壓力/差壓變送器的應(yīng)用及選型

1 概述

在諸類儀表中，變送器的應(yīng)用最廣泛、最普遍，變送器大體分為壓力變送器和差壓變送器。變送器常用來測量壓力、差壓、真空、液位、流量和密度等。變送器有兩線制和四線制之分，兩線制變送器尤多；有智能和非智能之分，智能變送器漸多；有氣動(dòng)和電動(dòng)之分，電動(dòng)變送器居多；另外，按應(yīng)用場合有本安型和隔爆型之分；按應(yīng)用工況變送器的主要種類如下：

低（微）壓/低差壓變送器；
中壓/中差壓變送器；
高壓/高差壓變送器；
絕壓/真空/負(fù)壓差壓變送器；
高溫/壓力、差壓變送器；
耐腐蝕/壓力、差壓變送器；
易結(jié)晶/壓力、差壓變送器。

變送器的選型通常根據(jù)安裝條件、環(huán)境條件、儀表性能、經(jīng)濟(jì)性和應(yīng)用介質(zhì)等方面考慮。實(shí)際運(yùn)用中分為直接測量和間接測量；其用途有過程測量、過程控制和裝置聯(lián)鎖。常見的變送器有普通壓力變送器、差壓變送器、單法蘭變送器、雙法蘭變送器、插入式法蘭變送器等。

壓力變送器和差壓變送器單從名詞上講測量的是壓力和兩個(gè)壓力的差，但它們間接測量的參數(shù)是有很多的。如壓力變送器，除測量壓力外，它還可以測量設(shè)備內(nèi)的液位。在常壓容器測量液位時(shí)，需用一臺壓變即可。當(dāng)測量受壓容器液位時(shí)，可用兩臺壓變，即測量下限一臺，測量上限一臺，它們的輸出信號可進(jìn)行減法運(yùn)算，即可測出液位，一般選用差壓變送器。在容器內(nèi)液位與壓力值不變的情況下它還可以用來測量介質(zhì)的密度。壓力變送器的測量范圍可以做的很寬，從絕壓0開始可以到100MPa（一般情況）。

2 壓力/差壓變送器介紹

差壓變送器除了測量兩個(gè)被測量壓力的差壓值外，它還可以配合各種節(jié)流元件來測量流量，可以直接測量受壓容器的液位和常壓容器的液位以及壓力和負(fù)壓。

2.1 制作

從壓力和差壓變送器制作的結(jié)構(gòu)上來分有普通型和隔離型。普通型的測量膜盒為一個(gè)，它直接感受被測介質(zhì)的壓力和差壓；隔離型的測量膜盒接受到的是一種穩(wěn)定液（一般為硅油）的壓力，而這種穩(wěn)定液是被密封在兩個(gè)膜片中間，接受被測壓力的膜片為外膜片。原普通型膜盒的膜片為內(nèi)膜片，當(dāng)外膜片上接受壓力信號時(shí)通過硅油的傳遞原封不動(dòng)的將外膜片的壓力傳遞到了普通膜盒上，測出了外膜片所感受的壓力。

隔離型變送器主要是針對特殊的被測量介質(zhì)使用的，如被測介質(zhì)離開設(shè)備后會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶，而使用普通型變送器需要取出介質(zhì)，會(huì)將導(dǎo)壓管和膜盒室堵塞使其不能正常工作，所以必須選用隔離型。隔離型通常作成法蘭式安裝，即在被測設(shè)備上開口加法蘭使變送器安裝后它的感應(yīng)膜片是設(shè)備壁的一部分，這樣它不會(huì)取出被測介質(zhì)，一般不會(huì)造成結(jié)晶堵塞。

當(dāng)被測介質(zhì)需求結(jié)晶溫度較高時(shí)，可選用將膜片凸出的結(jié)構(gòu)，這樣可將傳感膜片插入到設(shè)備內(nèi)部，從而感應(yīng)到的介質(zhì)溫度不會(huì)降低，這樣測量是有保障的，即選用插入式法蘭變送器。

隔離型變送器有遠(yuǎn)傳型和一體型。遠(yuǎn)傳型即外膜盒與測量膜盒之間用加強(qiáng)毛細(xì)管連接，一般毛細(xì)管為 3~5米，這樣外膜盒裝在設(shè)備上，內(nèi)膜盒及變送器可以安裝在便于維護(hù)的支架上；另一種形式是外膜盒與變送器作成一體直接由法蘭安裝在設(shè)備上。對于隔離型壓力變送器它還可以作成螺紋連接型，即外膜盒或外彈性元件可在安裝螺紋的前面，只要在被測設(shè)備上焊接上內(nèi)螺紋凸臺，便可將變送器直接擰到設(shè)備上，安裝非常方便。

隔離型壓力/差壓變送器的制作復(fù)雜，材質(zhì)要求高，所以它的價(jià)格通常是普通型的3倍。

2.2 選型原則

在壓力/差壓變送器的選用上主要依據(jù)：以被測介質(zhì)的性質(zhì)指標(biāo)為準(zhǔn)，以節(jié)約資金、便于安裝和維護(hù)為參考。如被測介質(zhì)為高黏度易結(jié)晶強(qiáng)腐蝕的場合，必須選用隔離型變送器。

在選型時(shí)要考慮它的介質(zhì)對膜盒金屬的腐蝕，一定要選好膜盒材質(zhì)，否則使用后很短時(shí)間就會(huì)將外膜片腐蝕壞，法蘭也會(huì)被腐蝕壞造成設(shè)備和人身事故，所以材質(zhì)選擇非常重要。變送器的膜盒材質(zhì)有普通不銹鋼、304不銹鋼、316L不銹鋼、鉭膜盒材質(zhì)等。

在選型時(shí)要考慮被測介質(zhì)的溫度，如果溫度高一般為200℃~400℃，要選用高溫型，否則硅油會(huì)產(chǎn)生汽化膨脹，使測量不準(zhǔn)。

在選型時(shí)要考慮設(shè)備工作壓力等級，變送器的壓力等級必須與應(yīng)用場合相符合。從經(jīng)濟(jì)角度上講，外膜盒及插入部分材質(zhì)比較合適，但連接法蘭可以選用碳鋼、鍍鉻，這樣會(huì)節(jié)約很多資金。

隔離型壓力變送器選用最好是選用螺紋連接形式的，這樣既節(jié)約資金安裝又方便。

對于普通壓力和差壓變送器選型，也要考慮被測介質(zhì)的腐蝕性問題，但使用的介質(zhì)溫度可以不考慮，因?yàn)槠胀ㄐ蛪鹤兪且龎旱奖韮?nèi)，長期工作溫度為常溫，但普通型使用的維護(hù)量要比隔離型大。首先是保溫問題，在北方冬季零下，導(dǎo)壓管會(huì)結(jié)冰，變送器無法工作甚至損壞，這就需要增加伴熱和保溫箱等。

從經(jīng)濟(jì)角度上來講，選用變送器時(shí)，只要不是易結(jié)晶介質(zhì)都可以采用普通型變送器，而且對于低壓易結(jié)晶介質(zhì)也可以加吹掃介質(zhì)來間接測量（只要工藝允許用吹掃液或氣），應(yīng)用普通型變送器就是要求維護(hù)人員多進(jìn)行定時(shí)檢查，包括各種導(dǎo)壓管是否泄漏、吹掃介質(zhì)是否正常、保溫是否良好等，只要維護(hù)好，大量使用普通型變送器一次性投資會(huì)節(jié)約很多。

從選用變送器測量范圍上來說，一般變送器都具有一定的量程可調(diào)范圍，最好將使用的量程范圍設(shè)在它量程的1/4~3/4段，這樣精度會(huì)有保證，對于微差壓變送器來說更是重要。實(shí)踐中有些應(yīng)用場合（液位測量）需要對變送器的測量范圍遷移，根據(jù)現(xiàn)場安裝位置計(jì)算出測量范圍和遷移量，遷移有正遷移和負(fù)遷移之分。

目前，智能變送器已相當(dāng)普及，它的特點(diǎn)是精度高、可調(diào)范圍大，而且調(diào)整非常方便、穩(wěn)定性好，選型時(shí)應(yīng)多考慮。川儀橫河EJA、北京遠(yuǎn)東1751、霍尼韋爾ST3000、ARK800系列等，使用都非?？煽?。

按照設(shè)計(jì)規(guī)范，在工程設(shè)計(jì)選型中，究竟采用氣動(dòng)變送器還是電動(dòng)變送器，因其各有特長，應(yīng)該根據(jù)裝置的具體條件進(jìn)行綜合考慮和分析。以下幾點(diǎn)可供選用時(shí)參考：

集中操作程度；
是否與DCS計(jì)算機(jī)相操作配合；
響應(yīng)速度；
經(jīng)濟(jì)性；
可靠性及使用維護(hù)方面；
安全性（防爆、停電、氣源故障等）；
環(huán)境條件及傳輸距離。

一般來說，下列條件以選用氣動(dòng)儀表為宜：

自變送器至顯示調(diào)節(jié)儀表間的距離較短，通常以不超過150m較為合適；
工藝物料是易燃易爆介質(zhì)及相對濕度很大的場合；
要求儀表投資少；
一般中小型企業(yè)要求易維修，經(jīng)濟(jì)可靠；
在以電動(dòng)儀表為主的大型裝置里，有些現(xiàn)場就地調(diào)節(jié)回路不要求引入中央控制室集中操作。

下列條件以選擇電動(dòng)儀表為宜：

變送器至顯示調(diào)節(jié)單元間的距離超過150m以上；
大型企業(yè)要求高度集中管理的中央控制；
設(shè)置有DCS計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制及管理的對象；
要求響應(yīng)速度快，信息處理及運(yùn)算復(fù)雜的場合。
實(shí)際中，在現(xiàn)代化生產(chǎn)裝置中都是發(fā)揮它們各自的特點(diǎn)進(jìn)行混合選用的。

3 差壓變送器的選型

差壓變送器根據(jù)以下幾點(diǎn)選型：

(1) 測量范圍、需要的精度及測量功能；
(2) 測量儀表面對的環(huán)境，如石油化工的工業(yè)環(huán)境，有可燃（有毒）和爆炸危險(xiǎn)氣氛的存在，有較高的環(huán)境溫度等；
(3) 被測介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)和狀態(tài)，如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、粘稠、易凝固結(jié)晶和氣化等工況；
(4) 操作條件的變化，如介質(zhì)溫度、壓力、濃度的變化。有時(shí)還要考慮到從開車到參數(shù)達(dá)到正常生產(chǎn)時(shí)，氣相和液相濃度和密度的變化；
(5) 被測對象容器的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、容器內(nèi)的設(shè)備附件及各種進(jìn)出口料管口都要考慮，如塔、溶液槽、反應(yīng)器、鍋爐汽包、立罐、球罐等；
(6) 其他要求，如環(huán)保及衛(wèi)生等要求；
(7) 工程儀表選型要有統(tǒng)一的考慮，要求盡可能地減少品種規(guī)格，減少備品備件，以利管理；
(8) 工藝專利商的具體要求。
(9) 實(shí)際的工藝情況：

① 考慮被測對象是屬于哪一類設(shè)備。如槽、罐類，槽的容積較小，測量范圍不會(huì)太大，罐的容積較大，測量范圍可能較大；
② 要看介質(zhì)的物化性質(zhì)及潔凈程度，首選常規(guī)的差壓式變送器及浮筒式液位變送器，還要對接觸介質(zhì)部分的材質(zhì)進(jìn)行選擇；
③ 對有些懸浮物、泡沫等介質(zhì)可用單法蘭式差壓變送器。有些易析出、易結(jié)晶的用插入式雙法蘭式差壓變送器；
④ 對高黏度的介質(zhì)的液位及高壓設(shè)備的液位，由于設(shè)備無法開孔，可選用放射液位計(jì)來測量；
⑤ 除了測量方法上和技術(shù)上問題外，還有儀表投資問題。

綜上所述，變送器的選型，從技術(shù)上要可行，經(jīng)濟(jì)上要合理，管理上要方便。

4 壓力變送器的選型方法

從物理學(xué)角度看，任何一個(gè)物體上受到的壓力都應(yīng)包括大氣壓力和被測介質(zhì)的壓力（一般稱為表壓）兩部分。作用在被測物體上這兩部分壓力總和稱為絕對壓力。

P絕 = P表 + 大氣壓

測量絕對壓力的儀表稱為絕壓表。對于普通的工業(yè)壓力表測量的都是表壓值，也就是絕對壓力與大氣壓的壓差值。當(dāng)絕對壓力大于大氣壓值時(shí)測得的表壓值為正值，稱為正表壓；當(dāng)絕對壓力小于大氣壓值時(shí)測得的表壓值為負(fù)值，稱為負(fù)表壓，即真空度。測量真空度的儀表稱為真空表。

① 為了保證壓力測量精度，最小壓力測量值應(yīng)高于壓力表測量量程的1/3；
② 對需遠(yuǎn)距離測量或測量精度要求較高的場合，應(yīng)選擇壓力傳感器或壓力變送器；
③ 在測量精度要求不高時(shí)，可選擇電阻或電感式、霍爾效應(yīng)式遠(yuǎn)傳壓力表；
④ 氣動(dòng)基地式壓力指示調(diào)節(jié)器適宜作就地壓力指示調(diào)節(jié)；
⑤ 壓力變送器、壓力開關(guān)應(yīng)根據(jù)安裝場所防爆要求合理選擇。

5 壓力表的選型

(1) 量程選擇

在測穩(wěn)定壓力時(shí)，一般壓力表最大量程選擇接近或大于正常壓力測量值的1.5倍；
在測脈動(dòng)壓力時(shí)，一般壓力表最大量程選擇接近或大于正常壓力測量值的2倍；
在測機(jī)泵出口壓力時(shí)，一般壓力表最大量程選擇接近機(jī)泵出口最大壓力值；
在測高壓壓力時(shí)，一般壓力表最大量程選擇應(yīng)大于最大壓力測量值的1.7倍；
為了保證壓力測量精度，最小壓力測量值應(yīng)高于壓力表測量量程的1/3。

(2) 型式選擇

測壓>0.4MPa時(shí)，可選用彈簧管壓力表；
測壓<0.04MPa時(shí)，可選用波紋管和膜盒壓力表；
測粘稠、易結(jié)晶、腐蝕性、含固體顆粒的場合，可采用膜片壓力表或附帶化學(xué)密封裝置；
測蒸汽或高于60℃的介質(zhì)壓力測量應(yīng)選擇不銹鋼壓力表或安裝冷凝圈；
脈動(dòng)壓力測量應(yīng)附加阻尼器或耐震壓力表；
測含有粉塵氣體時(shí)應(yīng)設(shè)置除塵器；
測含有液體的氣體壓力時(shí)應(yīng)設(shè)置氣液分離器；
測某些化工介質(zhì)應(yīng)選用專用壓力表：對含氨介質(zhì)壓力測量采用氨用壓力表，對含氧氣壓力測量采用氧氣壓力表，對乙炔壓力測量采用乙炔壓力表，對含硫介質(zhì)壓力采用抗硫壓力表；
高壓壓力表（大于10MPa）應(yīng)有泄壓安全設(shè)施。