常用压力变送器的原理及其应用

1、工业上普遍需要测量各类电量与非电物理量，例如电流 (AD) 、电压 (VD) 、功率 (WD) 、频率 (FD)、温度(TT)、重量(LD )、位置(PT)、压力、转速(RT)、角度等，都需要转换成可接收 的直流模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。 这种将被测物理量转换成 可传输直流电信号的设备称为变送器。 工业上通常分为电量变送器 (常见型号如： GP/FP 系 列、 S3/N3 系列、 STM3 系列等)和非电量变送器。 变送器的传统输出直流电信号有 0-5V、 0-10V 、 1-5V、 0-20mA 、 4-20mA 等，目前最广泛采用的是用 420mA 电流来传输模

2、拟量。工业上最广泛采用的是用 420mA 电流来传输模拟量。采用电流信号的原因是不容易受干扰。 并且电流源内阻无穷大， 导线电阻串联在回路中不影响精度， 在普通双绞线 上可以传输数百米。上限取 20mA 是因为防爆的要求： 20mA 的电流通断引起的火花能量不 足以引燃瓦斯。下限没有取 0mA 的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于 4mA ，当 传输线因故障断路，环路电流降为0。常取 2mA 作为断线报警值。 电流型变送器将物理量转换成 420mA 电流输出， 必然要有外电源为其供电。 最典型的是变送器需要两根电源 线，加上两根电流输出线，总共要接 4 根线，称之为四线制变送器。当然，电

3、流输出可以与 电源公用一根线(公用 VCC 或者 GND )，可节省一根线，称之为三线制变送器。其实大家可能注意到， 4-20mA 电流本身就可以为变送器供电，如图 1C 所示。变送器在电路中 相当于一个特殊的负载， 特殊之处在于变送器的耗电电流在 420mA 之间根据传感器输出而 变化。显示仪表只需要串在电路中即可。 这种变送器只需外接 2 根线， 因而被称为两线制变 送器。工业电流环标准下限为 4mA ，因此只要在量程范围内，变送器至少有 4mA 供电。这 使得两线制传感器的设计成为可能。在工业应用中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。 两者之间距离可能数十

4、至数百米。 按一百米距离 计算，省去 2 根导线意味着成本降低近百元！ 因此在实际使用中两线制传感器得到越来越多 的应用。编辑本段辨别真伪变送器生产资料市场化以后，加剧激烈的竞争， 真假优劣难辨， 又因变送器是边缘学科， 很多 工程设计人员对此较陌生， 有些厂家产品工业级别和民用商用级别指标混淆 (工业级的价格 是民用商用级的 2-3倍)有些厂家产品用几角钱的 LM324 和 LM431 就可以做出一只变送器， 不信的话您打开看看，你几百元买来的是不是用的 LM324 和 LM431 ，这样的变送器送您， 您敢不敢用呵！笔者试以常用的 0.5 级精度的电流电压变送器为例，从以下方法着手来辨别真

5、假优劣。(1)基准要稳，4 mA是对应的输入零位基准，基准不稳，谈何精度线性度，冷开机3分锺内4 mA的零位漂移变化不超过 4.000mA0.5%以内；(即3.98-4.02mA),负 载250 Q上的压降为0.995-1.005V，国外IC心片多用昂贵的能隙基准，温漂系数每度变化 10ppm；(2)内电路总计消耗电流4mA,加整定后等于4.000mA,而且有源整流滤波放大恒流电路不因原边输入变化而消耗电流也随之变化，国外IC 心片采用恒流供电；(3)当工作电压24.000V时,满量程20.000mA时,满量程20.000mA的读数不会因负载 0-700 Q变 化而变化；变化不超过20.000

6、mA0.5%以内；(4)当满量程20.000mA时,负载250 Q时,满量程 20.000mA 的读数不会因工作电压 15.000V-30.000V 变化而变化；变化不超过 20.000mA0.5% 以内；(5)当原边过载时，输出电流不超过 25.000mA+10% 以内，否则PLC/DCS内供变送器用的24V工作电源和A/D输入箝位电路因功耗过大而损坏，另外变送器内的射随输出亦因功耗过大而损坏， 无 A/D 输入箝位电路的更遭殃；(6)当工作电压24V 接反时不得损坏变送器 ,必须有极性保护 ；(7)当两线之间因感应雷及感应浪涌电压超过24V时要箝位，不得损坏变送器；一般在两线之间并联1-2

7、只TVS瞬态保护二极管 1.5KE 可抑制每 20 秒间隔一次的 20 毫秒脉宽的正反脉冲的冲击 ,瞬态承受冲击功率 1.5KW-3KW； (8)产品标示的线性度 0.5是绝对误差还是相对误差 ,可以按以下方法来辨别方可一目了然:符合下述指标是真的线性度 0.5% .原边输入为零时输出4 mA正负0.5%(3.98-4.02mA),负载 250 Q上的压降为 0.995-1.005V原边输入10 %时输出 5.6m A正负0.5%(5.572-5.628mA) 负载 250 欧姆上的压降为 1.393-1.407V 原边输入 25时输出 8mA正负 0.5%(7.96-8.04mA)负载250

8、 Q上的压降为 1.990-2.010V 原边输入 50%时输出12mA正负0.5%(11.94-12.06mA)负载250 Q上的压降为 2.985-3.015V原边输入 75%时输出 16m A正负 0.5%(15.92-16.08mA)负载 250 Q 上的压降为 3.980-4.020V 原边输 100% 时输出 20m A正负 0.5%(19.90-20.10mA)负载 250 Q 上的压降为 4.975-5.025V(9)原边输入过载时必须限流：原边输入过载大于 125%时输出过流限制 25m A +10%(25.00-27.50mA)负 载250Q 上的压降为6.250-6.87

9、5V ;(10)感应浪涌电压超过 24V时有无箝位的辨别：在两线输出端口并一个交流 50V指针式表头，用交流50V接两根线去瞬间碰一下两线输出端口，看有无箝位，箝位多少伏可一目了然啦；(11)有无极性保护的辨别：用指针式万用表 Q乘10K档正反测量两线输出端口 ，总有一次Q阻值无限大，就有极性保护；(12)有无极输出电流长时间短路保护：原边输入100%时或过载大于125%-200%时，将负载250 Q短路，测量短路保护限制是否在 25mA+10%；(13)工业级别和民用商用级别的辨别：工业级别工作温度范围是-25度到+70度，温漂系数是每度变化100ppm,即温度每度变化1度，精度变化为万分之

10、一；民用商用级别工作温度范围是0度(或 -10度)到+70度(或+50度)， 温漂系数是每度变化 25 0 ppm,即温度每度变化1度，精度变化为万分之二点五；电流电压变 送器的温漂系数可以用恒温箱或高低温箱来试验验证较繁琐。上述 1 3种方法同样可用与其它变送器真假优劣的辨别。编辑本段技术原理1. 精度：优于 0.5% ；2.非线性失真：优于 0.5%；3.额定工作电压：+24V± 20%，极限工作电压：w 35V ;4电源功耗：静态4mA，动态时相等与环路电流，内部限制 25mA+10% ；5.额定输入： 5A 1KA ( 38 个规格)；6.穿孔穿芯圆孔直径：8、9、12、2

11、0、2 5、3 0 mm;7输出形式：两线制 DC420mA ;8输出电流温漂系数：w 50ppm/C；9响应时间：w 100mS;10输入/输出绝缘隔离强度：AC3000V、1min、1mA ；11.输出负载电阻：RL = V+ 10V/0.02 ( Q )；注:(1)标准V+24V时负载阻抗为 700Q ；(2)RL = 250Q 转换15V的电阻 +两根传输线路总铜阻。12.输入过载保护:30倍1min ；13.输出过流限制保护：内部限制 25mA+10% ；注：(1)国际标准输出过流限制保护：内部限制 25mA+10%；(2)可按客户要求定制：内部限制 22mA+10%， 24mA+1

12、0% 。14.两线端口瞬态感应雷与浪涌电流 TVS 抑制保护能力： TVS 抑制冲击电流 35A/20ms/1.5KW ；15.两线端口设置有+2 4V电源反接保护；16.输出电流设置有长时间短路保护限制；内部限制25mA+10% ；85C； 产品外形，产品照片，安全注意事项。电流变送器主要特点有哪些吗？的真有效值两线制变送器； 两部分组合为一体化设计；(2)、输出过流限制保护；17.工作环境：-40 C 80C, 10% 90%RH ；18.贮存温度：-50 C19.执行标准： GB/T13850 1998；20.系列型号，规格，接线示意图，八.能举例说明某品牌工业级别的0.5 级精度的1.

13、 专为电力自动化5 0 / 6 0Hz交流电流测量而设计2. 采用单匝穿孔穿芯式结构，将电流互感器和电流变送器3. 具有 6 大全面保护功能：(1)、输入过载保护；(3)、输出电流长时间短路保护；(4)、两线制端口瞬态感应雷与浪涌电流 TVS抑制保护；(5)、工作电源过压极限保护w作电源反接保护。4.两线制输出接线是当前模拟量串口中最先进的输出方式，具有35V；(6)、工6大优点；(1)、不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响，可用非常便宜的更细的双绞线导线；(2)、在电流源输出电阻足够大时，经磁场耦合感应到导线环路内的电压，不会产生显著影响， 因为干扰源引起的电流极小， 一般情况利用双

14、绞线就能降低干扰；(3)、电容性干扰会导致接收器电阻有关误差，对于 4-20mA 两线制环路， 接收器电阻通常为250Q （取样Uout=15V）这个电阻小到不足以产生显著误差，因此，可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远；（4）、各个单台示读装置或记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接，不因电线长度的不等造成精度的差异；（5）、将 4mA 用于零电平，使判断输送线开路或传感器损坏（ 0mA 状态）十分方便。（6）,在两线输出口容易增设防浪涌 ,防雷器件 ,有利于安全防雷防爆。5.原副边高度绝缘隔离；6.高可靠性，高稳定性，高性价比；7.特别适用发电机、电动机、低压配电柜、空调、风机

15、、路灯等负载电流的智能监控系统。8超低功耗，单只静态时0.096W,满量程功耗为 0.48W,输出电流内部限制功耗为 0.6W压力变送器原理电容式压力变送器原理，电容式压力变送器重要有完成压力/电容转换的容室敏感元件及将电容转换成二线制 4-20mA 电子线路板构成，当进程压力从从测量容室的两侧（或一侧） 施加到隔离膜片后，经硅油灌充液传至容室的重心膜片上，重心膜片是个边缘张紧的膜片， 在压力的作用下，发生对应的位移，该位移构成差动电容变化，并经历电子线路板的调理、 震荡和缩小，转换成 4-20mA 信号输入，输入电流与进程压力成反比，分散硅压力变送器原理及使用 被测介质的压力间接作用于传感器

16、的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片发生与介质压力成反比的微位移， 使传感器的电阻值出现变化， 和用电子线路检测这个变化， 并转换输入 一个相应于这一压力的规范测量信号。陶瓷压力变送器原理及使用抗腐蚀的压力变送器没有液体的传递， 压力间接作用在陶瓷膜片的前外表，使膜片发生巨大的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的反面，衔接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应， 使电桥发生一个与压力成反比的高度线性、 与鼓励电压也成反比的电压 信号，规范的信号按照压力气程的不同标定为2.0/3.0/3.3mV/V等，能够和应变式传感器相兼容。经过激光标定， 传感用具有很高的温度稳固性和时刻稳固性， 传感器自带

17、温度补偿 0 70C,并能够和绝大少数介质间接接触。陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲 击和震动的资料。陶瓷的热稳固特性及它的厚膜电阻能够使它的任务温度领域高达-40135C，并且具有测量的高精度、高稳固性。电气绝缘水平>2kV，输入信号强，临时稳固性好。高特性， 低价钱的陶瓷传感器将是压力变送器的开展方向， 在欧美国家有片面替代其它 类型传感器的趋向，在中国也越来越多的玩家运用陶瓷传感器替代分散硅压力变送器。压力变送器被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作用在3元件（即敏感元件）的两侧隔离膜片上， 通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。 测量膜片与两侧绝缘片上 的电

18、极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电 容量就不等， 通过振荡和解调环节， 转换成与压力成正比的信号。 压力变送器和绝对压力变 送器的工作原理和差压变送器相同，所不同的是低压室压力是大气压或真空。A/D 转换器将解调器的电流转换成数字信号，其值被微处理器用来判定输入压力 值。微处理器控制变送器的工作。另外，它进行传感器线性化。重置测量范围。工程单位换 算、阻尼、开方， ，传感器微调等运算，以及诊断和数字通信。本微处理器中有 16字节程序的 RAM ，并有三个 16位计数器，其中之一执行 A /D 转 换。D/A 转换器把微处理器来的并经校

19、正过的数字信号微调数据， 这些数据可用变送器 软件修改。数据贮存在 EEPROM 内，即使断电也保存完整。数字通信线路为变送器提供一个与外部设备 （如 275 型智能通信器或采用 HART 协议 的控制系统 ）的连接接口。此线路检测叠加在 4-20mA 信号的数字信号，并通过回路传送所 需信息。通信的类型为移频键控 FSK 技术并依据 BeII202 标准。用途：压力变送器主要用于测量气体、液体和蒸汽的压力、负压和绝对压力等参数，然后 将其转换成 4-20mA.DC 信号输出。压力变送器包括 GP型（表压力）和 AP型（绝对压力）两种类型。GP和AP型与智能放大板结合，可构成智能型压力变送器，

20、它可以通过符合 HART 协议的手操器相互通讯，进 行设定和监控 GP型压力变送器的3室，一侧接受被测压力信号，另一侧则与大气压力贯通， 因此可用于测量表压力或负压 .Ap型绝对压力变送器的3室一侧接受被测绝对压力信号，另一侧被封闭成高真空基准室， 它可以测量排气系统、 蒸馏塔、蒸发器和结晶器等的绝对压力！原理：常用的有电容式、谐振梁式、扩撒硅等几种原理！电容式压力变送器主要有实现压力电容转换的容室敏感元件及将电容转换成二线制4-20mA 电子线路板组成！当过程压力从从测量容室的两侧（或一侧）施加到隔离膜片后， 经硅油灌充液传至容室的中心膜片上， 中心膜片是个边缘张紧的膜片， 在压力的作用下，

21、 产 生相应的位移， 该位移形成差动电容变化！并经过电子线路板的调节、 震荡和放大！转换成4-20mA 信号输出！输出电流与过程压力成正比！凡是能将压力转换为电信号的度可称之为“压力变送器” ，它的种类实在是太多了，每种 都有它自己特定的工作原理，从测量的范围来说有毫克一直到N 吨均有，所以要具体一点，还可以说说，常用的有力平衡式、变形（电阻应变）式等等。总之，它们都是可以输出模拟的电信号，再使用数/模（A/D ）转换器转换成数字量和电脑联接。我是做自动化仪表的，我来告诉你输出为标准信号的传感器。这个术语有时与传感器通用。变送器种类很多 ,总体来说就是由变送器发出一种信号来给二次仪表使二次仪表

22、显示测 量数据。将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设 备。一般分为：温度 /湿度变送器，压力变送器，差压变送器，液位变送器，电流变送器， 电量变送器，流量变送器，重量变送器等。变送器遵循一个物理定律（或实验数学模型）将物理量的变化转化成 4-20mA 等标 准信号的装置。变送器将传感信号转换为统一的标准信号： 0/4-20mADC,1-5VDC,0-10VDc 变送器：除有传感的功能之外还有放大整形的功能，输出为标准的控制信号如： 4 20mA常用压力变送器的原理及其应用1、应变片压力变送器原理与应用 力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力变送器、半导体应

23、变片压力变送器、压阻式压 力变送器、 电感式压力变送器、 电容式压力变送器、 谐振式压力变送器及电容式加速度传感 器等。但应用最为广泛的是压阻式压力变送器， 它具有极低的价格和较高的精度以及较好的 线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。在了解压阻式压力变送器时， 我们首先认识一下电阻应变片这种元件。 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。 它是压阻式应变变送器的主要组成 部分之一。 电阻应变片应用最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 又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

24、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。 这种应变片在受力时产生的阻值变化通 常较小， 一般这种应变片都组成应变电桥， 并通过后续的仪表放大器进行放大， 再传输给处 理电路（通常是 A/D 转换和 CPU ）显示或执行机构。金属电阻应变片的内部结构如图 1 所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保 护片和引出线等部分组成。 根据不同的用途， 电阻应变片的阻值可以由设计者设计， 但电阻 的取值范围应注意： 阻值太小， 所需的驱动电流太大， 同时应变片的发热致使本身的温度过 高，不同的环境中使用，

25、 使应变片的阻值变化太大， 输出零点漂移明显， 调零电路过于复杂。 而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的 现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：式中：p 金属导体的电阻率（ Q ?cm2/m）S导体的截面积（cm2）L导体的长度（m）我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从 上式中可很容易看出， 其电阻值即会发生改变， 假如金属丝受外力作用而伸长时， 其长度增 加，而截面积减少， 电阻值便会增大。 当金

26、属丝受外力作用而压缩时， 长度减小而截面增加， 电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情2、陶瓷压力变送器原理及应用抗腐蚀的压力变送器没有液体的传递， 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， 标准的信号根据压力量程的不同标定为 2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V 等，可以和应变式传感器相兼容。 通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温

27、度补偿 070C,并可以和绝大多数介质直接接触。陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40135C,而且具有测量的高精度、 高稳定性。电气绝缘程度 >2kV ，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力 变送器的发展方向， 在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势， 在中国也越来越多的用 户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力变送器。3、扩散硅压力变送器原理及应用工作原理被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷） ，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

28、电子线路检测这一变化， 并转换输出一个 对应于这一压力的标准测量信号。4、蓝宝石压力变送器原理与应用利用应变电阻式工作原理，采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计量特性。蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成， 不会发生滞后、 疲劳和蠕变现象； 蓝宝石比硅要坚固， 硬度更高，不怕形变；蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性（ 1000 OC 以内），因此，利用 硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件，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；另外，硅 -蓝宝石半导体敏感元件，无 p-n 漂移，因 此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。用硅 -蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正常 工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。表压压力传感器和压力变送器由双膜片构成： 钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。 印刷有 异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片， 被焊接在钛合金测量膜片上。 被测压力传送到 接收膜片上（接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固的连接在一起） 。在压力的作用下，钛合