1151電容式模擬壓力變送器技術(shù)培訓(xùn)教材

1、1151電容式模擬壓力變送器技術(shù)培訓(xùn)教材1.儀表基本工作原理：儀表采用微位移電容傳感器，被測(cè)壓力作用丁膜頭的隔離膜片，通過(guò)灌充硅油，傳導(dǎo)到 電容室（a室）的中心感壓膜片，使之產(chǎn)生微位移從而改變了電容室的差分電容，經(jīng)過(guò)特 殊設(shè)計(jì)的電子電路，將此差分電容的相對(duì)值轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)加以放大輸出.因此整個(gè)變送器除中心感應(yīng)膜片的微小位移外，（僅0.1MM），無(wú)機(jī)械傳動(dòng)及調(diào)整裝置.顧精度高, 穩(wěn)定性好，抗靜壓和振動(dòng).由丁上述特點(diǎn)，羅斯蒙特核級(jí)壓力變送器1152,1153及1154的基本原理均采用 電容式傳感器及配套的模擬電子電路.19201，玻藕詭緣體2.海充液3.陶盆導(dǎo)管L負(fù)慶廁引醫(yī)口 5員壓惆 隔離膜片&

2、amp;.中心感座慎片7.負(fù)壓側(cè)法蘭5壓蒯弧形電極匝 沱路板正壓側(cè)郊形電檄11-世.正壓的法蘭13.函適蝶檢 .焊接新封環(huán)15正壓側(cè)引田口】土正困側(cè)隔離膜片I了 口型僚 封環(huán) 拙.鼓寤藉件基座19.密封管20,敏感那件充體電容式變送器測(cè)蚩部分結(jié)構(gòu)圖1- 1:核心部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：參考上圖,1151核心部件/俗稱:模頭的主要分為5部分： 中心感壓膜片6.是在施加予張力條件下焊接的.這樣一來(lái)， 既可使膜片的位移與輸入差壓成線性關(guān)系，乂可以大大減小正負(fù)壓室法蘭的張力 和力矩影響而產(chǎn)生的誤差.中心膜片兩側(cè)為弧型電極（Alphaline?）,可以有效地克 服靜壓的影響及單向過(guò)壓保護(hù)的問(wèn)題.除中心感壓膜片6

3、.外，（正，負(fù)壓側(cè)弧型電極8,10差動(dòng)電容的固定電極）,正，負(fù)壓 側(cè)隔離膜片16,5,玻璃絕緣體1和敏感部件基座18構(gòu)成&室.室中充滿灌充液， （硅油或氟油）,用以傳遞壓力.為保證充液不會(huì)汽化，變送器的工作溫度壓力點(diǎn) 必需落在其灌充液/油的汽化曲線的上方!（Y軸為絕壓）1151充硅油時(shí)，MAX:104C!1 Atm.這與1152型核變是 樣的.Figure 1.4: The Vapor Pressure Curve中心感壓膜片6與正，負(fù)壓側(cè)弧型電極8,10差動(dòng)電容的固定電極構(gòu)成兩個(gè)差分 電容，C-1,C-2;當(dāng)輸入壓力為零時(shí)，該電容約為150pf.1-2:由上述特點(diǎn)得到的測(cè)量原理：電容

4、式壓力傳感器的理論分析證明其傳輸特性為：1. 差動(dòng)電容的相對(duì)變化值 Cid/ Cis與被測(cè)差壓成線性關(guān)系.2. 差動(dòng)電容的相對(duì)變化值 Cid/ Cis與灌充液的介電常數(shù)無(wú)關(guān).這樣一來(lái), 傳感器的溫度系數(shù)大為改觀.* Cid=兩電容之差；* Cis=兩電容之和；1-3:轉(zhuǎn)換放大部分的電子電路電路主要包括電容-電流轉(zhuǎn)換電路和放大及輸出限幅電路兩部分.前者由振蕩 器,解調(diào)器，振蕩控制放大電路和線性調(diào)整電路 4部分組成;后者由電流放大，量 程調(diào)整,零點(diǎn)調(diào)整遷移電路,輸出限幅電路及阻尼調(diào)整電路等構(gòu)成.各電路的相互 聯(lián)系請(qǐng)參考下圖.注意,電路的關(guān)鍵功能是輸出一個(gè)與模頭電容成正比的信號(hào)電流給后面的放大電 路

5、.-8統(tǒng)性諷塾電路/糖普控制放大器電流放大基播電1E轉(zhuǎn)換放大部分原理框圖A:電容/電流轉(zhuǎn)換及線性調(diào)整電路:差動(dòng)電容傳感器的a室由振蕩器供電.因此，兩個(gè)電容的電容量變化導(dǎo)致振蕩器的 等效諧振電容變化，從而影響振蕩頻率，經(jīng)解調(diào)器相敏整流后，被轉(zhuǎn)化為電流的 變化，它輸出兩組信號(hào)：如忽略分布電容的影響，其差模信號(hào)Id的大小與差動(dòng)電容 的變化之差成正比；另一組為共模信號(hào)Ic它與兩電容之和Cis成正比；即:Id =i2 i1 =(Ci2 Ci1)Vpp* f式中:峰值電壓25-32V,頻率:32Khz.可見(jiàn),共模與差模電流的平均值不僅與 差分電容有關(guān)，還與振蕩器輸出電壓峰值及頻率成正比.我們的問(wèn)題就是要

6、排除上述除差分電容以外的影響，讓輸出電流的平均值僅與電容的變化率成 線性關(guān)系.參照下圖，并進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析可得到上式電谷 > 電流轉(zhuǎn)換電路電容 >電流轉(zhuǎn)電路的工作原理：由電路圖可知：Id =i2 -i1 =(Ci2 -Ci1)Vpp* fIc =i1 i2 =(Ci2 Ci1)Vpp* f式中Ic, Id分別為流過(guò)電容C1,C 2的交流平均電流之和與之差，與傳感器的 模片電容之和與之差成正比.兩式相除得:.Ci2-Ci1Id = Ic Ci2 Ci1該式表明，只要維持Ic的包定，即可使差動(dòng)信號(hào)與差動(dòng)電容的相對(duì)值成線性關(guān)系 如何實(shí)現(xiàn)這一目的呢？這就是控制振蕩器的任務(wù)！共模信號(hào)Ic作為振蕩

7、控制放大電路的輸入，通過(guò)IC1的深度閉環(huán)負(fù)反饋?zhàn)饔脕?lái) 控制振蕩器的供電電壓（25-30V/32KHZ）,即IC1的輸出，也即振蕩器的振幅，反過(guò) 來(lái)實(shí)現(xiàn)Ic的包定.從而保證了 Id與差壓AP之間的單一因果關(guān)系.Id與調(diào)零信號(hào)及反饋信號(hào)（量程信號(hào)）迭加后經(jīng)電流放大電路放大成 4-20mA的 輸出電流Io.由丁深度的負(fù)立饋，Io號(hào)Id保持高度的線性.線性補(bǔ)償電路:由丁傳感器的a室的電容電極存在 分布電容，該電容使得a室的總電容值（見(jiàn)下 式分母）隨差壓的增加而增大的非線性因素?zé)o法忽略，從而使傳感器的差模信號(hào) Id與AP之間不存在線性關(guān)系.Id= Ic%也Ci2 Ci1為克服分布點(diǎn)容所造成的非線性誤差，

8、在變送器線路中設(shè)計(jì)了線性補(bǔ)償電路.該 電路使Ic隨AP的增加而適當(dāng)減少來(lái)補(bǔ)償總電容值的變化，從而使Id輸出保持線 性.線性調(diào)整是通過(guò)電位器 R24實(shí)現(xiàn)的.補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果可使非線性誤差小丁 +/-1%.B:放大及輸出限幅電路:放大及輸出限幅電路的作用是把電容電流轉(zhuǎn)換成符合儀表控制要求的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)如 4-20MA.如同振蕩控制電路，輸出放大同樣采用深度負(fù)反饋，通過(guò)電位器調(diào)整反饋量從而改 變放大器的增益進(jìn)行量程調(diào)整.要注意的是，該調(diào)整會(huì)影響零點(diǎn)！零點(diǎn)是通過(guò)對(duì)IC3的偏置電壓進(jìn)行調(diào)整實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)，對(duì)偏置電壓分擋調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)零 點(diǎn)的遷移.同樣情況，零點(diǎn)的變動(dòng)會(huì)影響滿度值（但不是跨度）,因此上述調(diào)整要反復(fù) 進(jìn)行!這

9、與智能變送器不同！為了限制輸出電流的最大值，電路利用晶體管飽和結(jié)電壓，構(gòu)成30MA限流電路. 上述電路將變送器的電路控制在 2.7MA至30MA之間.C:阻尼電路：為使變送器具有抑制輸入差壓瞬間變動(dòng)對(duì)輸出電流的干擾，電路中設(shè)有阻容式時(shí)間常數(shù)電路，用來(lái)調(diào)整阻尼系數(shù)（0.2S-1.67S）D:零點(diǎn)及量程的溫度補(bǔ)償根據(jù)變送器模頭的正，負(fù)溫度系數(shù)，電子電路內(nèi)設(shè)置了負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻來(lái)補(bǔ) 償零點(diǎn)及量程的誤差.零點(diǎn)的溫度補(bǔ)償電阻在儀表出廠時(shí)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的 精確選定，以保證補(bǔ)償?shù)淖罴呀Y(jié)果.<1151電容式壓力變送器電原理圖>E:儀表的輸入電路:D14的作用是為保證指示表頭未接入時(shí)的輸出電

10、流通路,D13除起穩(wěn)壓作用外，還起電源反向保護(hù)作用.由丁變送器電子電路內(nèi)部為電容藕合接地，因此，如使用兆歐表檢查對(duì)地絕緣電阻時(shí) 其輸出電壓不宜超過(guò)100V!2.儀表的選型安裝：2-1: 1151的工作類型及相應(yīng)量程：1151變送器按用途不同分為差壓，表壓，絕壓 等類型.除此以外，共有8種量程可選.表壓范圍從7.5Kpag到41369Kpag本壓范圍從7.5Kpa到6895 Kpa，絕壓范圍從 37Kpa到6895 Kpa.此技術(shù)指標(biāo)1152型核表與其一樣.2-2:靜壓的限制：靜壓范圍對(duì)電力應(yīng)用十分重要，因此有必要關(guān)注.例如:DP型變送器量程4,5，零點(diǎn)誤差為2000Psi下+/-0.25%UR

11、L!量程誤差可修正至:+/-0.25%輸入讀數(shù)./1000Psi.對(duì)于1151DP系列產(chǎn)品，任意一側(cè)壓力加至0-13.79Mpa時(shí),不會(huì)引起損壞！ 同樣,在上述靜壓范圍內(nèi)所有性能指標(biāo)保持不變.對(duì)于1151HP系歹0產(chǎn)品，任意一側(cè)壓力加至0psia-4500psig（0-31Mpa）時(shí)，不會(huì)引起損壞！同樣,在上述靜壓范圍內(nèi)所有性能指標(biāo)保持不變對(duì)于1151AP系列產(chǎn)品，為13.79Mpa.對(duì)于1151GP系列產(chǎn)品，其安全使用范圍示量程的不同而不同，范圍應(yīng)在 13.79Mpa-51.71Mpa.2-3:量程可調(diào)范圍：當(dāng)使用差壓變送器測(cè)量流量時(shí)，量程可調(diào)范圍變得十分重要.量程可調(diào)范圍的定義是：URV/

12、MINIMUN SPAN!例如：1151S: 50:1; 1152D/A 6:12-4:安裝不當(dāng)對(duì)儀表的最終性能影響很大.常見(jiàn)的安裝問(wèn)題大致有：1. 泄漏2. 摩擦損失3. 氣體引壓管中有液體或液體引壓管中有氣體.（壓頭誤差）4. 測(cè)差壓時(shí)，引壓管溫度不等引起密度變化（壓頭誤差）5. 變送器安裝不當(dāng).針對(duì)氣體,液體,蒸汽應(yīng)用的不同安裝.2-5:儀表的投運(yùn)1. 把排氣，排液工作.2. 測(cè)量液體，蒸氣時(shí)應(yīng)先行充液.3. 差壓變送器投運(yùn)時(shí)，應(yīng)避免單向受壓.即:開(kāi)平衡閥 高壓側(cè) 低壓側(cè) 關(guān)平衡閥4. 活零.5. 調(diào)阻尼.6. 手操器的應(yīng)用.FIGURE 22. BenchHook.山SIJLU1二二心

13、二使用手操器可以大大方便用戶對(duì)智能儀表的現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)，調(diào)校及故障診斷.對(duì)使用 HART通訊協(xié)議的儀表，其最小負(fù)載電阻為250歐姆！現(xiàn)有的最新手操器型號(hào)為375型.你必須了解每一個(gè)儀表的DDS菜單以便熟練 操作.通過(guò)操作培訓(xùn)，你可以掌握必要的步驟.常用的功能菜單包括:1. BASIC SETUP（基本設(shè)置）在此菜單下，你可以完成：A. 修改工程變量的單位及輸出量程；B. 工藝位號(hào)；C. 輸出變量的開(kāi)方；D. 輸出變量的阻尼時(shí)間常數(shù).2. DIAGNOTICS AND SERVICE（診斷及服務(wù)）在此菜單下，你可以完成：A. 皴路測(cè)試；B. 傳感器的校驗(yàn)，主要為傳感器活零；（ZERO TRIM）2.

14、PROCESS VARIABLES（過(guò)程變量）在此菜單下，你可以觀察：壓力變量;4-20MA輸出等主要參數(shù).275型手操器的外形與鍵盤分布function KeysAction KeysAJplnumeiic KeysShift KeysF - HART GGimmEn一 Ga-£ semE TIBoiD二 F Model 1ML1 DEVICE GETUP1 mocE% 吝 RUBLESMMZOBT-OS含SER言E甯Mmn SETUP1 習(xí)eSSlfiB2 PEKsntR昌中3 Anaogou-PE1 TESTDWOE3 eebkatoh3 RANGE 至 LUES吉段帛一言5

15、IbansfEr Fundion3OU2Toohiwtioh4 口碧EEZ:T萎>r-Q=:T± - Se*-簧Z TR1EAZ.AL 呂omTw SBISOR TRB3U1 WK-2 ams5 B U骨ksn>M WMft阜0星京ME W孕_J_蠢lia鈕一2Iff乏l*dIgATgi.zeroTlim2 LoweMwmclIS33 uppgT3:m4 ¥$-'lTrmpw*WHABLES15WS 121.褂號(hào)1 ztr'ol-«m2 Lower 5Mlwilm3 Uppg-肇5g-T-mA 3當(dāng)巖Thn PoMe一勺可ENSURE質(zhì)

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17、D FUNCTIONSTwin* 2-2 375 Field Cwnmunicator diagramtrDA intprtacE t*»PlEnter k#yB_ Pow»r wupdF低iwrqmr, connection (sidejOnroFf k«yB»cK 晌 m adu±tnknt hfi/Alphari Ltm? re keypadHART and fieldbus communndbn. Status(back)Touch sc r«n dsplav4 Ext»an &S poetTab KeyJ

18、*"* Av®FunckKin key (for multipvecy cornt>inatK>n fuctjonality)Mult-rfunetian LED3. 模擬輸出儀表的調(diào)校：智能式壓力變送器因采用高性能的微處理器，因此，其線性化和各種補(bǔ)償均自動(dòng)進(jìn)行 但是,通常的模擬輸出儀表(大多數(shù)核級(jí)變送器屆丁此類)的補(bǔ)償只能通過(guò)分立電子電 路經(jīng)人工完成.1151變送器的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)校包括:*安裝零點(diǎn)的調(diào)整.*阻尼的調(diào)整.(0.2-1.67S)*遷移量的調(diào)整.*線性度矯正.*靜壓的補(bǔ)償調(diào)校.*此5項(xiàng)功能1152與其一樣!3-1.現(xiàn)場(chǎng)調(diào)零FIGURE 3-4. Zerqa

19、nd Span Adjuslm&nl Screws.<5.5E. 安裝變送器,釋放或平衡儀表壓力，并送電.F. 等待儀表穩(wěn)定.G. 松開(kāi)儀表的名牌，使用改錐調(diào)正零點(diǎn)螺母，使儀表輸出4MA.此調(diào)正不會(huì)影響20MA的狀態(tài).任何由丁安裝引起的零點(diǎn)，可以 用此法消除.3-2. 遷移：A. 遷移量:指零點(diǎn)的位置與儀表的當(dāng)前量程跨度的白分比 %.B. 遷移范圍：遷移后的零點(diǎn)及量程不應(yīng)超過(guò)儀表的最大允許量程C. 大范圍內(nèi)的遷移須調(diào)整電子板上的跳線.（請(qǐng)參考跳線圖）D. 先進(jìn)行零點(diǎn)基礎(chǔ)上的量程校準(zhǔn)，再進(jìn)行遷移.E. 負(fù)遷移為600%,正遷移為500%，遷移不影響SPAN.FIGURE 3-2.

20、Zero Adjustfrerrt Range.Qutuur/Pressure(rrAI600*% Zero Elevallan20 /(InHaO)1ni ii iII-150 TW5 -100 -75 -50 -25025600吼 Zero Elevation*Output500% Zero Suppires-slon1"Grapihs- bwiMi on a rage 4 (0-25 lnH2O to CM 501岫Q) 1151 with a calibrBle<i span of 25 inHjO.正負(fù)遷移圖ZERO ELEVATION :負(fù)遷移.ZERO SUPPR

21、ESSION:正遷移.FIGURE 3-3 Ele/aiorand Suppression Jumper Setirs.WLWLL遷移跳線3-3.線性化調(diào)整.A. 通常無(wú)須進(jìn)行.B. 如需調(diào)整，則:1. 加50%量程壓力，2. 記錄該點(diǎn)的輸出誤差值.（mA）3. 將此值乘以6后再乘以儀表的當(dāng)前的量程比.4. 如果上述值為負(fù)，則將其加在20mA上，反之減去.5. 使用該輸出值重校量程（即加滿量程輸入壓力時(shí)調(diào)整阻尼電位器）.下圖為線性及阻尼調(diào)整電位器.3-4. 阻尼調(diào)整.可通過(guò)下圖組尼調(diào)整螺釘進(jìn)行.出廠時(shí)為0.2S,最大可調(diào)整為16.67S.Linearity Adjustment ScrewDamping Adjustment ScrewAccess to IknsarKy and damping adjustments Is gained by iamoving cov&ron circuit beard iclo.Location of linearity adjn stnient screws may vary slightly betw#n output codas.A. 靜壓影響定義為：每1000Psig靜壓