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压力仪表

对任何工业来说，测量压力是仪器仪表的*基础的一项功能。从一家炼油厂到一台推土机，对压缩空气，液压机液体，过程液体，蒸汽或其他任何介质的压力测量，是件非常普通的事情，并且对所有形式的控制过程都起着非常重要的作用。所以，现在压力测量设备无处不在，而且有很多种的选择。大概地回顾一下技术可以让压力设备得到更好的应用，尽管可能会有些特殊的例外点。
压力，机械术语上也称作压缩应力，其特殊的特性会对其测量的方法有影响：
■压力测量通常需要确定单位面积下的单位力
■静态和流动的液体中都存在压力测量的问题
■液体压力通常是用其与其它的东西比较得出差压值。
两种形式的压力测量可以分为三类：
■**压力是对于**真空得出的测量值，它完全消除了大气压力值对测量的影响。在一些应用场合下，**压力的读数对控制过程上下之间的联系很有帮助，所以这种方法是研究或设计时的优选。但是要在传感器盒内安装一个全真空的部分是很不实际的，传感器通常是用一个固定的校正系数或者用更为复杂的单元测量大气压力值来对仪表读数进行调节。
■差压是指一个区域或容器内的压力与另外一个之间的比较。其读数就是这两者之间的差值，并且即不需要考虑这两者任何一方对应的大气压值也不需要考虑其真空值。
■表压，是差压的一种形式，它是指一个区域或容器内的压力与大气压之间的比较。这个是*实用的一种形式。
两种压力测量*常用的计量单位是psi和bar。前者现在在美国是常用的，但是后者现在正变得越来越通用。bar由于其数值表示更为便捷，现在已经大范围地取代了帕和千帕。还有许多其他的计量单位，但是这些都是使用在特殊场合下的。psi和bar都使用后缀“a”或“g”来表示**压力或表压。当没有后缀时，默认为表压。
差压值的测量不需要确定**压力值或表压值，因为两者之间的测量只需要直接比较就可以了。其读数就是两者之间的差值，无法得出两者各自的值。假设两个容器之间的差压值为50psi，一个容器内可能为10psi另一个为60psi，或者是一个为5000psi另一个为5050psi。如果没有其他传感器的话是没有办法确定相对于大气压的值的。差压通常使用后缀“d”。
通常地，机械仪表都标配有曲面波登管，也有许多其他可用的配置。虽然有许多形式的仪表，但是电子式的*为常用。
传统的机械表使用的是一个弯曲的，闭合的“波登管”，
当内部压力增加的时候，可能会使其变直。
精度，测量范围和**
电子压力仪表和机械仪表在表示精度时都是一样的：按百分比确定误差值。例如，一个高品质的0－500psi的机械仪表的精度为满量程的±0.5%。这就意味着在其测量范围内的任意一点其误差范围为5psi（±2.5 psi）。电子传感器和变送器通常也使用这样的精度规范。由于量程与精度挂钩，所以在允许的压力波动或突变范围内，选择测量范围离实际值*接近的仪器是非常重要的。换句话说，如果你的过程是运行在75psi压力下的话，你选用精度都一样的0－100psi的表会比0－500psi的表要好。在选择和使用压力仪器时，错误的量程选择是*常见的一种错误。只考虑成本的采购商会为了减小成本而选择一种压力仪器，然后试着将其应用于一个很广的使用范围。这样的结果使精度得不到保证。
一些变送器可以通过调节电路来调节其测量范围。比如说，一个设计为可以测量0－500psi的元器件可以通过调节让其只显示0－300的量程。这样可以在4～20mA信号上得出相应的读数区间，但并不是真正的增加了精度。大多数情况下，其*大的误差值将会和满量程0－500的误差值一样。
这个压缩空气罐有绝压和表压两个转换器。当表压改变到100psig
时，绝压读数改变到114.7psia。如果这个罐拿到外太空去，那么两个转
换器的读数都是114.7psi，因为它们都是相对于**真空得到的值。
GE-Druck 公司的生产经理Tom Reid说：“在你汽车轮胎里可能装有2个或者3个传感器，他们会给你的汽车仪表盘一个反馈信号。你不需要对你的右轮胎里的压力降低进行**或快速的响应。”同样的，你也可以将这个应用在只需要大致了解一个容器内的压力的情况下。只要机械结构和外壳支持，那么就不会有其他问题了。所有这些都是取决于这个过程是否需要精密的压力测量。
威卡仪表公司压力方面的专家Victor Miller强调：对一个应用的深入理解将如何决定测量范围和重现性的重要性。“用户通常不考虑在系统内部产生的动态变化，”他说，“当液体正在流动时，阀门的突然关闭或开启，会使液体产生一个压力突变，然后以声速在系统内传播，这可能使传感器损坏或至少使其超出了，”相对于动态环境来说，静态环境下和可压缩流体不需要对压力突变的情况进行很多的保护。
选择一个压力仪器
一旦你决定在特定场合进行压力测量时，你除了可以从测量范围和精度方面来选择合适的设备，也可以从其他性能方面来进行选择。其他可考虑的方面如下：
材质。仪表对接触液体部件的材质（即与过程液体接触的部件）有特殊的规定。现今已有了一个很广泛的选择范围来适应不同强度的液体或气体。由于工厂的使用环境可能存在腐蚀性气体，那么也可以选择不同的外壳以防来自外部的破坏。特殊的材料价格很昂贵，因此请合理的选择。
内部结构。许多传感器会带有内部凹槽，在正常运行时里面充满了过程液体。如果液体流动是缓慢的话，那么少量的滞留液体是可以允许存在的，因为其不会对产品产生**的影响。但是一些要求严格的过程是不允许这个存在的。传感器通常带有液体隔离膜并安装在内部以防止液体渗入及对过程流体的影响降到*低。隔离膜也可以是一个附件。
外壳。一个废水处理厂和一个炼油厂对于**等级的需要是不同的。对于一个需要隔爆型或本安型仪器的应用场合，有许多的仪器可供选择。而且很多公司都很清楚地知道在哪里使用什么样的仪器。另一方面，如果不存在可能爆炸的环境的话，可供选择的仪器就会更多。一个元器件是否庞大很大程度上取决于其辅助电子设备是否需要进行通讯。如一个只有一个4－20mA输出引线的简单传感器就可以做得很小，但是一个可以与现场总线连接的智能型变送器就需要做得很大来安装其附加的电路部分。
安装连接件。仪器通常是使用1/8～1/2英寸NPT或BSPT管螺纹接头。但是也有其他在特殊应用场合使用的接头规格可供选择，如sanitary三夹箝式和其他一些法兰结构。
一个差压变送器有两个输入信号来比较两个容器内的压力，
但是它不能同时也表示出两个容器内相对于大气压的压力值。
通讯。大多数转换器都是使用4－20mA信号传输数据的。如果使用了这个信号，那么为了使传输更可靠，就需要附加一个信号调整电路。变送器通常使用的通讯方法有现场总线，无线网络或HART协议。
传感技术。现在大约有10种将压力信号转换成电信号的技术，但是没有一种是通用的。仪器制造商趋向于使用一或两种技术使其既能满足性能要求也同时满足经济性要求。他们正努力*优化性能，*小化缺点。产品特性性能介绍时通常不会提到所使用的是哪项技术。ABB公司产品经理Allen Hood说：“现在*重要的事情是对已有的传感技术有足够的经验，”，他说“在以前，现行的标准是足够了，但是现在由于需要适合各种不同的范围所以出现了很多种可用的传感技术。智能变送器内部的微处理器弥补传感器的缺点使得制造商们可以把精力放在其他方面上。”
安装，附加软件，维护
正确的安装仪器有时和选择正确的仪器是一样重要的。测量压力的仪器通常是与断开装置安装在一起的，尤其是在连续过程中。这样的话仪器就可以不用中断过程来进行校正，修理或更换。如果是在一个断断续续的过程下的话，这样的做法并不是必须的，仪器可以直接安装在流体内。从管道到传感器那一段叫做脉冲线，它是作为在没有足够空间安装变送器时的措施。但是，脉冲线的使用必须相当谨慎：
■使脉冲线尽可能的短。
■如果过程流体是液体的话，请确认所有的气体都已排空。
■如果你需要在一个更舒适的位置读数据的话，请延长电缆而不是脉冲线。
■在高温环境下，尤其是蒸汽环境下，请确定脉冲线可以被当成虹吸管来使用。
附件可以简化安装或起到保护设备的作用。以下是几个例子：
截断和泄放阀—一种安装在脉冲线上的阀门，一旦过程连接件关闭它可以让传感器的压力释放掉。
缓冲器—一种阻碍流体流向传感器的装置，主要是抑制震动来延长传感器寿命。当应用得当，不但所得的读数是正确的，同时也不会损伤传感器膜片。
隔膜密封件—安装在传感器下面来传输压力并且阻止过程流体渗入到传感器内的一种膜片。当使用这个附件时，传感器需要充满某种惰性液体，通常是用硅油来传输系统压力。
过压保护器—当出现过压情况时在传感器损坏前会自动关闭的一个弹簧阀，主要用于可能存在压力突变的过程中。
歧管—一种将复杂的管道变成差压计的设备，其通常与内置阀一起安装以便于实现切断，泄压和均衡压力的功能。
差压变送器经常使用歧管来减少连接件。这歧管包括阀门来隔离任一边或如果需要的话均衡内部压力。
当两个隔离阀都关闭时，在没有释放过程压力的情况下，也可以移走变送器。
维护和校正的差异很大，这主要取决于单个仪器及整个过程的需要。一个次要环节中的设备可以工作很多年而不必过分关注。而对于一个对精度要求很高的关键环节，变送器可能需要进行周期性的校正。然而，高质量的转换器和变送器需要在原厂进行高精度的校正，这已经远远超过大部分车间内部维护部门的能力范围。因此通常试图对性能进行改进的结果是只能使其变得更糟。由知名厂家生产的需要经常维护的设备，有时更容易被损坏，更容易不正当安装，以致影响传输可靠数据的能力。
智能诊断
智能仪器说的是一个设备除了传输单独的过程变量还有其他很多功能。但是压力传感器如何使用这种设备？还有其他什么需要测量的？
“无论何时发生一个错误或事件需要操作工或维护员进行操作的时候，我们通常需要了解引起这个的原因及防止这种情况以后再次发生。”艾默生过程管理公司**营销经理，Paul Schmeling 说，“因为仪器仪表就好像是一个工厂的‘眼睛’和‘耳朵’，因此我们需要增加其一个功能，就是对以前的测量或过程有详细的观察。”
一些智能功能当和过程结合起来时，表现和DCS没什么两样，但是如果仪器是单独存在的话，这些功能就相当重要。制造商提供的功能都有所不同，以下是一些功能举例：
■测量及记录
过压事件
■对警报和错误信号计数
■分析系统使信号开始混乱的‘噪声’
■过程流体及环境温度的测量
■压力值的自校正对温度的改变来进行补偿
■内部电子元器件功能及硬件的自诊断
■报警设置功能
■历史校正记录及进度表
变送器可以使用一个协议如HART或更为复杂的现场总线将这个信息与外部通讯。如果是与一个大型系统相连，或是通过在规定距离内的手提式设备，通讯就可以是连续的。
*后，对于选择一个压力测量设备或任何形式的仪器*好的建议是要了解应用的场合需求，如精度，通讯和诊断信号的转换这些信息都写在说明书内。如果不知道这些信息的话，选择压力传感器可能达不到预期的目的，并且你可能丢失一些过程控制中的关键元素。
仪表术语
术语——传感器，变送器和转换器，是描述了不同的三个东西，他们各自的功能并不是一样的，很容易混淆。以下是对如何分辨他们的一些已经普遍认可的定义：
传感器——*基础的设备，它用一个膜片和电子元器件来产生原始信号。它不能单独运行，只卖给那些OEM工厂。
转换器—一个带基本电子元器件的传感器，可以放大并将原始信号转换为可用的形式，如4－20mA电信号。一个简单的转换器可能只能应用于只有一个模拟过程变量的情况。
变送器—一个带有比较复杂电路的传感器，无论过程变量是模拟形式的，数字形式的，硬连线形式的，还是总线形式的都可以进行通讯。

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