壓力變送器常見(jiàn)故障及處理方法

摘要:壓力變送器是現代工業(yè)控制領(lǐng)域中一類(lèi)傳感類(lèi)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(chǎn)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(lèi)與工作原理，分析了壓力變送器在安裝與使用過(guò)程中較為常見(jiàn)的一些故障類(lèi)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
　　壓力變送器是現代工業(yè)領(lǐng)域中的一類(lèi)傳感設備，其能夠將壓力反饋轉變?yōu)闅鈩?dòng)信號或電信號，進(jìn)而實(shí)現遠傳與控制。作為一種重要的熱工計量設備,壓力變送器在多門(mén)類(lèi)的壓力計量領(lǐng)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)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(zhù)傳感計量技術(shù)的快速發(fā)展及壓力變送器在工業(yè)領(lǐng)域中應用實(shí)踐的積累，目前基于不同功能已經(jīng)發(fā)展出壓電式、壓阻式以及電容式等多種類(lèi)型的壓力變送器，在工業(yè)領(lǐng)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(chǎng)景中常存在高溫、高壓、振動(dòng)或者腐蝕性流體，因而可能會(huì )出現多種類(lèi)型的故障。統計壓力變送器在應用中的常見(jiàn)故障,分析各類(lèi)型故障的成因，進(jìn)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(diǎn)
　　電阻應變片是壓力變送器中的關(guān)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?。電阻應變片與力應變基體緊密貼合，基體在壓力的作用下發(fā)生形變時(shí)電阻應變片也會(huì )出現一定的變形，然后電阻應變片上電阻值隨之改變，最終表現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(shí)踐應用已經(jīng)十分成熟，通過(guò)科學(xué)的選型能夠在應用中體現以下優(yōu)勢:
(1)精度好、可靠性高、性能穩定;
(2)可應用于V/|集成電路，結構簡(jiǎn)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(lèi)
　　根據不同的應用場(chǎng)景與內部結構差異，常見(jiàn)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(lèi)。其中，壓阻式壓力變送器中具有一個(gè)印有電阻的感壓膜片，壓力作用時(shí)會(huì )形成惠斯通電橋,結合壓阻效應的作用會(huì )形成一個(gè)與壓力值成正相關(guān)關(guān)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(jìn)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(dòng)式與氣動(dòng)式兩種，電動(dòng)式電容壓力變送器是將壓力的變化轉化為直流電信號進(jìn)行顯示，氣動(dòng)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(diǎn)
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(jìn)行檢查與使用前準備，將隔離液灌入相應的儀表內同時(shí)注意清空氣泡。初次啟動(dòng)前準備工作完成后需要在接通電源后預熱一段時(shí)間再平緩的開(kāi)啟引壓閥，防止引壓閥開(kāi)啟過(guò)猛導致儀表內部壓力劇增造成敏感元器件損傷。需要說(shuō)明的是，差壓變送器在使用前在儀表內灌入隔離液后關(guān)閉三閥組中的平衡閥，打開(kāi)一次閥上的放空閥與高低壓閥，通過(guò)遷移調整確保輸出滿(mǎn)足規定要求。此外,差壓變送器在安裝完成經(jīng)試壓正常且三閥組均處于關(guān)閉狀態(tài)下可按照:開(kāi)啟一次引壓閥→打開(kāi)平衡閥→打開(kāi)高壓閥→關(guān)停平衡閥，打開(kāi)低壓閥的流程開(kāi)始啟用。
3.2壓力變送器的安裝與維護要點(diǎn)
(1)確認安裝尺寸。安裝壓力變送器前應使用孔徑測量?jì)x等量具確認安裝孔尺寸是否合適，發(fā)現安裝孔偏小時(shí)應進(jìn)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(shí)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(guò)程中要防止熔料進(jìn)入安裝孔內，因而熔料進(jìn)入安裝孔內凝結后容易造成壓力傳感器在安裝過(guò)程中頂部過(guò)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(chǎn)線(xiàn)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(guò)于靠近產(chǎn)線(xiàn)后段，則壓力變送器的安裝螺桿與傳感器元件間可能會(huì )堆積熔融料并出現一定程度的降解因而也會(huì )導致采集到的壓力信號失真;若選擇的安裝位置過(guò)深，變送器前段壓力傳感器端部可能會(huì )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(xué)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(dòng)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(shí)，需要先拆除傳感器元件再以軟質(zhì)布料清潔機筒頂部，并使用合適的工具對傳感器孔洞進(jìn)行充分的清潔。
(5)注意防水。目前大多數壓力變送器在進(jìn)行電路設計時(shí)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(guò)大。若在某些特殊條件下無(wú)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(guò)低還是可能會(huì )造成變送器內部傳感器的損壞。例如，裝設于無(wú)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(huì )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(huì )直接造成硬件損壞。但是，若壓力超限過(guò)多或者在使用過(guò)程中過(guò)載頻率較高仍容易造成壓力變送器的失效。因此，應根據實(shí)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(jìn)行一次功能檢查，每月進(jìn)行一次精度檢定，檢查與檢定過(guò)程中注意及時(shí)清除附著(zhù)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(guò)程中故障及處理方法
4.1變送器無(wú)輸出故障及處理方法
　　壓力變送器在使用過(guò)程中出現變送器無(wú)輸出故障時(shí)應對以下幾個(gè)方面的內容進(jìn)行檢查與測試:
(1)通電前確認壓力變送器電源線(xiàn)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(shí)應檢查表頭是否正常,若發(fā)現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(wàn)用表的電流擋檢查電路中電流是否穩定，同時(shí)電流大小是否處于正常區間;
(5)定期檢查電源電壓大小是否滿(mǎn)足要求，并確認電源電壓是否穩定。
　　對上述項目進(jìn)行檢查與測試后可按照以下操作排除變送器無(wú)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(kāi)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(wú)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(guò)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(shí)也無(wú)法正常工作，應對以下幾個(gè)方面進(jìn)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(wú)損壞;
(4)檢查回路中電源線(xiàn)有無(wú)虛接;(5)檢查負載電源線(xiàn)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(guò)大的負載，若無(wú)過(guò)大負載則應檢查壓力變送器輸入阻抗是否滿(mǎn)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(xiàn)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(jīng)損壞,應聯(lián)系生產(chǎn)廠(chǎng)家予以維修，嚴禁自行拆卸維修。
4.3變送器輸出過(guò)小故障及處理方法
　　若壓力變送器在使用過(guò)程中輸出端電流小于或等于4mA,也無(wú)法正常工作，應對以下幾個(gè)方面的內容進(jìn)行檢查與.測試:
(1)測試變送器電源輸出電壓電壓值與波動(dòng)幅度是否正常;
(2)選擇的壓力變送器量程是否低于實(shí)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)現壓力變送器負載直流電源的輸出端電壓低于12V，確認系統中有無(wú)過(guò)大負載，測試壓力變送器負載端輸入阻抗是否滿(mǎn)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(jīng)檢查后發(fā)現壓力傳感器若損壞，需發(fā)回生產(chǎn)廠(chǎng)家進(jìn)行修理。
4.4壓力指示異常故障
　　當壓力變送器在使用過(guò)程中出現壓力反饋異常時(shí)可以檢查如下幾個(gè)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(xiàn)有無(wú)錯誤;
(5)測試壓力變送器負載端輸入電阻大小是否滿(mǎn)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(xiàn);
(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(xiàn)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(huì )造成壓力傳感器失效;
(10)檢查管路中有無(wú)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℃區間內。
　　針對壓力變送器的壓力反饋異常故障，可以通過(guò)以下處理方法進(jìn)行排除:
(1)若測量發(fā)現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(mǎn)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(diǎn)接地良好;
(6)確認壓力變送器的直流電源線(xiàn)路與交流回路無(wú)交叉;
(7)檢查發(fā)現管路內有異物，則應徹底清潔然后在壓力出口處增設過(guò)濾網(wǎng);
(8)若測得管路溫度超過(guò)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(yǔ)
　　綜上所述，壓力變送器在現代工業(yè)體系中具有十分重要的應用，其在傳感計量領(lǐng)域中表現出了結構簡(jiǎn)單、性能穩定、測量精度等級高以及量程范圍寬等特點(diǎn)。為了提高壓力變送器的使用穩定性，延長(cháng)其使用壽命，需要根據實(shí)際應用場(chǎng)景進(jìn)行合理的選型，使用過(guò)程中要做好維護與保養措施，掌握其常見(jiàn)故障與故障處理方法，進(jìn)而提高壓力變送器的利用效率，保障其所在系統的正常運行。