差壓變送器的工作原理

差壓變送器中的是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種重量變送器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡(jiǎn)單介紹一些常用差壓變送器原理及其應(yīng)用。

應(yīng)變片差壓變送器原理以及應(yīng)用

力學(xué)變送器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片差壓變送器、半導(dǎo)體應(yīng)變片差壓變送器、壓阻式差壓變送器、電感式差壓變送器、電容式差壓變送器、諧振式差壓變送器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式差壓變送器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性。下面我們主要介紹這類傳感器。

在了解壓阻式力傳感器時(shí)，我們首先認(rèn)識(shí)一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變變送器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路(通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU)顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

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,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。

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)字無損耗信號(hào)傳輸。