数字压力指示器的选择标准

C冲洗数字压力指示器曾经是一项相对简单的工作。就像早期的摄像机和录像机一样，只有少数制造商提供它们，功能有限，而且往往价格昂贵。过去的十年见证了压力传感技术的进步(更高的精度，更低的成本)，以及电子和固件集成和包装的爆炸式增长。好消息是，用户现在可以享受到大量通用和特定应用的产品，但这种多样化的解决方案使选择过程变得更加复杂。

今天，“数字压力指示器”这个术语可以涵盖很多领域。一般市场使用它来描述从传统的台式或面板安装设备到手持设备和与数字面板仪表和采集系统一起使用的传感器。

一个数字压力指示器被定义为一个包，包括一个集成的压力传感器和数字显示在一个工作台或面板安装外壳。选择数字压力指示器的应用是关键。它将最终驱动给定产品的选择。

指定工程师面临着两大挑战。第一个挑战是理解应用程序需求。这需要一套定义良好的性能和结果标准，而这反过来又需要对制造商的规格和术语有很好的理解。第二个挑战是艰难地阅读大量制造商的规格和行业专用术语。如果用户使用选择指南来帮助简化过程，这个明显的矛盾确实有一个解决方案。

选择指南
关于应用程序有几个关键问题要问。这些答案将提示潜在供应商关于产品及其性能的基本问题。一些关键术语和概念将在以下段落中定义，其余的则包含在“关键术语”部分中。

环境是什么?(检查所有适用的)

____实验室
____户外
____极端温度
____ Wet (NEMA4, 4X)
____危险人员(FM i.s.，等级，部门)
____高震动、冲击
____ EMI / RFI

这个问题的答案将表明需要什么类型的附件，以及是否需要机构批准(FM, NEMA等)。

它的预期用途是什么?

____进程监控
____控制
____校准标准
____动态测量
____静态测量

这个问题的答案将表明速度要求(更新速率)和输出要求(数据记录、控制等)。

什么是过程介质?

____非活性液体
____非活性气体
____非活性蒸汽*
____活性液体
____活性气体
____活性蒸汽
____导电气体

*参见“工艺温度是多少”

过程介质之所以重要，有两个原因。首先是明显的安全问题。压力介质是否与产品的湿料兼容?工艺介质与潮湿材料的不匹配可能导致传感元件的腐蚀，从而导致错误的测量数据和/或传感元件的破裂。第二个不太明显的问题与导电气体和湿度有关。导电气体可以对某些类型的半导体传感器的性能产生显著影响，因为基本输出信号可以通过导电气体对传感桥或电容器的影响而改变。

压力类型是什么?

____规
____绝对
____真空
____化合物
____微分

压力类型的指定是基于基准点的位置和相对于大气压力的测量方向，如下图所示。

要求的显示分辨率是多少?

____ 3位数字
____ 3
____ 4
____ 5位全位数

了解制造商如何支持产品的精度规格是很重要的。这需要从概念上理解显示分辨率、压力范围和精度声明是如何相互关联的。

显示器分辨率必须足够高，以支持精度声明。显示分辨率通常用“数字数”来描述，例如，“3和mple, 3位显示器可以表示最大数值999,3½位显示器可以表示最大数值1999,4½位显示器可以表示19999,5位全位数显示器可以表示99999。”

显示分辨率的一个同样重要的方面是在精度规范中发现的，它提供了一个百分比的读数或全跨度额定值额外的加上或减去一个LSD(最低有效位数)。这可能会带来巨大的额外不确定性。例如，虽然有4分±0.033%的不确定度。然而，300psi范围的3½位显示器将配置为提供1 / 300的最大显示分辨率，这将增加由最低有效位数贡献的额外不确定性至±0.33%。

所需压力范围(秒)?

从_____到_____

通常建议指定满量程压力范围，使典型的操作压力发生在满量程的25%至75%之间。例如，如果需要在50 psi进行典型的工艺测量，则理想的全量程范围为100 psi。

有些产品可以提供非常好的精度规格，但提供的范围选择有限。这是因为提供优化显示分辨率的范围是有意义的。例如，将使用一个4ll。显然，结果将是有限的分辨率和可能的冲突与单位的精度评级和应用精度要求。

应用程序的“准确性”要求是什么?

理解准确性声明中对应用程序最重要的元素是非常重要的，因此这个问题涉及一些额外的工作。

根据普遍接受的标准(例如ASME B40.7, ANSI/ISA S51.1和其他)，精度声明通常包括线性、重复性和迟滞的影响(见关键术语)。线性成分的处理方式取决于制造商。

用于描述线性的技术可以对总精度值产生显著影响。一般接受的技术包括独立(最佳拟合直线)、基于零和基于终端的线性。它们的特点如下:

独立最佳拟合直线:一条直线适合于沿着仪器的FS范围所取的一系列数据点，以使任何一个值的最大偏差最小化。该方法可将所述非线性降低50%。

从零开始的:一条固定在零点的直线适合于沿着仪器的FS范围所取的一系列数据点，以使任何一个值的最大偏差最小化。

基于终端:一条固定在实际零点和全量程值上的直线被用作基准点，以确定每个读数的偏差。单个读数的最大偏差被用来描述线性。这种方法往往比前面的方法更可靠地表示实际性能。

另一个需要考虑的问题是包含哪些元素以及它们是如何组合的。制造商的精度规格通常包括非线性、不可重复性和迟滞效应。这些可以表示为代数和或平方根和(RSS)。RSS将产生一个“更好的”精度数字，但它可能在某种程度上不代表一些仪器的实际性能特征。下面的例子提供了三种基于非线性(终点)、迟滞和不可重复性的相同数据集的精度规范的比较。

非线性:0.07% FS
滞后:0.02% FS
不可重复性:0.01% FS

准确度表示为:

终端/总和	BFSL /总和	BFSL / RSS
0.07	0.035 (BFSL)	0.035 (BFSL)
0．02	0．02	0．02
0.01	0.01	0.01
0.10%	0.07%	0.04%

这个例子说明了理解制造商的精度规范和用于表达它的方法的重要性。

以读数百分比表示的准确度定义为仪器的指示值(IV)与基于个别读数(R)值的已知标准值(SV)之间的差值，其中:

% r =Sv - rx 100

以量程百分比为单位的准确度定义为仪器的指示值(IV)与基于仪器全量程(FS)的已知标准值(SV)之间的差值，其中:

% fs =Sv - ivx 100

环境温度范围是多少?

从_____到_____°F
从_____到_____°C

环境温度的变化会对精度产生重大影响，这取决于仪器对温度变化的补偿方式。了解制造商的规格是很重要的。

有些产品提供了包括温度影响在内的精度规范，例如，

工艺温度是多少?

____°F
____°C

大多数压力仪表不能补偿极端过程介质温度的影响。例如，过热蒸汽管道的压力测量是一个常见的要求。在这种情况下，在压力仪表和蒸汽管道之间安装一个猪尾虹吸管。猪尾虹吸管提供了足够的额外表面积来冷却和冷凝过程介质到压力传感器可以处理的环境温度条件。虽然工艺介质温度可能是一个重要问题，但请记住，管道和工艺连接器材料在终端测量系统中会吸收大量热能。

什么是长期稳定性要求?

该规范通常基于制造商在参考或控制条件下在给定时间段内获得的数据。“真实世界”的应用程序引入了各种可能影响制造商规格的条件，如极端温度、冲击、振动和电源中断。

输出信号

数字输出信号的类型?

____ rs232, 422
____ ieee 488
____ rs 485
____其他

选择数字输出信号是数据采集设备类型的功能或多滴(同一线上的多个设备)操作的要求。数字输出通常反映数字显示信息。

模拟输出信号的类型?

____ 0/5或0/10 VDC
____ 4/20mA

比例模拟输出信号也会根据接口设备的要求来确定。然而，与数字输出不同，模拟输出信号可能反映数字显示的值，也可能不反映数字显示的值。通常需要模拟输出来获得更高的分辨率或更快的响应。

模拟信号是如何产生的?

有些仪器在数字校正和建模之前直接从传感器获得模拟输出信号。在这种情况下，模拟信号的准确性可能低于数字显示数据的准确性。在其他情况下，利用DAC(数模转换器)从经过数字校正的数据创建模拟信号。在这种情况下，信号将携带与数字显示数据相同的精度规格，但通常会较慢，具有较低的分辨率。

底线是提出正确的问题，并确定哪种技术提供了最佳的折衷方案。

其他功能
有许多可选的特性可以增强产品的有用性和价值。其中包括:

• 报警继电器驱动器;

• 工程单位选择;

• 最大/最小跟踪;

• 数据日志记录;而且

• 电池供电

详细描述它们超出了本指南的范围，但同样的选择原则适用。将应用程序需求定义到可以向制造商提出特定问题的程度，是确保该特性的功能符合您的期望的唯一方法。

关键术语

精度-仪器的指示值与由公认标准产生的已知值之间的差异。

准确性,参考-仪器在规定的温度、相对湿度和安装位置的“标准”条件下的精度。

准确性，阅读的百分比-仪器的指示值(IV)与基于个别读数(R)值的已知标准值(SV)之间差异的表达式，其中:

% r =Sv - rx 100

准确度，跨度百分比-基于仪器全量程(FS)的仪器指示值(IV)与已知标准值(SV)之间的差值表达式，其中:

% fs =Sv - ivx 100

A / D的决议模数转换器是一种将传感器压力比例模拟信号转换为数字信号的设备。A/D转换器被描述为12位、14位、20位等。14位a /D转换器的分辨率为214或16384个计数，20位转换器(220)或1048576个计数。

显示分辨率-数字显示器所能表示的最大数值。
例如:

3位数字，4和

注意:A/D分辨率和固件将决定用于驱动显示的计数数量。

磁滞-在相同的压力偏移情况下，在同一点取的指示压力值的差值先增大后减小。

线性一组压力读数沿仪器的跨度接近直线的程度。

线性、独立-直线拟合沿着仪器FS范围所取的一系列数据点，以使任何一个值的最大偏差最小化。

线性,从零开始的-固定在零点的直线，适合于沿着仪器的FS范围所取的一系列数据点，以使任何一个值的最大偏差最小化。

线性，终点(终点)点-固定在实际零点和全量程值的直线作为基准点，以确定每个读数的偏差。用单个读数的最大偏差来描述线性。

可重复性-从相同(增加或减少)方向的多个读数中观察到的指示压力值的差异。

采样率，转换用来描述A/D转换器速度的规格。该值与显示更新速率有关。

跨度-上下限值的代数差值。
例如:

0到100 psi，跨度= 100 psi
-15到100 psi，跨度= 115 psi

温度,环境-指示器周围的大气温度。

温度,过程-压力介质的温度。

温度、参考-进行指示器精度校准和认证的温度。

温度效应-指示值的变化归因于环境温度(从参考温度)变化对指示器电子器件的影响或工艺温度对指示器压力传感器的影响。

更新速率，显示-更新显示数据所需的时间。通常以毫秒或每秒采样数表示。

建议阅读
以下每一份出版物都提供了关于规范、应用程序以及术语和定义的额外信息。

• 压力表。压力指示表盘型。弹性元件

• ANSI B40.7，压力表-压力数字指示

• ANSI/ISA-S51.1 - 1979，过程仪表术语

流体控制学会(FCI)是一个非营利性的行业协会，致力于技术进步和增加对流体控制、处理和测量设备的理解。FCI的起源可以追溯到1921年，自1955年以来一直被称为流体控制研究所。 FCI标准和出版物旨在帮助流体控制、处理和测量设备的正确选择、应用和操作。以下公司是FCI测量部门的成员:Ametek/U.S.计;Dresser Industries Inc.;ITT Conoflow;默乐仪器有限公司;Noshok Inc .);帕尔默仪器公司;Sensor Development Inc.;3D仪器公司; Trend Instruments Inc.; H. O. Trerice Co.; Weiss Instruments Inc. 评论? 电子邮件djohnson@cahners.com

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