電容式差壓變送器工作原理

電容式差壓變送器工作原理

電容式差壓變送器是20世紀80年代研制開發的新型差壓變送器，它利用單晶硅諧振傳感器，采用微電子表面加工技術，除了保證±0.2%的測量精度外，還可實現抵制靜壓、溫飄對其影響。由于配備了低噪聲調制解調器和開放式通訊協議，目前的電容式差壓變送器可實現數字無損耗信號傳輸。

一、結構及工作原理

變送器主要有檢測部分和信號轉換及放大處理部分組成。

檢測部分由檢測膜片和兩側固定弧形板組成，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，結構及電氣原理可見圖6-11。

檢測前，高、低壓室壓力平衡，P1 =P2；按結構要求，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隔離膜片中心將發生位移，壓迫電解質使高壓側容積變小。當電解質為不可壓縮體時，其容積變化量將引起檢測膜片中心向低壓側位移，此位移量和隔離膜片中心位移量相等。根據電工學，當組成電容的兩極板極間距發生變化時，其電容量也將發生變化，即從C1=C2變為C1≠C2。

由電氣原理圖可知，未發生位移時，I1=I2=0；ι1+ι2=ιc；發生位移后，由于相對極間距發生變化，各極板上的積聚電荷量也發生變化，形成電荷位移，此時反映出I1≠ I2，兩者之間將產生電流差，若檢測出其值大小以及和壓差的關系，即可求取流量。

二、變送電流與壓差的關系                                                                                        '

設：未發生位移時，按電容定義：

式中 K——比例常數；

ε——介電常數；

S——弧形板面積；

d0-——弧形板和可動極板之間相對平均距離。

當發生位移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。

三、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，大大抑制了外應力、扭矩以及靜壓對測量準確度的影響。

四、差壓變送器在應用中的故障診斷與分析

　　1. 調查法：回顧故障發生前的打火、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、導壓管的泄漏，回路的過熱，供電開關狀態等。
 

　　3. 檢測法：
 

　　1） 斷路檢測：將懷疑有故障的部分與其它部分分開來，查看故障是否消失，如果消失，則確定故障所在，否則可進下步查找，如：智能差壓變送器不能正常Hart遠程通訊，可將電源從表體上斷開，用現場另加電源的方法為變送器通電進行通訊，以查看是否電纜是否疊加約2kHz的電磁信號而干擾通訊。
 

　　2） 短路檢測：在保證安全的情況下，將相關部分回路直接短接，如：差變送器輸出值偏小，可將導壓管斷開，從一次取壓閥外直接將差壓信號直接引到差壓變送器雙側，觀察變送器輸出，以判斷導壓管路的堵、漏的連通性。
 

　　3） 替換檢測：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生故障，可臨時更換一塊，以確定原因。
 

　　4）分部檢測：將測量回路分割成幾個部分，如：供電電源、信號輸出、信號變送、信號檢測，按分部分檢查，由簡至繁，由表及里，縮小范圍，找出故障位置。
 

　　差壓變送器的選擇
 

　　差壓變送器是測量工藝管道或罐體中介質的壓力差，并且通過數據的轉換、開方將測量的差壓值轉換成電流信號輸出。選擇差壓變送器需要知道如下的參數：
 

　　1、差壓值
 

　　2、介質
 

　　3、介質的工作壓力
 

　　4、介質的工作溫度
 

　　 5、是智能還是模擬