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差壓變送器的工作原理
閱讀：814 發(fā)布時間：2016-12-23
電容式差壓變送器是20世紀(jì)80年代研制開發(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%的測量精度外，還可實現(xiàn)抵制靜壓、溫飄對其影響。由于配備了低噪聲調(diào)制解調(diào)器和開放式通訊協(xié)議，目前的電容式差壓變送器可實現(xiàn)數(shù)字無損耗信號傳輸。
1.結(jié)構(gòu)及工作原理變送器主要有檢測部分和信號轉(zhuǎn)換及放大處理部分組成。
檢測部分由檢測膜片和兩側(cè)固定弧形板組成，檢測膜片在壓差的作用下可軸向移動，形成可移動電容極板，并和固定弧形板組成兩個可變電容器C1和C2，結(jié)構(gòu)及電氣原理可見圖6-11。
檢測前，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膜片對稱，極間距相等，C1 =C2。
當(dāng)被測壓力P1和P2分別由導(dǎo)入管進(jìn)入高、低壓室時，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，其容積變化量將引起檢測膜片中心向低壓側(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，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，I1=I2=0；ι1+ι2=ιc；發(fā)生位移后，由于相對極間距發(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，此時反映出I1≠ I2，兩者之間將產(chǎn)生電流差，若檢測出其值大小以及和壓差的關(guān)系，即可求取流量。
2.變送電流與壓差的關(guān)系 '
設(shè)：未發(fā)生位移時，按電容定義：式中 K——比例常數(shù)； ε——介電常數(shù)； S——弧形板面積； d0-——弧形板和可動極板之間相對平均距離。
當(dāng)發(fā)生位移Δd后，仍按電容定義有：由圖6-11可看出，在電動勢為e，角頻率為ω的高頻電源驅(qū)動下，其充放電流差為：
將C1和C2定義表達(dá)式帶入上式，有：
由推導(dǎo)結(jié)果可以得出，電流差和可動極板(檢測膜片)中心位移成正比，由于此位移和被測壓差成正比，所以電流差與被測壓差以及流量均成正比。
3.電容式差壓變送器的特點
電容式差壓變送器*由密封測量元件組成，可消除機械傳動所造成的瞬時沖擊和機械振動。另外高、低壓測量室按防爆要求整體鑄造而成，大大抑制了外應(yīng)力、扭矩以及靜壓對測量準(zhǔn)確度的影響
1.結(jié)構(gòu)及工作原理變送器主要有檢測部分和信號轉(zhuǎn)換及放大處理部分組成。
檢測部分由檢測膜片和兩側(cè)固定弧形板組成，檢測膜片在壓差的作用下可軸向移動，形成可移動電容極板，并和固定弧形板組成兩個可變電容器C1和C2，結(jié)構(gòu)及電氣原理可見圖6-11。
檢測前，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膜片對稱，極間距相等，C1 =C2。
當(dāng)被測壓力P1和P2分別由導(dǎo)入管進(jìn)入高、低壓室時，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，其容積變化量將引起檢測膜片中心向低壓側(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，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，I1=I2=0；ι1+ι2=ιc；發(fā)生位移后，由于相對極間距發(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，此時反映出I1≠ I2，兩者之間將產(chǎn)生電流差，若檢測出其值大小以及和壓差的關(guān)系，即可求取流量。
2.變送電流與壓差的關(guān)系 '
設(shè)：未發(fā)生位移時，按電容定義：式中 K——比例常數(shù)； ε——介電常數(shù)； S——弧形板面積； d0-——弧形板和可動極板之間相對平均距離。
當(dāng)發(fā)生位移Δd后，仍按電容定義有：由圖6-11可看出，在電動勢為e，角頻率為ω的高頻電源驅(qū)動下，其充放電流差為：
將C1和C2定義表達(dá)式帶入上式，有：
由推導(dǎo)結(jié)果可以得出，電流差和可動極板(檢測膜片)中心位移成正比，由于此位移和被測壓差成正比，所以電流差與被測壓差以及流量均成正比。
3.電容式差壓變送器的特點
電容式差壓變送器*由密封測量元件組成，可消除機械傳動所造成的瞬時沖擊和機械振動。另外高、低壓測量室按防爆要求整體鑄造而成，大大抑制了外應(yīng)力、扭矩以及靜壓對測量準(zhǔn)確度的影響