壓力/差壓變送器的選型與應(yīng)用
1 概述:
在諸類儀表中，變送器的應(yīng)用較廣泛、較普遍，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；有氣動和電動之分，電動變送器居多；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。實際運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，需用一臺壓變即可。當(dāng)測量受壓容器液位時，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，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通過硅油的傳遞原封不動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)備后會產(chǎn)生結(jié)晶，而使用普通型變送器需要取出介質(zhì)，會將導(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，這樣它不會取出被測介質(zhì)，一般不會造成結(jié)晶堵塞。
當(dāng)被測介質(zhì)需求結(jié)晶溫度較高時，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)晶強腐蝕的場合，必須選用隔離型變送器。
在選型時要考慮它的介質(zhì)對膜盒金屬的腐蝕，一定要選好膜盒材質(zhì)，否則使用后很短時間就會將外膜片腐蝕壞，法蘭也會被腐蝕壞造成設(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，否則硅油會產(chǎn)生汽化膨脹，使測量不準(zhǔn)。
在選型時要考慮設(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，因為普通型壓變是引壓到表內(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，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，這樣精度會有保證，對于微差壓變送器來說更是重要。實踐中有些應(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)計規(guī)范，在工程設(shè)計選型中，究竟采用氣動變送器還是電動變送器，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。以下幾點可供選用時參考：
? 集中操作程度；
? 是否與DCS計算機(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，信息處理及運算復(fù)雜的場合。
實際中，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)，如強酸、強堿、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。有時還要考慮到從開車到參數(shù)達(dá)到正常生產(chǎn)時，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，可選擇電阻或電感式、霍爾效應(yīng)式遠(yuǎn)傳壓力表；
④ 氣動基地式壓力指示調(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，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；
? 在測脈動壓力時，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，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，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，可選用彈簧管壓力表；
? 測壓<0.04MPa時，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；
? 測含有粉塵氣體時應(yīng)設(shè)置除塵器；
? 測含有液體的氣體壓力時應(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。
