壓力 ( 壓強) 是垂直并均勻作用在單位面積 。上的力。國際單位制中將 1 牛頓 ( N) 的力垂直均 勻作用在 1 平方米 ( m2 ) 的面積上產(chǎn)生的壓力定 義為 1 帕斯卡 ( Pa) 。 

 

在實際應(yīng)用中，壓力通常被分為 3 類: 表壓、 絕壓和差壓，如圖 1 所示。表壓是以大氣壓力為 參考點，大于或小于大氣壓力的壓力［1］。因此表 壓是總覺對壓力與周圍大氣壓力之間的差值或液 體中某一點高出大氣壓力的那部分壓力。絕 壓 ( 覺對壓力) 是以完全真空作為參考點的壓力［1］。 也就是說，絕壓測量的是被測壓力和真空之間的 差壓。差壓是任意兩個相關(guān)壓力之差。與表壓或絕壓測量不同，差壓并沒有固定的測量基準。因 此，差壓的增加可能是其中一個壓力增加或另一個壓力減小的結(jié)果。

1差壓及其用途

    如圖1  (c)所示的差壓，壓力1(高壓端)的增大或者壓力2(低壓端)的減小，都可能造成差壓值的增加。因此，差壓測量結(jié)果與低壓端是否在真空或大氣壓下無關(guān)，它只與兩測壓端的壓力差有關(guān)。

    差壓測量主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和生活中。它通常是其他測量的基礎(chǔ):如流量、液位、密度、粘度甚至溫度測量。這其中#常見的就是流量和液位的測量。

    差壓流量計是差壓變送器#常見的應(yīng)用之一。它通過測量流體流經(jīng)管道時壓力的差值來計算流量。其通常是由節(jié)流裝置產(chǎn)生壓差，通過差壓變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標準信號，以供顯示、記錄或控制用，如圖2所示。這是目前#成熟及常用的流量測量方法之一。

    圖3為差壓變送器的液位測量。在封閉水箱中，差壓變送器的低壓端連接水箱頂端，高壓端連接水箱底部。此時差壓變送器測得的差壓值

PD=PH一PL=pgh。

2、差壓變送器及其構(gòu)造原理

    差壓變送器是工業(yè)測量中#常見和實用的一種測量差壓的設(shè)備，此設(shè)備可將兩端口間測得的壓力差值轉(zhuǎn)換輸出為電信號。工業(yè)差壓變送器由兩個殼體組成:下部分殼體為壓力傳感器單元，上部分殼體為電器部分。差壓變送器有兩個壓力端口，分別以“High”和“Low”標出。但使用時并不一定要求“High”端口總是連接高壓端、"Low”端口總是連接低壓端。

 

   差壓變送器有三個功能部件。

 

   (1)壓力傳感器(處于下部殼體內(nèi))

    多數(shù)的工業(yè)差壓傳感器是用膜片作為壓力傳感器單元。其位于兩個壓力端口之間，具有機械結(jié)構(gòu)，會因為施加的壓力而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而后這種偏轉(zhuǎn)會被轉(zhuǎn)換為電信號，如圖4所示。常見的傳感器有:應(yīng)變式、電容式、諧振式傳感器。傳感器的輸出與施加的壓力差成正比。

    (2)電路單元

    處于下部殼體內(nèi)的傳感器產(chǎn)生的電信號僅為毫伏水平，之后該信號被放大到0一5 V或0-10 V的范圍，或被轉(zhuǎn)換為4-20 mA信號以便繼續(xù)傳輸?shù)竭h程儀器。此電路單元放置于上殼體的轉(zhuǎn)換器內(nèi)。

 

    (3) 2線制4一20 mA轉(zhuǎn)換器

    變送器輸出的電信號與輸入的差壓值成正比。

對于2線制4一20 mA轉(zhuǎn)換器，4 mA對應(yīng)量程下限，20 mA對應(yīng)量程上限。只要變送器的激勵電源功聅hou愎唬�这仲|(zhì)涑齜絞皆詿�输时縿x皇芨涸刈榪貢浠�和悼姽波动祿习蠚e�同蕩挪可译s隑RAIN或HART FSK協(xié)議的數(shù)字通訊疊加。

 

3、差壓設(shè)備的檢定校準以及靜壓下檢測的

    重要性

    在計量檢定或校準時，常以給高壓端加壓，低壓端直接通大氣的方式檢測差壓儀表。此時，差壓儀表高壓端的表壓值即為差壓壓力儀表的差壓標準值，我們稱此為常壓下的檢測。這種檢測方法在理論上沒有問題，但在工業(yè)應(yīng)用中，高壓端與低壓端往往同時存在一定的壓力，也就是說低壓端并不總是大氣壓，此時低壓端的壓力值為靜壓。檢測時，同時給高壓端和低壓端加壓，再計算兩端壓力的差值作為被測差壓儀表的標準值，我們稱其為靜壓下的檢測。兩種檢測方法比較，后者的檢測方式相對復雜，但顯然更貼近實際的應(yīng)用場景。

 

    我們在檢測中發(fā)現(xiàn)，很多在常壓下檢測時合格的差壓儀表在靜壓下檢測時誤差會變大甚至超差，這種靜壓導致的差壓儀表輸出誤差稱為靜壓影響誤差。很多原因可能導致差壓儀表在靜壓下示值超差，除儀表在運輸時的碰撞和介質(zhì)溫度影響外，可能的原因還有軸封膜片的中心或支點偏心、軸封膜片與主杠桿產(chǎn)生偏心或膜盒的左右膜片剛度發(fā)生變化等[’]。

 

    即便是常壓和靜壓下示值合格的差壓儀表，其靜壓下的誤差也往往大于常壓下的誤差。在大量的日常檢定工作中，我們發(fā)現(xiàn)一些差壓儀表在靜壓下的誤差變化存在著一定的規(guī)律。如電容式差壓變送器在高靜壓下，雖然差壓零位的輸出變化沒有明顯的規(guī)律，但隨著差壓值的增大，輸出值會有偏小的趨勢，且差壓值越大，輸出值偏小的趨勢越明顯。另外，在壓差一定的情況下，靜壓越大，差壓輸出值偏小的趨勢也更加明顯。分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，是在靜壓下高低壓端口同時施加壓力，電容式差壓變送器的硅傳感器膜片在水平方向的力相互抵消，此時豎直方向的張力便會增加，由于膜片中心部分相對較薄，相對應(yīng)的張力更大，由差壓產(chǎn)生的水平方向的位移趨勢會偏小，輸出電壓因此相應(yīng)偏小。另外，在靜壓下，由金屬和玻璃構(gòu)成的金屬曲面座會產(chǎn)生微小的形變，厚度相應(yīng)變小，致使兩側(cè)的電容極板的極距增大，由公式C=e xS/d (C為電容;。為介電常數(shù);S為面積;d為極板間距)可知，電容將減小結(jié)果是輸出電壓變小，一司，如圖5所示。

4結(jié)束語

    工業(yè)差壓應(yīng)用中，靜壓的影響普遍存在，因此，計量人員對差壓儀表(如差壓變送器)檢定和校準時，不應(yīng)忽視靜壓影響誤差的檢測;同時，研究和開發(fā)可用于靜壓檢測的工業(yè)差壓設(shè)備檢測裝置也就顯得十分重要。