EJA系列差壓變送器

EJA系列差壓變送器詳細介紹：

開發背景：

             DPharp EJA 差壓壓力變送器（Differen-tial Pressure/Pressure high accuracy reso-nant sensor pressure transmitter）是由日本橫河電機株式會社于94年開發的高性能智能式差壓、壓力變送器，采用了世界上的單晶硅諧振式傳感器技術，自投放市場以來，以其優良的性能受到客戶好評。EJA在DPharp EJA變送器基礎上實現了以下設計目標：

1、除保證高精度外，傳感器自身消除了靜壓、溫度等變化產生的。

2、可長期連續使用的高可靠性。

3、小型、輕量、使其不受安裝場所的限制，可自由安裝。

4、采用微型計算機技術，具有完整的自診斷功能和通訊功能。

5、能保持零點的長期穩定性，提高了維護效率。

EJA特點：

♦單晶硅諧振式傳感器

♦采用微電子機械加工高新技術（MEMS）

♦傳感器直接輸出頻率信號，簡化與數字系統的接口

♦高精度，一般為0.065%

♦高穩定性和高可靠性

♦連續10萬次過壓試驗后量≤0.03%16MPa

♦BRAIN/HART/FF/PROFIBUS現場總線四種通訊協議

♦完善的自診斷及遠程設定通訊功能。

♦可無需三閥組而直接安裝使用

♦基本品的接液膜片材質為：哈氏合金C-276

♦外部零點/量程調校

工作原理：

              由單晶硅諧振式傳感器上的兩個H形的振動梁分別將差壓、壓力信號轉換為頻率信號，送到脈沖計數器，再將兩頻率之差直接傳遞到CPU（微處理器）進行數據處理，經D/A轉換器轉換為輸入信號相對應的4-20mA DC的輸出信號，并在模擬信號上疊加一個BRAIN/HART數字信號進行通信。

              膜盒組件中內置的特性修正存儲器存儲傳感器的環境溫度、靜壓及輸入/輸出特性修正數據，經CPU運算，可使變送器獲得優良的溫度特性和靜壓特性及輸入/輸出特性。

              通過I/O口與外部設備（如手持智能終端BT200或275以及DCS中的帶通訊功能的I/O卡以數字通信方式傳遞數據，即高頻2.4KHZ（BRAIN協議）或1.2kHz（HART協議）數字信號疊加在4-20mA的信號線上。在進行通訊時，頻率信號4-20mA的信號不產生任何擾動。

A、結構原理：圖2為單晶硅諧振傳感器的核心部分，即在一單晶硅芯片上采用微電子機械加工技術（MEMS），分別在其表面的中心和邊緣作為兩個形狀、大小*一致的H形狀的諧振梁，且處于微型真空腔中，使其既不與充灌液接觸，又確保振動時不受空氣阻尼的。

B、諧振梁振動原理：圖3所示，硅諧振梁處于由*磁鐵提供的磁場中，與變壓器、放大器等組成一正反饋回路，讓諧振梁在回路中產生振蕩。

C、受力情況：當單晶硅片的上學表面受到壓力并形成壓力差時將產生形變，中心處受到壓縮力，邊緣處受到張力，因而兩個H形狀諧振梁分別感受不同應變作用，其結果是中心諧振梁因受壓縮力而頻率減少，邊側諧振梁因受張力而頻率增加，即兩個頻率之差對應不同的壓力信號（如圖4）。

 EJA優良性能：

A、優良的溫度特性：如圖5所示數據是隨著環境溫度的變化觀測到的零點和滿度的變化，可以看出，具有很好的溫度特性。

溫度變化為什么對EJA沒有呢？這是由傳感器的固有結構決定的。如圖6所示，為輸入差壓與頻率的關系，在正常溫度時，諧振片的頻率如圖中實線所示，邊側諧振片的頻率（fr）隨著壓力的增加而上升，中心諧振片的頻率（fc）隨著壓力增加而減少。

當溫度上升，由于邊側諧振梁和中心諧振梁形狀、尺寸*一致，故在相同的溫度狀態下，變化量一致。

圖中虛線表示高溫度時的頻率特性，在同一溫度狀態下相同比率變化，由于需要的是頻率之差，故變化量相互抵消，因此自動消除誤差的。

可通過一下關系式得知：

Iout（0）：常溫時的輸出

Iout（t）：高溫時的輸出

Iout（0）=fr-fc

Iout（t）=（fr-△fr）-（fc-△fc）

             =（fr-fc）-（△fr-△fc）

             =Iout（0）-（△fr-△fc）

∵△fr=△fc

∴Iout（t）=Iout（0）

B、優良的靜壓特性：圖7所示為膜盒受靜壓后的零點變化，分別承受50、100、150kgf/cm2的靜壓后，零點幾乎無變化，具有很好的靜壓特性。

為什么靜壓對EJA的輸出無呢？這也是由傳感器的固有結構決定的。

如圖8所示為輸入壓力與傳感器頻率的關系，

圖中實線表示在大氣壓下頻率的變化，邊緣諧振片頻率（fr）隨著壓力的增加而增大，而中心諧振片的頻率（fc）隨著壓力的增加而減少。

當加有靜壓（工作壓力）時，由于兩諧振片的形狀、尺寸*一致且又處于同一場所，故頻率的變化量（減少）一樣（如圖中虛線所示）。因需檢測兩頻率之差，所以兩頻率的變化梁相互抵消。

從以下關系式可知：

Iout（0）：在大氣壓下的輸出

Iout（p）：加靜壓時的輸出

Iout（0）=fr-fc

Iout（p）=（fr-△fr）-（fc-△fc）

             =（fr-fc）-（△fr-△fc）

             =Iout（0）-（△fr-△fc）

∵△fr=△fc

∴Iout（P）=Iout（0）

C、優良的單向過壓特性圖9、圖10所示為在14mpa過壓下作持續

對EJA的高低壓側反復施加10萬次的試驗后對零點（zero）的和過大壓后的長期穩定性，可以看出前后幾乎沒有什么變化。

因此，EJA具有非常的單向過壓性能。

EJA為什么有的單向過壓性能呢？這是由傳感器的結構決定的。

當有單向壓力作用時，接液（隔離）膜片內側的硅油向中心膜片移動，硅油傳遞壓力到硅諧振傳感器，壓力增大到某一數值時，接液（隔離）膜片與本體*接觸在一起，此時，外部壓力不管怎樣增大，硅油的壓力不會增大（如圖11），因此，硅諧振傳感器收到一定的壓力后就不會再受到更大的壓力，有很好的保護能力，即使收到了一定力的作用，由于單晶硅材料的恢復性能特別好，故也能*恢復而*。

電容式傳感器的中心膜片即起隔離作用，同時又起測量作用，當有過大壓力作用其上時，中心膜片變形，去掉壓力后，由于金屬固有的滯后性，不能*恢復從而有誤差。