工业过程检测与控制仪表按工作场合分为现场仪 表与控制室仪表。现场仪表由压力仪表 、温度仪表 、流量仪表 、物位仪表 、分析仪表 、执行机构等组成 , 其中压力仪表的比重占现场仪表的 1 /3左右, 因此压力仪表的地位和作用十分突出。
在工业过程检测与控制中, 压力仪表通过对压力的检测来为工业过程的安全运行 、工序测控 、污染处理 、控制负荷 、数据处理等提供可靠信息和保障 。
压力仪表因被测对象的形态不同而分为表压 、绝压 、差压 。
表压是相对于大气压而测得的压力。该测量方式有正压和负压之分, 是最常用的一种压力测量方式。
绝压是相对于绝对真空而测量的压力。该测量方式在真空环境和系统中经常用到。
差压是测量两个不同位置的压力差。测量对象往往是管道流量 、密闭容器的液位和液体的比重等参数 。
压力变送器就是实现上述压力检测和控制的产品。
压力变送器的基本要求
工业过程的压力变送器使用的场合具有一定的特 殊性, 其特征如下:
①全天候连续工作 ;②工作现场存在着油 、水 、汽 ;
高低温 、振动 、冲击 、电磁干扰 、射频干扰以及潮气 、易燃易爆等恶劣条件 ;③测量介质有蒸汽 、水 、油以及酸 、碱 、盐等腐蚀性介质和有机溶液 。因此对压力变送器来讲 , 就必须使产品满足上述特殊要求 。
随着国内工业自动化改造进程的逐渐加快 , 压力变送器应用范围的不断拓宽 , 工业用户对压力变送器的稳定性尤为关注 。产品的质量和企业生产效率对企业而言是非常重要的 , 因而对检测环节的压力变送器的要求也很高 。早期仅能稳定运行 6 ～ 12个月的压力变送器已经远远不能达到客户的需要 ,而现在要求变送器必须达到 18个月以上 。而且工业用户对压力变送器的故障率也提出了严格的要求 。在一些重要作业环境中 , 压力变送器的故障率直接影响着用户生产的安全性 。在现场应用中 ,随着自动化工程项目规模的逐渐扩大 ,对压力变送器现场安装的难易程度也提出了更高的要求 ,在保证仪表稳定运行的前提下 ,要求仪表的安装更加便捷 。近些年,产品市场竞争不断加剧,对产品质量提出了新的要求 ,进而导致工业用户对压力检测的精度也不断提高。由原来的 0.25 ～ 0.5级 ,已经提升到 0.1 ～ 0.075级 。随着工业网络控制和通信的不断发展 , 对于压力变送器 ,除了要保证原有测量指标外 ,还必须满足网络数据通信的要求 ,因此 ,压力变送器中的通信协议也成为工业用户要求的指标之一 。
2 常用的压力检测传感器
将压力转换为电信号输出的传感器称为压力传感器 。压力传感器一般由弹性敏感元件和位移敏感元件(或应变计 )组成 。弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变 ,然后由位移敏感元件 (位移传感器 )或应变计 (电阻应变计、半导体应变计 )转换为与压力成一定关系的电信号 。有时把这两种元件的功能集于一体 ,如压阻式传感器中的固态压力传感器 。压力传感器的发展趋势是进一步提高动态响应速度 、精度和可靠性以及实现数字化和智能化等 。常用压力传感器有电容式压力传感器 、变磁阻式压力传感器 、扩散硅式压力传感器 、差动变压器式压力传感器 、霍耳式压力传感器 、光纤式压力传感器 (光纤传感器 )、振弦式压力传感器 、谐振式压力传感器等 。
3 压力变送器的类型和发展趋势
测量压力的变送器大体分为压力变送器和差压变送器 。变送器有两线制和四线制之分 ,目前两线制变送器主导市场有智能和非智能之分 ,智能型变送器已逐步取代模拟型变送器 ;按应用场合之分又有普通型和防爆型 ;另外 ,按应用工况变送器的主要种类如下 :
①低 (微 )压 /低差压变送器 ;
②中压 /中差压变送器 ;
③高压 /高差压变送器 ;
④绝压 /真空 /负压差压变送器 ;
⑤高温 /压力 、差压变送器 ;
⑥耐腐蚀 /压力 、差压变送器 ;
⑦易结晶 /压力 、差压变送器 。
变送器的选型通常根据安装条件 、环境条件 、仪表性能 、经济性和应用介质因素等综合考虑 。实际运用中分为直接测量和间接测量 ;其用途有过程测量 、过程控制和装置联锁 。常见的变送器有普通压力变送器 、差压变送器 、单法兰变送器 、双法兰变送器 、插入式法兰变送器等 。压力变送器按测量机理来分 ,最常用的有电容式 、电感式 、扩散硅式 、振弦式等 。
压力变送器产品总的发展趋势是数字化 、智能化 、网络化 、高精度 、高适应性和高安全性 。目前数字智能式变送器正在主导压力变送器的发展方向 ,由于该类型变送器采用了先进的检测技术 ,消除了潮气 、粉尘及其它现场恶劣环境对测量的影响 , 精确度可达到 0.05%、量程比扩大到 200∶1、稳定性和寿命达到 5年以上 ,通信协议更加完善 , 并且通过安全认证 ,总体性能指标可满足大部分现场测量和控制要求 , 所以得到工业客户的广泛关注 。
4 目前国内产品的现状和存在的问题
4.1 现状
我国压力变送器由于下列原因导致产品在低端水平徘徊 : ①基础材料差 ;②传感器技术落后 ;③专业设备配套性差 ;④工艺基础研究跟不上 ;⑤计量检测技术落后 ;⑥人才分散 ,协作性差 ,各自为战 。
4.2 产品存在的问题
产品存在主要问题有 :①产品的精度不高 ;②可靠性和稳定性差 ;③产品的整体设计不合理 ;④产品的维修率高 ;⑤环境适应性差 。
4.3 产品生产情况
目前 ,国内压力变送器生产状况分四类 :第一类是国外公司在国内独资设厂生产 ;第二类是合资生产 ;第三类是传感器和整机都由国内企业生产 ;第四类是一部分小企业购买国内主流变送器厂商的传感器和组件组装生产 。国外原装进口和在国内独资设厂生产及合资生产的变送器独占国内中高端市场 ,而国内主流企业生产和小企业组装生产的变送器只能满足中低端市场需求 。
另外国内企业与国外公司合资生产的产品比国内企业生产的质量好, 但是芯片等核心技术不是国内的,所以整体上与国外先进水平相比存在一定的差距。但目前也出现了一些国产品牌产品质量呈上升趋势。特别是智能变送器的逐步成熟 ,使国产压力变送器稳定性和可靠性两大“瓶颈有望得到一定程度的解决 。
5 结束语
目前在国内压力变送器市场上 , 国外品牌和合资生产产品优势依然十分明显 , 市场占有率达到 70%,因此 ,我们国内企业必须面对现实 、迎接挑战 ,找出自己的出路 ,以下为几点建议 :
①在传感器技术和专用芯片技术上必须有所突破 ,必须研发生产出自己的高性能传感器 ;②国内企业必须打破技术封锁 , 互相交流和协作 。国家可组织高端人才进行技术难关攻关 ;③对引进的产品进行分析 ,消化吸收 、创新和发展 , 开发出具有中国特色的产品 ;④加强专用设备的开发 ,以及计量标准的建立 。国内压力变送器除了在传感器技术上要掌握核心技术外 ,还必须在材料 、设备 、工艺等方面不断完善和提高 ,如真空设备 、精密加工设备 、焊接设备 、批量检测手段和设备等 。同时变送器所需的集成电路和补偿软件 、通信协议等都需要进行自主研发 。
上述工作单靠一两个生产企业或科研院所是无法完成的 ,因此各方面必须相互协作 ,将资源充分整合起来 ,细化分工 、优势互补 ,形成一个专业化 、大协作的氛围和有效机制 ,这样才能真正走出困境 ,实现我国压力变送器产品的整体突破 。