壓力變送器常見故障及處理方法

摘要:壓力變送器是現(xiàn)代工業(yè)控制領域中一類傳感類器件，在水利工程、軌道交通工程、智慧建筑、工業(yè)控制、石油化工、船舶制造以及航空航天等產業(yè)中具有十分廣泛且重要的應用。介紹了壓力變送器的分類與工作原理，分析了壓力變送器在安裝與使用過程中較為常見的一些故障類型，針對性地給出了故障解決辦法，旨在能夠提高壓力變送器在應用中的可靠性。
1引言
　　壓力變送器是現(xiàn)代工業(yè)領域中的一類傳感設備，其能夠將壓力反饋轉變?yōu)闅鈩有盘柣螂娦盘枺M而實現(xiàn)遠傳與控制。作為一種重要的熱工計量設備,壓力變送器在多門類的壓力計量領域中具有十分成熟的應用，尤其是在壓差、表壓、真空度、液位、絕壓以及比重等方面的測量中具有精度高與操作簡單等優(yōu)點，同時在量程比與自診斷方面也具有較為突出的應用優(yōu)勢。隨著傳感計量技術的快速發(fā)展及壓力變送器在工業(yè)領域中應用實踐的積累，目前基于不同功能已經發(fā)展出壓電式、壓阻式以及電容式等多種類型的壓力變送器，在工業(yè)領域中的遠傳與控制中發(fā)揮了十分重要的作用。由于壓力變送器的應用場景中常存在高溫、高壓、振動或者腐蝕性流體，因而可能會出現(xiàn)多種類型的故障。統(tǒng)計壓力變送器在應用中的常見故障,分析各類型故障的成因，進而制定針對性的解決措施,對于提高壓力變送器的可靠性具有重要的意義。
2壓力變送器概述
2.1壓力變送器的工作原理與應用特點
　　電阻應變片是壓力變送器中的關鍵部件，其對壓力變化的感知十分敏感，以金屬或半導體為材料制成的電阻應變片能夠將待測物端獲取的壓力轉變?yōu)殡娦盘枴ｋ娮钁兤c力應變基體緊密貼合，基體在壓力的作用下發(fā)生形變時電阻應變片也會出現(xiàn)一定的變形，然后電阻應變片上電阻值隨之改變，最終表現(xiàn)為電阻兩端負載電壓值的改變。數顯型壓力變送器示例如下圖1所示。
 
　　目前，壓力變送器的實踐應用已經十分成熟，通過科學的選型能夠在應用中體現(xiàn)以下優(yōu)勢:
(1)精度好、可靠性高、性能穩(wěn)定;
(2)可應用于V/|集成電路，結構簡單、重量與體積小、可維護性好;
(3)外殼可使用鋁合金材料壓鑄成型，結構強度好;
(4)使用4~20mA直流電信號,抗干擾與遠傳性好;
(5)有指針與數顯型表頭可供選擇，讀取便捷，適用粘稠性與腐蝕性流體。
2.2壓力變送器的分類
　　根據不同的應用場景與內部結構差異，常見的壓力變送器主要包括壓阻式壓力變送器、壓電式壓力變送器、應變式壓力變送器以及電容式壓力變送器等幾大類。其中，壓阻式壓力變送器中具有一個印有電阻的感壓膜片，壓力作用時會形成惠斯通電橋,結合壓阻效應的作用會形成一個與壓力值成正相關關系的電壓信號;壓電式壓力變送器則是在正壓電效應與逆壓電效應的轉換下工作的;應變式壓力變送器的應用相對更為普遍，主要原理是基體受壓后在電阻應變片的變形作用下引起電阻應變片上電阻值的改變，進而引起電阻兩端負載電壓的變化;電容式壓力變送器有電動式與氣動式兩種，電動式電容壓力變送器是將壓力的變化轉化為直流電信號進行顯示，氣動式壓力變送器的輸出信號則反饋為氣體的壓力值。
3壓力變送器投用及安裝維護要點
3.1壓力變送器投用前注意事項
　　壓力變送器第一次使用前應先進行檢查與使用前準備，將隔離液灌入相應的儀表內同時注意清空氣泡。初次啟動前準備工作完成后需要在接通電源后預熱一段時間再平緩的開啟引壓閥，防止引壓閥開啟過猛導致儀表內部壓力劇增造成敏感元器件損傷。需要說明的是，差壓變送器在使用前在儀表內灌入隔離液后關閉三閥組中的平衡閥，打開一次閥上的放空閥與高低壓閥，通過遷移調整確保輸出滿足規(guī)定要求。此外,差壓變送器在安裝完成經試壓正常且三閥組均處于關閉狀態(tài)下可按照:開啟一次引壓閥→打開平衡閥→打開高壓閥→關停平衡閥，打開低壓閥的流程開始啟用。
3.2壓力變送器的安裝與維護要點
(1)確認安裝尺寸。安裝壓力變送器前應使用孔徑測量儀等量具確認安裝孔尺寸是否合適，發(fā)現(xiàn)安裝孔偏小時應進行擴孔處理，防止安裝螺紋受到擠壓磨損而影響壓力變送器的密封性或造成內部元器件的損壞。
(2)清潔安裝孔。清潔安裝孔主要是為了防止異物堵塞，影響壓力變送器的正常工作。完成異物清理之前應將壓力變送器機筒上的壓力傳感器臨時拆除，防止被異物損傷。需要注意的是，在拆除壓力傳感器的過程中要防止熔料進入安裝孔內，因而熔料進入安裝孔內凝結后容易造成壓力傳感器在安裝過程中頂部過壓造成損壞。
(3)合理選擇安裝位置。若壓力變送器中的傳感器元件的安裝位置太靠近產線前端，則傳感器頂部容易被未熔融物料磨損造成傳感器損壞;若傳感器元件安裝位置過于靠近產線后段，則壓力變送器的安裝螺桿與傳感器元件間可能會堆積熔融料并出現(xiàn)一定程度的降解因而也會導致采集到的壓力信號失真;若選擇的安裝位置過深，變送器前段壓力傳感器端部可能會受壓損傷失效。
(4)充分清潔。安裝壓力變送器前需要充分清潔擠出機機筒，常用的清洗方式主要為化學清洗劑清洗或使用鋼絲刷清洗。需要注意的是，使用清洗劑清洗或使用鋼絲刷清洗都易損壞內部傳感器元件的振動膜，因此清洗前需要拆除傳感器元件。此外，機筒處于加熱狀態(tài)時，需要先拆除傳感器元件再以軟質布料清潔機筒頂部，并使用合適的工具對傳感器孔洞進行充分的清潔。
(5)注意防水。目前大多數壓力變送器在進行電路設計時都考慮到了潮濕環(huán)境的影響，但是由于壓力傳感器元件本身對于工作環(huán)境的濕度具有一定的要求，因而在安裝壓力變送器前需要注意環(huán)境濕度不宜過大。若在某些特殊條件下無法保持環(huán)境充分干燥，則需要選用具有良好防水功能的特種傳感元件。
(6)注意低溫影響。雖然壓力變送器內部的一些傳感器元件對低溫具有良好的耐受力，但是若環(huán)境溫度過低還是可能會造成變送器內部傳感器的損壞。例如，裝設于無保溫環(huán)境中的壓力變送器若引壓口內部流體因低溫凝結膨脹，則可能會造成傳感器承壓超限造成損壞。
(7)避免壓力超限。為了提高工作可靠性，壓力變送器采用了冗余設計的理念，通常情況下小幅度的壓力超限并不會直接造成硬件損壞。但是，若壓力超限過多或者在使用過程中過載頻率較高仍容易造成壓力變送器的失效。因此，應根據實際工況選擇壓力變送器的量程,保證壓力變送器量程大于工作環(huán)境的壓力。
此外，在檢查與檢定方面應每周進行一次功能檢查，每月進行一次精度檢定，檢查與檢定過程中注意及時清除附著的灰塵，校對變送器輸出電流值，保證變送器輸出端與強電隔離以降低外界強電環(huán)境的干擾。
4壓力變送器使用過程中故障及處理方法
4.1變送器無輸出故障及處理方法
　　壓力變送器在使用過程中出現(xiàn)變送器無輸出故障時應對以下幾個方面的內容進行檢查與測試:
(1)通電前確認壓力變送器電源線路是否正確連接;
(2)確認壓力變送器負載電源是否為恒壓24V直流電源;
(3)選擇帶表頭型壓力變送器時應檢查表頭是否正常,若發(fā)現(xiàn)表頭損壞則應更換表頭后再使用;(4)在壓力變送器兩端施加直流24V電壓，使用萬用表的電流擋檢查電路中電流是否穩(wěn)定，同時電流大小是否處于正常區(qū)間;
(5)定期檢查電源電壓大小是否滿足要求，并確認電源電壓是否穩(wěn)定。
　　對上述項目進行檢查與測試后可按照以下操作排除變送器無輸出的故障:
(1)重新連接壓力變送器電源，注意直流電源的極性;
(2)檢查壓力變送器電源電壓是否大于或等于12V，若電壓偏低應更換新的直流電源;
(3)若檢查后確認電源正常，應檢查電流回路是否開路或斷路，檢查電路中的輸入電阻值是否小于或等于250Ω;
(4)若更換表頭后壓力變送器仍無法正常工作，則應檢查測量回路中其他設備是否運行正常。
4.2變送器輸出過大故障及處理方法
　　當壓力變送器的變送器輸出端電流大于或等于20mA時也無法正常工作，應對以下幾個方面進行檢查與測試:
(1)檢查壓力變送器的負載直流電源電壓是否處于正常范圍內;
(2)檢查壓力變送器在所處環(huán)境中負載的壓力是否大于選擇的壓力量程;(3)拆除壓力傳感器送檢，確認是否正常，檢查隔離膜片有無損壞;
(4)檢查回路中電源線有無虛接;(5)檢查負載電源線極性是否正確連接。
　　檢查完以上內容后可按照如下步驟操作排除這種故障:
(1)若壓力變送器直流電源電壓測量值小于12V,確認回路中是否存在過大的負載，若無過大負載則應檢查壓力變送器輸入阻抗是否滿足小于或等于(變送器供電電壓-12V)/(0.02A)Ω的條件;
(2)重新連接電源線路,注意正負極不能接錯;
(3)更換量程更大的壓力變送器，注意所選變送器精度應符合要求;
(4)若檢查后確認壓力傳感器已經損壞,應聯(lián)系生產廠家予以維修，嚴禁自行拆卸維修。
4.3變送器輸出過小故障及處理方法
　　若壓力變送器在使用過程中輸出端電流小于或等于4mA,也無法正常工作，應對以下幾個方面的內容進行檢查與.測試:
(1)測試變送器電源輸出電壓電壓值與波動幅度是否正常;
(2)選擇的壓力變送器量程是否低于實際受到的壓力;
(3)檢查壓力變送器內部的隔離膜片是否異常變形，造成壓力傳感器損壞。
　　檢查與測試完上述內容后可按照如下方法解決這種故障:
(1)若發(fā)現(xiàn)壓力變送器負載直流電源的輸出端電壓低于12V，確認系統(tǒng)中有無過大負載，測試壓力變送器負載端輸入阻抗是否滿足小于或等于(變送器供電電壓-12V)/(0.02A)Ω的條件;
(2)更換量程更大與精度等級更高的壓力變送器;
(3)經檢查后發(fā)現(xiàn)壓力傳感器若損壞，需發(fā)回生產廠家進行修理。
4.4壓力指示異常故障
　　當壓力變送器在使用過程中出現(xiàn)壓力反饋異常時可以檢查如下幾個方面:
(1)檢查壓力變送器負載直流電源的運行狀態(tài);
(2)檢查壓力變送器的運行模式是否選擇正確;
(3)檢查指示儀器儀表的量程選擇與壓力變送器是否匹配;
(4)檢查壓力指示儀表的接線有無錯誤;
(5)測試壓力變送器負載端輸入電阻大小是否滿足小于或等于(變送器電源電壓-12V)/(0.02A)Ω;
(6)檢查壓力記錄儀器是否正確接線;
(7)檢查設備外殼接地是否正確、牢固;
(8)檢查是否有交流強電與變送器電源線路交叉造成干擾;
(9)檢查壓力變送器的隔離膜片是否正常,若隔離膜片異常變形則會造成壓力傳感器失效;
(10)檢查管路中有無異物堵塞，影響壓力變送器測量準確度;
(11)測定管路中流體溫度，一般情況下壓力變送器能夠在-25~85℃的溫度環(huán)境下工作，為了保證可靠性應控制工作溫度處于-20~70℃區(qū)間內。
　　針對壓力變送器的壓力反饋異常故障，可以通過以下處理方法進行排除:
(1)若測量發(fā)現(xiàn)壓力變送器的直流電源輸出值小于12V，需確認變送器負載輸入阻抗是否滿足小于或等于(壓力變送器電源電壓-12V)/(0.02A)Ω的條件;
(2)檢查選擇的壓力表精度是否符合測量要求，若精度等級不夠應更換高精度壓力表;
(3)檢查壓力指示儀表量程是否與變送器量程相同;
(4)若測試后發(fā)現(xiàn)壓力變送器負載的輸入阻抗與要求不符，則應采取適當降低或升高電壓(不得高于36V);
(5)確認所有接地點接地良好;
(6)確認壓力變送器的直流電源線路與交流回路無交叉;
(7)檢查發(fā)現(xiàn)管路內有異物，則應徹底清潔然后在壓力出口處增設過濾網;
(8)若測得管路溫度超過允許值，應設置緩沖管輔助散熱避免造成傳感器損壞。
5結語
　　綜上所述，壓力變送器在現(xiàn)代工業(yè)體系中具有十分重要的應用，其在傳感計量領域中表現(xiàn)出了結構簡單、性能穩(wěn)定、測量精度等級高以及量程范圍寬等特點。為了提高壓力變送器的使用穩(wěn)定性，延長其使用壽命，需要根據實際應用場景進行合理的選型，使用過程中要做好維護與保養(yǎng)措施，掌握其常見故障與故障處理方法，進而提高壓力變送器的利用效率，保障其所在系統(tǒng)的正常運行。