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隔膜压力变送器的原理及设计。

文章出处:人气:2发表时间:2019-3-19 14:11:31

导读:隔膜压力变送器的原理及设计。工业自动化控制所使用变送器,传送检测液体工作变量,如压力、液位、温度、流量、比重等,用于监测、控制工艺过程的操作。

隔膜压力变送器是一种在工业领域测量流体压力的自动化仪表,它主要由测压探头、毛细管、填充液和压力变送头组成,测压探头的一端设置有弹性金属膜片,弹性金属膜片与测压探头之间形成密闭腔体;测压探头上具有用于向密闭腔体内灌装填充液的灌装口;毛细管的一端与密闭腔体连通,毛细管的另一端连接压力变送头;填充液(如硅油、氟油等)通过灌装口灌入密闭腔体内,当密闭腔体和毛细管被灌满时,将灌装口堵住即可。使用时,使被测介质与弹性金属膜片接触,流体作用于弹性金属膜片,使弹性金属膜片受压发生变形,根据帕斯卡定律,密闭容器内流体的部分压力发生变化,将大小不变地向各个方向传递,而毛细管和测压探头上的密闭腔体相互连通并处于密闭状态,因此当弹性金属膜片发生变形时,作用于弹性金属膜片的流体压力就会通过毛细管内的填充液传递到压力变送头,压力变送头将检测到的压力转换成标准的电信号并对其进行显示,这样就实现了对流体压力的测量。

现有的隔膜压力变送器存在如下不足:当被测介质的温度过高或发生剧烈升降温变化时,填充液由于热胀冷缩的性质会发生体积上的较大变化,而填充液体积变化会导致产生内压力,这个力会作用在压力变送器的感压膜片上,使得压力变送头接收的压力信号发生失真,进而影响测量精度,增大测量误差。

针对现有的隔膜压力变送器在被测介质的温度过高或发生剧烈升降温变化时,填充液由于热胀冷缩的性质会发生体积上的较大变化,会使得压力变送头接收的压力信号发生失真,进而影响测量精度,增大测量误差的缺陷,本发明提出一种隔膜压力变送器。

本发明包括依次相连的测压单元、压力传导单元以及压力变送单元;测压单元与压力传导单元之间构成一密封空腔;密封空腔内设置有用于传导压力的液态金属填充液。测压单元与压力传导单元的外部设置有加热装置;加热装置用于对密封空腔中的液态金属填充液进行加热。

加热装置的加热功率为1-300W。密封空腔的侧面设置有液态金属灌注口,用于向密封空腔中灌注液态金属填充液。测压单元包括测压探头;压力传导单元包括毛细管;测压探头的一端设置有用于检测被测介质压力的压力感应模块,测压探头的另一端通过毛细管与压力变送单元相连;压力感应模块和毛细管之间构成密封空腔。毛细管的内径为2-30mm。压力变送单元包括压力变送头;压力变送器用于将压力感应模块通过液态金属填充液传递来的压差信号转换为电信号并进行显示。

压力感应模块包括弹性金属膜片。弹性金属膜片的形状为圆形;金属膜片的面积为0 .5-100cm2。液态金属填充液包括但不限于以下任一种及其组合:熔点低于230℃的铋基、铟基和锡基合金。

本发明的隔膜压力变送器包括测压单元、压力传导单元以及压力变送单元,且测压单元与压力传导单元之间构成一密封空腔,其中设置有用于传导压力的液态金属填充液,由于液态金属的热膨胀系数远小于现有变送器中通常采用的非金属填充液(如硅油、氟油等),因此在测量高温或温度剧烈变化的流体介质时,可提高测量精度,并且由于液态金属的沸点高,即具有非常宽泛的液态温区,因此可测量温度较高流体的压力;并且大多数低熔点金属(除了汞)的挥发性极低,因此在作为填充液用于高温流体压力测量时,自身损耗很小。

隔膜压力变送器的原理及设计

影响温度性能的因素

1、膜片硬度及直径

        膜片硬度是影响温度特性的重要参数。当充填液随着温度的变化而膨胀或收缩时, 硬度小(弹性好)的膜片承受的反作用力比硬度高的膜片要小, 温度变化产生的反向压力作用于变送器的感应膜片上, 从而引起测量误差。膜片硬度越小弹性越好, 硬度小弹性好的膜片在弹性范围内的形变可吸取充填液体积变化, 能够减小由温度变化引起的充填液体积变化带来的压力影响, 较大限度克服温度变化引起的误差。

        在充填液体积因温度引起变化时, 大直径膜片产生的压力测量误差较小, 而较小直径膜片产生的压力测量误差较大。

        以某一品牌变送器(单侧毛细管密封系统)为例, 其填充液为DC200 , 密封膜片为316LSS , 每20 K 温度变化所产生的压力测量误差如表1 所列;两侧毛细管密封系统的变送器, 每20 K 温度变化所产生的压力测量误差为表中误差值的25 %。

2、填充液

        填充液起到压力传递的作用, 充填液随着温度的变化而膨胀或收缩, 填充液的流动性和膨胀特性会影响远传膜片密封系统的性能。填充填液膨胀系数:选择膨胀系数较小的填充液有助于减小温度变化带来的误差。填充液体积越大, 其膨胀潜力也越大, 因此选择毛细管的长度要尽可能短, 毛细管直径要尽可以小, 以减小填充液体积达到减少温度误差的目的。

        充填液黏度:充填液的黏度为其流动性能的量度, 填充液的黏度、毛细管的长度和毛细管的内径均影响摩擦阻力, 摩擦阻力越大, 响应时间越长。选择黏度性小的充填液将加快响应时间。

DN 50 膜片1 mm 直径毛细管密封系统, 在不同填充液时每米的响应时间典型值(T90 %)。

毛细管内径越小, 对压力传递阻力越大, 速度也越慢。毛细管内径大能加快传递速度, 缩短响应时间。毛细管越长, 压力信号传输距离就越长, 增加了响应时间。

无论是用于差压、流量还是液位测量, 正负压室密封系统的膜片规格、两端毛细管长度、填充液应相同。环境温度变化所引起的两端毛细管充灌液膨胀量相同, 尽可能减少因环境温度变化造成的测量误差。



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