压力变送器
ylbsq.ybzhan.cn仪表网旗下原理:热电阻温度变送器,以 PT100 热电阻为例,其核心元件为铂电阻丝,具有温度系数稳定性。工作时,基准单元提供稳定的电压或电流参考,R/V 转换单元通过惠斯通电桥电路,将随温度变化的电阻值精准转换为电压信号。由于热电阻的电阻 - 温度特性存在一定非线性,线性电路单元会对电压信号进行非线性修正,使其更符合线性规律。最后,V/I 转换单元将处理后的电压信号转换为标准的 4 - 20mA 电流信号输出。
原理:压力变送器的核心部件是集成硅压力敏感元件,该元件采用先进的微机电系统(MEMS)技术制造。流程压力和参考压力分别作用于硅片的两侧,产生的差压使硅片发生微小变形。硅片上集成的全动态惠斯登电桥,其电阻值会随着硅片的变形而改变。在外部高精度电流源的驱动下,电桥输出一个与压力成正比的 mV 级电压信号。这个微弱信号随后被送入放大电路进行放大,再经过 A/D 转换等一系列处理,最终输出 4 - 20mA 的标准电流信号或其他标准信号形式。
特点:压力变送器测量精度一般可达 ±0.075% FS(满量程)甚至更高,能够满足对压力测量精度要求苛刻的应用场景。它不仅可以精确测量正压,还能测量负压以及两个压力之间的差值(差压)。由于采用了先进的材料和制造工艺,压力变送器具有很强的可靠性,能够在恶劣的工业环境中长期稳定工作。
应用场景:在石油化工行业,压力变送器广泛应用于管道压力监测,例如在原油输送管道中,实时监测管道内压力,可及时发现管道泄漏、堵塞等故障,保障输送安全。在液压系统中,压力变送器用于精确控制液压油的压力,确保机械设备的稳定运行,如大型注塑机的液压系统,通过压力变送器精确控制压力,保证塑料制品的成型质量。
浮球式液位变送器:浮球式液位变送器结构简单且可靠。磁性浮球随着液位的升降而上下移动,在导管内,测量元件(如干簧管)受到浮球磁场的作用,将液位变化转换为电阻信号。电子单元对电阻信号进行采集、处理,并转换为 4 - 20mA 等标准信号输出。这种变送器适用于各种形状和材质的储罐液位测量,无论是小型的化工原料储罐,还是大型的石油储罐,都能准确测量液位。
浮筒式液位变送器:基于阿基米德浮力原理,浮筒浸没在液体中,当液位发生变化时,浮筒所受浮力改变,从而产生位移。通过微小金属膜应变传感技术,将浮筒的位移精确转换为电信号。浮筒式液位变送器不仅可以测量液位,还能测量两种不相溶液体的界面位置(界位),以及液体的密度。由于其高精度和良好的稳定性,常用于化工、电力等行业对液位测量精度要求较高的场合,如化工反应釜的液位精确控制,以及发电厂的凝汽器水位监测。
静压或液位变送器:利用液体静压力与液位高度成正比的关系,静压式液位变送器通过硅压力测压传感器测量液体底部的压力。传感器将压力转换为电信号,经过放大电路放大和温度补偿电路消除温度对测量的影响后,输出与液位高度对应的标准信号。这种变送器安装极为方便,只需将传感器安装在容器底部或侧面合适位置即可,适用于各种容器的液位测量。在污水处理厂,用于监测污水池的液位,确保污水的处理流程正常运行。在水利监测中,用于监测水库、河道的水位,为防洪、灌溉等决策提供重要数据。
原理:电容式物位变送器的传感器由绝缘电极和装有测量介质的圆柱形金属容器组成。当料位发生变化时,由于空气与物料的介电常数不同,导致电容两极板间的电容量发生改变。变送器模块电路通过精确检测电容量的变化,并经过复杂的运算和处理,将其转换为标准的 4 - 20mA 电流信号或其他标准信号输出。
特点:电容式物位变送器具有出色的通用性,可测量导电与非导电介质的物位,无论是颗粒状的水泥、塑料颗粒,还是液态的化工原料。其测量精度较高,一般可达 ±0.5% FS,并且抗干扰能力强,能够在复杂的工业电磁环境中稳定工作。
应用场景:在水泥厂,用于测量水泥料仓的料位,实时掌握水泥储量,合理安排生产和运输。在塑料加工厂,对塑料颗粒料仓的料位进行监测,确保生产过程中原料的持续供应。在化工液体储罐中,电容式物位变送器也广泛应用,精确测量液位,保障化工生产的安全与稳定。
原理:超声波变送器工作时,探头向被测介质发射超声波脉冲,超声波在介质中传播,遇到障碍物(如液位表面、物位表面)后反射回来,被探头接收。根据超声波在介质中的传播速度以及发射和接收的时间差,通过公式计算出探头到障碍物的距离,从而实现对液位、物位或距离的测量。一体化超声波变送器将探头和电子电路集成在一起,内部电路对接收的信号进行放大、滤波、计算等处理,直接输出 4 - 20mA 标准信号。
特点:超声波变送器采用非接触式测量方式,不会与被测介质发生直接接触,避免了介质对变送器的腐蚀和污染,同时也不受介质密度、粘度、腐蚀性等特性的影响。其安装维护方便,只需将变送器安装在合适位置,对准被测目标即可,无需在被测介质中安装复杂的部件。
应用场景:在自来水厂的清水池、沉淀池液位测量中,超声波变送器可准确测量液位,为供水调度提供准确数据。在污水处理厂的各种水池液位监测中,也广泛应用,由于污水具有腐蚀性和杂质多的特点,超声波变送器的非接触式测量优势得以充分发挥。在明渠流量测量中,通过测量液位并结合渠道的几何参数,可计算出流量,广泛应用于水利监测、农业灌溉等领域。
原理:锑电极酸度变送器由锑电极与参考电极组成 pH 值测量系统。在酸性溶液中,锑电极表面会发生化学反应,生成三氧化二锑氧化层,该氧化层与溶液中的氢离子发生作用,形成电位差。这个电位差与溶液中的氢离子浓度存在对应关系,符合能斯特方程。通过精确测量该电位差,并经过变送器内部电路的放大、转换和补偿等处理,即可测量出溶液的酸度(pH 值)。同时,为了保证测量的准确性和稳定性,变送器还集成了自动清洗功能,定期对锑电极表面进行清洗,防止污染物附着影响测量精度。
特点:锑电极酸度变送器集检测、清洗、信号转换等多种功能于一体,可实现对酸性溶液酸度的在线连续测量。其测量精度较高,一般可达 ±0.01pH,能够满足化工、环保等行业对酸度测量精度的严格要求。并且具有良好的抗干扰能力,可在复杂的工业环境中稳定工作。
应用场景:在化工行业,如硫酸生产过程中,需要对反应液、吸收液的酸度进行精确监测,以保证生产工艺的稳定和产品质量。在环保行业,电镀废水处理过程中,废水的酸度对后续处理工艺和达标排放至关重要,锑电极酸度变送器可实时监测废水酸度,为加药控制提供准确依据,确保废水处理达标。
原理:智能变送器由高性能传感器和先进的微处理器组成。传感器负责采集物理量信号,如温度、压力等,并将其转换为电信号。微处理器对传感器采集的数据进行快速、精确的计算,根据预设的算法对数据进行处理,包括非线性修正、温度补偿等。同时,微处理器还具备数据存储功能,可存储历史测量数据,方便用户查询和分析。通过反馈回路,微处理器能够根据测量结果实时调节传感器的工作参数,优化测量过程。此外,智能变送器可加载 HART(Highway Addressable Remote Transducer)协议等通信协议,实现与上位机或其他智能设备的数字通信,可远程读取测量数据、设置参数等。
特点:智能变送器测量精度相比传统变送器有显著提升,一般可达 ±0.05% FS 甚至更高。它具备强大的自诊断功能,能够实时监测自身的工作状态,当发现故障时可及时报警并进行故障定位,大大提高了设备的可靠性和维护效率。通过数字通信功能,可实现远程通信,方便用户在控制室对现场变送器进行监控和管理。用户还可根据实际需求灵活配置测量参数,如量程、报警阈值等。
应用场景:在现代化智能工厂中,智能变送器广泛应用于生产过程的各个环节。在自动化生产线中,对温度、压力、液位等参数的精确测量和控制是保证产品质量和生产效率的关键,智能变送器可实时将测量数据传输至控制系统,实现生产过程的精准调控。在智能电网中,用于监测电力设备的运行参数,如变压器油温、油压等,通过远程通信将数据传输至电力监控中心,实现电力设备的智能化运维。
接线特点:两线制变送器的接线方式极为简洁,电源与信号共用两根线。其中,电源正端连接一根线,这根线同时也是信号输出的正极;信号输出的负极与电源负端共用一根线。其供电电源通常为 24V.DC 的直流电源,输出信号为标准的 4 - 20mA.DC 电流信号,负载电阻一般设计为 250Ω,在这个电阻上可产生 1 - 5V 的电压信号,方便后续设备采集和处理。
优势:这种接线方式最大的优势在于节省布线成本,无论是线缆采购成本还是安装施工成本都大幅降低。由于信号起点电流为 4mA,当出现断电、断线等故障时,接收端可通过检测电流异常识别故障,提高了系统的可靠性。在一些有防爆要求的危险场所,两线制变送器利于使用安全栅,因为其简单的电路结构和低功耗特性,能更好地满足防爆标准,保障生产安全。
应用限制:两线制变送器需要在有限的电源功率下完成信号采集、处理和传输等功能,这就要求其电路设计必须高效、节能。因此,它不适用于功耗大、转换电路复杂的仪表,因为这类仪表无法在 24V.DC 的低电压和有限电流下正常工作。
接线特点:三线制变送器的接线方式相对两线制稍显复杂。电源正端单独使用一根线进行供电,信号输出正端也使用一根独立的线,而电源负端和信号负端则共用一根线。其供电大多采用 24V.DC 的直流电源,输出信号形式与两线制类似,常见的有 4 - 20mA.DC 等标准电流信号,也有 0 - 5V.DC 等电压信号形式,具体取决于变送器的设计和应用场景。
优势:相较于四线制变送器,三线制变送器在一定程度上简化了接线,减少了布线数量,降低了布线成本和安装复杂度。在一些对功耗和电路复杂度要求介于两线制和四线制之间的仪表中得到应用。例如,某些对测量精度有一定要求,但功耗又不是特别高的工业压力测量仪表,采用三线制接线方式,既能满足测量需求,又能在成本和安装便利性上取得较好的平衡。
应用场景:三线制变送器在早期的工业自动化系统中应用较为广泛,如一些传统的工业控制系统中的温度、压力测量环节。在一些对成本较为敏感,且对信号传输距离和精度有一定要求的小型工业项目中,三线制变送器仍有一定的应用空间,例如小型食品加工厂的温度监测系统。
接线特点:四线制变送器采用两根线专门用于电源供应,这两根线可提供较高的电压和电流,以满足复杂电路和高功耗仪表的需求。供电方式多样,常见的有 220V.AC 的交流电源,也有 24V.DC 的直流电源。另外两根线用于输出信号,输出信号形式丰富多样,除了常见的 4 - 20mA.DC、0 - 10mA.DC 等电流信号外,还有 0 - 5V.DC、0 - 10V.DC 等电压信号形式。负载电阻根据输出电路的不同而有所差异,例如对于 4 - 20mA 输出电路,负载电阻一般为 250Ω - 600Ω。
优势:四线制变送器能够满足复杂电路、高功耗仪表的需求,由于有独立的电源供应线,可提供稳定、充足的电能,保证仪表内部复杂的转换电路、放大电路等正常工作。其输出信号稳定性好,受电源波动和传输线路干扰的影响较小,适用于对信号质量有所要求的应用场景。
应用场景:在早期的工业自动化系统中,如 DDZ - Ⅱ 型电动单元组合仪表,广泛采用四线制接线方式,因为当时的仪表技术相对落后,电路复杂度高且功耗大。在一些对信号质量要求苛刻、转换电路复杂的高精度在线分析仪表中,四线制变送器仍在使用,例如在化工行业的色谱分析仪中,用于精确测量各种化学成分的含量,对压力、温度等参数的测量信号稳定性有着要求,四线制变送器能够满足其需求。
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