電容式差壓變送器工作原理(lǐ)

電容式差壓變送器是20世紀80年代研制開發的(de)新型差壓變送器，它利用(yòng)單晶矽諧振傳感器，采用(yòng)微電子表面加工技術，除了(le)保證±0.2%的(de)測量精度外，還(hái)可(kě)實現抵制靜壓、溫飄對(duì)其影(yǐng)響。由于配備了(le)低噪聲調制解調器和(hé)開放式通(tōng)訊協議(yì)，目前的(de)電容式差壓變送器可(kě)實現數字無損耗信号傳輸。

一、結構及工作原理(lǐ)

變送器主要有檢測部分(fēn)和(hé)信号轉換及放大(dà)處理(lǐ)部分(fēn)組成。

檢測部分(fēn)由檢測膜片和(hé)兩側固定弧形闆組成，檢測膜片在壓差的(de)作用(yòng)下(xià)可(kě)軸向移動，形成可(kě)移動電容極闆，并和(hé)固定弧形闆組成兩個(gè)可(kě)變電容器C1和(hé)C2，結構及電氣原理(lǐ)可(kě)見圖6-11。

檢測前，高(gāo)、低壓室壓力平衡，P1 =P2；按結構要求，組成兩可(kě)變電容的(de)固定弧形極闆和(hé)檢測膜片對(duì)稱，極間距相等，C1 =C2。

當被測壓力P1和(hé)P2分(fēn)别由導入管進入高(gāo)、低壓室時(shí)，由于P1 >P2隔離膜片中心将發生位移，壓迫電解質使高(gāo)壓側容積變小。當電解質爲不可(kě)壓縮體時(shí)，其容積變化(huà)量将引起檢測膜片中心向低壓側位移，此位移量和(hé)隔離膜片中心位移量相等。根據電工學，當組成電容的(de)兩極闆極間距發生變化(huà)時(shí)，其電容量也(yě)将發生變化(huà)，即從C1=C2變爲C1≠C2。

由電氣原理(lǐ)圖可(kě)知，未發生位移時(shí)，I1=I2=0；ι1+ι2=ιc；發生位移後，由于相對(duì)極間距發生變化(huà)，各極闆上的(de)積聚電荷量也(yě)發生變化(huà)，形成電荷位移，此時(shí)反映出I1≠ I2，兩者之間将産生電流差，若檢測出其值大(dà)小以及和(hé)壓差的(de)關系，即可(kě)求取流量。

二、變送電流與壓差的(de)關系                                                                                        '

設：未發生位移時(shí)，按電容定義：

式中 K——比例常數；

ε——介電常數；

S——弧形闆絕對(duì)面積；

d0-——弧形闆和(hé)可(kě)動極闆之間相對(duì)平均距離。

當發生位移Δd後，仍按電容定義有：

由圖6-11可(kě)看出，在電動勢爲e，角頻(pín)率爲ω的(de)高(gāo)頻(pín)電源驅動下(xià)，其充放電流差爲：

将C1和(hé)C2定義表達式帶入上式，有：

由推導結果可(kě)以得(de)出，電流差和(hé)可(kě)動極闆(檢測膜片)中心位移成正比，由于此位移和(hé)被測壓差成正比，所以電流差與被測壓差以及流量均成正比。

三、電容式差壓變送器的(de)特點

電容式差壓變送器完全由密封測量元件組成，可(kě)消除機械傳動所造成的(de)瞬時(shí)沖擊和(hé)機械振動。另外高(gāo)、低壓測量室按防爆要求整體鑄造而成，大(dà)大(dà)抑制了(le)外應力、扭矩以及靜壓對(duì)測量準确度的(de)影(yǐng)響。

四、差壓變送器在應用(yòng)中的(de)故障診斷與分(fēn)析

　　1. 調查法：回顧故障發生前的(de)打火、冒煙(yān)、異味、供電變化(huà)、雷擊、潮濕、 誤操作、誤維修。
 

　　2. 直觀法：觀察回路的(de)外部損傷、導壓管的(de)洩漏，回路的(de)過熱(rè)，供電開關狀态等。
 

　　3. 檢測法：
 

　　1) 斷路檢測：将懷疑有故障的(de)部分(fēn)與其它部分(fēn)分(fēn)開來(lái)，查看故障是否消失，如果消失，則确定故障所在，否則可(kě)進下(xià)步查找，如：智能差壓變送器不能正常Hart遠(yuǎn)程通(tōng)訊，可(kě)将電源從表體上斷開，用(yòng)現場(chǎng)另加電源的(de)方法爲變送器通(tōng)電進行通(tōng)訊，以查看是否電纜是否疊加約2kHz的(de)電磁信号而幹擾通(tōng)訊。
 

　　2) 短路檢測：在保證安全的(de)情況下(xià)，将相關部分(fēn)回路直接短接，如：差變送器輸出值偏小，可(kě)将導壓管斷開，從一次取壓閥外直接将差壓信号直接引到差壓變送器雙側，觀察變送器輸出，以判斷導壓管路的(de)堵、漏的(de)連通(tōng)性。
 

　　3) 替換檢測：将懷疑有故障的(de)部分(fēn)更換，判斷故障部位。如：懷疑變送器電路闆發生故障，可(kě)臨時(shí)更換一塊，以确定原因。
 

　　4)分(fēn)部檢測：将測量回路分(fēn)割成幾個(gè)部分(fēn)，如：供電電源、信号輸出、信号變送、信号檢測，按分(fēn)部分(fēn)檢查，由簡至繁，由表及裏，縮小範圍，找出故障位置。
 

　　差壓變送器的(de)選擇
 

　　差壓變送器是測量工藝管道或罐體中介質的(de)壓力差，并且通(tōng)過數據的(de)轉換、開方将測量的(de)差壓值轉換成電流信号輸出。選擇差壓變送器需要知道如下(xià)的(de)參數：
 

　　1、差壓值
 

　　2、介質
 

　　3、介質的(de)工作壓力
 

　　4、介質的(de)工作溫度
 

　　 5、是智能還(hái)是模拟

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