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(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。

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：

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。

三、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。

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，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，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