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        淺析壓力變送器原理、選型標準及影響價格因素
            壓力變送器是工業實踐中較為常用的一種傳感器,廣泛的應用在各種工業自控環境,在石油、化工等管道輸送現場使用特別普遍,在許多電氣儀表類物資采購中,也屬于常用物件,為便于用戶在選擇壓力變送器過程中少犯常識性錯誤,正確進行儀表的選型,本文將通過對常見壓力變送器原理分析,對變送器選型進行淺析,并結合以往相應采購案例,對比導致變送器價格浮動的參數。壓力變送器常以高精密儀表類設備出現在采購范圍之內,經常以采購數量多,價格高等特點成為電氣儀表類主要采購對象,因此對其價格的把控成為至關重要一點。通過對壓力變送器原理分析,進而了解其選型的特點,通過實際采購工作經驗,合理找出影響價格的因素。
        壓力變送器
          壓力變送器作為一種精密儀器,在石油石化行業扮演重要角色。壓力變送器不僅可以通過一些常用量換算成預期需求的電量外,還可以將一些常用量放大。在當前各領域行業中,從功能角度,變送器可以分為壓力變送器、一體化溫度變送器、液位變送器等。在石油石化行業中,壓力變送器常以應用廣泛,使用普遍等原因,作為主要采買對象,本文也將以壓力變送器做主要研究對象,對上述其余各功能變送器,后文附表中會對其進行詮釋以及各自特點的分析。
          壓力變送器主要工作表現在把石油石化常用受壓信號傳送到電子器件,通過AD 轉換,體現在電腦操作上,比如,如以水壓為例,以水壓產生壓力的受壓信號傳送到電子器件,產生相應電流(目前大部分變送器電流為4~20mA),通過相應算法公式,壓力變送器轉換后的電流也通過壓力產生的受壓信號的增大而提升。
          宏觀的來講,壓力變送器是以壓力測量傳感器來實現受到壓力的大小,再通過模塊電路,實現AD 轉換,得到可用范圍內的電壓或者電流。微觀的來分析,壓力體現在集成硅受壓元器件上,迫使其受壓產生形變,導致電橋產生作用,得到相應電壓電流,再通過放大電路將前期得到的電壓、電流放大并轉換成可用于使用的電壓或電流。
          壓力變送器按著測量使用角度,可以分為壓力變送器、差壓變送器。顧名思義,前者是對壓力的一種測量,后者是對壓力差的測量,然而,壓力變送器并非只能使用原理上這種功能,可以衍涉到其他非直接測量量,例如,可以通過兩臺壓力變送器或者一臺差壓變送器,對上限和下限分別測量,得到電信號的差值,可體現液位的高低,也可以通過截流元器件對測量介質的流量和密度進行測量,體現壓力變送器功能的強大和使用范圍之廣。
          壓力變送器不僅可以從測量使用角度劃分,也可以按照壓力變送器的結構規模分類。由于壓力變送器是直接接觸被測液體介質,考慮到使用于石油石化行業,液體往往是有腐蝕性,對精度儀器產生破壞,造成維修等后續工作,基于此原因,將壓力變送器劃分成一般型和隔離型。一般型壓力變送器是通過零保護變送器墨盒中的內膜與被測介質接觸,而隔離型的壓力變送器內膜中密封的是硅油,作為一種保護液存在于膜盒中,而接觸被測介質的是壓力變送器的外膜,當被測介質受壓于外膜時,內膜中的硅油保護液將壓力傳遞到一般膜盒上,而另一點,隔離型壓力變送器相比于一般壓力變送器優點在于不會將導壓管膜盒室堵塞,由于被測介質常常帶有污濁物質,經常性的會堵住膜盒甚至由于介質脫離變送器,會產生結晶,這樣就迫使該介質從壓力變送器中抽出,這樣必定會導致壓力變送器不能正常運作,甚至大面積癱瘓,延誤工期。通常隔離型壓力變送器采用法蘭連接方式,使得隔離型壓力變送器的感應膜片進入到被測出器件中,使得堵塞問題和結晶問題得到有效解決,從而被測介質也不會被抽取出。這種隔離型變送器的外膜盒和測量膜盒從連接形式上可以分成遠傳型和一體型兩種。遠傳型就是外膜盒和測量膜盒是整體分離的,中間靠一根毛細管連接,可以與變送器安裝于支架上,有利于維護;一體型隔離壓力變送器外膜盒和變送器主體是合為一個單體,整體安裝在設備上。連接方式更是簡單易行,在設備和隔離型壓力變送器上留好配對的螺紋,只需配套擰到一起即可。因為綜上介紹,隔離型壓力變送器的優點是不由質疑的,同樣好的產品其設計和工藝也是不同的,這就導致隔離型壓力變送器是一般壓力變送器的三至四倍。
          綜上所述,足見壓力變送器分類之廣,種類之多,如何判斷某種壓力變送器的價格就變成了重中之重的問題,其中決定壓力變送器價格因素就成了此項問題的關鍵,本文將根據XX項目中對變送器中標廠家的報價進行分析。
          在目前油氣田項目上應用廣泛的兩種壓力變送器按原理分為電容式和擴散硅式電容器。電容式壓力變送器通過檢測中心測量膜片與兩側測量室壁之間的電容變化來判別膜片受壓位移狀況。直接測量中心測量膜片(被測壓力直接作用處)的位移。且測量膜片可以加上巨大的預應張力,使得金屬膜片位移所導致的應力影響極小,所以精度較高。擴散硅壓力變送器有兩類,其中一類是將擴散硅電橋植入到檢測中心測量膜片上來判別膜片受壓位移狀況。將測量膜片感受的力傳導到一個擴散硅傳感器,通過擴散硅傳感器的輸出來得出被測壓力。由于壓力不是作用在傳感器上而是加了一次傳遞,所以相對精度低一些,一般精度在0.2% 或0.5%,且擴散硅元件品質不一(多數變送器廠家不是自己生產擴散硅元件)導致質量差別很大,但是價格很低。因此這是從原理上直接影響壓力變送器價格的主要因素。某氣田試采EPC 項目變送器采購中標廠家,在投標文件中提供的型號及價格如下:XTG5 報價6471 元,設定量程范圍0~40MPa;XTG4 報價5546 元,設定量程范圍0~10MPa相應的招標文件中技術規格書為:操作壓力分別為20 和3.5~6.7。不難看出在其他技術要求都相同的情況下,壓力是變量,這也直接影響到供應商選型以及產品價格。
          同樣, 對比一下另一常用品牌在壓力范圍上的價格差異:XXGP4A 與XXGP3A 價格對比為:3348.72 元和3271.79元, 廠家壓力變送器壓力標準, 代碼2:-101.3531kPa 至1034.2155kPa(-14.7 至150psi), 代碼3:-101.3531kPa 至5515.816kPa(-14.7 至800psi)。
          XXGP4A2B21AI5M5T1 該供應商提供的壓力變送器型號中首先位數字4 代表的是所適用范圍,較高量程的-101.3531kPa至27579.08kPa 變送器價格要高于-101.3531kPa 至5515.816kPa 變送器價格,這也說明了測量的量程或者范圍也直接影響壓力變送器的單價。
          對于變送器,針對壓力量程范圍都有配有相應的過載保護,而過載保護工藝的高低就決定其價格。過載保護作為一種安全因素,是不同種類壓力變送器都不可忽略的一項,一般設計人員給定的采買數據中量程只是相對參考值,而實際情況并未考慮十分完全,超出量程的情況也時而發生,從經濟以及減少損失的角度,合理的過載保護至關重要。過載保護也會因壓力變送器種類的不同,而存在差異性的設計。高靈敏壓力變送器通常為保證高精度,會犧牲一部分量程,通常量程較小,在設計階段,通過凸臺的方式得到呈現,形成方法有玻璃刻蝕技術、背部刻蝕技術、硅直接鍵合技術等。通常這種設計的壓力變送器的腔體都相對較大,靈敏度的提升空間也相對減少,硅片利用率也下降,而且增加了工藝的難度,提升了壓力變送器的價格成本。當前犧牲層結構壓力變送器已成為主流方向,這主要是因為犧牲層結構壓力變送器彈性膜片很薄,厚度可做到2um,甚至更薄。在這樣薄的結構上,如果采用擴散硅或多晶硅薄膜作為犧牲層結構壓力變送器的應變電阻,其厚度相對較大,對彈性膜片應力分布影響很大,不利于犧牲層結構壓力變送器的性能優化,因此采用多晶硅納米薄膜制作應變電阻更能發揮犧牲層技術的優點,也就加大了成本要求,繼而使得整體價格提升。
          XXGP3A2B21AI5M5 與XXGP3A2B21AE8M5 價格對比分別為:3348.72 元(±0.075%) 和3271.79 元(±0.065%)。不難發現,在參數基本相同的情況下,變送器的精度決定著其價格的高低。以目前市場情況角度觀察,精度國內標準分為三擋,±0.1%,±0.2% 以及±0.5%。與國內標準不一樣,國外一些品牌的變送器高精度可以達到±0.025%,多數進口品牌普通精度為±0.065% 或±0.075%,這樣高精度、并且應用在石化行業需要高穩定性,就需要技術要求更高的力敏芯片,經激光調阻和先進的厚膜技術進行溫度補償、線性補償、信號放大、V/I 轉換、逆極性保護、壓力過載限流等信號處理,這無疑就加大了設計和制造成本。
          本文就壓力變送器的原理和分類做了簡要分析,并結合實際工作,對比了幾款常用壓力變送器參數以及價格,找出影響其價格的相關因素,如檢測原理、測量范圍及壓力、精度。今后將多方面的積累相關采購任務,更加深度的研究影響壓力變送器價格因素,進而為相關采購工作帶來幫助。
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