浅谈压力传感器在无负压供水系统中的应用

目前，在城市供水方面为消除对居民用水产生影响，我国拟定的相关城市供水条例规定不允许将生活、生产水泵直接安装在市政管网上。居民供水设备串接在市政供水管网上，需要利用无负压式供水系统，水泵进口与市政管网之间需增设流量控制器、分腔式稳压补偿罐等，流量控制器时刻监视市政管网压力。在保证市政管网不产生负压的同时，还可充分利用市政管网原有压力。

无负压式供水系统，就是通过安装在供水管网上的高灵敏度压力传感器或压力开关等，来检测供水管网在用水量变化时的压力变化，不断的向微电脑传输变化的信号。根据不同运行状态，动态地控制补偿量，从而实现动态压力平衡，保证供水管网压力恒定，以满足用户用水需要。当市政管道自来水以一定压力进入调节罐时，稳压补偿罐内的空气经过真空消除器内排出，待水充满后，真空消除器自动关闭。当自来水能够满足用水压力及水量要求时，供水设备通过旁通止回阀向用水管网直接供水；当自来水管网的压力不能满足用水要求时，系统会通过压力传感器，或压力开开关、电接点压表，给出起泵信号起动水泵运行。

另外，当水泵供水时，若自来水管网的水量大于水泵流量，系统保持正常供水，用水高峰期时，若自来水管网水量小于水泵流量时，调节罐内的水作为补充水源仍能正常供水，此时，空气由真空消除器进入调节罐，消除了自来水管网的负压，用水高峰期过后，系统恢复正常的状态。若自来水供水不足或管网停水而导致调节罐内的水位不断下降，液位控制器给出水泵停机信号以保护水泵机组。此过程如此循环，最终达到无负压供水的目的。

压力传感器的接线方法

传感器的接线一向是客户采购过程咨询得最多的问题之一，很多客户都不知道传感器如何连线，其实各种传感器的接线方式基本都是一样的，压力传感器一般有两线制、三线制、四线制，有的还有五线制的。

压力传感器两线制比较简单，一般客户都知道怎么接线，一根线连接电源正极，另一个线也就是信号线经过仪器连接到电源负极，这种是最简单的，压力传感器三线制是在两线制基础上加了一个线，这根线直接连接到电源的负极，较两线制麻烦一点。四线制压力传感器肯定是两个电源输入端，另外两个是信号输出端。四线制的多半是电压输出而不是4——20mA输出，4——20mA的叫压力变送器，多数做成两线制的。压力传感器的信号输出有些是没有经过放大的，满量程输出只有几十毫伏，而有些压力传感器在内部有放大电路，满量程输出为0——2V。至于怎么接到显示仪表，要看仪表的量程是多大，如果有和输出信号相适应的档位，就可以直接测量，否则要加信号调整电路。五线制压力传感器与四线制相差不大，市面上五线制的传感器也比较少。

螺纹类型

压力传感器的螺纹有很多种，常见的有NPT、PT、G、M，都是管螺纹。

NPT 是 National （American） Pipe Thread 的缩写，属於美国压力传感器标准的 60 度锥管螺纹，用于北美地区。国家标准可查阅 GB/T12716-1991

PT 是 Pipe Thread 的缩写，是 55 度密封圆锥管螺纹，属惠氏压力传感器螺纹家族，多用於欧洲及英联邦国家。常用於水及煤气管行业，锥度规定为 1:16。国家标准可查阅 GB/T7306-2000

G 是 55 度非螺纹密封管螺纹，属惠氏压力传感器螺纹家族。标记为 G 代表圆柱螺纹。国家标准可查阅 GB/T7307-2001

M 是公制普通螺纹，如M20*1.5表示直径为20mm，螺距为1.5，如客户无特殊要求，压力传感器一般为M20*1.5螺纹。

另外螺纹中的1/4、1/2、1/8 标记是指螺纹尺寸的直径，单位是英寸。行内人通常用分来称呼螺纹尺寸，一寸等于8分，1/4 寸就是2分，如此类推。G 好像就是管螺纹的统称（Guan），55、60度的划分属于功能性的，俗称管圆。螺纹由一圆柱面加工而成。

ZG俗称管锥，即螺纹由一圆锥面加工而成，一般的水管压力接头都是这样的，老国标标注为Rc

公制螺纹用螺距来表示，美英制螺纹用每英寸内的螺纹牙数来表示，这是压力传感器螺纹最大的区别，公制螺纹是60度等边牙型，英制螺纹是等腰55度牙型，美制螺纹60度。公制螺纹用公制单位，美英制螺纹用英制单位。

管螺纹主要用来进行压力管道的连接，其内外螺纹的配合紧密，压力传感器管螺纹有直管与锥管两种。公称直径是指所连接的压力管道直径，显然螺纹大径比公称直径大。 1/4，1/2，1/8是英制螺纹的公称直径，单位是英寸。

压力传感器的工作原理

1、压阻式压力传感器

电阻应变片是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。

2、陶瓷压力传感器

陶瓷压力传感器基于压阻效应，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0/3.0/3.3MV/V等，可以和应变式传感器相兼容。

3、扩散硅压力传感器：

扩散硅压力传感器工作原理也是基于压阻效应，利用压阻效应原理，被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，利用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。

4、蓝宝石压力传感器：

利用应变电阻式工作原理，采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计量特性。因此，利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性;蓝宝石的抗辐射特性极强;另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件，无p-n漂移。

5、压电式压力传感器：

压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

使用过程中无法避免误差

在选择压力传感器的时候我们要考虑他的综合精度，而压力传感器的精度受哪些方面的影响呢？其实造成传感器误差的因素有很多，下面我们注意说四个无法避免的误差，这是传感器的初始误差。

首先的偏移量误差：由于压力传感器在整个压力范围内垂直偏移保持恒定，因此变换器扩散和激光调节修正的变化将产生偏移量误差。

其次是灵敏度误差：产生误差大小与压力成正比。如果设备的灵敏度高于典型值，灵敏度误差将是压力的递增函数。如果灵敏度低于典型值，那么灵敏度误差将是压力的递减函数。该误差的产生原因在于扩散过程的变化。

第三是线性误差：这是一个对压力传感器初始误差影响较小的因素，该误差的产生原因在于硅片的物理非线性，但对于带放大器的传感器，还应包括放大器的非线性。线性误差曲线可以是凹形曲线，也可以是凸形曲线称重传感器。

最后是滞后误差：在大多数情形中，压力传感器的滞后误差完全可以忽略不计，因为硅片具有很高的机械刚度。一般只需在压力变化很大的情形中考虑滞后误差。

压力传感器的这个四个误差是无法避免的，我们只能选择高精度的生产设备，利用高新技术来降低这些误差，还可以在出厂的时候进行一定的误差校准，尽最大的可能来降低误差以满足客户的需要。

使用过程中的防腐蚀措施

压力传感器接头和腔体采用进口不锈钢整体加工，作为压力变送器弹体的不锈钢材料耐蚀性高、衰减性能好，可以监测任何与316L相兼容的介质。下面我们还来介绍一下压力传感器的防腐技巧。

首先，了解被测介质是否与316L相兼容：316，317L合金在100小时5%盐雾测试中，都没有出现腐蚀。其次，在选购传感器产品时，向供应商咨询介质对压力传感器是否有影响；通过对弹体耐腐蚀材料的选择，以便达到用户使用的需求。最后，我们可以采用隔离办法：压力变送器前有钼2钛和钽片，膜片与弹道管之间用甲基硅油传送压力，最小量程可做到0——100kPa，如果膜片材料还不耐腐，则可加一层F46膜片，但仪表灵敏度有所降低。也可直接用F46作隔离膜片，传递液可选用氟油，则可起双重隔离作用。

压力传感器在使用过程中一旦发现其不能与介质兼容就必须马上更换传感器，对应一些特殊的介质我们可以采用特殊的材质或者特殊的结构来进行测量，压力传感器未来肯定会得到更加广泛的应用，所以国内传感器厂家要积极开发新型压力传感器来适应需要。

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