我国压力变送器行业现状及生产企业对策

就我国压力变送器的应用领域来说，目前主要是传统的连续流程工业自动化，即通常所说的过程自动化领域。过程控制要求变送器具有高精度、高稳定性、高可靠性和适应恶劣环境的能力，产品价格也就较高，因此该领域占了市场销售额的大部分。但是，随着我国各行各业自动化水平的提高，压力变送器（传感器）在机械产品等加工工业工厂自动化领域的应用越来越广，汽车、暖通等设备上的需求也迅猛增长。这些领域中，对压力变送器的精度要求不太高，使用环境相对较好，因此小型低成本直接安装式压力变送器（传感器）成了主流产品，由于规格繁多，需求数量巨大，销售额也相当可观。

鉴于笔者对工业过程自动化领域的压力变送器更感兴趣，以下仅针对这种产品展开讨论。

传感器技术现状

在过程自动化领域，压力变送器所用的传感器品种达数十种，分类方法多种多样，技术性能各有特色。下面将这次展览会上直接展出、或具有代表性变送器所使用的传感器分别做介绍。

电容式：传感器由一个可动电极（测量膜片）和两个固定电极形成的差动电容组成，为了实现过载保护和防止腐蚀，两侧压力引入处还设计有隔离膜片，传感器焊接成一个整体。最早在Rosemount 1151变送器上使用，由于技术成熟、原理简单，我国企业通过引进消化，目前已掌握了生产制造技术，并广泛应用于变送器中，这是我国自主知识产权变送器中生产量{zd0}，产值{zg}，应用最成功的产品。电容式传感器的{zd0}优点是过载能力强，温度影响小（对称互补），缺点是电隔离性差，精度较低，长期稳定性较差。近几年Rosemount对传统1151式电容传感器进行了全面改进，推出了一体式共面电容传感器。该传感器的隔离膜片位于传感器模块底部，成共面型，不需要传统的夹紧法兰，清洗十分方便；测量膜片与传感器模块金属体进行了电气隔离，增强了传感器的电隔离性；再加上精密的加工和焊接技术，有效克服了精度和稳定性方面的缺点，性能十分优越。

硅压阻式：这种传感器在硅基底上，加工了四个压敏电阻，构成惠斯通电桥，电桥可检测压力和温度的变化。新型的硅传感器已向复合型发展，单晶硅基底除生成传统压阻传感器外，还集成了温度传感器和静压传感器（即附加一个电桥式压力传感器）。硅传感器的显著优点是传感器芯片加工容易，可方便地生成复合传感芯片，同时电子型传感器的精度高，长期稳定性好，无迟滞性；缺点是硅元件受温度影响大，特别对传感器灵敏度（量程）影响较大，过载能力差，低压测量困难。由于其传感芯片需要象电容传感器那样通过膜片隔离，这就对机械加工、焊接和传递液封灌技术提出了较高要求。展会上展出和应用该类型传感器的产品多如牛毛，但传感器模块（由芯片和隔离膜片组成），特别是三膜片差压式传感器模块，整体性能优良的却不是很多。国内厂家受机械加工等工艺的限制，其传感器模块性能与国外还有较大差距。目前，国内外基于这种传感器的变送器生产厂家最多，销量{zd0}。国外，ABB、Honeywell、Siemens、Endress+Hauser和Foxbolo等公司的变送器都以这种传感器为主，近年Rosemount也推出了类似产品；国内，几乎所有变送器厂家都有基于硅压阻传感器的产品，但由于硅压阻差压传感器生产困难，以及温度补偿技术落后，产品普遍是压力型，并且是模拟式和低档次居多。

硅谐振式：这种传感器由硅基底和硅谐振梁组成。谐振梁呈“H”形，上面扩散有电阻层，两侧互相绝缘，并各自连接有振荡线圈。基底硅膜片未受压时，谐振梁以其固有的谐振频率做等幅振荡，受力后，谐振频率正比与压力变化，从而实现压力检测。该类传感器是Yokokawa的专利，目前仅在该公司变送器上使用，不仅具有硅元件的优点，同时其独特的V/F转换原理对温度不敏感，使其性能得到显著提高。

硅电容式：对称的差动电容被刻蚀到单晶硅片上，压力使硅片弯曲，电容器两极间的距离发生了改变，传感器的电容值相应的也变了。这种传感器兼有电容式和硅传感器的优点，国内外都是研究热点，并有相关产品，如富士、沈阳传感器研究所等都在研究生产，具有很大发展前景。

陶瓷电容式：传感器基底和膜片都采用陶瓷，衬底和膜片电极构成电容，中间无传递液，压力直接作用在陶瓷膜片上。其优点是安装位置无影响，无污染，抗腐蚀性好、温漂小、过载能力强，可测量低微压力；缺点差压传感器制作困难。该类传感器在主流变送器厂商产品结构中，主要用于压力和特殊应用场合。

陶瓷压阻式：厚膜惠斯通电桥印刷在陶瓷膜片的背面，压力直接加在陶瓷膜片前面，中间无传递液。除过载能力较差外，其优缺点与陶瓷电容式基本一致。

变送器技术现状

这次多国展中，应用于工业过程自动化的压力变送器，就技术性能而言，笔者将其大体分为三类。

模拟型：即传统压力变送器，输出信号仅有4mA～20mA工业标准电流信号，显示表头多数为指针式（少数有串入电流回路的数字显示器），整机精度为0.2%～0.5%左右。这类变送器的信号处理和转换电路，早期产品采用晶体管和通用运算放大器，现在一部分采用专用集成电路和专用仪表放大器。换句话说，其信号处理和转换都是靠模拟电路实现的，内部和输出都没有数字信号。这种变送器对内部电子噪声的抑制能力较弱，对线性和温度漂移的补偿能力也有限，但正因为没有大规模硅集成电路和CPU，更适合核级应用。 数字型：它是模拟型向智能型的过渡产品，有时俗称简易智能型。其输出信号一般为4mA～20mA电流信号，有的通过专用通信工具，可以读出压力值等数字信号，显示器为数字式，整机精度为0.1%～0.2%左右。这类变送器的信号处理和转换电路以专用数字处理芯片或微处理器和微控制器为核心，其信号处理和转换通过模/数和数/模转换过程，主芯片内的处理数据是数字数据，因此可以直接驱动数字显示器，甚至可以通过专用的数字格式进行输出。这种变送器对内部电子噪声的抑制能力增强，由于具有专用数字处理芯片或微处理器，对线性和温度漂移的补偿能力也得到增强，但专用数字处理芯片功能有限，灵活性差，而内置微处理器的产品算法简单，对精度和温度影响的补偿不够理想，普遍不支持国际流行的标准通信协议，因此技术水平属于中低层次。

智能型：这种变送器是目前我国变送器市场的主流产品，其不仅可以输出4mA～20mA电流信号，而且支持国际标准的通信协议（如HART协议），通过国际流行的手持通信器或通信软件，可以获得压力和温度值等数字数据，显示器为数字式，整机精度在0.04%～0.1%之间。这类变送器的信号处理和转换电路都以微处理器或微控制器为核心，配以符合国际通信标准的通信芯片，信号处理以数字化为原则和基础，因此可以直接驱动数字显示器，并可方便地支持过程工业的标准数字通信。这种变送器对内部电子噪声的抑制能力很强，内置微处理器或微控制器功能强大，使用灵活，支持复杂的算法，因此可以对线性和温度影响进行xx补偿，并实现强大的智能诊断和仿真功能，支持国际流行的标准通信协议，技术水平属于高级层次。值得注意的是，符合现场总线标准（如Profibus协议等）智能压力变送器目前已投入使用，该类产品输出全数字信号，没有4mA～20mA电流，这是未来过程控制领域发展的主流。

生产企业对策

在国内变送器市场中，智能型产品几乎被国外品牌和合资合作产品所垄断，特别是新建设的大工程项目，都指定使用国外技术的变送器。国内智能产品与国外有很大差距，主要原因是传感器性能较差和整机智能化技术落后。在模拟型产品中，国产变送器以低价格和灵活的市场推广策略占据了大部分市场份额。简易智能型变送器没有明显的优势，在智能型和模拟型的双重夹击下，市场占有率极小，其发展前景十分有限。

我国变送器生产企业，特别是大型企业，要生存和发展，必须有智能型变送器。一个捷径是，走合资和合作的道路。当然，要长期生存和持续壮大，必须消化吸收国外先进的智能化技术，改进创新，推出自主知识产权的高性能智能产品。成功的关键是拥有高性能的传感器，对变送器智能化进行系统架构级设计，特别是研究先进的标定算法。另外要积极研究现场总线变送器，这样可以提高研究起点。这是一个长期的持续研究进步的过程，需要投入较大的人力和物力，关键是技术积累和持续改进。

模拟型变送器的转换电路简单，成本低廉，抗外界电磁干扰和核辐射的能力强，具有独特的优势。在小型工程、低端市场和核应用领域有很大作为，作为智能产品的有力补充，市场空间同样巨大。因此，我国变送器生产企业应继续研究和大力生产，争取占有同档次产品在国内接近全部的市场份额。

对于传感器，目前国外已有Keller、Endress+Hauser等厂家产品进入我国市场，国内传感器的技术水平也有了长足进步，很多厂家的产品形成了批量生产，如沈阳仪表工业研究院、宝鸡传感器等企业。因此，在传感器方面，国内企业应该走OEM和合作之路，对先进传感器先采用拿来主义，以此为基础进行智能变送器开发。自己的技术、工艺、设备、资金和市场规模等因素满足传感器生产开发需要时，再走自力更生的道路。这样，先避开传感器生产难、性能差的障碍，可以使智能变送器以更快的速度赶上世界先进水平。

总之，我国的工业自动化产生了对压力变送器的巨大需求，市场经济使压力变送器的市场竞争日趋白热化，机遇与风险同在。生产企业既要乐观自信，又要有前瞻性和忧患意识，持续创新，提高效率，勇创辉煌。