壓力傳送器原理是什麼?6個指標教您怎麼選才合適!


我們在各種數位壓力儀錶上看到的數字,其實是通過壓力傳送器來實現。壓力傳送器應用廣泛,各類工業製程、食品醫療、自動控制系統等等都需要此測量元件。本文將為大家介紹壓力傳送器的功能與原理,讓您更深入瞭解這款產品的相關知識。


壓力傳送器是什麼?

壓力傳送器(Pressure Transmitter),也被稱為壓力變送器。它是一種將測量到的壓力轉換為可供儀器或自動化系統處理的電信號的儀器,將訊號傳送到電子設備上,形成我們在顯示器上看見的壓力數值,用於監測和控制各種工業系統中的壓力。

壓力傳送器常應用於工業自動控制系統中,透過連續監控壓力數據,實現對生產過程的調控,保持過程運行穩定,並能夠時時發現異常壓力波動,提前預警,保證設備的安全和生產效率。


壓力傳送器原理是什麼?

壓力傳送器要將感應到的壓力轉換成電信號,主要是透過壓力感測元件(壓力傳感器)與信號處理電路的結合來實現。

典型的壓力傳送器組成結構:

  1. 感壓膜片或隔膜。
  2. 感測元件(壓阻、壓電、應變計、電容等)。
  3. 信號處理電路和輸出電路(電橋、信號放大、線性化和溫度補償、數字信號處理模組、信號轉換模組等)。
  4. 外殼與接續口。
  5. 顯示器(可選)。

常見的壓力感測元件類型

1. 壓阻式感測器(Piezoresistive Pressure Sensor)

被測介質的壓力作用於感測膜片上,產生微小的變形,安裝在感測膜片上的電阻器因膜片變形而改變其電阻值,電阻的變化與膜片上的壓力所引起的應變成正比,再透過信號處理電路將電阻變化值轉換為線性的電信號。

2. 壓電式感測器(Piezoelectric Pressure Sensor)

使用石英晶體或特殊配方的陶瓷等材料,當施加壓力時,這些材料會在表面產生電荷,這些電荷與施加的壓力成正比,再透過信號處理電路將電荷轉換為可量測的電信號。由於壓電材料的電荷產生是瞬息的,適用於檢測快速變化的動態壓力,但不適合測量靜態壓力。

3. 應變計式感測器(Strain Gauge Pressure Sensor)

應變計通常由金屬箔片或薄膜製成,它被粘貼在彈性結構體上,當外部壓力作用在感測器上時,彈性結構體會發生微小的變形,而改變應變計的電阻值,這種電阻變化與施加的壓力成正比,再透過信號處理電路將轉換為線性的電信號。應變計式壓力感測器可用於靜態和動態壓力的測量,但對於非常高速變化的壓力,回應可能較慢。

4. 電容式感測器(Capacitive Pressure Sensor)

利用電容變化來測量壓力的感測器。電容是由兩個導體板(電極)和它們之間的介質所構成,當壓力作用於感測膜片時,膜片的變形會改變兩個電極板之間的距離,從而改變電容值,再透過信號處理電路轉換為可讀取的電信號。電容式感測器靈敏度高,適合測量微小壓力或靜態壓力。


如何挑選壓力傳送器?

注意事項 敘述
壓力量程 量程是指其能夠測量的壓力範圍。選擇適當的量程是至關重要的。如果量程過大,可能會降低測量的準確性;如果量程過小,則可能無法涵蓋您實際需要測量的壓力範圍。根據實際測量壓力範圍來選擇傳送器,並確保選擇的量程有足夠的餘量來應對極端情況,避免壓力過載造成損壞。
輸出信號 輸出信號通常有幾種選擇,類比訊號4-20mA、0-5Vdc、1-5Vdc、0-10Vdc等或數位通訊協定Modbus、HART等。選擇適合您控制系統的信號類型。
接續口類型 接續口類型有螺紋、法蘭、衛生管接頭等,選擇的材質與尺寸須與安裝現場的管道接頭相匹配。
接液部材料 壓力傳送器的接液部位,包含感知器膜片、密封圈與接續口,這些部位的材料必須能夠與被測介質相容,要確保材料和結構能夠承受該介質的腐蝕、溫度和壓力。
防護等級 根據工作環境選擇合適的防護等級(IP等級)。嚴苛環境,如潮濕、粉塵、易燃等環境,要選擇高階防護等級或是防爆等級的產品。
精度 精度是指傳送器測量結果與實際壓力之間的偏差。根據應用需求,選擇容許的精度等級,並定期校正,才能確保測量結果的可靠性。
壓力顯示器 帶顯示器的壓力傳送器除了可傳送信號至控制或監測系統,也可在現場觀測壓力,但相對體積較大,價格也較高。若有現場觀測壓力的需求,購買時可選配現場顯示器。


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