考慮到這樣的極端工況，任何壓力傳感器很快就會被破壞。需要使用抗沖擊的壓力傳感器，壓力傳感器實現抗沖擊主要有2種方法，一種是換應變式芯片，另一種方法是外接盤管，一般在液壓系統中采用第一種方法，主要是因爲安裝方便。此外還有一個原因是壓力傳感器還要承受來自液壓泵不間斷的壓力脈動。
       3.應用于安全控制系統
       壓力傳感器在安全控制系統中經常應用，主要針對的領域是空壓機自身的安全管理系統。在安全控制領域有很多傳感器應用，壓力傳感器作爲一種非常常見的傳感器，在安全控制系統中應用也不足爲奇。
       在安全控制領域應用一般從性能方面來考慮，從價格上的考慮，還有從實際操作的安全性方便性來考慮，實際證明選擇壓力傳感器的效果非常好。壓力傳感器利用機械設備的加工技術将一些元件以及信号調節器等裝置安裝在一塊很小的芯片上面。所以體積小也是它的優勢之一，除此之外，價格便宜也是它的另一大優勢。在一定程度上它能夠提高系統測試的準确度。在安全控制系統中，通過在出氣口的管道設備中安裝壓力傳感器來在一定程度上控制壓縮機帶來的壓力，這算是一定的保護措施，也是非常見效的控制系統。當壓縮機正常啓動後，如果壓力值未達到上限，那麽控制器就會打開進氣口通過調整來使得設備達到大功率。
       4.應用于注塑模具
       壓力傳感器在注塑模具中有着重要的作用。壓力傳感器可被安裝在注塑機的噴嘴、熱流道系統、冷流道系統和模具的模腔内，它能夠測量出塑料在注模、充模、保壓和冷卻過程中從注塑機的噴嘴到模腔之間某處的塑料壓力。
       5.應用于監測礦山壓力
       傳感器技術作爲礦山壓力監控的關鍵性技術之一。一方面，我們應該正确應用已有的各種傳感器來爲采礦行業服務；另一方面，作爲傳感器廠家還要研制和開發新型壓力傳感器來适應更多的采礦行業應用。壓力傳感器有多種，而基于礦山壓力監測的特殊環境，礦用壓力傳感器主要有：振弦式壓力傳感器、半導體壓阻式壓力傳感器、金屬應變片式壓力傳感器、差動變壓器式壓力傳感器等。這些傳感器在礦産行業都有很廣的應用，具體使用哪種傳感器還有根據具體的采礦環境進行選擇。

關于

       上海冉聖創立于2010年,專注生産銷售空壓機相關配套;爲海内外空壓機品牌開山、富達、壽力、複盛、紅五環、博萊特、英格索蘭、阿特拉斯等中外企業提供代工、近萬家渠道代理商供應潤滑油、過濾器、傳感器、閥件、主機和管路系統等零配代件，質量不輸品牌方。公司将年度銷售額6%左右投放到技術的改善中。其中，瑞森特潤滑油-聚醚酯合成系列，具有潤滑系統内部積碳清洗功能，獲得低碳降耗的一緻好評。
       冉聖始終堅持“保護環境、服務社會、創新科技、回報客戶”爲己任。認真貫徹并努力緊抓行業資源整合能力，以備工業采購平台的線上運營。