壓力儀表探究

對任何工業來說，測量壓力是儀器儀表的最基礎的一項功能。從一家煉油廠到一臺推土機，對壓縮空氣，液壓機液體，過程液體，蒸汽或其他任何介質的壓力測量，是件非常普通的事情，並且對所有形式的控制過程都起著非常重要的作用。所以，現在壓力測量設備無處不在，而且有很多種的選擇。大概地回顧一下技術可以讓壓力設備得到更好的應用，儘管可能會有些特殊的例外點。

壓力，機械術語上也稱作壓縮應力，其特殊的特性會對其測量的方法有影響：

■壓力測量通常需要確定單位面積下的單位力
■靜態和流動的液體中都存在壓力測量的問題
■液體壓力通常是用其與其它的東西比較得出差壓值。

兩種形式的壓力測量可以分為三類：

■絕對壓力是對於絕對真空得出的測量值，它完全消除了大氣壓力值對測量的影響。在一些應用場合下，絕對壓力的讀數對控制過程上下之間的聯繫很有幫助，所以這種方法是研究或設計時的首選。但是要在傳感器盒內安裝一個全真空的部分是很不實際的，傳感器通常是用一個固定的校正係數或者用更為複雜的單元測量大氣壓力值來對儀表讀數進行調節。

■差壓是指一個區域或容器內的壓力與另外一個之間的比較。其讀數就是這兩者之間的差值，並且即不需要考慮這兩者任何一方對應的大氣壓值也不需要考慮其真空值。

■表壓，是差壓的一種形式，它是指一個區域或容器內的壓力與大氣壓之間的比較。這個是最實用的一種形式。

兩種壓力測量最常用的計量單位是psi和bar。前者現在在美國是常用的，但是後者現在正變得越來越通用。bar由於其數值表示更為便捷，現在已經大範圍地取代了帕和千帕。還有許多其他的計量單位，但是這些都是使用在特殊場合下的。psi和bar都使用後綴「a」或「g」來表示絕對壓力或表壓。當沒有後綴時，默認為表壓。

差壓值的測量不需要確定絕對壓力值或表壓值，因為兩者之間的測量只需要直接比較就可以了。其讀數就是兩者之間的差值，無法得出兩者各自的值。假設兩個容器之間的差壓值為50psi，一個容器內可能為10psi另一個為60psi，或者是一個為5000psi另一個為5050psi。如果沒有其他傳感器的話是沒有辦法確定相對於大氣壓的值的。差壓通常使用後綴「d」。

通常地，機械儀表都標配有曲面波登管，也有許多其他可用的配置。雖然有許多形式的儀表，但是電子式的最為常用。

圖1：傳統的機械錶使用的是一個彎曲的，閉合的「波登管」，
當內部壓力增加的時候，可能會使其變直。

精度，測量範圍和安全

電子壓力儀表和機械儀表在表示精度時都是一樣的：按百分比確定誤差值。例如，一個高品質的0－500psi的機械儀表的精度為滿量程的±0.5%。這就意味著在其測量範圍內的任意一點其誤差範圍為5psi（±2.5 psi）。電子傳感器和變送器通常也使用這樣的精度規範。由於量程與精度掛鈎，所以在允許的壓力波動或突變範圍內，選擇測量範圍離實際值最接近的儀器是非常重要的。換句話說，如果你的過程是運行在75psi壓力下的話，你選用精度都一樣的0－100psi的表會比0－500psi的表要好。在選擇和使用壓力儀器時，錯誤的量程選擇是最常見的一種錯誤。只考慮成本的採購商會為了減小成本而選擇一種壓力儀器，然後試著將其應用於一個很廣的使用範圍。這樣的結果使精度得不到保證。

一些變送器可以通過調節電路來調節其測量範圍。比如說，一個設計為可以測量0－500psi的元器件可以通過調節讓其只顯示0－300的量程。這樣可以在4～20mA信號上得出相應的讀數區間，但並不是真正的增加了精度。大多數情況下，其最大的誤差值將會和滿量程0－500的誤差值一樣。

圖2：這個壓縮空氣罐有絕壓和表壓兩個轉換器。當表壓改變到100psig
時，絕壓讀數改變到114.7psia。如果這個罐拿到外太空去，那麼兩個轉
換器的讀數都是114.7psi，因為它們都是相對於絕對真空得到的值。