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差壓變送器的工作原理
閱讀：793 發(fā)布時(shí)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(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)字無損耗信號(hào)傳輸。
1.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)及電氣原理可見圖6-11。
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。
2.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：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(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：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：
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(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。
3.電容式差壓變送器的特點(diǎn)
電容式差壓變送器*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
1.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)及電氣原理可見圖6-11。
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。
2.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：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(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：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：
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(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。
3.電容式差壓變送器的特點(diǎn)
電容式差壓變送器*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