電容式差壓變送器是20世紀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電容式變送器,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。

當被測壓力P1和P2分別由導入管進入高、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,當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)生位移時電容式變送器,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——弧形板絕對面積;

d0-——弧形板和可動極板之間相對平均距離。

當發(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定義表達式帶入上式,有:

由推導結(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

電容式差壓變送器完全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,大大抑制了外應力、扭矩以及靜壓對測量準確度的影響。

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