| 淺析壓力變送器的工作原理、產(chǎn)品選型及市場價格 |
| 信息來源： 壓力變送器 | 2022-10-12 點(diǎn)擊量： 10843 |
在工業(yè)化迅速發(fā)展的大時代，缺少不了壓力變送器、流量計(jì)、液位計(jì)、密度計(jì)、差壓變送器等儀表把現(xiàn)場第一數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)焦た叵到y(tǒng)上，為整個工業(yè)自動化系統(tǒng)充當(dāng)控制、檢測等一系列的眼睛，接下來華恒儀表為您解讀工業(yè)現(xiàn)場最前沿的壓力變送器使用情況。
本文談的變送器原理僅僅只談壓力變送器原理，壓力變送器常以高精密儀表類設(shè)備出現(xiàn)在采購范圍之內(nèi)，經(jīng)常以采購數(shù)量多，價格高等特點(diǎn)成為電氣儀表類主要采購對象，因此對其價格的把控成為至關(guān)重要一點(diǎn)。通過對壓力變送器原理分析，進(jìn)而了解其選型的特點(diǎn)，通過實(shí)際采購工作經(jīng)驗(yàn)，合理找出影響價格的因素。
變送器是工業(yè)實(shí)踐中較為常用的一種傳感器，廣泛的應(yīng)用在各種工業(yè)自控環(huán)境，在石油化工管道領(lǐng)域尤為突出，在電氣儀表類物資采購中，也屬于常用物資，因此本文將通過對常見變送器原理分析，對變送器選型進(jìn)行淺析，并結(jié)合以往相應(yīng)采購案例，對比導(dǎo)致變送器價格浮動的參數(shù)。
變送器作為一種精密儀器，在石油石化行業(yè)扮演重要角色。變送器不僅可以通過一些常用量換算成預(yù)期需求的電量外，還可以將一些常用量放大。在當(dāng)前各領(lǐng)域行業(yè)中，從功能角度，變送器可以分為壓力變送器、一體化溫度變送器、液位變送器等。在石油石化行業(yè)中，壓力變送器常以應(yīng)用*廣泛，使用*普遍等原因，作為主要采買對象，本文也將以壓力變送器做主要研究對象，對上述其余各功能變送器，后文附表中會對其進(jìn)行詮釋以及各自特點(diǎn)的分析。
壓力變送器主要工作表現(xiàn)在把石油石化常用受壓信號傳送到電子器件，通過 AD 轉(zhuǎn)換，體現(xiàn)在電腦操作上，比如，如以水壓為例，以水壓產(chǎn)生壓力的受壓信號傳送到電子器件，產(chǎn)生相應(yīng)電流（目前大部分變送器電流為 4~20mA），通過相應(yīng)算法公式，壓力變送器轉(zhuǎn)換后的電流也通過壓力產(chǎn)生的受壓信號的增大而提升。
宏觀的來講，壓力變送器是以壓力測量傳感器來實(shí)現(xiàn)受到壓力的大小，再通過模塊電路，實(shí)現(xiàn) AD 轉(zhuǎn)換，得到可用范圍內(nèi)的電壓或者電流。微觀的來分析，壓力體現(xiàn)在集成硅受壓元器件上，迫使其受壓產(chǎn)生形變，導(dǎo)致電橋產(chǎn)生作用，得到相應(yīng)電壓電流，再通過放大電路將前期得到的電壓、電流放大并轉(zhuǎn)換成可用于使用的電壓或電流。
壓力變送器按著測量使用角度，可以分為壓力變送器、差壓變送器。顧名思義，前者是對壓力的一種測量，后者是對壓力差的測量，然而，壓力變送器并非只能使用原理上這種功能，可以衍涉到其他非直接測量量，例如，可以通過兩臺壓力變送器或者一臺差壓變送器，對上限和下限分別測量，得到電信號的差值，可體現(xiàn)液位的高低，也可以通過截流元器件對測量介質(zhì)的流量和密度進(jìn)行測量，體現(xiàn)壓力變送器功能的強(qiáng)大和使用范圍之廣。壓力變送器不僅可以從測量使用角度劃分，也可以按照壓力變送器的結(jié)構(gòu)規(guī)模分類。由于壓力變送器是直接接觸被測液體介質(zhì)，考慮到使用于石油石化行業(yè)，液體往往是有腐蝕性，對精度儀器產(chǎn)生破壞，造成維修等后續(xù)工作，基于此原因，將壓力變送器劃分成一般型和隔離型。一般型壓力變送器是通過零保護(hù)變送器墨盒中的內(nèi)膜與被測介質(zhì)接觸，而隔離型的壓力變送器內(nèi)膜中密封的是硅油，作為一種保護(hù)液存在于膜盒中，而接觸被測介質(zhì)的是壓力變送器的外膜，當(dāng)被測介質(zhì)受壓于外膜時，內(nèi)膜中的硅油保護(hù)液將壓力傳遞到一般膜盒上，而另一點(diǎn)，隔離型壓力變送器相比于一般壓力變送器優(yōu)點(diǎn)在于不會將導(dǎo)壓管膜盒室堵塞，由于被測介質(zhì)常常帶有污濁物質(zhì)，經(jīng)常性的會堵住膜盒甚至由于介質(zhì)脫離變送器，會產(chǎn)生結(jié)晶，這樣就迫使該介質(zhì)從壓力變送器中抽出，這樣必定會導(dǎo)致壓力變送器不能正常運(yùn)作，甚至大面積癱瘓，延誤工期。
通常隔離型壓力變送器采用法蘭連接方式，使得隔離型壓力變送器的感應(yīng)膜片進(jìn)入到被測出器件中，使得堵塞問題和結(jié)晶問題得到有效解決，從而被測介質(zhì)也不會被抽取出。這種隔離型變送器的外膜盒和測量膜盒從連接形式上可以分成遠(yuǎn)傳型和一體型兩種。遠(yuǎn)傳型就是外膜盒和測量膜盒是整體分離的，中間靠一根毛細(xì)管連接，可以與變送器安裝于支架上，有利于維護(hù)；一體型隔離壓力變送器外膜盒和變送器主體是合為一個單體，整體安裝在設(shè)備上。連接方式更是簡單易行，在設(shè)備和隔離型壓力變送器上留好配對的螺紋，只需配套擰到一起即可。因?yàn)榫C上介紹，隔離型壓力變送器的優(yōu)點(diǎn)是不由質(zhì)疑的，同樣好的產(chǎn)品其設(shè)計(jì)和工藝也是不同的，這就導(dǎo)致隔離型壓力變送器是一般壓力變送器的三至四倍。
綜上所述，足見壓力變送器分類之廣，種類之多，如何判斷某種壓力變送器的價格就變成了重中之重的問題，其中決定壓力變送器價格因素就成了此項(xiàng)問題的關(guān)鍵，本文將根據(jù) XX項(xiàng)目中對變送器中標(biāo)廠家的報價進(jìn)行分析。
在目前油氣田項(xiàng)目上應(yīng)用*廣泛的兩種壓力變送器按原理分為電容式和擴(kuò)散硅式電容器。電容式壓力變送器通過檢測中心測量膜片與兩側(cè)測量室壁之間的電容變化來判別膜片受壓位移狀況。直接測量中心測量膜片（被測壓力直接作用處）的位移。且測量膜片可以加上巨大的預(yù)應(yīng)張力，使得金屬膜片位移所導(dǎo)致的應(yīng)力影響極小，所以精度較高。擴(kuò)散硅壓力變送器有兩類，其中一類是將擴(kuò)散硅電橋植入到檢測中心測量膜片上來判別膜片受壓位移狀況。將測量膜片感受的力傳導(dǎo)到一個擴(kuò)散硅傳感器，通過擴(kuò)散硅傳感器的輸出來得出被測壓力。由于壓力不是作用在傳感器上而是加了一次傳遞，所以相對精度低一些，一般精度在 0.2% 或 0.5%，且擴(kuò)散硅元件品質(zhì)不一（多數(shù)變送器廠家不是自己生產(chǎn)擴(kuò)散硅元件）導(dǎo)致質(zhì)量差別很大，但是價格很低。因此這是從原理上直接影響壓力變送器價格的主要因素。某氣田試采 EPC 項(xiàng)目變送器采購中標(biāo)廠家，在投標(biāo)文件中提供的型號及價格如下：XTG5 報價 6471 元，設(shè)定量程范圍0~40MPa；XTG4 報價 5546 元，設(shè)定量程范圍 0~10MPa相應(yīng)的招標(biāo)文件中技術(shù)規(guī)格書為：操作壓力分別為 20 和3.5~6.7。不難看出在其他技術(shù)要求都相同的情況下，壓力是變量，這也直接影響到供應(yīng)商選型以及產(chǎn)品價格。
同樣，對比一下另一常用品牌在壓力范圍上的價格差異 :3151GP4A 與 3051GP3A 價 格 對 比 為：3348.72 元 和 3271.79元， 廠 家 壓 力 變 送 器 壓 力 標(biāo) 準(zhǔn)， 代 碼 2：-101.3531kPa 至1034.2155kPa（-14.7 至 150psi）， 代 碼 3：-101.3531kPa 至5515.816kPa（-14.7 至 800psi）。
3051GP4A2B21AI5M5T1 該供應(yīng)商提供的壓力變送器型號中*位數(shù)字 4 代表的是所適用范圍，較高量程的 -101.3531kPa至 27579.08kPa 變 送 器 價 格 要 高 于 -101.3531kPa 至5515.816kPa 變送器價格，這也說明了測量的量程或者范圍也直接影響壓力變送器的單價。
對于變送器，針對壓力量程范圍都有配有相應(yīng)的過載保護(hù)，而過載保護(hù)工藝的高低就決定其價格。過載保護(hù)作為一種安全因素，是不同種類壓力變送器都不可忽略的一項(xiàng)，一般設(shè)計(jì)人員給定的采買數(shù)據(jù)中量程只是相對參考值，而實(shí)際情況并未考慮十分完全，超出量程的情況也時而發(fā)生，從經(jīng)濟(jì)以及減少損失的角度，合理的過載保護(hù)至關(guān)重要。過載保護(hù)也會因壓力變送器種類的不同，而存在差異性的設(shè)計(jì)。
高靈敏壓力變送器通常為保證高精度，會犧牲一部分量程，通常量程較小，在設(shè)計(jì)階段，通過凸臺的方式得到呈現(xiàn)，形成方法有玻璃刻蝕技術(shù)、背部刻蝕技術(shù)、硅直接鍵合技術(shù)等。通常這種設(shè)計(jì)的壓力變送器的腔體都相對較大，靈敏度的提升空間也相對減少，硅片利用率也下降，而且增加了工藝的難度，提升了壓力變送器的價格成本。當(dāng)前犧牲層結(jié)構(gòu)壓力變送器已成為主流方向，這主要是因?yàn)闋奚鼘咏Y(jié)構(gòu)壓力變送器彈性膜片很薄，厚度可做到2um，甚至更薄。在這樣薄的結(jié)構(gòu)上，如果采用擴(kuò)散硅或多晶硅薄膜作為犧牲層結(jié)構(gòu)壓力變送器的應(yīng)變電阻，其厚度相對較大，對彈性膜片應(yīng)力分布影響很大，不利于犧牲層結(jié)構(gòu)壓力變送器的性能優(yōu)化，因此采用多晶硅納米薄膜制作應(yīng)變電阻更能發(fā)揮犧牲層技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，也就加大了成本要求，繼而使得整體價格提升。
3151GP3A2B21AI5M5 與 3151GP3A2B21AE8M5 價格對比分別 為：3348.72 元（0.075%） 和 3271.79 元（0.065%）。不難發(fā)現(xiàn)，在參數(shù)基本相同的情況下，變送器的精度決定著其價格的高低。以目前市場情況角度觀察，精度國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)分為三擋，0.1%，0.2% 以及 0.5%。與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)不一樣，國內(nèi)一些品牌的變送器*高精度可以達(dá)到 0.025%，多數(shù)進(jìn)口品牌普通精度為 0.065% 或 0.075%，這樣高精度、并且應(yīng)用在石化行業(yè)需要高穩(wěn)定性，就需要技術(shù)要求更高的力敏芯片，經(jīng)激光調(diào)阻和先進(jìn)的厚膜技術(shù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償、線性補(bǔ)償、信號放大、V/I 轉(zhuǎn)換、逆極性保護(hù)、壓力過載限流等信號處理，這無疑就加大了設(shè)計(jì)和制造成本。
本文就壓力變送器的原理和分類做了簡要分析，并結(jié)合實(shí)際工作，對比了幾款常用壓力變送器參數(shù)以及價格，找出影響其價格的相關(guān)因素，如檢測原理、測量范圍及壓力、精度。今后將多方面的積累相關(guān)采購任務(wù)，更加深度的研究影響壓力變送器價格因素，進(jìn)而為相關(guān)采購工作帶來幫助。
儀器儀表是工業(yè)化進(jìn)程的基石，只有選用工業(yè)現(xiàn)場選用合適的儀表，才能夠事半功倍，自動化流程才能夠更加自動化。
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