壓差傳感器是一種用來測量兩個壓力之間差值的傳感器,通常用于測量某一設(shè)備或部件前后兩端的壓差。
壓差傳感器外殼為鋁合金、不銹鋼結(jié)構(gòu)。兩個壓力接口為M10螺紋和旋塞、Ф6塔頭結(jié)構(gòu)。廣泛應(yīng)用于紡織車間、鍋爐送風(fēng)、井下通風(fēng)等電力、煤炭,紡紗棉箱,除塵設(shè)備,行業(yè)壓力過程控制領(lǐng)域。
壓差傳感器的工作原理
充滿管道的流體,當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時,如圖4.1所示,流速將在節(jié)流件處形成局部收縮,因而流速增加,靜壓力降低,于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大,產(chǎn)生的壓差愈大,這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。這種測量方法是以流動連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為基礎(chǔ)的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關(guān),例如當(dāng)節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)(密度、粘度)不同時,在同樣大小的流量下產(chǎn)生的壓差也是不同的。
傳感器通過一定的設(shè)計結(jié)構(gòu)或按規(guī)定安裝,把壓力前后相差的變化轉(zhuǎn)換傳感器內(nèi)置壓敏元件的變化,再把輸出由壓敏元件形變產(chǎn)生微弱信號進行處理調(diào)制或再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換和芯片運算處理,輸出模擬信號或數(shù)字信號。
例:電容式差壓變送器(差壓傳感器)的工作原理:壓力變送器被測介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩壓力室,作用在δ元件(即敏感元件)的兩側(cè)隔離膜片上,通過隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測量膜片兩側(cè)。測量膜片與兩側(cè)絕緣片上的電極各組成一個電容器。
當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時,致使測量膜片產(chǎn)生位移,其位移量和壓力差成正比,故兩側(cè)電容量就不等,通過振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié),轉(zhuǎn)換成與壓力成正比的信號。接著進行信號調(diào)制得到調(diào)制電流,A/D轉(zhuǎn)換器將解調(diào)器的電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,其值被微處理器用來判定輸入壓力值。微處理器控制變送器的工作。另外,它進行傳感器線性化,重置測量范圍,工程單位換算、阻尼、開方,傳感器微調(diào)等運算,以及診斷和數(shù)字通信。從而進行顯示,控制用。
流量方程和計算方法:
式中qm-- 質(zhì)量流量, kg/s;
qv-- 體積流量, m3/s;
C-- 流出系數(shù);
ε-- 可膨脹性系數(shù);
β-- 直徑比, β=d/D; % N 7H / h: o2
d-- 工作條件下節(jié)流件的孔徑, m;
D-- 工作條件下上游管道內(nèi)徑, m ;
△P-- 差壓, Pa;
ρl-- 上游流體密度, kg/m3 。
由上式可見,流量為C、ε、d、ρ、△P、β(D)6 個參數(shù)的函數(shù),此6 個參數(shù)可分為實測量[d,ρ,△P,β(D)] 和統(tǒng)計量(C 、ε)兩類。
(1) 實測量
1)d 、D 式(4 .1) 中d 與流量為平方關(guān)系,其精確度對流量總精度影響較大,誤差值一般應(yīng)控制在±0.05 %左右,還應(yīng)計及工作溫度對材料熱膨脹的影響。標準規(guī)定管道內(nèi)徑D 必須實測,需在上游管段的幾個截面上進行多次測量求其平均值,誤差不應(yīng)大于±0.3 %。除對數(shù)值測量精度要求較高外, 還應(yīng)考慮內(nèi)徑偏差會對節(jié)流件上游通道造成不正常節(jié)流現(xiàn)象所帶來的嚴重影響。因此,當(dāng)不是成套供應(yīng)節(jié)流裝置時,在現(xiàn)場配管應(yīng)充分注意這個問題。
2)ρ ρ在流量方程中與△ P 是處于同等位置,亦就是說,當(dāng)追求差壓變送器高精度等級時,絕不要忘記ρ的測量精度亦應(yīng)與之相匹配。否則△ P 的提高將會被ρ的降低所抵消。
3) △P 差壓△ P 的精確測量不應(yīng)只限于選用一臺高精度差壓變送器。實際上差壓變送器能否接受到真實的差壓值還決定于一系列因素,其中正確的取壓孔及引壓管線的制造、安裝及使用是保證獲得真實差壓值的關(guān)鍵, 這些影響因素很多是難以定量或定性確定的, 只有加強制造及安裝的規(guī)范化工作才能達到目的。
(2) 統(tǒng)計量
1)C 統(tǒng)計量C 是無法實測的量( 指按標準設(shè)計制造安裝, 不經(jīng)校準使用) ,在現(xiàn)場使用時最復(fù)雜的情況出現(xiàn)在實際的C 值與標準確定的C 值不相符合。它們的偏離是由設(shè)計、制造、安裝及使用一系列因素造成的。應(yīng)該明確,上述各環(huán)節(jié)全部嚴格遵循標準的規(guī)定, 其實際值才會與標準確定的值相符合,現(xiàn)場是難以完全滿足這種要求的。
應(yīng)該指出,與標準條件的偏離,有的可定量估算( 可進行修正) ,有的只能定性估計( 不確定度的幅值與方向) 。但是在現(xiàn)實中,有時不僅是一個條件偏離, 這就帶來非常復(fù)雜的情況, 因為一般資料中只介紹某一條件偏離引起的誤差。如果許多條件同時偏離, 則缺少相關(guān)的資料可查。
2)ε 可膨脹性系數(shù)ε是對流體通過節(jié)流件時密度發(fā)生變化而引起的流出系數(shù)變化的修正, 它的誤差由兩部分組成: 其一為常用流量下ε的誤差, 即標準確定值的誤差; 其二為由于流量變化ε值將隨之波動帶來的誤差。一般在低靜壓高差壓情況, ε值有不可忽略的誤差。當(dāng)△P/P≤0.04 時,ε的誤差可忽略不計。