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- 壓力傳感器：類型，用例和定義
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/8/13
早在1590年代左右，人們就著迷于測量壓力變化。描述壓力波動的最初嘗試始于玻璃管和氣壓計實驗。這些簡單的儀器測量了壓力變化推動或拉動了其中的流體量。
距現(xiàn)在已過去500年，我們距離測量管內(nèi)流體的上升和下降有很長的路要走�，F(xiàn)在，我們還了解了壓力變化對材料物理和電氣性能的影響。如今，借助高度先進的壓力傳感器，可以輕松以驚人的精度和準確度測量壓力波動。
什么是壓力傳感器？
壓力傳感器是感測和測量壓力的裝置。在這種情況下，壓力定義為在一個區(qū)域上施加的力的大小。壓力傳感器允許采用更專業(yè)的維護策略，例如預(yù)測性維護。這些設(shè)備收集有關(guān)設(shè)備狀況的實時數(shù)據(jù)。根據(jù)可用信息，傳感器可以預(yù)測并為故障模式做準備。
通過將壓力傳感器安裝到某些儲罐和其他加壓資產(chǎn)上，當(dāng)壓力超出指定水平時，傳感器可以向維護團隊發(fā)出警報。這使團隊可以立即解決該問題。維護中壓力傳感器的典型示例是一個傳感器，該傳感器在施加壓力時會拾取信號。
壓力傳感器如何工作
壓力傳感器通過測量發(fā)生的物理變化（對壓力差的反應(yīng)）來工作。在測量了這些物理變化之后，信息被轉(zhuǎn)換為電信號。然后可以將這些信號顯示為團隊可以解釋的可用數(shù)據(jù)。此過程的示例將在以下步驟中工作：
1.應(yīng)變計將壓力轉(zhuǎn)換為電信號
壓力傳感器最常見的類型是使用 應(yīng)變計。它是一種機械設(shè)備，在施加或釋放壓力時，允許小的膨脹和收縮。傳感器測量并校準物理變形，以顯示在設(shè)備或儲罐上施加了多少壓力。然后，它將這些變化轉(zhuǎn)換為電壓或電信號。
2.測量并記錄電信號
傳感器產(chǎn)生電信號后，設(shè)備即可記錄壓力讀數(shù)。這些信號的強度會增加或減少，具體取決于傳感器感受到的壓力。根據(jù)信號頻率，可以在非常接近的時間間隔之間執(zhí)行壓力讀數(shù)。
3. CMMS接收電信號
現(xiàn)在，電信號采用壓力讀數(shù)的形式，單位為磅/平方英寸（psi）或帕斯卡（Pa）。傳感器發(fā)出讀數(shù)，然后由您的CMMS實時接收。通過在各種資產(chǎn)中安裝多個傳感器，CMMS系統(tǒng)充當(dāng)了跟蹤整個設(shè)施的中央樞紐。CMMS提供者可以協(xié)助確保所有傳感器的連接性。例如，UpKeep CMMS提供了傳感器和資產(chǎn)無縫集成的選項。
4. CMMS提醒維護團隊
有了傳感器，當(dāng)壓力測量值過高或過低時，維護團隊都會收到警報。壓力額定值過高可能表示存在部件破裂或設(shè)備損壞的風(fēng)險。另一方面，壓力損失可能是泄漏的跡象，尤其是在壓力容器上。實時數(shù)據(jù)與移動功能相結(jié)合，使您的團隊可以隨時查看設(shè)施的狀態(tài)。
7種壓力傳感器
壓力傳感器可以根據(jù)其感測壓力變化的方法進行分類。傳感器可以觀察和測量各種物理反應(yīng)。下面列出了一些最常見的壓力傳感器類型：
1.應(yīng)變片
應(yīng)變定義為當(dāng)物體施加力時材料的比例膨脹或收縮。顧名思義，應(yīng)變計利用彈簧尺寸的這些明顯變化來測量壓力。
應(yīng)變計傳感器具有一個彈簧元件，該彈簧元件會在施加力時變形。該材料的電阻隨其結(jié)構(gòu)的變化而成比例地變化。隨著壓力的變化，電阻和電壓讀數(shù)的波動被視為電信號。然后將它們校準到等效壓力讀數(shù)并由傳感器顯示。
應(yīng)變計傳感器特別適合于長期監(jiān)控任務(wù)。由于它們的可用性和多功能性，它們是最常用的傳感器類型。
2.壓電
壓電傳感器通過利用壓電效應(yīng)來工作。的 壓電效應(yīng)描述為向材料的物理變化的響應(yīng)的電荷的產(chǎn)生。在某些材料中，這種效果在可以測量的程度上更加明顯。產(chǎn)生的電荷與所施加的力成比例。傳感器可以測量和校準充氣變化，并顯示相應(yīng)的壓力測量值。
壓電傳感器的尺寸非常小-使其成為空間受限應(yīng)用的理想選擇。它們通常還可以在接收數(shù)據(jù)時允許高頻。對于需要短時間間隔在數(shù)據(jù)點之間進行動態(tài)測量的讀數(shù)而言，這是一個優(yōu)勢。
3.電容式
電容器是用于存儲電荷的設(shè)備。它們的工作原理是使兩個導(dǎo)體之間彼此隔開一個很小的間隙。傳感器可以測量兩個板之間的電容。兩塊板之間的距離決定了電容值，電容值隨周圍壓力而變化。
電容式壓力傳感器的應(yīng)用包括測量噴氣發(fā)動機，汽車輪胎和其他容器中的壓力變化。它們具有簡單的機械設(shè)計，使其能夠承受惡劣的環(huán)境。
4.壓力計
最早的用于測量壓力的設(shè)備由充滿液體的玻璃管組成。壓力計本質(zhì)上就是–用液體運動來比較其兩個表面承受的壓力的管。最基本的壓力計為U形，內(nèi)部帶有液體，該液體會因壓力差的變化而移位。
壓力計可用于校準其他設(shè)備。它們?nèi)匀皇菍嶒炇以O(shè)置中常見的儀器。由于它們的響應(yīng)較慢且壓力范圍有限，因此不適用于動態(tài)壓力傳感應(yīng)用。
5.真空壓力
先前的壓力傳感器通常通過測量施加到機械設(shè)備上的力來工作。當(dāng)壓力低于大氣壓時，尤其是極端真空壓力時，這些機械方法會變得更加復(fù)雜。對于真空壓力應(yīng)用，測量較少依賴于機械反應(yīng)。取而代之的是，傳感器觀察并測量對材料特性的影響。
用于真空壓力測量的最著名的傳感器是 Pirani傳感器，以其發(fā)明者Marcello Stefano Pirani的名字命名。皮拉尼傳感器的工作原理是測量量規(guī)室內(nèi)的加熱絲電阻。隨著液位計腔室暴露于周圍的真空壓力下，該腔室感受到的溫度下降。溫度的這種變化成比例地改變了燈絲的電導(dǎo)率。然后可以將其作為對所承受壓力的間接測量。
6.波登管
從以前的傳感器類型中，我們已經(jīng)看到了由于施加的力引起的物理變形如何測量壓力。該布爾登管是使用物理移動一個巧妙的機械裝置。它利用周圍的力來驅(qū)動刻度盤，該刻度盤經(jīng)過校準以顯示壓力讀數(shù)。
波登管由盤繞成C形的管制成。一端是封閉的，而另一端則暴露于正在測量的環(huán)境中。隨著管子一端感受到的壓力增加，線圈會試圖拉直。耦合到主軸上的線圈的這種物理運動會移動指針，以顯示百分表上的壓力讀數(shù)。
由于其簡單性和耐用性，Bourdon管規(guī)通常價格便宜，但經(jīng)久耐用。它們?yōu)楦邏簯?yīng)用提供了準確性。但是，由于其純機械性質(zhì)，讀數(shù)容易受到?jīng)_擊和振動。不建議在需要精確測量的低壓下使用它們。
7.無液氣壓計
一個 空盒氣壓表是另一種類型的用于測量壓力的純機械裝置。該儀器具有一個類似于膠囊的氣密金屬圓筒。該膠囊響應(yīng)周圍壓力而壓縮和膨脹�？梢詼y量這些小的差異并將其連接到刻度盤，然后顯示相應(yīng)的壓力讀數(shù)。
無液氣壓計通常用于測量大氣壓力。由于其耐用和方便的設(shè)計，它們通常用于飛機。對于飛機應(yīng)用，它們還可用于基于大氣壓力的變化來測量高度。
壓力傳感器的流行用例
隨著市場上各種壓力傳感器的推出，您設(shè)施中出現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用。幾乎感覺每個資產(chǎn)都可以使用！以下是一些壓力傳感器的常用用法示例：
管道或液壓軟管壓力
管道或液壓系統(tǒng)可以在極高的壓力下運行。例如，天然氣管道通常在200至1500 psi的壓力下運行。
另一個例子是鋼絲編織的液壓軟管，其典型工作壓力為6000 psi。壓力傳感器可以幫助確保這些系統(tǒng)在其極限以下運行，以維持可接受的安全系數(shù)。
電子發(fā)射器設(shè)定規(guī)范
監(jiān)視整個設(shè)施的壓力讀數(shù)可確保符合標準。這不僅適用于生產(chǎn)標準，還包括安全標準。電子發(fā)送器允許在設(shè)施的遠程位置之間發(fā)送數(shù)據(jù)。
低至高真空壓力
真空技術(shù)是一些最先進的工業(yè)和科學(xué)過程的基礎(chǔ)。它用于復(fù)合成型生產(chǎn)，半導(dǎo)體加工，飛行儀表制造以及各種醫(yī)療應(yīng)用。此類過程可能需要專門的壓力傳感器，以允許進行高達10000 psi的真空壓力測量。
節(jié)能應(yīng)用
壓力傳感器的最早應(yīng)用與環(huán)境有關(guān)，特別是在天氣預(yù)報方面。今天，這些環(huán)境應(yīng)用可以擴展到還包括節(jié)能。壓力測量設(shè)備還可以用于排放測試，污染設(shè)備和風(fēng)力管理系統(tǒng)。
科技行業(yè)的應(yīng)用
高科技設(shè)備的興起為高精度制造鋪平了道路。精密測量需要跟上每天都在改進的生產(chǎn)過程。氣流測量，無塵室，激光系統(tǒng)等需要使用壓力傳感器，以便進行更靈敏的測量。
制造應(yīng)用
制造過程需要對流體進行操縱，例如在液壓和氣動系統(tǒng)中。壓力傳感器可以檢測這些系統(tǒng)中的任何異常情況-不斷檢查是否存在泄漏，壓縮問題以及任何潛在故障的跡象。
壓力傳感器可以節(jié)省您的業(yè)務(wù)時間和金錢
想象一下，有能力展望未來�，F(xiàn)在，想象一下使用該電源及時制定維護計劃以防止發(fā)生故障。本質(zhì)上，這就是壓力傳感器作為預(yù)測性維護工具正在嘗試做的事情。
壓力傳感器不會停止感應(yīng)壓力變化。通過將數(shù)據(jù)發(fā)送到CMMS，它們使信息變得有用。這使您可以鳥瞰設(shè)施的各個自治部分。通過具有發(fā)送實時數(shù)據(jù)的傳感器，可以在發(fā)生任何異常行為時通知您的維護團隊。為什么要在壓力傳感器時停下來呢？UpKeep CMMS 通過根據(jù)需要提供多種傳感器，可以幫助您自定義資產(chǎn)監(jiān)控方式。
在執(zhí)行維護時具有預(yù)測性策略確實會有所收獲。實際上，美國能源部估計，與預(yù)防性維護相比，可以節(jié)省大約8-12％的 費用，而與被動性維護相比，最多可以節(jié)省40％的費用。將這些節(jié)省視為除了巨大的安全優(yōu)勢和更高的可靠性之外的額外獎勵。在這些 故障的主要原因的壓力容器是上述允許壓力，應(yīng)力，和疲勞操作。通過使用可24/7全天候進入您的工作場所的傳感器系統(tǒng)來降低風(fēng)險。
結(jié)論
大多數(shù)現(xiàn)代設(shè)施都依賴使用高壓容器的設(shè)備。設(shè)備故障可能由于存儲的高能量而導(dǎo)致災(zāi)難性故障。壓力傳感器通過將與理想工作條件之間的任何異常偏差通知維護團隊來幫助及早發(fā)現(xiàn)風(fēng)險。結(jié)合預(yù)測性維護策略，傳感器使維護團隊能夠在發(fā)生任何故障之前執(zhí)行糾正措施。
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