差压变送器入门指南

本文是一份简单明了的非正式指南，附有插图，旨在帮助初学者了解差压变送器的原理。

1.什么是压力？

当一个区域受到力的作用时，就会产生压力。这意味着我们可以通过增加力或减少面积来增加压力。我们还倾向于从重量的角度来考虑力（只有在重力不变的情况下才是如此）。例如，重力作用在 1 英寸 x 1 英寸（1 平方英寸）上时，1 磅的重量所产生的力会产生 1 磅/平方英寸的压力，通常写成 1 Psi（每平方英寸 1 磅）。如果同样是 1 磅的力只作用在一半的面积上，我们实际上可以说压力等于 2 Psi。在日常生活中，我们可能会将汽车轮胎打到 26 Psi。

我们也会遇到天气压力（或大气压力）。这可以看作是大气对我们头部的压力。随着大气压力的变化，天气也会发生变化。气压高通常指晴天，气压低则指阴天。

回到我们的汽车轮胎，有两种压力作用在轮胎壁上。一个是轮胎外部的大气压力，另一个是我们给轮胎打气时从压力表上读出的压力。

2.压力测量有哪些不同类型？

通过上面的例子，我们可以说明 3 种压力测量类型。

1. a) 压力表压力 - （轮胎内的压力）或（绝对压力与大气压力之差）
2. b) 绝对压力 - （大气压力和轮胎压力的总和）
3. c) 差压 - （任何两个测量压力之间的差值）

但它们都是相互关联的

1. a) 表压以大气压力为基准进行测量（请参见图 3）。

测量大气压力和轮胎之间差值的压力测量称为表压。为避免混淆，我们通常在测量单位后添加 “g”，例如：磅/平方英寸表压（Psig）。

如图 3 所示，所有测量表压的压力表、传感器、换能器和变送器实际上测量的是大气压力与被测压力之间的差值。

1. b) 绝对压力以真空为基准进行测量。

在某些应用中，大气压力的变化可能很重要。在这种情况下，我们可以测量真空和轮胎之间的差值。如图 2 所示，这称为绝对压力测量，其效果是将大气压力与轮胎压力相加。

因此，绝对压力等于表压和大气压力。

1. c) 差压不是以特定参考压力为基准进行测量的（见 Fg.4）。

与表压或绝对压力变送器不同，差压变送器并不试图固定参考压力。重要的是，压差的增加可能是增加其中一个压力或减少另一个压力的结果。

如果 P1 变小或 P2 变大，压差就会增加。同样，如果 P1 变大或 P2 变小，也会导致压差减小。压差测量并不关心两个压力中较低的一个是真空压力、大气压力还是其他压力。它只关心两者之间的差值。如图 4 所示:

差压测量的基本原理已经确立。

并非所有测量压差的差压变送器、压力表、传感器和换能器都能如图 4 所示实际测量两个压力之间的差值。有些设备试图测量两个表压，然后通过数学计算得出差值。我们认为这种方法存在缺陷，因为它包含了四个压力测量值的不确定性。

3.差压 (DP) 测量用于何处？

差压测量主要用于家庭和工业应用。它通常是流量、液位、密度、粘度甚至温度等其他测量的基础。常见的是液位和流量。

DP 流量测量（图 5）是差压变送器常见的应用之一。通过测量流体流经管道时的压力差，可以计算出流量。

差压流量计有一个主元件和一个辅助元件。一般来说，主元件的设计目的是在流量增加时产生压力差。一次元件有很多种，常见的有孔板、文丘里管、流量喷嘴和皮托管。

流量计的二级元件是差压变送器。其设计目的是尽可能精确地测量主元件产生的压差。尤其重要的是，差压测量不受流体压力、温度或其他属性（如环境温度）变化的影响。

好的 dp 变送器可以确保准确测量压差，而不受其他变化参数的影响，并能可靠地传输代表压差的信号。对于 dp 流量变送器，输出信号可能还包括平方根提取。尽管如今这一功能通常由 Dcs 系统的流量计算机来实现。

工业 DP 变送器的输出信号可能是 4-20mA 信号，但也可能包括数字通信，如 HART、Profibusm 现场总线、Modbus 485 RTU 或许多其他通信协议之一。其目的是提供电信号，以便传输到远程过程控制仪表。见图 5。

现在，我们已经了解了什么是差压以及差压的使用方法，现在可以将注意力集中到差压变送器本身了。

4.什么是差压变送器？

差压变送器是常见、有用的工业压力测量仪器。这种设备可以感应两个端口之间的压力差，并根据校准的压力范围产生输出信号。

工业差压变送器由两个外壳组成（见图 6）。压力传感元件位于下半部分，电子元件位于上半部分。变送器有两个压力端口，分别标为 “高 ”和 “低”。并不强制要求高压端口始终处于高压，低压端口始终处于低压。这种标记与端口对输出信号的影响有关。图 7 说明了这一点（请参见图 7）。

5.差压变送器的结构：

差压变送器有三个功能部件。

1) 直接压力传感元件（位于外壳下部）。

大多数工业差压变送器都配有膜片作为压力传感元件。膜片是一种机械装置。它位于两个压力入口之间。膜片会因施加的压力而偏转。

如图 7 所示。这种偏转被转换成电信号。这通常由传感器完成。常用的传感器有 (a) 应变计 (b) 差分电容 (c) 振动线。传感器的输出与施加的压力成正比。

2) 电子装置： 传感器在下腔产生的电信号范围仅为毫伏。

该信号将放大至 0-5V 或 0-10V 范围，或转换为 4-20mA 信号，以传输至远程仪器。上部外壳是 DP 变送器的变送器部分，其中包含电子单元。详见图 7。

3) 两线制 4-20mA 电流变送器：

产生的直流输出电流与差压变送器的压力范围成正比。下限为 4mA，上限为 20mA。这种受控电流输出不受负载阻抗变化和电源电压波动的影响。该 4-20mA 输出与 BRAIN 或 HART FSK 协议的数字通信相叠加。

6.差压变送器的工业应用：

• 差压变送器在工业领域的应用不受限制。
• 陆上、海上和海底应用中的石油和天然气流量计量。
• 水和污水处理厂。主要用于监控这些工厂的过滤器。
• 用于监控喷洒灭火系统。
• 远程感应蒸汽或热水加热系统。
• 可监测阀门的压降。
• 泵控制监控。