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1 概述

最早的仪器仪表应该是一些现场仪表，比如现场压力表、现场温度表、现场流量计等，这是因为生产规模小，现场显示可满足生产设备主要参数监测的工艺要求。 以局部压力表为例，“火箭”号蒸汽机车问世于欧洲第一次工业革命末期的1830年（大致为1860年代至1840年代），1844年威廉·费·阿伯恩发明了兰开夏卧式双-明火蒸汽锅炉并在各个领域得到推广。 但由于缺乏合适的蒸气压测量仪器，爆炸事故时有发生。 1850年前后（资料记载的时间为1847～1852年），法国天才机械师E.布尔登（Eugene Bourdon，1803～1884）发明了原位压力表。 "型金属管感受压力变化，后人称这种结构的压力表测量元件为波登管。"C"型金属管的截面一般为矩形。受压后，尾端位移金属管的外圈通过传动杆和扇形齿轮带动指针转动，看指针在表盘上的位置就可以读出压力值（见图1）。在很多过程中，压力是一个关键的测量index. 使用波登管压力表进行现场压力测量，操作和维护设备的工作人员可以经常查看、读取和记录压力测量值，这对于推动当前形势发展具有重要意义。锅炉和蒸汽机以及各行各业的压力监测。

图1 波登管就地压力表外观及内部结构图

1-拨号； 2分； 3-布尔登管； 4驱动杆； 5扇区齿轮

直到20世纪上半叶精密压力表等级，人们才在波登管就地压力表的基础上推出了电接点压力表和远传压力表。 20世纪50年代以来，各种可远传的压力变送器仪表成为压力测量仪表的主流。 但即使在信息技术高度发达的今天，我们仍然可以在很多生产现场看到各种形式的现场压力表，它们仍然继续发挥着监测现场压力参数的作用，足见现场的强大生命力。压力表 。 然而，拥有170年历史的波登管原位压力表不会停滞不前。 它也在与时俱进，不断适应生产工艺的新要求，以新原理、新技术改进其结构，使古老的仪器设备焕发新生。

就地压力表的改进我们可以分为两部分：作为现场显示装置的进步和作为信息远传装置的进步。

2 就地压力表作为就地显示装置的进展

现场压力表作为现场显示设备，其改进体现在量程的扩大、耐腐蚀和耐振动、应用范围的扩大、差压测量和数显压力表等方面。

2.1 扩展范围

由于波登管就地压力表的上限测量范围约为60kPa~60MPa，采用隔膜盒作为检测元件，上限量程范围约为250Pa~60kPa（0~100kPa可由菲赛尔提供）德国）。 检测下限从微压范围扩展到250P。 采用多圈螺旋管时，可将就地压力表的测量上限提高到700MPa。 例如北京贝迪公司的YTH不锈钢压力表，当量程为˂10MPa时，感压元件为C型管，当量程为10MPa~250MPa时，感压元件为C型管。多圈螺旋管。

2.2 防腐、抗振

由于普通局部压力表的波登管是由铜合金制成，不耐腐蚀。 当波登管采用镀层铜合金或不锈钢制成时，可用于微腐蚀性介质。 对于腐蚀性介质，当普通不锈钢不能解决问题时，增加了隔膜式和隔膜式两种就地压力表。 隔膜压力表的膜片一般采用316Ti不锈钢、Cr15Ni7MO不锈钢或衬PTFE的316Ti不锈钢制成。 用于粘性、含固体介质、易结晶介质或腐蚀性液态气体。 1kPa~4MPa。 隔膜压力表的膜片材质有316L、304L、904L、哈氏合金C、蒙乃尔合金、钛、镍、钽、锆、衬四氟的316L、316L镀金等，可用于强腐蚀、高温、高粘度、易结晶、易凝固或固体漂浮物的液体介质，上限范围约为1MPa～60MPa。

在有机械振动的工作环境或介质压力脉动的场合，可选用抗冲击压力表。 抗冲击压力表的上限范围约为0.1MPa~250MPa。 外壳采用全密封结构，外壳内充有硅油、氟油、甘油、甘油水溶液等阻尼油。 它还装有阻尼管、阻尼片和阻尼螺钉，为表壳内的活动部件提供阻尼。 克服了介质的强烈脉动和环境振动对压力表的冲击损坏。 在紧急情况下，弹性元件的波登管可能会破裂，管内压力释放时危及人员和设施的安全。 但安全型防震压力表的表盘与测量系统之间焊有安全隔板，视窗通常采用夹层安全。 由玻璃制成，背面有泄压盖和泄压孔，可以释放内部压力，避免玻璃飞溅造成人身伤害，确保安全。

2.3 扩大适用范围

针对某些特定的检测介质，推出指定介质的专用压力表。 例如，氨压力表在液体介质中禁止使用铜，可以使用316L波登管； 乙炔压力表要求接液元件含铜量不超过70%，要求除油、无油，可采用H62黄铜或316L波登管； 氢气压力表和氧气压力表的介质要求有严格的脱脂、无油措施。 此外，还有丙烷压力表、二氧化碳压力表、氮气压力表、氩气压力表等。

船用压力表应具有良好的防震性能，在偏离安装位置±22°时仍能正常工作。 防护等级满足IP64的防溅性能要求。 在黑暗环境中可以正常观察到压力值。 类似的专用压力表还有很多，如医用、制冷剂、焊接和切割气体等。

为检定普通压力表，可采用精密压力表作为标准仪表。 普通压力表的精度可以达到1级、1.6级和2.5级，精密压力表的精度可以达到0.4级和0.25级。

图2精密压力表

在制药、食品、饮用水、水处理等行业，对压力表都有与卫生相关的规定。 如果要满足良好生产规范（GMP）的要求，压力表与生产过程介质接触的表面应光滑平整，易于清洁和消毒，不允许发生化学反应或吸附。 使用隔膜隔离器可以防止测量介质直接进入压力表内部，具有不受污染、易清洗、安全可靠、装拆快捷方便等优点。 因此，卫生型压力表是由通用压力表和隔膜隔离器组成的隔膜。 压力计。 膜片材料有316或316L不锈钢、钽膜片、哈氏合金等，上限范围为0.1MPa～60MPa。 产品应通过欧盟CE认证和欧盟ROHS强制性认证。

2.4 压差测量

差压也属于压力检测参数的范畴。 既然有就地压力表，就应该也有就地差压表。 因此，少数压力表厂家也提供此类产品，如单膜片、双膜片、波纹管等形式的原位差压表，精度为1.0～2.5级。 上海自动化仪表有限公司的现场不锈钢差压表采用双波纹管结构。 “工”字形支架的上下两端分别为活动端和固定端，中间用簧片活动连接。 两个波纹管分别安装在“工”字形支架两侧活动支架的对称位置上。 当两个波纹管施加不同的压力时，支架的活动端就会产生相应的位移，带动齿轮传动机构使指针偏转。 显示压差值。 差压上限范围为25kPa~1.6MPa，采用进口双波纹管元件的不锈钢差压表，差压上限范围为1kPa~60MPa。 北京贝迪公司的局部差压表在多种检测方式中涵盖了从250Pa到10MPa的上限范围。 压力元件的压差上限为2.5kPa~0.1MPa，双膜片压力传感元件的压差上限为16kPa~1.6MPa，C型双波登管压力传感元件0.16MPa~10MPa。 图3是斐索公司双管压敏元件的差压表，它由两个独立的测量系统和指针组成。 黑色指针P1测量正压值，与表盘融为一体的红色指针P2测量负压值。 中间小表盘上黑色指针P1的位置（代表黑色和红色指针之间的位置差P1-P2）可以读出压力差。

图3飞索公司双管式感压元件局部差压表

2.5数显压力表

为了直接读取压力值，近几年开始流行数显压力表。 采用压力传感器数字检测技术、电池供电、液晶显示技术。 压力传感器的种类有压阻式、电阻应变式、陶瓷式、扩散硅式等，测量精度可达0.5、0.2、0.1，甚至0.05、0.02。 电源可以是七号电池（续航6-12个月），也可以是大容量锂电池（续航3-5年）。 杭州美仪自动化有限公司的SUP-Y190智能压力数显表（见图4）内置高精度压力传感器，量程为-0.1~60MPa，精度等级为0.4%FS。 由2节AAA电池供电，续航时间为6个月，具有数据存储、峰值记录等功能。

图4 杭州美仪自动化有限公司智能压力数显表

压力数显表本身的精度就比较高，专门用作压力校验仪的压力数显表可以做得更高。 例如，由原西安热工压力表厂再制造的创维公司，就是一款高端的压力测量校准设备。 制造厂，其生产的CWY300数显压力校验仪精度等级为0.1%FS、0.05%FS、0.02%FS，远高于精密压力表，最大量程也可选择250MPa .

3 就地压力表作为信息远传设备的进展

就地压力表的检测信息只能现场显示，肯定不能满足生产发展的要求，所以从电接点压力表入手，传递压力显示值超限信号（上限、下限）限制）到遥控器。 然后是带有各种电信号远传装置的本地压力表精密压力表等级，然后是各种无线传输仪表。

3.1 电接点压力表

电接点压力表的表盘上一般有三个指针，每个指针的末端都焊有一根导线。 三个指针分三层叠加，相互绝缘，一般安装在表盘下方。 通常黑色指针为仪表指针，位于中间，用于显示压力测量值； 仪表指针上下分别是代表上下限的设置指针，红色指针用于上限报警设置，绿色指针用于下限报警设置，具体使用可自行设置在外壳外用螺丝刀（见图 5）。 指示指针上有动触点，定值指针上有固定触点。 当测量指针在上下限设定指针之间时，压力值正常，无报警接点输出； 当压力升高时，测量指针超过上限设定值。 指针固定时，输出上限报警接点信号； 当压降测量指针越过下限设定指针时，输出下限报警接点信号。 也有带四个设定指针的电接点压力表，可设定上上限、上限、下限、下下限信号等四种输出接点信号。 在因工作环境的振动或介质压力的脉动而使触点频繁断开的情况下，调定指针的固定触点可配备磁助电触头、干簧电阻链电触头，感应电触点和电子电触点。 触头等方式增加触头吸力，加速触头动作，使触头信号接触可靠，消除电弧。

图5 电接点压力表

电接点压力表的接点需要电源，所以在有爆炸性混合物的危险场所提出防爆要求，所以有本安型防爆型电接点压力表和防爆型防爆型电接点压力表.

3.2 带有各种电信号远传装置的就地压力表

电信号远传压力表有电阻式、差动式远传式、霍尔式等多种类型。 例如，电阻式是在压力表波登管的齿轮传动机构上安装一个滑动线电阻。 当扇形齿轮轴发生偏转时，带动滑动电阻丝上的电刷移动，使电阻值发生变化，并传给二次仪表显示。 相应的读数。 初始电阻值：30Ω～20Ω，满量程电阻值：340Ω～400Ω，精度等级1.6。 差分远传的输出是电压信号（0~10V或1V~5V）。 但随着单元组合仪表的普及，后级带电信号的远传压力表输出信号有0～10mA或4mA～20mA的标准电流信号。

3.3无线传输压力表

工业现场大量的现场压力表只有现场显示功能，需要操作人员到现场进行读数。 但随着生产技术的提高，对过程检测参数集中监控的要求越来越迫切。 压力表的改造也提上了日程。 一种方法是用变送器代替就地压力表，不仅投资较大，而且需要拆除就地显示仪表，安装新的变送器。 2008年11月，美国霍尼韦尔公司采用在原现场压力表刻字盘上直接安装图像识别装置的方法。 将现场压力表的指针显示值转换成数字读数后，再以无线通讯的方式传输到控制室的控制系统。 新产品名称为Wireless Meter Reader，是霍尼韦尔OneWireless无线网络中符合ISA100.11a无线通信国际标准的现场设备。

图6为美国霍尼韦尔公司无线抄表器安装在就地压力表上的示意图。 当现场压力表为圆形且表盘直径在38mm至152.5mm之间时，可通过转接卡夹直接安装到现有现场压力表的表盘上，同时无线压力表读取器也连接到现场压力表上-带安装适配器的原位测量仪。

图 6 Honeywell 的无线抄表器

1-无线抄表器； 2个安装适配器； 3就地压力表

通过图像识别获取本地压力表的仪表读数，并转换成可用于无线通信的数据。 同时，数据以大屏幕的形式本地显示在无线抄表器面板上的LCD大液晶屏上。 也可通过无线模块获取仪表读数。 无线传输的方式传输到控制室。

原有的本地压力表采用人工监控，监控频率很低。 无线抄表器提供自动、更频繁的监控。 但是因为是电池供电的设备，为了保证电池有一定的寿命，刷新率不能太快，所以作为刷新率指示器，无线抄表器提供了1min~18h的刷新率。 当刷新率确定为15min时，电池寿命为2年。 在存在核辐射风险的美国核电站现场，有数百个现场压力表。 检查人员每天要到现场检查四次。 显示仪表的读数连续传输到控制室供操作员监控。

由于本地压力表属于低价位仪表，通常故障率较高，有指针变形、指针晃动、指针折断、指针脱离止动销不回零、玻璃等故障。表盘损坏（见图 7）。 在解决信号远传问题的同时，对就地压力表进行了全面革新，提高了其运行可靠性。 这是美国艾默生过程管理公司采用的方法。

图7 局部压力表常见故障

2016年5月，艾默生过程管理推出了具有WirelessHART功能的WPG无线指针式压力变送器（见图8）。 它采用压阻式传感器电子技术替代机械部件，无故障运行长达10年。 不过在本地显示方式上，还是沿用了传统的指针显示方式。 压力表的表盘直径为114.3毫米，精度为0.5%。 具有高达150次超压保护和双层过程隔离特性，确保设备和人员安全。 无线传输的信息刷新率可在1min~60min范围内设置，压力表表盘上的LED灯闪烁指示仪器的状态情况。 如果工作状态良好，它还可以发出电池电量低、设备故障或电源中断的警告。

图8 艾默生过程管理WPG无线指针式压力变送器

中国科学院沉阳自动化研究所的研究人员提出了一种用于工业仪表（如局部压力表）的低成本无线读取装置的设计方案。 通讯协议为中国制定的国际标准WIA-PA。

按照过程工业无线通信标准制造的无线传输压力表性能非常可靠，但价格较高。 如果按上述方案对现场压力表进行改造，投资巨大。 为了满足用户的要求，国内许多压力表生产厂家，特别是在一些市政公用工程领域，如给排水、消防给水、供气、供暖蒸汽等，都推出了无线传输压力表。大批量。 安装有无线远传功能的普通数显压力表，通讯协议采用GPRS、LoRa、LoRaWAN、NB-IoT等。以宝鸡迈克传感器有限公司的MPM6891无线压力表为例。 量程0~2.5MPa，精度±1%FS，刷新率1min~1440min。 可提供NB-IoT/2G/4G公网无线协议上传信息，包括压力数据、电池信息、网络状态（见图9）。

图9 宝鸡迈克传感器有限公司MPM6891无线压力表

4。结论

原位压力表是一种历史悠久但不起眼的仪器。 170年来，许多专家对其进行了改进和创新，使其能够满足各种应用需求并与时俱进，不断推出新技术和新产品。 本文所描述的只是其中的一部分，但我们已经可以窥见局部压力表的多彩、精致、博大精深的一角。

参考资料： [1]许汉文． 国外压力仪表发展概况[J]． 工业仪器与自动化装置，1976(03)：60～64． [2]方元白． 过程工业无线通信技术及应用[M].北京:化学工业出版社,2014. [3]张华良,曾鹏. 基于图像识别与传输的工业仪表无线读取装置设计[J]. Instrument Standardization and Metrology 2010 (4): 36~38.[4] Emerson.艾默生推出业界首款无线指针式压力变送器，帮助工厂改善运营

关于作者

方元白，1942年出生，男，湖北黄冈人，汉族，昆明有色冶金设计院电气自动化分院教授级高级工程师，《衡器》、《自动化仪表》、《冶金自动化》等杂志编委，仪器仪表用户、仪器仪表及自动化等。昆明市仪器仪表学会理事长，中国衡器协会技术专家委员会顾问，主要从事仪器仪表及控制系统的应用研究，出版了《原理与控制》 《电子皮带秤的应用》（1994，冶金工业出版社）、《电子皮带秤秤》（2007，冶金工业出版社）、《无线通信技术及其在流程工业中的应用》（2015化工出版社）、《非标自动化-黑色金属生产工艺》（2015年，人民邮电出版社），《查衡器》（2020年，中国质量标准工业出版社）出版专着5部，发表论文350篇。

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