电容式差压变送器47页PPT

由上图可知，零点迁移后变送器的输出特性沿x坐标向右或左 平移，其斜率没有变，即变送器量程不变。进行零点迁移，在 辅以量程调整，可提高仪表的测量灵敏度。
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第二节 差压变送器
差压变送器是将液体、气体或蒸汽的压力、流量、液位等工艺 量转换成统一的标准信号，作为只是记录仪、调节器或计算机 装置的输入信号，以实现对上述变量的显示、记录或自动控制。
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（二）、测量部件
测量部件的作用是把被测差压ΔP i转换成电容量的变化。它由 正、负压测量室和差动电容检测元件（膜盒）等部分组成。
其结构图如下：
若不考虑边缘电场的影响，感压
膜片和两边固定电极构成的电容 Ci1、Ci2为：
A
A
Ci1 S 1 S 0 S
②当s<δ /2 时，因差动变压器，上半部磁路磁阻减小互感增 加
∴ ⅼe’2ⅼ>ⅼe’’2ⅼ
∴ UCD=ⅼe’2ⅼ- ⅼe’’2ⅼ>0
此③时当UsC>D与δ U/A2B同时相，因差动变压器，上半部磁路磁阻增大互感减 小
∴ ⅼe’2ⅼ<ⅼe’’2ⅼ
∴ UCD=ⅼe’2ⅼ- ⅼe’’2ⅼ<0
此时UCD与U上AB反一相页。
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1、差动变压器
差动变压器是由检测片（衔铁）、上、下罐形磁芯和四组线 圈构成。如图2-13所示，其作用是将检测片的位移s转换成相 应的电压信号uCD
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讨论：
①当s=δ /2 时

4 量程调整、零点调整和零点 迁移 变送器涉及的另一个共性问 题是量程、零点调整和零点 迁移。
y ymax
ymin 0xmin
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Xmax x
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(1) 量程调整
量程调整 (即满度调整)的
y
目的是使变送器输出信号的
ymax
上限值ymax与测量范围的上限 值xmax相对应。即当x=xmax时， 使y=ymax。量程调整通常是通 过改变反馈系数F的大小来实 ymin
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各种电容式压力变送器外形图
电子线 路位置
低压侧 进气口
高压侧 进气口
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内部不锈钢膜片的位置
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各种电容式压力变送器外形图
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各种电容式压力变送器外形图
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法兰
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变送器包括测量部分和转换放大电路两部分，其构成方 框如图所示。输入差压pi作用于测量部分的感压膜片， 使其产生位移，从而使感压膜片（即可动电极）与两固定 电极所组成的差动电容器之电容量发生变化。此电容变化 量由电容—电流转换电路转换成电流信号，电流信号与调 零信号的代数和同反馈信号进行比较，其差值送入放大电
差动电容检测元件包括中心感压膜片11，(即可动电 极)，正、负压侧弧形电极12、10（即固动电极)， 电极引线1、2、3，正、负压侧隔离膜片14、8和基 座13、9等。在检测元件的空腔内充有硅油，用以 传递压力。感压膜片和其两边的正·负压侧弧形电极 形成电容Ci1和Ci2。无差压输入时，Ci1=Ci2，其电容
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调零 零点迁移
X 测量部分 zi+ z0 放大器

（2）电子室旋转 电子室可以旋转以便数字显示位于最好的观察位置。 旋转时，先松开壳体旋转固定螺钉。然后进行调整。
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一、变送器原理与使用
3. 投运和零点校验 一体化三阀组与差压变送器投入运行时的操作程序
： 首先，打开差压变送器上两个排污阀，而后打开平衡阀 ，再慢慢打开二个截止阀，将导压管内的空气或污物排除 掉，关闭二个排污阀，再关闭平衡阀，变送器即可投入运 行。
差压变送器零点在线校验操作程序：先打开平 衡阀，关闭二个截止阀，即可对变送器进行零点校验 。三阀组的调整状态如下图所示。
以罗斯蒙特3051型差压变送器为例介绍差压变 送器的调零。松开电子壳体上防爆牌的螺钉，旋转防 爆牌，露出零点调节按钮。（注意，有两个按钮，一 个为零点调节按钮 （ZERO），另一个为恢复默认设 置按钮（SPAN），注意选择零点调节按钮。给变送 器加压，压力值等于4mA输出对应的压力值。按下零 点调节按钮2秒钟，检查输出是否变成4mA。带有表 头的变送器会显示“ZERO PASS”。
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二 、变送器技术特性
四线制传输
二线制传输
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二 、变送器技术特性
（2）二线制
对于二线制变送器，同变送器连接的导线只有两根，这两根导线同 时传输供电电源和输出信号，如图所示。可见，电源、变送器和负载 电阻是串联的。二线制变送器相当于一个可变电阻，其阻值由被测参 数控制。当被测参数改变时，变送器的等效电阻随之变化，因此流过 负载的电流也变化。
当正负压力(差压)由正负压导压口加到膜盒两边的隔离膜 片上时，通过腔室内硅油液体传递到中心测量膜片上，中心 感压膜片产生位移，使可动极板和左右两个极板之间的间距 不相对，形成差动电容，若不考虑边缘电场影响，该差动电 容可看作平板电容。差动电容的相对变化值与被测压力成正 比，与填充液的介电常数无关，从原理上消除了介电常数的 变化给测量带来的误差。

KF
1
y min 0 x min xmax x
变送器输出输入关系
1 Y (Dx z0) F
变送器的输出与输入之间的关系仅取决于测量 部分和反馈部分的特性，而与放大器的特性几乎无关。
4
2、量程调整
——量程调整的目的是使 变送器的输出信号的上限值y与 测量范围的上限值x相对应。 量程调整的方法，通常是 改变反馈部分的反馈系数F。F
y min 0 xmax xmax x y y max
愈大，量程就愈大；F愈小，量
程就愈小。
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３、零点调整和零点迁移 ——零点调整和零点迁移的目的，是使 变送器输出信号的下限值ymin与测量信号的 下限值xmin相对应。
y y max
零点调整
y y max
正迁移
y min
y y max
负迁移
y min 0 x min xmax x
手动零点 标注按 钮
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2、3051型变送器零点标定 使用375手操器标定： 1、连接375手操器并启动后进入菜单Display condition（显示条件） 2、点击进入Diag/Service(仪表诊断维修) 3、点击进入Calibration(校准） 4、点击进入Sensor trim(传感器设定 ) 5、Zero trim（标零设定） 此时观察显示屏输出显示是否归零，若归零则标零 点成功。 注：标定前将变送器停运并打开高、低压排污泄压 阀泄压。
三、实例分析—3051型差压变送器结构
１、工作原理
调零和迁移信号 电容 变化 差动电容 电流 信号 + 反馈 信号
位移 感压膜片
电容-电流 转换电路
放大和输出 限制电路
Iy
测量部分

2) 当Vf增加，Vf1<Vc≤Vf2时，VS1~VS3均截止，电阻网络取 决于Rf17、Rf18、Rf7和Rf8，此时折线斜率为α1；
3) 当Vf继续增加，Vf2<Vc≤Vf3时，VS1导通，而VS2、VS3均 截止，将Rf9并联到支路1，此时折线斜率为α2；
4) 以此类推，当Vf继续增加，达到Vf3<Vc≤Vf4和Vf4<Vc≤Vf5 时，VS2和VS3相继导通，相继支路3和支路4的电阻并联 到电阻网络中去，此时，折线斜率为α3和α4。从而用4段 折线逼近热电偶的非线性特性。
DDZ-Ⅱ
DDZ-Ⅲ
3. 变送器的发展：
首先是传感器和变送器分离。传感器是借助敏感元
件按一定的规律（物理、化学等）将非电物理量形式的
信号转换成电信号。变送器是将传感器输出的电信号（
微弱的电流、电压等）转换成标准信号。
现在是传感器和变送器功能合一。变送器为输出标
准信号的传感器，由于微机械加工技术和微电子技术的
Ø1151型电容式差压变送器是该类变送器的典型产品。 以1151型压力变送器为例，美国Rosemount公司开发
的产品，综合误差为量程的±0.25% 。国内上海自动化仪 表一厂，西安仪表厂等引进生产。原理框图如图所示。它 是将传感器和变送器合二为一。传感器由敏感器和测量电 路组成。
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电容式差压变送器组成方框图
供
防爆型式 安全
AC 220V 独供 防爆型 无
DC 24V集中供 并有断 用 源 安全火花型
有
构、 路 和 功能
气元件 差 送器 温度 送器
分立元件 双杠杆机构① 无 性化 路
集成 件 矢量机构 有 性化 路
器
偏差指示 硬手 手 －自 切 需先平衡 无保持 路 功能一般

2018/11/16 变送器的原理与维护
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–
– –
–
– –
–
(1) 具有自校零、 自标定、 (2) (3) 能够自动采集数据， (4) 能够自动进行检验、 自选量程、 (5) (6) (7) 具有判断、决策处理功能。
2018/11/16 变送器的原理与维护
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与传统变送器相比， 智能变送器的特点是：
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变送器的原理与维护
气动变送器信号：20－100Kpa的气压信号
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变送器的原理与维护
气动变送器的特点是性能稳定、 可靠性高，具有本质防爆性能， 特别适用于石油、化工等 有爆炸危险的场所。

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2018/11/1装置的 原则，现场总线网络的每一节点处安装的现场 仪表应是“智能”型的，即安装的传感器应是 “智能传感器”。在这种控制系统中，智能型 现场装置是整个控制管理系统的主体。这种基 于现场总线的控制系统， 要求必须使用智能 传感器，
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变送器的原理与维护
信号制： DDZ-II型变送器以0～10mA的直流电流 作为统一的标准信号，DDZ-Ⅲ型采用了国际标 准的4～20mA直流电流信号制。 供电： DDZ-II型变送器以220VAC供电， DDZ-Ⅲ 型采用24VDC供电。
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变送器的原理与维护
变送器的信号传输
*四线制传输:

一般用于Ⅱ型信号系统。 缺点:耗用电缆较多，且 无法实现本质安全。

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变送器的原理与维护
*两线制传输: 只能用于零点不为零 的信号的传输（例如 4~20mA） 优点：节约电缆，可 实现本质安全。

电容式差压变送器及远传差压变送器是差压变送器中的新产品。

广泛用于石油、化工、冶金、电力、轻工、建材、科研等企事业单位，实现对各种流体压力的测量，配用节流装置可检测液体、汽体和蒸汽，以及粘性、沉淀性或易产生结晶颗粒的流体的流量，也可以检测差压，表压和分界面，还可以检测开口容器或受压容器内液体的液位DK322-II电容式差压变送器适合液体、气体差压或流量的测量。

一、技术参数二、性能指标1.参考条件：零点为下限且未迁移，温度为25℃，大气压，24VDC电源，硅油，隔离膜片316不锈钢，数据整定范围与量程上下限值相同。

2.精度：所调量程的±0.1%所调量程不小于0.1URL;所调量程的±[0.05+(0.005URL/量程)]% 所调量程不大于0.1URL，不小于0.025URL;所调量程的±[0.01+(0.006URL/量程)]% 所调量程不大于0.025URL，不小于0.01URL。

注：精度指示已包含线性、滞后和重复性的影响。

3.稳定性：±0.1%URL/年4.温度效应：±（0.05%URL+0.15%量程）/20℃5.静压影响：零点误差：0.1URL/6.9MPa6.振动影响：在任何轴向可经受频率达200Hz的振动，引起的误差为±0.05%URL7.电源影响：小于所调量程的0.005%/V8.负载影响：无负载影响9.安装位置影响：大致250Pa零点迁移，可通过校准消除，无量程效应。

10.射频干扰影响：在频率30-1000MHz及最大场强10V/m的条件下,引起漂移为所调量程的±0.1%三、结构参数接液件材料：隔离膜片：316L不锈钢，哈氏合金，蒙乃尔或钽。

排气、排液阀：316不锈钢，哈氏合金，蒙乃尔或钽。

法兰及过渡接头：碳钢镀镉、碳钢镀锌、316不锈钢、哈氏合金“O”型圈：氟橡胶非接液件材料灌充液：硅油螺栓：碳钢镀锌电气壳体：低铜铝合金盖子“O”型圈：丁腈橡胶涂层：聚酯环氧树脂压力接口法兰引压口：1/4-18NPT螺纹过渡接头引压口：1/2-14NPT螺纹电气接口：导线管连接口M20X1.5、1/2-14NPT螺纹重量：3.6kg(不包括选件)。

— 过程控制仪表及装置 — — 控制仪表和计算机控制装置 —
解调器
•
振荡器输出为正半周时
对通过差动电容 Ci1 、 Ci2 的高频电流进行半 波整流
电流i2的路线为 :
T1（2）→VD6、VD6→C2→Ci2→C17→C11→T1（11） 电流i1的路线为: T1（3）→R4→VD7、VD3→C1→Ci1→C17→R6∥R8→T1 (10） 上页
电路时间常数比振荡周期小得多，可以认为Ci1、Ci2两端 电压的变化等于振荡器输出高频电压的峰一峰值UPP i1和i2 的平均值I1、I2如下：
Ci1U PP I1 Ci1U PP f T I 2 Ci 2U PP f
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11
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 武汉工程大学电气信息学院
ΔP↑ Uc ↓ （Ci2+ Ci1）↑ Ic↓
振荡器振荡幅度↓
Ic和K2的变化方向相反Id与 ΔP成线性关系
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武汉工程大学电气信息学院测控教研室 武汉工程大学电气信息学院
— 过程控制仪表及装置 — — 控制仪表和计算机控制装置 —
•
把测量部分输出的差动信号Id放大并转换 成4～20mA的直流输出电流 ，实现量程调整、 零点调整和迁移、输出限幅和阻尼调整功能
— 过程控制仪表及装置 — — 控制仪表和计算机控制装置 —
解调器
• i1、i2的平均值之差Id及两者之和Ic分别 为
I d I 2 I1 (Ci 2 Ci1 )U PP f
I c I1 I 2 (Ci 2 Ci1 )U PP f
I d I c KP K m P

E Io
RL
2019/9/10
1133
3.1.电容式压力、差压变送器
整机电路
2019/9/10
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3.1.电容式压力、差压变送器
电容-电流转换电路
作用:将差动电容的相对变化值成比例地转换为差动信号Id。
Id

f

Ci2 Ci2
Ci1 Ci1

f P
解调器
电路组成:
振荡控制 放大器
2019/9/10
ST3000系统接线示意图 3322
4.压力、差压变送器调试基本知识
以1151序列电容式压力、差压变送器为例子。
量程调整范围
所有的1151变送器都可在最大量程和最大量程的1/6 范围内调整，比为6:1。如，量程范围4档时， 其可调的 范围是0—6.22kPa到37.29kPa。
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调整。
输出电流Io路线为： E+→D11→R31∥W3 →R33 → D12→R18→
R34 C11 VT2→VT4→RL→E－
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课 间 休 息
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3.1.电容式压力、差压变送器
线性调整电路
利用W1产生的附加电压UC进行补偿。(R22=R23 ) 若W1=0，正负半周负载相等，则UC=0 (无补偿作用)。 若W1≠0，正负半周负载不相等，则UC≠0 (有补偿作用)
2019/9/10
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3.2.扩散硅式压力、差压变送器
扩散硅式差压变送器的检测元件采用扩散硅压阻传感 器。由于扩散硅的制造工艺与集成电路工艺有很好的兼 容性，随着MEMS技术的突破，扩散硅变送器的使用越 来越广泛。

• 一．变极距式电容传感器
• 如果两极板地有效作用面积及极板间地介质保持不变,则 电容量C随极距d按非线关系变化,
• 设动极板二未动时传感器初始电容为 C0。当动极板二移 动x值后,其电容值 为
•
式:d0——两极板距离初始值,由式（六-二）
可知,电容量Cx与x不是线关系,其灵敏度也不是常数。
• 这种传感器由于存在原理上地非线,灵敏度随极距变化而 变化,当极距变动量较大时,非线误差要明显增大。为限制 非线误差,通常是在较小地极距变化范围内工作,以使输入 输出特保持近似地线关系。一般取极距变化范围 Δx/d0≤0.一。实际应用地极距变化型传感器常做成差动 式,如图六-三所示。
• 在实际应用,为了提高测量精度,减少动极板与定极板之间 地相对面积变化而引起地测量误差,大都采用差动式结构。 图六-五所示为改变极板间遮盖面积地差动电容传感器地 结构图。
• 三．变介电常数式电容传感器
• 变介电常数式电容传感器地极距,有效作用面积不变,被测 量地变化使其极板之间地介质情况发生变化。这类传感 器主要用来测量两极板之间介质地某些参数地变化,如介 质厚度,介质湿度,液位等。图两行极板固定不动,极距为 0,相对介电常数为 地电介质以不同深度插入电容器,从 而改变两种介质地极板覆盖面积。传感器地总电容量C为 两个电容C一与C二地并联结果
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电容式接近开关外形
齐式
非齐式
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非齐式接近开关地安装
非齐式安装时,传感器高于安装
支架,易损坏。
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远距离式（大量程）
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全密封防水式
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电容式接近开关在 液位物位测量控制地使用

两线制压力变送器电气连接
使用Const273进行两线制压力变送器电气连接
诚信 超越 求实 创新
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
两线制压力变送器电气连接
诚信 超越 求实 创新
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
气动压力变送器
输出信号为控制信号，通常用作流量控 制，逐步被其它控制设备取代。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
概论
气动压力变送器的工作原理
分为单变量杆式和双变量杆式两种。
在气源压力变 化时，喷嘴流量变 化，带动主杠杆， 通过反馈装置调节 输出气压。
检定条件
环境条件
环境温度：20℃±5℃，每10min变化不大于1℃ 相对湿度：45%RH～75%RH 机械振动：压力变送器所处环境应无影响输出稳
定的机械振动 外磁场：压力变送器周围除地磁场外，应无影响
其正常工作的外磁场。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
概论
电动压力变送器（以下简称变送器）的分类
感压原件：电容式、谐振式、压阻式、电感式、 应变式、陶瓷式等

变送器的原理与维护
压力变送器分为表压、绝压、负压、真空度、 差压等种类。

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2015-2-7
变送器的原理与维护
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2015-2-7
变送器的原理与维护

根据压力变送器的不同种类可以分别用在： 绝对压力，液位等不同的场合。
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2015-2-7
变送器的原理与维护
压力变送器


压力变送器按测量机理来分，最常用的有电容 式、电感式等。 按结构形式变送器将其分为模拟式、智能式和 数字智能式三代产品。
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2015-2-7
变送器的原理与维护
对变送器的基本要求

正确 迅速 可靠
正确反映被控变量，误差小。 及时反映被控变量的变化。 长期稳定运行。
2015-2-7 变送器的原理与维护


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变送器的发展
气动变送器
DDZ—Ⅰ型变送器
DDZ—Ⅲ型变送器
DDZ—Ⅱ型变送器
智能式变送器
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2015-2-7 变送器的原理与维护
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2015-2-7
变送器的原理与维护
温度变送器与测温元件配合使用，将温度 或温差信号转换成为标准的统一信号；还可以 作为直流毫伏变送器使用，用以将其它能够转 换成直流毫伏信号的工艺变量转换成为标准的
统一信号。
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2015-2-7
变送器的原理与维护
温度传感器的特点与分类
接触式温度传感器 非接触式温度传感器
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2015-2-7
变送器的原理与维护
信号制： DDZ-II型变送器以0～10mA的直流电流 作为统一的标准信号，DDZ-Ⅲ型采用了国际标 准的4～20mA直流电流信号制。 供电： DDZ-II型变送器以220VAC供电， DDZ-Ⅲ 型采用24VDC供电。