压力传感器：类型、用途和定义，早在 1590 年代左右，人们就对测量压力变化产生了浓厚的兴趣。首次描述压力波动的尝试始于玻璃管和气压计实验。这些简单的仪器测量了压力变化对内部流体的推动或拉动程度。
500 年后，我们在测量管道中流体的升降方面取得了长足进步。现在我们还了解了压力变化对材料物理和电气特性的影响。如今，借助高度先进的压力传感器，我们可以轻松地以惊人的精度和准确度测量压力波动。
压力传感器
什么是压力传感器？
压力传感器是 一种感应和测量压力的设备。在这种情况下，压力被定义为施加在某个区域上的力的大小。压力传感器允许更专业的维护策略，例如预测性维护。这些设备收集设备状况的实时数据。根据可用信息，传感器可以预测故障模式并做好准备。
通过在某些储罐和其他加压资产上安装压力传感器，当压力超出指定水平时，传感器能够向维护团队发出警报。这样团队就可以立即解决问题。维护中压力传感器的一个典型示例是当施加压力时会拾取信号的换能器。
压力传感器的工作原理
压力传感器的工作原理是测量由于压力差异而发生的物理变化。测量这些物理变化后，信息被转换成电信号。然后，这些信号可以显示为团队可以解释的可用数据。此过程的一个示例将按以下步骤进行：
1. 应变计将压力转换为电信号
最常见的压力传感器类型是 应变计。它是一种机械装置，在施加或释放压力时允许小幅膨胀和收缩。传感器测量和校准物理变形，以显示设备或储罐受到的压力大小。然后，它将这些变化转换为电压或电信号。
2. 测量并记录电信号
一旦传感器产生电信号，该设备便可以记录压力读数。这些信号的强度会根据传感器感受到的压力而增加或减少。根据信号频率，可以在非常接近的时间间隔内进行压力读数。
3. CMMS 接收电信号
电信号现在以压力读数的形式出现，单位为磅/平方英寸 (psi) 或帕斯卡 (Pa)。传感器发出读数，然后由您的 CMMS 实时接收。通过在各种资产中安装多个传感器，CMMS 系统可充当跟踪整个设施的中央枢纽。CMMS 提供商可以帮助确保所有传感器的连接性。例如，UpKeep CMMS 提供了无缝集成传感器和资产的选项。
4. CMMS 向维护团队发出警报
有了传感器，当压力测量值过高或过低时，您的维护团队就会收到警报。压力等级过高可能表示零件破裂的风险，或设备损坏的可能性。另一方面，压力损失可能是泄漏的迹象，尤其是在压力容器上。实时数据与移动功能相结合，让您的团队可以随时查看设施的状态。
7 种压力传感器
压力传感器可根据其感知压力变化的方法进行分类。传感器可以观察和测量各种物理反应。以下列出了一些最常见的压力传感器类型：
1. 应变计
应变定义为物体施加力时材料按比例膨胀或收缩。顾名思义，应变计利用弹簧尺寸的这些明显变化来测量压力。
应变计传感器有一个弹簧元件，当施加力时，它会变形。材料的结构变化会使其电阻成比例变化。随着压力的变化，电阻和电压读数的波动会以电信号的形式呈现。然后，这些读数会被校准为等效压力读数，并由传感器显示出来。
应变计传感器特别适合长期监测任务。由于其可用性和多功能性，它们是最常用的传感器类型。
2.压电
压电传感器利用压电效应工作。 压电效应描述了材料发生物理变化时产生的电荷。这种效应在某些材料中更为明显，并且可测量。产生的电荷与施加的力成正比。传感器可以测量和校准电荷的变化并显示相应的压力测量值。
压电传感器尺寸非常小，是空间受限应用的理想选择。它们通常还允许高频率接收数据。这对于需要在短间隔内进行数据点间动态测量的读数来说是一个优势。
3. 电容式
电容器是用于存储电荷的设备。它们的工作原理是两个导体之间有一个很小的间隙。传感器可以测量两个板之间的电容。两个板之间的距离决定了电容值，电容值会随着周围压力的变化而变化。
电容式压力传感器的应用包括测量喷气发动机、汽车轮胎和其他容器的压力变化。它们具有简单的机械设计，使其能够承受恶劣的环境。
4. 压力计
最早用于测量压力的装置由充满液体的玻璃管组成。压力计本质上就是利用液体运动来比较其两个表面所经受的压力的管子。最基本的压力计呈 U 形，内部有液体，随着压力差的变化而移动。
压力计可用于校准其他设备。它们仍然是实验室环境中常见的仪器。由于其响应速度较慢且压力范围有限，它们不适合动态压力传感应用。
5.真空压力
以前的压力传感器通常通过测量施加到机械装置上的力来工作。当压力低于大气压时，这些机械方法会变得更加复杂，尤其是极端真空压力水平。对于真空压力应用，测量较少依赖于机械反应。相反，传感器观察和测量对材料特性的影响。
用于真空压力测量的最著名传感器是 皮拉尼传感器，以其发明者马塞洛·斯特凡诺·皮拉尼 (Marcello Stefano Pirani) 的名字命名。皮拉尼传感器的工作原理是测量仪表室内加热灯丝的电阻。当仪表室暴露于周围的真空压力时，仪表室感受到的温度会下降。温度的变化会按比例改变灯丝的电导率。然后可以将其作为对所经历压力的间接测量。
6. 波登管
从前面介绍的传感器类型中，我们已经了解了施加力引起的物理变形如何测量压力。波登管是一种巧妙的机械装置，利用物理运动。它利用周围的力来驱动经过校准的表盘，以显示压力读数。
波登管由一根卷成 C 形的管子制成。一端封闭，而另一端暴露在被测量的环境中。随着管子一端感受到的压力增加，线圈会试图伸直。与主轴耦合，线圈的这种物理运动会移动指针以显示刻度盘上的压力读数。
由于其简单和坚固，波登管压力表通常价格低廉，但经久耐用。它们为高压应用提供精确度。然而，由于其纯机械性质，读数易受冲击和振动的影响。不建议在需要精确测量的低压下使用它们。
7. 无液气压表
无 液气压计是另一种用于测量压力的纯机械设备。该仪器有一个气密的金属圆筒，类似于胶囊。胶囊会根据周围压力而收缩和膨胀。这些微小的差异可以测量出来，并耦合到表盘上，然后显示相应的压力读数。
无液气压计通常用于测量大气压力。由于其耐用且方便的设计，它们常用于飞机。对于飞机应用，它们还可用于根据气压变化测量高度。
压力传感器的常见用例
随着市场上各种类型的压力传感器的出现，您的设施中出现了各种各样的应用。几乎感觉每项资产都可以使用一个！以下是压力传感器的一些常见用途示例：
管道或液压软管压力
管道或液压系统可在极端压力下运行。例如，天然气管道通常在 200 至 1500 psi 的压力下运行。
另一个例子是钢丝编织液压软管，其典型工作压力为 6000 psi。压力传感器可帮助确保这些系统在低于其极限的条件下工作，以保持可接受的安全系数。
电子变送器设置规范
监控整个设施的压力读数可确保符合标准。这不仅适用于生产标准，也包括安全标准。电子变送器允许将数据发送到设施的远程位置。
低至高真空压力
真空技术是一些最先进的工业和科学工艺的支柱。它用于复合材料成型生产、半导体加工、飞行仪表制造和各种医疗应用。这些工艺可能需要专用压力传感器，以便测量高达 10000 psi 的真空压力。
节能应用
压力传感器最早的应用与环境有关，特别是在天气预报方面。如今，这些环境应用可以扩展到节能。压力测量设备还可用于排放测试、污染设备和风力管理系统。
技术行业应用
高科技设备的兴起为高精度制造铺平了道路。精密测量需要跟上日益改进的生产流程。气流测量、洁净室、激光系统等都需要能够进行更灵敏测量的压力传感器。
制造业应用
制造过程需要操纵流体，例如液压和气动系统中的流体。压力传感器可检测这些系统内的任何异常情况 - 不断检查是否存在泄漏、压缩问题以及任何潜在故障迹象。
压力传感器可以节省您的业务时间和金钱
想象一下拥有预见未来的能力。现在想象一下利用这种能力及时制定维护计划以防止发生故障。这基本上就是压力传感器作为预测性维护工具所试图做的事情。
压力传感器并不止于感测压力变化。它们通过将数据发送到您的 CMMS 来使信息变得有用。这样您就可以鸟瞰设施的各个独立部分。通过使用发送实时数据的传感器，您的维护团队可以在任何异常行为发生时收到通知。既然如此，为什么还要使用压力传感器呢？UpKeep CMMS 可以根据您的需要为您提供多种传感器选择，帮助您定制监控资产的方式。
在执行维护时采用预测策略确实能带来回报。事实上，美国能源部估计，与预防性维护相比，预测性维护可节省约 8-12% 的成本，与被动性维护相比，预测性维护可节省高达 40% 的成本。除了巨大的安全优势和更高的可靠性之外，这些节省的成本还是额外的好处。 压力容器发生故障的主要原因包括操作压力超过允许值、压力和疲劳。使用全天候监控工作场所的传感器系统可以降低风险。
结论
大多数现代设施都依赖于使用高压容器的设备。由于设备存储的能量很高，因此设备故障可能会导致灾难性的故障。压力传感器可通知维护团队任何与理想工作条件的异常偏差，从而帮助及早识别风险。结合预测性维护策略，传感器可让维护团队在发生任何故障之前采取纠正措施。