壓力 ( 壓強(qiáng)) 是垂直并均勻作用在單位面積 。上的力。國(guó)際單位制中將 1 牛頓 ( N) 的力垂直均 勻作用在 1 平方米 ( m2 ) 的面積上產(chǎn)生的壓力定 義為 1 帕斯卡 ( Pa) 。 

 

在實(shí)際應(yīng)用中，壓力通常被分為 3 類(lèi): 表壓、 絕壓和差壓，如圖 1 所示。表壓是以大氣壓力為 參考點(diǎn)，大于或小于大氣壓力的壓力［1］。因此表 壓是總覺(jué)對(duì)壓力與周?chē)�大氣壓力之間的差值或液 體中某一點(diǎn)高出大氣壓力的那部分壓力。絕 壓 ( 覺(jué)對(duì)壓力) 是以完全真空作為參考點(diǎn)的壓力［1］。 也就是說(shuō)，絕壓測(cè)量的是被測(cè)壓力和真空之間的 差壓。差壓是任意兩個(gè)相關(guān)壓力之差。與表壓或絕壓測(cè)量不同，差壓并沒(méi)有固定的測(cè)量基準(zhǔn)。因 此，差壓的增加可能是其中一個(gè)壓力增加或另一個(gè)壓力減小的結(jié)果。

1差壓及其用途

    如圖1  (c)所示的差壓，壓力1(高壓端)的增大或者壓力2(低壓端)的減小，都可能造成差壓值的增加。因此，差壓測(cè)量結(jié)果與低壓端是否在真空或大氣壓下無(wú)關(guān)，它只與兩測(cè)壓端的壓力差有關(guān)。

    差壓測(cè)量主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和生活中。它通常是其他測(cè)量的基礎(chǔ):如流量、液位、密度、粘度甚至溫度測(cè)量。這其中#常見(jiàn)的就是流量和液位的測(cè)量。

    差壓流量計(jì)是差壓變送器#常見(jiàn)的應(yīng)用之一。它通過(guò)測(cè)量流體流經(jīng)管道時(shí)壓力的差值來(lái)計(jì)算流量。其通常是由節(jié)流裝置產(chǎn)生壓差，通過(guò)差壓變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以供顯示、記錄或控制用，如圖2所示。這是目前#成熟及常用的流量測(cè)量方法之一。

    圖3為差壓變送器的液位測(cè)量。在封閉水箱中，差壓變送器的低壓端連接水箱頂端，高壓端連接水箱底部。此時(shí)差壓變送器測(cè)得的差壓值

PD=PH一PL=pgh。

2、差壓變送器及其構(gòu)造原理

    差壓變送器是工業(yè)測(cè)量中#常見(jiàn)和實(shí)用的一種測(cè)量差壓的設(shè)備，此設(shè)備可將兩端口間測(cè)得的壓力差值轉(zhuǎn)換輸出為電信號(hào)。工業(yè)差壓變送器由兩個(gè)殼體組成:下部分殼體為壓力傳感器單元，上部分殼體為電器部分。差壓變送器有兩個(gè)壓力端口，分別以“High”和“Low”標(biāo)出。但使用時(shí)并不一定要求“High”端口總是連接高壓端、"Low”端口總是連接低壓端。

 

   差壓變送器有三個(gè)功能部件。

 

   (1)壓力傳感器(處于下部殼體內(nèi))

    多數(shù)的工業(yè)差壓傳感器是用膜片作為壓力傳感器單元。其位于兩個(gè)壓力端口之間，具有機(jī)械結(jié)構(gòu)，會(huì)因?yàn)槭┘拥膲毫Χ�發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而后這種偏轉(zhuǎn)會(huì)被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，如圖4所示。常見(jiàn)的傳感器有:應(yīng)變式、電容式、諧振式傳感器。傳感器的輸出與施加的壓力差成正比。

    (2)電路單元

    處于下部殼體內(nèi)的傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)僅為毫伏水平，之后該信號(hào)被放大到0一5 V或0-10 V的范圍，或被轉(zhuǎn)換為4-20 mA信號(hào)以便繼續(xù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程儀器。此電路單元放置于上殼體的轉(zhuǎn)換器內(nèi)。

 

    (3) 2線(xiàn)制4一20 mA轉(zhuǎn)換器

    變送器輸出的電信號(hào)與輸入的差壓值成正比。

對(duì)于2線(xiàn)制4一20 mA轉(zhuǎn)換器，4 mA對(duì)應(yīng)量程下限，20 mA對(duì)應(yīng)量程上限。只要變送器的激勵(lì)電源功聅hou愎唬�这仲|(zhì)涑齜絞皆詿�输时縿x皇芨涸刈榪貢浠�和悼姽波动祿习蠚e�同蕩挪可译s隑RAIN或HART FSK協(xié)議的數(shù)字通訊疊加。

 

3、差壓設(shè)備的檢定校準(zhǔn)以及靜壓下檢測(cè)的

    重要性

    在計(jì)量檢定或校準(zhǔn)時(shí)，常以給高壓端加壓，低壓端直接通大氣的方式檢測(cè)差壓儀表。此時(shí)，差壓儀表高壓端的表壓值即為差壓壓力儀表的差壓標(biāo)準(zhǔn)值，我們稱(chēng)此為常壓下的檢測(cè)。這種檢測(cè)方法在理論上沒(méi)有問(wèn)題，但在工業(yè)應(yīng)用中，高壓端與低壓端往往同時(shí)存在一定的壓力，也就是說(shuō)低壓端并不總是大氣壓，此時(shí)低壓端的壓力值為靜壓。檢測(cè)時(shí)，同時(shí)給高壓端和低壓端加壓，再計(jì)算兩端壓力的差值作為被測(cè)差壓儀表的標(biāo)準(zhǔn)值，我們稱(chēng)其為靜壓下的檢測(cè)。兩種檢測(cè)方法比較，后者的檢測(cè)方式相對(duì)復(fù)雜，但顯然更貼近實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景。

 

    我們?cè)跈z測(cè)中發(fā)現(xiàn)，很多在常壓下檢測(cè)時(shí)合格的差壓儀表在靜壓下檢測(cè)時(shí)誤差會(huì)變大甚至超差，這種靜壓導(dǎo)致的差壓儀表輸出誤差稱(chēng)為靜壓影響誤差。很多原因可能導(dǎo)致差壓儀表在靜壓下示值超差，除儀表在運(yùn)輸時(shí)的碰撞和介質(zhì)溫度影響外，可能的原因還有軸封膜片的中心或支點(diǎn)偏心、軸封膜片與主杠桿產(chǎn)生偏心或膜盒的左右膜片剛度發(fā)生變化等[’]。

 

    即便是常壓和靜壓下示值合格的差壓儀表，其靜壓下的誤差也往往大于常壓下的誤差。在大量的日常檢定工作中，我們發(fā)現(xiàn)一些差壓儀表在靜壓下的誤差變化存在著一定的規(guī)律。如電容式差壓變送器在高靜壓下，雖然差壓零位的輸出變化沒(méi)有明顯的規(guī)律，但隨著差壓值的增大，輸出值會(huì)有偏小的趨勢(shì)，且差壓值越大，輸出值偏小的趨勢(shì)越明顯。另外，在壓差一定的情況下，靜壓越大，差壓輸出值偏小的趨勢(shì)也更加明顯。分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，是在靜壓下高低壓端口同時(shí)施加壓力，電容式差壓變送器的硅傳感器膜片在水平方向的力相互抵消，此時(shí)豎直方向的張力便會(huì)增加，由于膜片中心部分相對(duì)較薄，相對(duì)應(yīng)的張力更大，由差壓產(chǎn)生的水平方向的位移趨勢(shì)會(huì)偏小，輸出電壓因此相應(yīng)偏小。另外，在靜壓下，由金屬和玻璃構(gòu)成的金屬曲面座會(huì)產(chǎn)生微小的形變，厚度相應(yīng)變小，致使兩側(cè)的電容極板的極距增大，由公式C=e xS/d (C為電容;。為介電常數(shù);S為面積;d為極板間距)可知，電容將減小結(jié)果是輸出電壓變小，一司，如圖5所示。

4結(jié)束語(yǔ)

    工業(yè)差壓應(yīng)用中，靜壓的影響普遍存在，因此，計(jì)量人員對(duì)差壓儀表(如差壓變送器)檢定和校準(zhǔn)時(shí)，不應(yīng)忽視靜壓影響誤差的檢測(cè);同時(shí)，研究和開(kāi)發(fā)可用于靜壓檢測(cè)的工業(yè)差壓設(shè)備檢測(cè)裝置也就顯得十分重要。