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電容式差壓變送器工作原理

發(fā)布時(shí)間:2013-5-29 10:09:25

電容式差壓變送器工作原理

電容式差壓變送器是20世紀(jì)80年代研制開(kāi)發(fā)的新型差壓變送器,它利用單晶硅諧振傳感器,采用微電子表面加工技術(shù),除了保證±0.2%的測(cè)量精度外,還可實(shí)現(xiàn)抵制靜壓、溫飄對(duì)其影響。由于配備了低噪聲調(diào)制解調(diào)器和開(kāi)放式通訊協(xié)議,目前的電容式差壓變送器可實(shí)現(xiàn)數(shù)字無(wú)損耗信號(hào)傳輸。

一、結(jié)構(gòu)及工作原理

變送器主要有檢測(cè)部分和信號(hào)轉(zhuǎn)換及放大處理部分組成。

檢測(cè)部分由檢測(cè)膜片和兩側(cè)固定弧形板組成,檢測(cè)膜片在壓差的作用下可軸向移動(dòng),形成可移動(dòng)電容極板,并和固定弧形板組成兩個(gè)可變電容器C1和C2,結(jié)構(gòu)及電氣原理可見(jiàn)圖6-11。

 

電容式差壓變送器的工作原理 - 擎天柱 - 傳じ☆ve說(shuō)

檢測(cè)前,高、低壓室壓力平衡,P1 =P2;按結(jié)構(gòu)要求,組成兩可變電容的固定弧形極板和檢測(cè)膜片對(duì)稱,極間距相等,C1 =C2。

當(dāng)被測(cè)壓力P1和P2分別由導(dǎo)入管進(jìn)入高、低壓室時(shí),由于P1 >P2隔離膜片中心將發(fā)生位移,壓迫電解質(zhì)使高壓側(cè)容積變小。當(dāng)電解質(zhì)為不可壓縮體時(shí),其容積變化量將引起檢測(cè)膜片中心向低壓側(cè)位移,此位移量和隔離膜片中心位移量相等。根據(jù)電工學(xué),當(dāng)組成電容的兩極板極間距發(fā)生變化時(shí),其電容量也將發(fā)生變化,即從C1=C2變?yōu)镃1≠C2。

由電氣原理圖可知,未發(fā)生位移時(shí),I1=I2=0;ι1+ι2=ιc;發(fā)生位移后,由于相對(duì)極間距發(fā)生變化,各極板上的積聚電荷量也發(fā)生變化,形成電荷位移,此時(shí)反映出I1≠ I2,兩者之間將產(chǎn)生電流差,若檢測(cè)出其值大小以及和壓差的關(guān)系,即可求取流量。

二、變送電流與壓差的關(guān)系                                                                                        '

設(shè):未發(fā)生位移時(shí),按電容定義:

 

電容式差壓變送器的工作原理 - 擎天柱 - 傳じ☆ve說(shuō)

式中 K——比例常數(shù);

ε——介電常數(shù);

S——弧形板絕對(duì)面積;

d0-——弧形板和可動(dòng)極板之間相對(duì)平均距離。

當(dāng)發(fā)生位移Δd后,仍按電容定義有:

 

電容式差壓變送器的工作原理 - 擎天柱 - 傳じ☆ve說(shuō)

由圖6-11可看出,在電動(dòng)勢(shì)為e,角頻率為ω的高頻電源驅(qū)動(dòng)下,其充放電流差為:

 

電容式差壓變送器的工作原理 - 擎天柱 - 傳じ☆ve說(shuō)

將C1和C2定義表達(dá)式帶入上式,有:

 

電容式差壓變送器的工作原理 - 擎天柱 - 傳じ☆ve說(shuō)

由推導(dǎo)結(jié)果可以得出,電流差和可動(dòng)極板(檢測(cè)膜片)中心位移成正比,由于此位移和被測(cè)壓差成正比,所以電流差與被測(cè)壓差以及流量均成正比。

三、電容式差壓變送器的特點(diǎn)

電容式差壓變送器完全由密封測(cè)量元件組成,可消除機(jī)械傳動(dòng)所造成的瞬時(shí)沖擊和機(jī)械振動(dòng)。另外高、低壓測(cè)量室按防爆要求整體鑄造而成,大大抑制了外應(yīng)力、扭矩以及靜壓對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響。

四、差壓變送器在應(yīng)用中的故障診斷與分析

  1. 調(diào)查法:回顧故障發(fā)生前的打火、冒煙、異味、供電變化、雷擊、潮濕、 誤操作、誤維修。
 

 

  2. 直觀法:觀察回路的外部損傷、導(dǎo)壓管的泄漏,回路的過(guò)熱,供電開(kāi)關(guān)狀態(tài)等。
 

 

  3. 檢測(cè)法:
 

 

  1) 斷路檢測(cè):將懷疑有故障的部分與其它部分分開(kāi)來(lái),查看故障是否消失,如果消失,則確定故障所在,否則可進(jìn)下步查找,如:智能差壓變送器不能正常Hart遠(yuǎn)程通訊,可將電源從表體上斷開(kāi),用現(xiàn)場(chǎng)另加電源的方法為變送器通電進(jìn)行通訊,以查看是否電纜是否疊加約2kHz的電磁信號(hào)而干擾通訊。
 

 

  2) 短路檢測(cè):在保證安全的情況下,將相關(guān)部分回路直接短接,如:差變送器輸出值偏小,可將導(dǎo)壓管斷開(kāi),從一次取壓閥外直接將差壓信號(hào)直接引到差壓變送器雙側(cè),觀察變送器輸出,以判斷導(dǎo)壓管路的堵、漏的連通性。
 

 

  3) 替換檢測(cè):將懷疑有故障的部分更換,判斷故障部位。如:懷疑變送器電路板發(fā)生故障,可臨時(shí)更換一塊,以確定原因。
 

 

  4)分部檢測(cè):將測(cè)量回路分割成幾個(gè)部分,如:供電電源、信號(hào)輸出、信號(hào)變送、信號(hào)檢測(cè),按分部分檢查,由簡(jiǎn)至繁,由表及里,縮小范圍,找出故障位置。
 

 

  差壓變送器的選擇
 

 

  差壓變送器是測(cè)量工藝管道或罐體中介質(zhì)的壓力差,并且通過(guò)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、開(kāi)方將測(cè)量的差壓值轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)輸出。選擇差壓變送器需要知道如下的參數(shù):
 

 

  1、差壓值
 

 

  2、介質(zhì)
 

 

  3、介質(zhì)的工作壓力
 

 

  4、介質(zhì)的工作溫度
 

 

   5、是智能還是模擬

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