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刚接触压力变送器的人都会有一个疑问：仪表里面到底有什么东西，能够知道管道里的压力是多少？
控制室里看到的压力数值，是这样一步步转换出来的。
搞清楚压力变送器整体原理，后续遇到压力显示异常、零点漂移、输出不稳定等现场问题，排查起来会更有条理。
一
压力在变送器发生什么？
工业现场测压力，本质上就是让压力作用到一个能够感知变化的部件上。
压力的计算关系是：P=F/A
压力=作用力÷受力面积。也就是说，同样大小的作用力，受力面积不同，产生的压力也不同。
压力变送器安装在管道、储罐或者设备上，接收到的机械力就是通过过程接口传递到仪表内部的介质压力。
其中压力变送器里面有一个关键部件，叫敏感元件。常见结构有金属膜片、陶瓷膜片、应变片结构、弹性测量元件。
以现场常见的膜片式压力变送器为例。
介质压力作用到膜片上以后，膜片会产生轻微弯曲。这个变化非常小，用眼睛看不到，但传感器可以检测出来。
压力升高，膜片变化增大；压力降低，膜片恢复。
仪表就是靠这个变化判断压力大小。
二
变送器靠什么感知变化？
不同厂家、不同型号的压力变送器，内部测量原理会有区别。
现场比较常见的有压阻式、电容式和谐振式。
压阻式压力变送器
压阻式压力变送器利用材料受力后电阻发生变化来测量压力。
压力作用在膜片上，膜片产生形变，安装在内部的压阻元件受到应力影响，电阻值发生改变。
电子线路检测这个变化，再经过放大、补偿和转换，输出对应的压力信号。
这种结构在液压系统、设备压力检测、工业管路测量中使用较多。
现场检修时，如果怀疑压力变送器内部传感器损坏，压阻芯片异常就是需要考虑的原因之一。
电容式压力变送器
电容式压力变送器的测量方式和距离变化有关。
仪表内部有两个电极，压力变化时，测量膜片发生移动，电极之间距离发生改变，电容量也随之变化。
电子模块检测电容量变化，再换算成压力输出。
在石化、电力、化工装置中，很多高精度压力和差压测量设备采用这种结构。
谐振式压力变送器
谐振式压力变送器是通过压力引起的机械应力变化，敏感谐振元件的固有频率发生变化，再利用电子线路读取频率变化来计算压力值。
这类仪表常用在一些对稳定性要求较高的测量场合中。
三
压力变送器输出4～20mA？
在工厂现场，压力变送器后面一般接DCS、PLC或者显示仪表。大家常看到0MPa对应4mA；满量程对应20mA。
为什么不用0～20mA？
主要和现场使用有关。
如果零点也是0mA，那么线路断开以后也是0mA，系统不好判断到底是压力为零，还是线路出了问题。
采用4mA作为零点后，正常零压力时，回路还有4mA；线路断开时，电流会掉到接近0mA。
控制系统可以根据这个变化判断异常。
另外，电流信号受导线电阻变化的影响较小，在满足回路供电电压和负载要求的情况下，适用于远距离传输的工业现场。不过，电流信号也需要考虑电磁干扰、接地、屏蔽和线路敷设等问题。
现在很多智能压力变送器还带HART通信，可以通过手操器读取参数、查看状态和修改设置。
四
表压、绝压、差压的区别
压力测量中，常看到表压、绝压和差压。三者的区别体现在参考压力的选择上。
表压
表压就是我们平时现场说的“压力”。
它参考的是大气压力。比如压力表显示0.6MPa，表示设备内部压力比外界大气压力高0.6MPa。
管道压力、设备压力测量，大部分采用表压。
绝压
绝压参考的是绝对真空。
两者关系：绝压=表压+当地大气压力
一些真空设备、气体计算场合，需要使用绝压。
差压
差压测量的是两个位置之间的压力差。
计算公式：ΔP=P1-P2
比如过滤器前后安装差压变送器。过滤器干净时，两侧压力差较小。
如果过滤器运行一段时间后前后压力差升高，系统就可以根据数据判断是因为滤芯堵塞导致过滤阻力增加。
孔板流量计也是利用差压原理计算流量。
五
压力变送器显示不准，怎么查？
压力测量出现问题时，很多时候不一定是变送器坏了。现场排查一般从几个地方入手。
1.看取压位置和引压管
测液体压力时，如果引压管里面存气，会影响压力传递。
测含杂质介质时，取压口堵塞也会造成压力显示偏低或者不变化。
检查时需要确认：
取压口有没有堵；
引压管有没有积气；
阀门状态是否正确。
2.看温度影响
高温介质会影响仪表内部结构，热量会引起敏感元件特性、结构以及液体体积变化，直接传到变送器，导致零点变化。
因此很多现场会根据仪表允许的过程温度、安装方式和工艺要求配置冷凝容器、冷凝弯或其他适当的隔热、降温措施。
3.看压力波动
泵出口、压缩机出口、阀门附近，经常会有压力波动。
压力变化快时，变送器输出也会随之跳动。需要结合工艺，判断这类情况的原因是实际压力变化，还是仪表受到冲击。
4.看量程设置
有些现场压力变送器选型时量程留得过大。
例如设备正常压力只有0.3MPa，却安装了一台0～10MPa的变送器。虽然仪表可以正常测量，但低压力区域的显示效果会受到影响。
因此量程选择需要结合实际运行压力来确定。
六
怎么选压力变送器？
选型时，除了压力范围，还需要确认：
测量范围
考虑仪表在正常运行、启动时以及异常工况下不同的压力。
精度
看厂家提供的精度指标和计算方式。
过压能力
确认仪表能够承受多大的压力冲击。
接液材质
要提前确认膜片是否匹配接液材料，特别是腐蚀性介质。
安装环境
提前确认仪表适用于防爆区域、高温区域、潮湿区域。
七
小结
压力变送器安装在现场，但在DCS画面上只显示一个压力数值，其中经过一整套环节。
管道里的压力作用到膜片，膜片产生变化，传感器检测变化，电子模块转换信号，4～20mA送入控制系统，最终显示成压力数值。
所以，压力变送器出现问题时，不能只盯着仪表本身。
取压点、引压管、安装方式、参数设置、信号线路，都属于压力测量系统的一部分。
掌握压力变送器，不只是记住几个原理，更重要的是知道现场出现问题时，该从哪里开始查。
一块小小的压力变送器，连接的是现场设备和控制系统之间的信息传递。把它的工作过程搞清楚，后面的安装、维护和故障处理都会顺很多。
PROFILE
技术工程师
刘工
资深工程师，长期专注于液位测量设备的现场应用与技术改进，具备丰富的工程实践经验。曾多次参与石化、电力等行业项目，对雷达液位计、磁翻板液位计等仪表的选型、安装与故障分析有深入研究，尤其擅长解决密封、振动、温差等极端工况下的安装问题，帮助客户提升系统稳定性与测量可靠性。
1、压力表、压力变送器、压力开关有什么区别？
2、压力越高，流量是不是越大？
3、背压到底有什么用？一篇讲清流量控制背后的压力逻辑
封面丨小黄
文字丨刘工
图片丨阿刀
审核丨小田
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