Omega压力手册 (1)

测量压力的机械方法已经有几个世纪的历史。U 型管压力计是最早的压力指示器之一。最初这些管件都用玻璃制成，根据使用需求加上刻度。但压力计既大又笨重，很难整合到自动控制回路中。因此，压力计通常在实验室中使用，或用于本地示数。依据不同的参考压力选择，压力计可被用于绝对压力测量、表压测量、或者差压测量。

差压传感器常见于流体测量应用，可以测量文丘里管、节流孔或其它基本流量元件两侧的压差。测得的压差与流速有关，也即与体积流量相关。现代压力变送器的许多功能都源于差压传感器。事实上，差压传感器可被视为所有压力变送器的原型。

“表压”被定义为与大气压之间的相对压力。在使用英制单位的地区，表压通过在单位缩写后面加一个字母“g ”来表示。例如压力单位“磅每平方英寸表压”缩写为psig 。当使用国际单位制时，应在单位后面加“gauge ”，例如“Pa gauge ”。当使用绝对单位来测量压力时，参考压力为绝对真空，“磅每平方英寸绝对压力”的缩写为psia 。

压力计、传感器、变换器、变送器等名词通常混用。压力计特指一个独立的可把探测到的过程压力转换为指针机械运动的指示计。压力传感器通常包括测压传感器部分和一个机电转换或机械气动转换装置，以及一个电源。压力变送器则是一

个标准化的压力测量套装，包括三个基本元件：一个压力传感器，一个电源，以及一个把传感

器的输出转换为标准输出的信号调制/转发装置。

压力变送器可以把测量的目标压力转换为模拟气压信号（3-15psig ），模拟电子信号（4-20mA 直流），或数字电子信号。当压力传感器与数据采集系统直接连接

且距离较远时，应尽量输出较高的电压信号。这种信号在进行长距离传输时，必须针对电磁干扰和射频干扰（EMI/RFI ）进行防护。

压力传感器的性能术语也需要定义。传感器准确度指测量结果相对于选用标准的一致程度。通常表达为满量程的百

过程压力测量

分比，或实际读数的百分比。对于满量程百分比设备，误差会随着测量结果的绝对值减小而增大。可重复性指的是对同

一变量的一系列连续测量结果之间的接近程度。线性度用于评估传感器的输出信号随压力一同增大的线性程度。滞后误差描述的是从较低压力升高时接近或从较高压力降低时接近条件下，同一过程压力水平产生不同输出信号这一现象。

从机械到电子

最早的压力计使用挠性的传感器元件。压力变化导致挠

性元件运动，从而使表盘上的

指针旋转。在这类机械压力传

感器中，采用波登管、隔膜或

膜盒元件探测到过程压力，并

触发相应的机械运动。

波登管是一个C型椭圆截

面管，一端连接到过程压力

（图3-1A）。另一端密闭，连

接指针或其它传输装置。为了

提升灵敏度，波登管可以扩充

为螺旋管或螺线管（图3-1B和

3-1C）。这可以增大有效的角

长度及管道末端的机械运动，

从而提高传感器的分辨率。

挠性压力传感器系列还包

括膜盒和隔膜（图3-2）。隔

膜由于尺寸较小且输出的运动

或力足以满足电子传感器的工

作需求，得到了广泛的应用。

也有许多针对腐蚀性工况的隔

膜材料可供选择。

在二十世纪20年代后，自

动控制系统发展起来，50年代

后压力变送器和中控室成为典

型配置。因此，波登管（膜盒

或隔膜）的自由端不再需要与

指针连接，而是将过程压力转

换为输出（电子或气动）信

号。最初，通过机械方式将其

常可以产生3-15psig的输出信号并传递至几百英尺以外的距离，应用中继增压装置可以传得更远。后来，随着固态电子技术的成熟和传输距离的增大，压力变送器普遍变为电子式。早期的设计输出直流电压（10-50mV；1-5V；0-100mV），后来将输出信号标准化为4-20mA直流电流。

由于机械动平衡装置的固有限制，力平衡式和固态式压力传感器被先后开发出来。最早的非固定式应变计出现于二十世纪30年代末期。在这个装置中，金属丝被固定到待测应变结构上，从而测得应变后的阻值。这个设计的稳定性存在固有缺陷，无法保持校准状态。此外还有金属丝和隔膜之间的粘接失效和热弹性应变带来的滞后效应等一系列问题。进成果包括粘接薄膜式和分子

先为汽车工业开发，随后很快

推广到所有的工业和科研领域

的压力测量应用。半导体压力

传感器具有很高的灵敏度、低

廉的价格、良好的精度和可重

复性。（更多应变计的相关使

用参见第2章）

气动压力变送器仍然在广

泛应用，特别是石化工业。但

随着控制系统向中央集成化和

智能化的转变，这类设备开始

被模拟电子信号和最近出现的

数字电子信号变送器取代。

传感器类型

图3-3为科研人员和工程

计中选择压力探测器的总体方向。这张图表显示了不同种类的传感器所适用的压力和真空范围，及其（是否）使用了何种内部参考压力（真空或大气压）。

由于电子压力传感器在工业和实验室数据采集、控制应用领域得到了极其广泛的应用，本节主要深入逐一讨论它的工作原理和优缺点。

? 应变计

当第二章中所描述的应变计被用于测量一个弹性隔膜或波登管的形变时，它就成为压力传感器的一个元件。应变计类的压力传感器具有十分广泛的应用。

应变计类压力传感器主要用于小范围的差压测量。事实上，应变计的作用是测量弹性隔膜由于不同部位受到的压力不一致而导致的位移。当低压

端口接通大气时，这种仪器可

以测量表压。如果两端口分别

连通不同的压力，则可测量差

压。如果低压端口与真空基准

连通，这就构成了一个可以测

量绝对压力的变送器。

应变计类压力传感器可用

于低至3英寸水柱、高至

200,000 psig（1400 MPa）的

压力范围。测量误差从0.1%量

程到0.25%满量程不等。其他

误差来源包括六个月时间内产

生的0.25%满量程漂移或每

1000°F产生的0.25%满量程温

度影响。

? 电容

电容压力传感器源自低真

空研究应用。隔膜元件的移动

会导致电容值的变化（图3-

5）。隔膜通常由金属或金属

包覆的石英制成。一侧暴露于

过程压力，另一侧暴露于参考

压力。根据压力种类的不同，

电容压力传感器可以测量绝对

压力、表压或差压。

不锈钢是最为普遍选用的

隔膜材料。在腐蚀工况下，镍

铬铁基合金或哈司特镍等高镍

合金钢则具有更好的表现。在

一些高温高腐蚀的场合也使用

金属钽。作为特种应用，银隔

膜可被用于测量元素态的氯、

PX80型号图片小于实际

尺寸，参见第B-268页

了解详细信息。

氟等卤素的压力。

在电容压力传感器中，使用高频高压振荡器给传感电极元件充电。在双平板电容传感器设计中，检测到两板之间的

隔膜移动就标示着过程压力的变化。

如图3-5所示，隔膜的变形导致电容值的变化，从而可被电桥电路检测到。这个电路既可工作于平衡状态，也可工作于不平衡状态。在平衡态下，输出电压被输送至零值检波器，从而可调电容的电臂需要相应变化以保持电桥平衡于零值。因此，在平衡态下，维持检波器零值所需的电桥设定

即对应着过程压力的测量结

果。工作于不平衡状态下时，

过程压力的测量结果则由输出

电压与激励电压之间的比值表

达。

单板电容的设计也非常简

单。这种设计中，电容极板设

置于隔膜的背面，电容变量是

隔膜形变的函数。因此，检测

到的电容值即为过程压力的示

数。电容值可以被转换成直流

电流或电压信号，由配电板仪

表或基于微处理器的输入/输出

电路板读出。

电容压力传感器应用十分

广泛，部分由于它具有宽广的

量程：从微帕级的高真空到

10,000psig（70MPa）。也可

测量低至0.01英寸水柱的差

压。并且，与应变计式压力传

感器相比，它的漂移并不大。

在较好的设计中，精度可达

0.1%示数，或0.01%满量程。

典型的温度影响大约为每

1000 °F漂移0.25%满量程。

电容式传感器通常被用作

副基准，特别是在低差压、低

绝对压力的测量应用中。它的

响应十分灵敏，因为隔膜的行

程通常只有几个微米。新一代

的电容式压力传感器具有更高

的抗腐蚀性能，对寄生电容和

振动影响也有更高的抗性，以

改善传统设计的"示数抖动"问

题。

? 电势测定

电势式压力传感器提供了

一种从机械压力计获取电信号

输出的简单方法。这种装置主

要包括一个刮臂机械连接到波

登管或膜盒的精密分压计。刮

臂在分压计上的移动将检测到

的传感器形变转换为用惠斯通

电桥实现的阻值测量（图3

-6）。

在这种测量中，从刮臂到

波登管、膜盒或隔膜元件的机

械连接会引入不可避免的误

差。由于系统中金属元件的热

膨胀系数不同，温度影响会造

成额外的误差。随着机械元件

差。

电势式压力传感器可以做得极小，从而安装进非常狭窄的空间，例如直径4.5英寸的压力计外壳里。它的输出信号也较强，无需额外的放大。因此支持一些低压应用。它的价格也较低廉。电势式压力传感器可以探测到5至10,000psig 的压力（35KPa至70MPa）。精度在0.5%至1%满量程之间，不包括漂移和温度影响。

? 谐振导线

谐振导线式压力传感器在二十世纪70年代末被研发出来。在这种设计中（图3-7），导线的一端被线夹固定，另一端被传感隔膜固定。一个振荡电路使导线在谐振频率下振荡。过程压力的变化会导致导线张力变化，从而改变导线的谐振频率。这一变化会由计数可以被很精确地检测到，这种

传感器可被用于较小的差压检

测，包括绝对压力和表压。

谐振导线式压力传感器的

最大优势在于，它的原生信号

就是数字信号，从而可以被直

接传送到微处理器的稳定晶体

时钟。它的缺点主要包括对温

度变化较为敏感、非线性的信

号输出和对冲击、振动的适应

性较差。非线性和环境温度变

化所带来的误差主要通过微处

理器补偿来尽可能减小。

谐振导线式压力传感器可

以探测到低至10mmHg的压

力，最高差压可达750英寸水

柱

，最高绝对压力可达

6,000psig（42MPa）。典型

准确度可达0.1%校准量程，时

效影响每六个月漂移0.1%，温

度影响每1000°F漂移0.2%。

? 压电

当压力、力或加速度被施

加于石英晶体上时，晶体内就

会产生一个与所施外力成正比

的电流。（图3-8）这类晶体

传感器和应变计等静力装置之

间的根本区别在于，晶体中的

电信号衰退极快。这一特性使

得此类传感器无法用于测量静

力或静态压力，但很适合动态

场合的测量。（这一现象在后

续专门论述动态力、冲击和加

速度测量的章节也有讨论）压电装置可以根据是否测量晶体的静电荷、电阻值和谐振频率来进一步分类。根据应用场

合的不同，这种晶体传感器可被称为静电式、压阻式和谐振式。

当压力施加于晶体上时，

它会产生弹性形变。这种形变会导致电荷的流动（仅仅持续几秒）。由此产生的电信号即可作为施加于晶体上的压力的

示数。这种传感器无法探测静态压力，但可用于测量快速变化的压力，如冲击、爆炸、压力脉冲（来自火箭引擎、发动

机、压缩机等）或其它撞击、振动等现象。部分这种看似粗糙的传感器甚至可以探测到每秒钟上百万次量级的压力产生信号，在本章后面部分会有详细论述。

这种动态压力传感器的输出信号通常以“相对”压力单位来表达（例如psir 而非psig ），以晶体的初始状态为参考。此类传感器的最大量程为5,000或10,000psir 。压电传感器的主要优点在于简单的构造、较小的尺寸、较高的速度

和自生的信号。另一方面，它对温度变化较为敏感，并需要特殊的接线和信号放大。

安装时也需要格外注意：安装扭矩需要和校准扭矩相等。（通常为30英寸磅）另一

个可能降低响应速度从而使传

$165，图片小于实际尺寸，参https://www.360docs.net/doc/a65687235.html,/dmd16了解详细信息。

感器性能退化的因素是晶体下方的空腔深度。空腔越大，响应速度越低。因此，推荐采用尽可能小的空腔深度，并且不应大于探针直径。（通常约0.25英寸）

静电压力传感器的尺寸很小，结构简单。施加于晶体的外力既可是纵向的，也可以是横向的，均会形成与力的大小成正比的高电压信号输出。晶体的自生电压信号在一些无法向传感器供电的场合十分有用。这种传感器具有极快的响应速度（30kHz，峰值100kHz），从而使之成为测量瞬态现象的理想工具。

图3-9显示了一个加速度补偿的压力传感器。在这个设计中，通过额外的激振质量和另外一个具有相反极性的“补偿晶体”实现了补偿功能。这些元件经过调节，刚好可以抵消相关元件质量（如端片和隔膜）由加速度导致的惯性效应对测压晶体的影响。

由于石英属于常见的自然矿物，这种传感器通常并不昂贵。电气石是一种自然生成的半珍贵态石英，具有低于微秒级的响应时间，因此在非常高速的瞬态过程测量中十分有用。合理地选择晶体能够同时确保良好的线性度和降低温度敏感性。

尽管压电传感器不能用于静态压力测量，它们在动态压力检测领域得到了广泛的应

用，如爆炸、脉冲、引擎、发

动机、压缩机或其它迅速变化

的压力设备所导致的动态压力

环境。这类传感器可以探测到

0.1至10,000psig（0.7KPa至

70MPa）范围的压力。典型准

确度为1%满量程和每1000°温

度影响所带来的1%满量程漂

移。

压阻式压力传感器的工作

原理是硅晶体的电阻可随应力

变化。

与应变计相似，一个压阻

式传感器包括安装在一个隔膜

上的四组硅电阻。与应变计传

感器的结构不同，这种设备的

隔膜是由硅材料制成的，电阻

则在制造工艺中扩散到硅膜

上。将制成的硅膜粘接到另一

片圆形硅片上，即可完成传感

器的制造。

若用于测量绝对压力，则

两个硅片的粘接需在真空环境

下进行。若用于测量参考压

力，硅膜背后的空腔需要与大

气连通，或与相应的参考压力

源连通。当用于测量过程压力

时，会使用不锈钢或其它符合

工况腐蚀标准的合金制成的充

液保护膜来确保硅膜免于接触

过程工质。

压阻式压力传感器对温度

变化十分敏感，必须进行温度

补偿。压阻式压力传感器适用

于3psi到14,000psi（21kPa到

100MPa）。

谐振压电式压力传感器可

以测量石英晶体承受外力所导

致的谐振频率变化。这种传感

器主要包括一个在隔绝外力的

状态下振荡的悬臂梁。这个悬

臂梁被保持在谐振频率振荡。外力变化会导致谐振频率的变化。外加压力P 和谐振频率的关系是：

P = A(1-T O /T) - B(1-T O /T 2

)

其中TO 是无外力时的谐振周期，T 是外力P 下的谐振周期，A 和B 是传感器的校准常数。

这种传感器在用于绝对压力测量时，有效量程为0-15psia 至0-900psia （0-100kPa 到0-6MPa ）不等。用于差压测量时，有效量程为0-6psid 至0-40psid （0-40kPa 到0-275kPa ）不等。

? 磁感式/磁阻式

许多早期的压力传感器都

基于磁现象。这些现象包括磁感、磁阻和涡电流等。磁感现象指的是电路中的电流以一定速率变化时，产生感生电动势（emf ）的属性。磁阻指的是对磁流的阻力，是铁磁性物质对磁通量的反力。在这类传感器中，压力变化导致运动，从而使电路的磁感或磁阻发生变化。

图3-10A 显示了使用线性可变差动变压器（LVDT ）作为工作元件的一种压力传感器。LVDT 的工作原理是磁感率。在这个设计中，三个线圈被导线连接至装有铁芯的绝缘

筒内，铁芯用压力传感器定位。

在主线圈中通入交变电流，若铁芯位于中间位置，两个次级线圈（#1和#2）中会产生相同大小的感生电动势。由于线圈串联，总的输出电压为零。当过程压力变化导致铁芯移动时，次级线圈就会产生与

电压差。

LVDT 式压力传感器的精度为0.5%满量程，适用于0-30psig （0-210kPa ）到0-10,000psig （0-70MPa ）的压力范围。可用于绝对压力、表压及差压测量。它的最主要缺点是可能产生的机械磨损及对振动、磁场干扰的敏感度。

磁阻在磁回路中的作用相当于电路中的电阻。如果压力

变化使两个铁芯的磁通量路径间距改变，则电感率L1/L2将与过程压力的变化有关。（图3-10B ）基于磁阻的压力传感器有很强的输出信号（每伏特激励电压可达40mV 量级），但必须输入激励电压。外部磁场可能导致测量结果失真。温度影响大约为2%每1000°F 。由于具有非常高的输出信号，这种传感器常被用于量程相对较小，但有较高分辨率需求的

到10,000psig （250Pa 到70

PX61C1-050GV ，

$425，图片小于实际尺寸，参见第B-45页。

MPa）的压力范围。典型的准确度为0.5%满量程。

? 光学

光学压力传感器可以探测过程压力变化所导致的微小影响，并输出相应的电信号。（图3-11）采用一个发光二极管（LED）作为光源，隔膜会驱动一个叶片来遮挡部分光线。当过程压力变化导致叶片在光源二极管和测量二极管之间运动时，接收到的红外线量会产生变化。

光学压力传感器必须考虑LED光源的老化补偿。通常的做法是使用一个从不被叶片遮挡的参考二极管。这个参考二极管也可对污渍堆积或覆盖光学表面的其它物质对信号所带来的影响进行补偿。由于信号源、测量过程和参考二极管总

是处在相同的环境温度下，光

学压力传感器的使用不受温度

影响。此外，由于测量所需的

运动幅度极小（小于0.5mm），

滞后现象和可重复性误差也接

近于零。

光学压力传感器不需要太

多的维护。它具有较好的稳定

性和较长的设计寿命。适用于

5psig到60,000psig（35kPa到

413MPa）的压力范围，准确

度为0.1%满量程。

实际问题

在工业应用中，良好的可

重复性经常比较高的绝对准确

度更为重要。如果过程压力的

变化范围较大，通常推荐选用

具有较高线性度和较低滞后现

象的传感器。

环境温度和过程温度的变

化也会带来压力测量误差，尤

其是在绝对压力较低和差压较

低的应用场合。在这类应用中

必须使用温度补偿。

电源的波动也会降低压力

传感器的使用性能。传感器的

敏感度（S）决定了在测量压力

（Pm）和传感器压力（Pr）保

持不变的情况下，供电电压

（VS）变化时，输出电压

（VO

）的变化量：

V O = (S)V S (Pm/Pr)在压力测量系统中，总误差可用平方和开根号的方法计算。总误差等于各项独立误差的平方之和的平方根。

? 选择标准

压力传感器通常输出毫伏

级别的电压信号（100mV 到

250mV 范围）当用于变送器时，通常需要将信号放大至伏特级别（1至5V ）和转化成电流回路，一般为4-20mA 直流。

传感器的外壳应当根据电工等级和抗腐蚀需求来专门确定。腐蚀防护需要同时考虑腐蚀液体的飞溅、腐蚀气体的释放和传感器元件与腐蚀性材料的接触。通过选择合理的抗腐

蚀材料、涂层和使用化学密封等方法可以满足装置的抗腐蚀需求。在后面章节有详细的论述。

假如装置环境内有易爆蒸气，传感器及其电源必须要满足相应的环境需求。通常把这些元件安装在有净化装置或爆炸防护的外壳中，或采用设计保证。

选择压力传感器的首要考虑或许是量程。两个十分重要的考虑相互矛盾：仪器准确度和过压保护。从准确度角度考虑，变送器的量程应尽可能小（常规工作压力在量程中部附近），从而使满量程百分比的误差尽量减小。但另一方面，由于误操作、误设计，隔离不足等导致的压力过载及其后续影响也必须被考虑。因此，不仅需要指出需求的压力范围，还要同时给出过压保护程度。

大部分压力设备的过压保

PX41T0-100G5V ，$450，图片小于实际尺寸，参见第B-106页。

护范围都在50%至200%满量程左右（图3-12）。这种保护程度可适用于大多数应用场合。当工况中存在更高幅度的过载压力且持续时间短暂时（几秒钟或更短的高压力脉冲），可以安装缓冲器。它可以滤去信号的尖峰，但同时导致测量响应的延迟。如果过压会持续较长时间，可以通过安装卸压阀来保护传感器。但卸压阀打开的时候是无法进行有效测量的。

如果变送器需要在较高的环境温度下工作，可以利用电冷（珀尔帖效应）或水冷来给外壳降温，或将变送器移至空调环境下安装。在零度以下的工作环境中，电阻加热或蒸汽伴热等技术可作为绝热设计的补充。

在高温工作环境中，则需要考虑将测量设备与待测过程隔离的各种设计。这主要包括环封、虹吸管、固定在远处带化学密封的毛细管道，以及吹洗。

? 维护

压力传感器必须要进行定期的维护和/或校准。压力变送器需要周期性地从所测过程中卸除维护，因此要确保维护过程不需要中断待测过程，且不会造成伤害或损坏。由于待测工质可能具有毒性、腐蚀性或其它对人身及环境有害的性质，在维护过程中防止工质的

泄漏十分必要。

安装一个三路歧管（图3-

13）就可以实现这种保护。图

中，阀P用于隔绝待测过程，

的工质释放到安全容器中。阀

T则用于在校准/测试时将测量

仪器与提供测试压力的工质连

通。歧管的所有组件都预装配

入紧凑的包装，从而节省了空

间和现场操作时间，降低了泄

漏的可能。

? 校准

压力变送器的校准既可以

在工作中进行，也可以送回实

验室完成。实验室校准是更理

想的选择，但通常并不可行或

必要。实验室的常见校准设备

有两种：提供基本标准的静重

标定台和由静重标定台定期校

用标准”的校准件。辅助标准

的精度当然会比基本标准要

低，但用它们来测试其它设备

却更为简便。

静重标定台由一个被螺钉

压入贮液器的泵活塞、一个支

承静重砝码的主活塞和待校准

的测量仪器组成（图3-14）。

工作时，将对应于待校准压力

（P=W/A）的静重砝码（W）

置于主活塞（截面积A）上方。

泵活塞向贮液器注入更多的液体，使整个系统增压直至托起静重砝码。

现代的静重标定台比图3-14中所示更为精准复杂，但工作原理仍然相同。这些精密的设计包括温度补偿和通过活塞旋转以抵消摩擦力的影响等。

美国标准与技术研究院（NIST）可以提供鉴定过的静重砝码，并通过测量活塞的直径来校准静重标定台。静重标定台可用于校准低至5psig （35kPa），高至100,000psig （690MPa）的压力范围。应用倾斜式，空气润滑的设计可以探测到毫米汞柱级别的微弱压力。NIST校准的静力标定台精度在不超过40,000psig （280MPa）的压力范围可达十

万分之五。工业级的静力标定

台误差通常为0.1%量程。

用于校准工业用压力传感

器的一个典型辅助标准由一台

精确的电源、一块精确的数显

计和一个高精度谐振（石英）

压力传感器组成。这种装置的

精度足以用来校准大部分工业

用压力传感器，但必须在NIST

有注册和记录追溯才可当作官

方校准标准使用。制造商承诺

的最高准确度通常为0.05%满量

程。

? 安装和附件

压力测量仪器应尽可能安

装在可见、易读的位置。读数

位置应与视线平齐。仪器上方

应留有足够的空间用于拆卸及

可能的相关工具、测试设备需

求。

在某些应用场合，可能需

要防止过程工质接触传感元

件。待测过程可能具有毒性、

腐蚀性、磨损性等危害，或可

能在环境温度下凝胶、冻结、

分解，或高/低于传感器所能承

受的温度范围。为滤除工质中

可能存在的悬浮物或信号中可

能存在的超过耐压上限的尖

峰，以及隔绝振动，也可能需

要在待测过程和压力测量仪器

之间安装附件。

? 缓冲器和脉冲消除器

如果将一个未经保护的压

力传感器与容积泵或压缩机的

出口直连，传感器的指针将会转个不停。将缓冲器和脉冲消除器安装在待测过程和测量仪器之间，可以有效地滤除压力尖峰，或将压力脉冲均摊到较低的峰值水平（图3-15）。

图示第一个设计中，通过使用防腐蚀的多孔金属过滤器可以将压力读数延迟约10秒钟。其它的设计则使用固定或可变的活塞和限流装置来提供更短的延迟。可调式限流装置的优点是，在压力计与压缩机出口直连的例子中，使用者可以观察到指针停止旋转的时刻自然地，当需要快速测量时，应禁止使用瞬态压力（例如在压力超出上限时触发安全锁）的缓冲装置，因为会延迟安全系统的响应。

? 化学密封

化学密封也被称作“保护膜”。它的核心元件（上部、下部和清扫环）如图3-16A所示。压力测量仪器用螺纹与常规材料制造的上半部装置连接，因为这部分装置只与非腐蚀性流体（通常为硅油）接触。使用者清理外壳底部积累的工质时，可将上半部装置及隔膜与压力传感器一同移除。下半部装置由“管道规格”（适用于特定过程）的材料制造，并可周期性地进行清洗。

图3-16A中所示的密封是离线设计，线上设计如图3-

16B所示。线上装置相对不易

堵塞，但维护时需要关断待测

过程。最优的自清洁设计如图

3-16C所示，去除了所有的锐

边和不连通的凹穴（容易积存

固体）。

可调活塞可用包括特氟隆

在内的多种塑料制造，可做成

筒状或盘状。

过程压力变化时，通过密

封隔膜排出的液体总量有限，

可能无法触发膜盒式的传感器

“旋转式”隔膜以提供更大的

排液量，流体密封元件（图3-

17）也可以去除易存积固体的

不连通凹穴和锐边。它们也很

适于挤压机这样的高压高粘度

应用。

在压力测量设备上增加密

封装置可能导致以下问题：

?长/大孔的毛细现象使检测流

体的体积增加，进而增大温

度误差。

?小尺寸的隔膜弹性较差从而

增大误差，在低温环境下尤

为明显。

?适用于常规环境温度的检测

流体粘度可能在低温下导致

问题。

?较长的毛细管或较小的微孔

都会使响应延迟。

?密封和毛细管的不均匀加热/

冷却会导致误差。

?某些加注流体随温度过度

膨胀从而击穿隔膜，损坏

仪器。

?高温和/或高真空可能使加注

流体蒸发，从而损坏仪器。

?低温的流体可能在隔膜底

部过度凝聚，使仪器无法

工作。

?加注流体凝固也会导致仪器

故障。

正确的密封安装必须考虑

以下几点：

?过程和环境温度范围。

?加注流体的流体静水头和密

封器件、检测器件的相对高

度。仪器安装后需要归零以

消除相对高度影响。

?

清洗和排液过程中可能导致

PX600-500GV，$495，

图片为实际尺寸，参见

第B-43页。

的温度、压力和机械损伤。?隔膜破裂可能导致的继发危险与污染事故。

?差压测量装置的两端需要采用相同的密封设计和毛细管长度。

?在极端温度/压力组合环境下的密封及仪器性能。

? 湿式机构和密封槽

当差压测量装置的单根或

两根取压管都充入稳定而与过程兼容的流体时，这个装置就称为“湿式机构”。校准时必须考虑取压管高出仪器的部分与流体重力的累积效果。湿式机构的设计还必须考虑取压管的充液和排液。

测量结果变化时，仪器排液量较大的场合下密封槽与湿式机构结合使用。密封槽是安装在取压管顶端的一夸脱左右的小型贮压容器。如果差压测量时用到了两根取压管，两个密封槽必须安装在相同的高度。密封槽在取压管中起到蓄水池的作用，将大流量导致的读数变化限制在最小程度，从而避免加注液体充入过程管线，降低了取压管的误差。

参考文献

?Omegadyne ?Pressure, Force, Load, Torque Databook,OMEGADYNE, Inc., 1996.

?The Pressure, Strain, and Force Handbook?, Omega Press LLC, 1996.?Industrial Control Handbook, E. A. Parr, Butterworth-Heinemann, 1995.?Instrument Engineers’ Handbook, Bela Liptak, CRC Press LLC, 1995. ?Marks’ Standard Handbook for Mechanical Engineers, 10th Edition, Eugene A. Avallone and Theodore Baumeister,McGraw-Hill, 1996.?“Pressure Transducers,” Raymond Williams, Flow Control,March, 1998.?Process/Industrial Instruments and Controls Handbook,4th Edition, Douglas M. Considine, McGraw-Hill, 1993.?Van Nostrand’s Scientific Encyclopedia, Douglas M.Considine and Glenn D. Considine, Van Nostrand, 1997.