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差压传感原理及选型上要注意的事项

发布时间: 2020-03-18 浏览个数: 185
差压传感器DPS(Differential Pressure Sensor)是一种用来测量两个压力之间差值的传感器,通常用于测量某一设备或部件前后两端的压差,差压传感器DPS主要用于测量汽车发动机尾气颗粒捕集器(DPF)前后通道的尾气压力差,为了达到排放标准的要求,通常的方法时在汽车尾气排放部分放置捕集器,捕集尾气中的微小颗粒。这种方法的缺陷是,废气排放通道会随着捕集到颗粒的积聚而被渐渐堵塞。清除这些积聚颗粒的方法是在通道的某个位置或直接在尾气中注入额外的燃油来提高废气的温度,在捕集器中存在催化剂时,废气的高温足以使积聚的颗粒燃烧并气化。这个清洁过程被称为“再生”过程。这个过程中有一个问题,“再生”过程太频繁,会增加耗油量;间隔太长,则会降低发动机性能。因而,选择合理的“再生”触发时刻显得非常重要,压传感器将压力差信号送至ECU,ECU根据该压力差判断捕集器中颗粒的积聚程度,决定“再生”触发时刻及额外燃料注入量。同时,ECU还可以通过控制EGR阀调节尾气的温度。
另外,差压传感器也可用于测量气体流量、液位高低等、测量气体流量方法,通过流量管压力和大气压力的差值,得出流量管静压,静压的平方根与流量成正比,从而得出流量、液位高低测定方法,测量高低液面的压差值,再根据液体密度,换算出液面高度。
差压传感器在使用中需要注意一些事项比如:被测介质不允许结冰,否则将损伤传感器元件隔离膜片,导致变送器损坏,必要时需对变送器进行温度保护,以防结冰;切勿用高于36V电压加到变送器上,导致变送器损坏;在测量蒸汽或其他高温介质时,其温度不应超过变送器使用时的极限温度,高于变送器使用的极限温度必须使用散热装置;测量蒸汽或其他高温介质时,应使用散热管,使变送器和管道连在一起,并使用管道上的压力传至变压器。当被测介质为水蒸气时,散热管中要注入适量的水,以防过热蒸汽直接与变送器接触,损坏传感器;切勿用硬物碰触膜片,导致隔离膜片损坏等
选型关键压力应用的传感器时,所需要注意的特性和考虑事项。
1、响应时间
差压传感器响应时间是另一个重要因素,特别是对于压力控制和风洞应用。传感器的响应时间(传感器从响应一个施加压力,到产生输出信号的时间间隔)主要由传感器感测元件采用的技术和电子元件决定。使用电容感测技术的隔膜通常响应非常快速。它们通过传感电容器两端的电压变化来检测和测量压力,电容器的一个极板是能够反映施加压力轻微变化的膜片。造成的电容变化会被传感器的电子元件检测到,该电子元件经过线性化、热补偿、调制,会输出成比例的高水平信号。
差压传感器对快速响应时间的需求取决于应用。例如,在测量动态气流速度变化的风洞应用中,传感器的信号输出随着风速变化,因此需要快速的响应时间。对于大多数试验台、泄漏检测和风洞应用,10-80毫米的响应时间通常是可以接受的。对于响应时间不那么重要的常规处理和监测应用,通常响应时间是若干秒钟,而不是若干 毫秒。在设计系统时,理解压力传感器的响应时间需求是十分重要的,并不总是越快越好。如果传感器响应速度过快,则有时快速传感器会响应短暂的未过滤和不需要的系统噪声或者湍流压力波动。在这种情况下,过滤输出信号可以衰减掉这些不需要的干扰。

2、过压保护
差压传感器过压保护和反向压力保护一直是泄漏检测系统制造商重视的问题。这些系统寻求在差压和高静态压力应用中的小泄漏速率。泄漏检测制造商始终希望测量越来越低的泄漏速率。由于泄漏速率与差压直接成正比,这些制造商希望能够测量越来越小的差压。为实现该目标,需要将静态测试压力增加到更高。
3、振动
来自附近电机或者风扇的低频振动也会对正确定位的传感器造成影响。例如,充油传感器中的液体可能会拾取低频振动,并向隔膜施加一个惯性负载,这会被误认为是过程压力变化。为了避免这种振动效应,终用户需要将传感器安装在远端的安静区域。同样的,如果参考端口与大气连通,则它需要连接到一个没有振动噪声和风的区域。对于风洞,由于安装了一个皮托管,因此两个压力端口都可通过软管或者半软管连接到远程安装的传感器,从而防止空气扰动噪声或者机械振动被传导给传感器。
4、管路压力影响
除了过压外,还需要考虑管路压力的变化,特别是在静态管路压力较高的泄漏检测应用中。管路压力是施加到传感器端口上的压力。然而,静态管路压力的一些变 化可能会导致传感器外形产生轻微的应力变形。这些应力反过来会改变传感器的校准响应,影响传感器的零点和量程。新一代的传感器采用的设计可显著降低静态压力对感测元件造成的应变。寻找具有额定低压效应的传感器。
5、响应时间
差压传感器响应时间是另一个重要因素,特别是对于压力控制和风洞应用。传感器的响应时间(传感器从响应一个施加压力,到产生输出信号的时间间隔)主要由传感器感测元件采用的技术和电子元件决定。使用电容感测技术的隔膜通常响应非常快速。它们通过传感电容器两端的电压变化来检测和测量压力,电容器的一个极板是能够反映施加压力轻微变化的膜片。造成的电容变化会被传感器的电子元件检测到,该电子元件经过线性化、热补偿、调制,会输出成比例的高水平信号。
差压传感器对快速响应时间的需求取决于应用。例如,在测量动态气流速度变化的风洞应用中,传感器的信号输出随着风速变化,因此需要快速的响应时间。对于大多数试验台、泄漏检测和风洞应用,10-80毫米的响应时间通常是可以接受的。对于响应时间不那么重要的常规处理和监测应用,通常响应时间是若干秒钟,而不是若干 毫秒。在设计系统时,理解压力传感器的响应时间需求是十分重要的,并不总是越快越好。如果传感器响应速度过快,则有时快速传感器会响应短暂的未过滤和不需要的系统噪声或者湍流压力波动。在这种情况下,过滤输出信号可以衰减掉这些不需要的干扰。
6、方向效应
不正确的安装、振动、甚至系统维护都会导致差压传感器的方位变化,这被称为方向效应。一直以来,方向效应对于其他类型的传感技术都是个问题。即使是正确安装的传感器也会有边缘重力效应,因为传感器旋转180度会从正重力变为负重力,从而造成2G的受力变化。这种情况下,传感器无法将重力对其施加的力与通过压力端口施加的力区分开来。因此,传感器会将重力加权影响与端口压力相结合,并发送错误的信号。对于填充了硅油或者其他隔离介质的传感器,传感器旋转时的方向效应会更加明显。这些传感器的隔膜重量及填充液体的重量都会对差压传感器造成影响。同样,传感器无法测量到真正的压力,会发送带方位变化影响的错误值。
 
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