压力变送器常见故障及处理方法

摘要:压力变送器是现代工业控制领域中一类传感类器件，在水利工程、轨道交通工程、智慧建筑、工业控制、石油化工、船舶制造以及航空航天等产业中具有十分广泛且重要的应用。介绍了压力变送器的分类与工作原理，分析了压力变送器在安装与使用过程中较为常见的一些故障类型，针对性地给出了故障解决办法，旨在能够提高压力变送器在应用中的可靠性。
1引言
　　压力变送器是现代工业领域中的一类传感设备，其能够将压力反馈转变为气动信号或电信号，进而实现远传与控制。作为一种重要的热工计量设备,压力变送器在多门类的压力计量领域中具有十分成熟的应用，尤其是在压差、表压、真空度、液位、绝压以及比重等方面的测量中具有精度高与操作简单等优点，同时在量程比与自诊断方面也具有较为突出的应用优势。随着传感计量技术的快速发展及压力变送器在工业领域中应用实践的积累，目前基于不同功能已经发展出压电式、压阻式以及电容式等多种类型的压力变送器，在工业领域中的远传与控制中发挥了十分重要的作用。由于压力变送器的应用场景中常存在高温、高压、振动或者腐蚀性流体，因而可能会出现多种类型的故障。统计压力变送器在应用中的常见故障,分析各类型故障的成因，进而制定针对性的解决措施,对于提高压力变送器的可靠性具有重要的意义。
2压力变送器概述
2.1压力变送器的工作原理与应用特点
　　电阻应变片是压力变送器中的关键部件，其对压力变化的感知十分敏感，以金属或半导体为材料制成的电阻应变片能够将待测物端获取的压力转变为电信号。电阻应变片与力应变基体紧密贴合，基体在压力的作用下发生形变时电阻应变片也会出现一定的变形，然后电阻应变片上电阻值随之改变，最终表现为电阻两端负载电压值的改变。数显型压力变送器示例如下图1所示。
 
　　目前，压力变送器的实践应用已经十分成熟，通过科学的选型能够在应用中体现以下优势:
(1)精度好、可靠性高、性能稳定;
(2)可应用于V/|集成电路，结构简单、重量与体积小、可维护性好;
(3)外壳可使用铝合金材料压铸成型，结构强度好;
(4)使用4~20mA直流电信号,抗干扰与远传性好;
(5)有指针与数显型表头可供选择，读取便捷，适用粘稠性与腐蚀性流体。
2.2压力变送器的分类
　　根据不同的应用场景与内部结构差异，常见的压力变送器主要包括压阻式压力变送器、压电式压力变送器、应变式压力变送器以及电容式压力变送器等几大类。其中，压阻式压力变送器中具有一个印有电阻的感压膜片，压力作用时会形成惠斯通电桥,结合压阻效应的作用会形成一个与压力值成正相关关系的电压信号;压电式压力变送器则是在正压电效应与逆压电效应的转换下工作的;应变式压力变送器的应用相对更为普遍，主要原理是基体受压后在电阻应变片的变形作用下引起电阻应变片上电阻值的改变，进而引起电阻两端负载电压的变化;电容式压力变送器有电动式与气动式两种，电动式电容压力变送器是将压力的变化转化为直流电信号进行显示，气动式压力变送器的输出信号则反馈为气体的压力值。
3压力变送器投用及安装维护要点
3.1压力变送器投用前注意事项
　　压力变送器第一次使用前应先进行检查与使用前准备，将隔离液灌入相应的仪表内同时注意清空气泡。初次启动前准备工作完成后需要在接通电源后预热一段时间再平缓的开启引压阀，防止引压阀开启过猛导致仪表内部压力剧增造成敏感元器件损伤。需要说明的是，差压变送器在使用前在仪表内灌入隔离液后关闭三阀组中的平衡阀，打开一次阀上的放空阀与高低压阀，通过迁移调整确保输出满足规定要求。此外,差压变送器在安装完成经试压正常且三阀组均处于关闭状态下可按照:开启一次引压阀→打开平衡阀→打开高压阀→关停平衡阀，打开低压阀的流程开始启用。
3.2压力变送器的安装与维护要点
(1)确认安装尺寸。安装压力变送器前应使用孔径测量仪等量具确认安装孔尺寸是否合适，发现安装孔偏小时应进行扩孔处理，防止安装螺纹受到挤压磨损而影响压力变送器的密封性或造成内部元器件的损坏。
(2)清洁安装孔。清洁安装孔主要是为了防止异物堵塞，影响压力变送器的正常工作。完成异物清理之前应将压力变送器机筒上的压力传感器临时拆除，防止被异物损伤。需要注意的是，在拆除压力传感器的过程中要防止熔料进入安装孔内，因而熔料进入安装孔内凝结后容易造成压力传感器在安装过程中顶部过压造成损坏。
(3)合理选择安装位置。若压力变送器中的传感器元件的安装位置太靠近产线前端，则传感器顶部容易被未熔融物料磨损造成传感器损坏;若传感器元件安装位置过于靠近产线后段，则压力变送器的安装螺杆与传感器元件间可能会堆积熔融料并出现一定程度的降解因而也会导致采集到的压力信号失真;若选择的安装位置过深，变送器前段压力传感器端部可能会受压损伤失效。
(4)充分清洁。安装压力变送器前需要充分清洁挤出机机筒，常用的清洗方式主要为化学清洗剂清洗或使用钢丝刷清洗。需要注意的是，使用清洗剂清洗或使用钢丝刷清洗都易损坏内部传感器元件的振动膜，因此清洗前需要拆除传感器元件。此外，机筒处于加热状态时，需要先拆除传感器元件再以软质布料清洁机筒顶部，并使用合适的工具对传感器孔洞进行充分的清洁。
(5)注意防水。目前大多数压力变送器在进行电路设计时都考虑到了潮湿环境的影响，但是由于压力传感器元件本身对于工作环境的湿度具有一定的要求，因而在安装压力变送器前需要注意环境湿度不宜过大。若在某些特殊条件下无法保持环境充分干燥，则需要选用具有良好防水功能的特种传感元件。
(6)注意低温影响。虽然压力变送器内部的一些传感器元件对低温具有良好的耐受力，但是若环境温度过低还是可能会造成变送器内部传感器的损坏。例如，装设于无保温环境中的压力变送器若引压口内部流体因低温凝结膨胀，则可能会造成传感器承压超限造成损坏。
(7)避免压力超限。为了提高工作可靠性，压力变送器采用了冗余设计的理念，通常情况下小幅度的压力超限并不会直接造成硬件损坏。但是，若压力超限过多或者在使用过程中过载频率较高仍容易造成压力变送器的失效。因此，应根据实际工况选择压力变送器的量程,保证压力变送器量程大于工作环境的压力。
此外，在检查与检定方面应每周进行一次功能检查，每月进行一次精度检定，检查与检定过程中注意及时清除附着的灰尘，校对变送器输出电流值，保证变送器输出端与强电隔离以降低外界强电环境的干扰。
4压力变送器使用过程中故障及处理方法
4.1变送器无输出故障及处理方法
　　压力变送器在使用过程中出现变送器无输出故障时应对以下几个方面的内容进行检查与测试:
(1)通电前确认压力变送器电源线路是否正确连接;
(2)确认压力变送器负载电源是否为恒压24V直流电源;
(3)选择带表头型压力变送器时应检查表头是否正常,若发现表头损坏则应更换表头后再使用;(4)在压力变送器两端施加直流24V电压，使用万用表的电流挡检查电路中电流是否稳定，同时电流大小是否处于正常区间;
(5)定期检查电源电压大小是否满足要求，并确认电源电压是否稳定。
　　对上述项目进行检查与测试后可按照以下操作排除变送器无输出的故障:
(1)重新连接压力变送器电源，注意直流电源的极性;
(2)检查压力变送器电源电压是否大于或等于12V，若电压偏低应更换新的直流电源;
(3)若检查后确认电源正常，应检查电流回路是否开路或断路，检查电路中的输入电阻值是否小于或等于250Ω;
(4)若更换表头后压力变送器仍无法正常工作，则应检查测量回路中其他设备是否运行正常。
4.2变送器输出过大故障及处理方法
　　当压力变送器的变送器输出端电流大于或等于20mA时也无法正常工作，应对以下几个方面进行检查与测试:
(1)检查压力变送器的负载直流电源电压是否处于正常范围内;
(2)检查压力变送器在所处环境中负载的压力是否大于选择的压力量程;(3)拆除压力传感器送检，确认是否正常，检查隔离膜片有无损坏;
(4)检查回路中电源线有无虚接;(5)检查负载电源线极性是否正确连接。
　　检查完以上内容后可按照如下步骤操作排除这种故障:
(1)若压力变送器直流电源电压测量值小于12V,确认回路中是否存在过大的负载，若无过大负载则应检查压力变送器输入阻抗是否满足小于或等于(变送器供电电压-12V)/(0.02A)Ω的条件;
(2)重新连接电源线路,注意正负极不能接错;
(3)更换量程更大的压力变送器，注意所选变送器精度应符合要求;
(4)若检查后确认压力传感器已经损坏,应联系生产厂家予以维修，严禁自行拆卸维修。
4.3变送器输出过小故障及处理方法
　　若压力变送器在使用过程中输出端电流小于或等于4mA,也无法正常工作，应对以下几个方面的内容进行检查与.测试:
(1)测试变送器电源输出电压电压值与波动幅度是否正常;
(2)选择的压力变送器量程是否低于实际受到的压力;
(3)检查压力变送器内部的隔离膜片是否异常变形，造成压力传感器损坏。
　　检查与测试完上述内容后可按照如下方法解决这种故障:
(1)若发现压力变送器负载直流电源的输出端电压低于12V，确认系统中有无过大负载，测试压力变送器负载端输入阻抗是否满足小于或等于(变送器供电电压-12V)/(0.02A)Ω的条件;
(2)更换量程更大与精度等级更高的压力变送器;
(3)经检查后发现压力传感器若损坏，需发回生产厂家进行修理。
4.4压力指示异常故障
　　当压力变送器在使用过程中出现压力反馈异常时可以检查如下几个方面:
(1)检查压力变送器负载直流电源的运行状态;
(2)检查压力变送器的运行模式是否选择正确;
(3)检查指示仪器仪表的量程选择与压力变送器是否匹配;
(4)检查压力指示仪表的接线有无错误;
(5)测试压力变送器负载端输入电阻大小是否满足小于或等于(变送器电源电压-12V)/(0.02A)Ω;
(6)检查压力记录仪器是否正确接线;
(7)检查设备外壳接地是否正确、牢固;
(8)检查是否有交流强电与变送器电源线路交叉造成干扰;
(9)检查压力变送器的隔离膜片是否正常,若隔离膜片异常变形则会造成压力传感器失效;
(10)检查管路中有无异物堵塞，影响压力变送器测量准确度;
(11)测定管路中流体温度，一般情况下压力变送器能够在-25~85℃的温度环境下工作，为了保证可靠性应控制工作温度处于-20~70℃区间内。
　　针对压力变送器的压力反馈异常故障，可以通过以下处理方法进行排除:
(1)若测量发现压力变送器的直流电源输出值小于12V，需确认变送器负载输入阻抗是否满足小于或等于(压力变送器电源电压-12V)/(0.02A)Ω的条件;
(2)检查选择的压力表精度是否符合测量要求，若精度等级不够应更换高精度压力表;
(3)检查压力指示仪表量程是否与变送器量程相同;
(4)若测试后发现压力变送器负载的输入阻抗与要求不符，则应采取适当降低或升高电压(不得高于36V);
(5)确认所有接地点接地良好;
(6)确认压力变送器的直流电源线路与交流回路无交叉;
(7)检查发现管路内有异物，则应彻底清洁然后在压力出口处增设过滤网;
(8)若测得管路温度超过允许值，应设置缓冲管辅助散热避免造成传感器损坏。
5结语
　　综上所述，压力变送器在现代工业体系中具有十分重要的应用，其在传感计量领域中表现出了结构简单、性能稳定、测量精度等级高以及量程范围宽等特点。为了提高压力变送器的使用稳定性，延长其使用寿命，需要根据实际应用场景进行合理的选型，使用过程中要做好维护与保养措施，掌握其常见故障与故障处理方法，进而提高压力变送器的利用效率，保障其所在系统的正常运行。