摘 要：壓力變送器的類型、材質(zhì)、量程、防爆等級(jí)等的選擇與環(huán)境條件、應(yīng)用工況、安裝條件、介質(zhì)特性、經(jīng)濟(jì)性等息息相關(guān)，變送器的合理選型可更好地保證變送器的使用壽命并確保化工生產(chǎn)過程的測(cè)量控制穩(wěn)定。
1 概述
變送器在化工行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，尤其是壓力變送器占據(jù)了較大比例。以我司為例，我司以燒堿為基礎(chǔ)，擁有丙烯-環(huán)氧丙烷（PO）-聚醚（PPG）和甲醇-1,4-丁二醇（BDO）-聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）兩條主產(chǎn)業(yè)鏈，壓力變送器在我司遠(yuǎn)傳測(cè)量?jī)x表中占比約為 40%，主要應(yīng)用于壓力、差壓、液位、流量等測(cè)量領(lǐng)域，在生產(chǎn)中作為過程測(cè)量、過程控制和過程聯(lián)鎖等的檢測(cè)儀表。根據(jù)環(huán)境條件、應(yīng)用工況、安裝條件、介質(zhì)特性、經(jīng)濟(jì)性的不同，對(duì)變送器的選型具有不同的要求。壓力變送器以下簡(jiǎn)稱變送器。
2 變送器的類型
2.1 按測(cè)量對(duì)象來(lái)劃分
壓力分為絕對(duì)壓力、表壓、差壓三種。變送器按測(cè)量壓力對(duì)象的不同，可分為壓力變送器（表壓）、絕對(duì)壓力變送器、差壓變送器三種。
絕對(duì)壓力即參照壓力為真空時(shí)所測(cè)量的壓力值;表壓即參照壓力為當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫r(shí)，所測(cè)量的壓力值，表壓為負(fù)值時(shí)稱為負(fù)壓力或真空度；差壓即測(cè)量?jī)蓚�(gè)壓力之差，對(duì)于變送器而言，即變送器上有兩種感壓膜盒，稱為正負(fù)壓室，變送器通過對(duì)正負(fù)壓室兩端測(cè)量的壓力值進(jìn)行計(jì)算得出兩者的差壓值。
2.2 按膜盒制作結(jié)構(gòu)來(lái)劃分
變送器按膜盒制作結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行分類，可分為普通型和隔離式。 普通型變送器即其測(cè)量膜盒只有一個(gè)，直接感受被測(cè)介質(zhì)的壓力或差壓。而隔離式變送器則由普通型的內(nèi)膜盒和直接感壓的外膜盒組成，外膜盒感壓后通過一種穩(wěn)定液（硅油、氟油、乙二醇等，一般為硅油）將壓力傳遞至內(nèi)膜盒上，從而實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量。隔離式變送器常用的為法蘭式安裝，也可作成螺紋連接型，法蘭連接隔離式變送器又可分為平膜片和凸膜片型。從安裝形式上，隔離式變送器可分為一體式直接安裝型和遠(yuǎn)傳安裝密封型。在使用環(huán)境較好，易接近的場(chǎng)合，可選用直接安裝型變送器。遠(yuǎn)傳型即外膜盒與內(nèi)膜盒間通過毛細(xì)管進(jìn)行連接。（本段落中提到的所有變送器都在http://www.m.hkchinese.com/chaya/）
3 變送器的應(yīng)用領(lǐng)域及選型
根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域、工藝管道和設(shè)備結(jié)構(gòu)、開孔情況、安裝位置的不同，變送器的選型也不同。由于變送器的類型較多，應(yīng)用面廣，故在變送器選型，尤其是在備品備件變送器選型上，建議按通用性、適用范圍廣等原則來(lái)統(tǒng)一考量，以減少備品備件的庫(kù)存數(shù)量。
3.1 變送器在壓力測(cè)量領(lǐng)域的類型選擇
在壓力測(cè)量上選用的變送器有壓力變送器（中低表壓）、高壓力變送器（中高表壓）和絕對(duì)壓力變送器、單法蘭隔膜密封式壓力變送器（中低表壓）。根據(jù)測(cè)量安裝方式的不同，壓力、高壓力和絕對(duì)壓力變送器可分為管道直連式安裝和導(dǎo)壓管取壓安裝兩種安裝類型。對(duì)于微小壓力工況，直接測(cè)量壓力可能存在測(cè)量波動(dòng)不穩(wěn)定的情況，根據(jù)《自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》HG/T 20507-2014 中的 5.3.1，測(cè)量微小壓力（小于 500Pa）時(shí)，宜選用差壓變送器。
3.2 變送器在差壓、液位測(cè)量領(lǐng)域的類型選擇
差壓測(cè)量即通過差壓變送器測(cè)量正負(fù)壓室的壓力差進(jìn)行計(jì)算得出差壓值。在液位測(cè)量領(lǐng)域中，可通過測(cè)壓力或差壓的方式來(lái)間接測(cè)得液位。
測(cè)量介質(zhì)特性和安裝方式的不同，液位測(cè)量選用的差壓變送器有差壓變送器（靜壓為中低壓）、高靜壓差壓變送器（靜壓為高壓）、法蘭安裝式差壓變送器、隔膜密封式雙法蘭差壓變送器等。
（1）常壓容器液位測(cè)量
常壓容器與大氣連通，P - 即等于大氣壓，可直接選用壓力變送器或單法蘭隔膜密封式壓力變送器來(lái)進(jìn)行測(cè)量，如選用差壓變送器則負(fù)壓室直接通大氣不需連接。根據(jù)液柱壓強(qiáng)公式 P=ρgh，
ΔP=P + -P - =ρ 1 gh
式中，ΔP——變送器正、負(fù)壓室之間的壓差;
ρ 1 ——在設(shè)計(jì)溫度和壓力下，被測(cè)容器內(nèi)的介質(zhì)密度，kg/m3;
h——測(cè)量液位，m。
（2）密閉容器液位測(cè)量
常壓容器的密負(fù)壓室可能存在氣相揮發(fā)，或是容器頂部進(jìn)行氮封，如選用法蘭安裝式差壓變送器則負(fù)壓室需引導(dǎo)壓管連接，如選用隔膜密封式變送器，則正負(fù)壓室均使用遠(yuǎn)傳法蘭連接。
ΔP=P + -P - =ρ 1 gh+ρ 2 g（H-h）
式中，H——被測(cè)容器正、負(fù)取壓點(diǎn)之間的高度，m;
ρ 1 ——在設(shè)計(jì)溫度和壓力下，被測(cè)容器內(nèi)液體上部氣體介的質(zhì)密度，kg/m3。
注：由于智能變送器可通過手操器進(jìn)行零點(diǎn)遷移操作，在這里不考慮由于安裝引起的零點(diǎn)漂移問題。這里也暫不考慮由于變送器安裝位置與液位零點(diǎn)不在同一高度而產(chǎn)生的毛細(xì)管內(nèi)硅油的壓差影響。
（3）敞開水池
敞開水池一般采用投用入液位計(jì)較為經(jīng)濟(jì)，但對(duì)于水池底部有污泥的工況，使用投入式液位計(jì)可能存在維護(hù)量較大的問題，此情況下也可選用單法蘭密封隔膜式壓力變送器進(jìn)行液位測(cè)量。
3.3 變送器在流量測(cè)量領(lǐng)域的類型選擇
變送器在流量中，一般使用差壓變送器，與孔板、阿牛巴、文丘里等節(jié)流裝置配套使用實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量，差壓變送器檢測(cè)出來(lái)的是對(duì)差壓值，對(duì)于蒸汽、氣體等介質(zhì)還需要進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，一般在二次表或 DCS/PLC 等上位系統(tǒng)上進(jìn)行運(yùn)算得出相應(yīng)的流量值。流量測(cè)量選用的差壓變送器有差壓變送器和隔膜密封式雙法蘭差壓變送器等。
4 變送器在幾種特殊工況的選型及應(yīng)用
4.1 高溫工況
高溫工況應(yīng)注意考慮傳感器填充液、毛細(xì)管灌充液的選擇。常用毛細(xì)管灌充液的硅油一般為 200 硅油和高溫 704硅油。在大氣壓力下，200 硅油可用范圍為-45~205℃，高溫 704 硅油可用范圍為 0~305℃。在實(shí)際選型中，除了了解工況溫度外，工況壓力也是一種重要參數(shù)。隨著溫度的升高，介質(zhì)飽和蒸汽壓也會(huì)相應(yīng)降低，在選型中應(yīng)根據(jù)廠家的飽和蒸汽溫壓曲線來(lái)選擇，建議 130℃以上考慮選用高溫硅油。對(duì)于測(cè)量介質(zhì)溫度較高的場(chǎng)合，過程溫度超過變送器的正常工作范圍，且不能通過導(dǎo)壓管或直接安裝型隔離膜把溫度調(diào)節(jié)到極限范圍內(nèi)，可選用遠(yuǎn)傳型變送器，通過毛細(xì)管引壓，避免由于高溫對(duì)變送器電子元件造成的影響。
4.2 易結(jié)晶高粘度工況
介質(zhì)離開工藝設(shè)備后易產(chǎn)生結(jié)晶現(xiàn)象或是介質(zhì)粘度太大時(shí)，如采用導(dǎo)壓管連接易造成堵塞，需要經(jīng)常進(jìn)行清理疏通，且易造成測(cè)量的不穩(wěn)定，一般選用隔離式變送器。對(duì)于結(jié)晶較為嚴(yán)重的工況，可選用凸膜片型變送器，將感壓膜片直接插入設(shè)備內(nèi)部，從而可直接感受介質(zhì)的溫度，使介質(zhì)在膜盒處不易結(jié)晶，更好地保證測(cè)量的穩(wěn)定可靠。結(jié)晶工況往往同時(shí)需要伴熱保溫，對(duì)于此工況，隔離液宜選用高溫硅油。對(duì)于介質(zhì)在法蘭連接處易凝結(jié)、沉積的工況，建議在過程法蘭和隔膜密封法蘭之間裝夾沖洗環(huán)，通入水等，通過沖洗環(huán)側(cè)面的孔沖洗掉沉積物，保持隔膜清潔，從而保證膜盒的正常感壓。
4.3 腐蝕性工況
腐蝕性工況包括環(huán)境條件、應(yīng)用工況的腐蝕性。如在導(dǎo)壓管材質(zhì)為碳鋼或不銹鋼適用的工況，選擇普通型的壓力和差壓變送器；如碳鋼或不銹鋼無(wú)法滿足工況要求時(shí)，應(yīng)選用隔離式變送器。
腐蝕性工況需特別注重材質(zhì)的選型。變送器的材質(zhì)包括了變送器的膜片及接液材質(zhì)、法蘭材質(zhì)、外殼材質(zhì)、排氣/排液閥材質(zhì)、傳感器填充液材質(zhì)、毛細(xì)管灌充液材質(zhì)、螺栓螺母材質(zhì)等，選型中最需要關(guān)注的是膜片及接液材質(zhì)、法蘭材質(zhì)、外殼材質(zhì)。
4.3.1 膜片及接液材質(zhì)
根據(jù)介質(zhì)化學(xué)特性的不同，來(lái)進(jìn)行選擇，不同濃度的同種介質(zhì)在不同溫度下的腐蝕性也有所不同。隔膜密封式變送器，一般內(nèi)膜盒選用不銹鋼材質(zhì)，接液外膜盒根據(jù)介質(zhì)特性進(jìn)行選擇。
以下為我司常見的幾種介質(zhì)的膜片材質(zhì)選擇
對(duì)于其它材質(zhì)，可查閱《儀表工手冊(cè)》表 1-5-18 儀表常用金屬材質(zhì)防腐性能表，或《儀表常用數(shù)據(jù)手冊(cè)》中的8.1 儀表常用耐腐蝕材料。
4.3.2 法蘭材質(zhì)
對(duì)于法蘭連接的變送器，法蘭材質(zhì)一般有碳鋼、304SST、316SST 三種選型，法蘭材質(zhì)的選擇與環(huán)境條件、介質(zhì)特性有關(guān)，由于法蘭并非直接接液部分，如果在環(huán)境條件良好、經(jīng)濟(jì)性考量較多的情況下，可選用碳鋼材質(zhì)。但對(duì)重要的監(jiān)控點(diǎn)或安環(huán)控制點(diǎn)，為避免出現(xiàn)膜片腐蝕導(dǎo)致法蘭也迅速腐蝕的情況，建議按 316SST 來(lái)選擇。
4.3.3 外殼材質(zhì)
根據(jù)環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)性來(lái)考慮變送器的外殼材質(zhì)，外殼材質(zhì)一般包括鋁合金和不繡鋼材質(zhì)，如果不是處于腐蝕性較強(qiáng)的環(huán)境條件，選擇鋁合金材質(zhì)更經(jīng)濟(jì)些。
4.4 安裝位置不便于維護(hù)工況
如可選用導(dǎo)壓管連接，一般選用普通型變送器，在經(jīng)濟(jì)性允許的情況下，也可選用遠(yuǎn)傳型，將變送器裝至合適的位置以便進(jìn)行日常維護(hù)。同時(shí)應(yīng)根據(jù)工況選擇合適長(zhǎng)度的毛細(xì)管，毛細(xì)管的長(zhǎng)度不同響應(yīng)時(shí)間也不相同，常用的毛細(xì)管長(zhǎng)度為 3~5 米。遠(yuǎn)傳型變送器的價(jià)格一般為直接安裝型的0.5-1倍以上，在選型時(shí)應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用需要和經(jīng)濟(jì)性兩方面來(lái)權(quán)衡考慮。
5 變送器的其它參數(shù)選型
5.1 量程的選擇
量程選擇時(shí)應(yīng)遵循量程上下可調(diào)、保證精度（一般精度要求為 0.075%）、通用性強(qiáng)等原則來(lái)進(jìn)行綜合考慮。量程的選擇以工況要求的最大壓力或差壓為依據(jù)，通過按工況要求的 1.5~2 倍確定量程。
5.2 防爆等級(jí)的選擇
變送器從防爆等級(jí)來(lái)劃分，可分為普通型、防爆、粉塵防爆、防火、本質(zhì)安全型等。對(duì)于化工行業(yè)來(lái)說(shuō)主要為防爆型和本質(zhì)安全型，應(yīng)根據(jù)裝置的系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行選擇。
5.3 變送器的接線方式、電源和輸出信號(hào)的選擇
變送器的接線方式分為四線制和兩線制，電源類型有24VDC 和 220VAC，目前常用的為 24VDC 兩線制變送器。變送器的輸出信號(hào)分為 4~20mADC 輸出 BRAIN 協(xié)議、4~20mADC HART 協(xié)議、FF 現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議、PROFIBUS PA 總線協(xié)議等，1~5VDC 低功耗輸出等，4~20mADC HART 是目前應(yīng)用較廣的一種信號(hào)類型。
6 結(jié)束語(yǔ)
變送器作為應(yīng)用較為廣泛的儀表，在日常選型中應(yīng)盡可能考慮全面，選用更適用現(xiàn)場(chǎng)工況、性價(jià)比高的產(chǎn)品。合理的選型同時(shí)進(jìn)行正確的安裝，才能更效地發(fā)揮變送器在化工生產(chǎn)中的作用。
