压力仪表探究

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对任何工业来说，测量压力是仪器仪表的最基础的一项功能。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：

■绝对压力是对于绝对真空得出的测量值，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，绝对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首选。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。这个是最实用的一种形式。

两种压力测量最常用的计量单位是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”来表示绝对压力或表压。当没有后缀时，默认为表压。

差压值的测量不需要确定绝对压力值或表压值，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，但是电子式的最为常用。

图1：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，测量范围和安全

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最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，错误的量程选择是最常见的一种错误。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，其最大的误差值将会和满量程0－500的误差值一样。

图2：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绝对真空得到的值。
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精确或快速的响应。”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不良的影响。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最低。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安全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。