壓力、差壓變送器的結構原理與故障處理

1、12 2壓力、差壓變送器的結構原理壓力、差壓變送器的結構原理與故障處理與故障處理甘光升甘光升20112011年年0909月月2626日日學習目標學習目標1.1.掌握電容式壓力掌握電容式壓力 、差壓變送器結構與工作原理。、差壓變送器結構與工作原理。2.2.掌握壓力、差壓變送器故障處理方法。掌握壓力、差壓變送器故障處理方法。3.3.熟悉幾種常見壓力、差壓變送器工作原理。熟悉幾種常見壓力、差壓變送器工作原理。4.4.了解各種壓力、差壓變送器電子轉換電路。了解各種壓力、差壓變送器電子轉換電路。5.5.了解變送器調試基本知識。了解變送器調試基本知識。341.1.壓力、差壓變送器概述壓力、差壓變送器概述2

2、.2.壓力、差壓變送器的分類壓力、差壓變送器的分類3.3.壓力、差壓變送器的結構原理壓力、差壓變送器的結構原理4.4.壓力、差壓變送器調試基本知識壓力、差壓變送器調試基本知識5.5.壓力、差壓變送器的故障處理壓力、差壓變送器的故障處理目錄目錄51.1.壓力、差壓變送器概述壓力、差壓變送器概述 變送器是對各種工藝參變送器是對各種工藝參數(shù)，如溫度，壓力、流量、數(shù)，如溫度，壓力、流量、液位、成分等物理量進行檢液位、成分等物理量進行檢測，并轉化成統(tǒng)一標準信號：測，并轉化成統(tǒng)一標準信號：（DC4-20mADC4-20mA，DC1-5VDC1-5V），以），以供顯示、記錄或控制之用。供顯示、記錄或控制之用

3、。擴散硅式壓力變送器擴散硅式壓力變送器四線制四線制二線制二線制電容式壓力變送器電容式壓力變送器1-1-蓋；蓋；2-2-放大器盒蓋；放大器盒蓋；3-3-敏感元件輸出電纜及插頭；敏感元件輸出電纜及插頭；4-4-零點、零點、阻尼、量程調節(jié)螺釘；阻尼、量程調節(jié)螺釘；5-5-放大器；放大器；6-6-定位螺釘；定位螺釘；7-7-外殼鎖緊螺母；外殼鎖緊螺母；8-8-容室緊固螺栓；容室緊固螺栓；9-9-外殼外殼1.1.壓力、差壓變送器概述壓力、差壓變送器概述672.2.壓力、差壓變送器的分類壓力、差壓變送器的分類2.1.2.1.電容式壓力、差壓變送器電容式壓力、差壓變送器2.2.2.2.擴散硅式壓力、差壓變送

4、器擴散硅式壓力、差壓變送器2.3.2.3.膜盒式壓力、差壓變送器膜盒式壓力、差壓變送器2.4.2.4.智能式壓力、差壓變送器智能式壓力、差壓變送器擴散硅式壓力變送器擴散硅式壓力變送器電容式壓力變送器電容式壓力變送器工業(yè)壓力變送器工業(yè)壓力變送器數(shù)字壓力變送器數(shù)字壓力變送器隔膜壓力變送器隔膜壓力變送器電容壓力變送器電容壓力變送器隔離液位變送器微壓變送器濕式壓力變送器本安壓力變送器擴散硅壓力變送器智能壓力變送器智能壓力變送器2.2.壓力、差壓變送器的分類壓力、差壓變送器的分類893.1.3.1.電容式壓力、差壓變送器電容式壓力、差壓變送器3.1.1.3.1.1.結構組成結構組成 由測量部件、轉換電路

5、、由測量部件、轉換電路、放大電路三部分組成放大電路三部分組成感壓感壓膜片膜片PCIiIi反饋電路反饋電路- -If調零、遷移調零、遷移電路電路II I0 04 420 mA20 mAd測量部件測量部件轉換電路轉換電路放大電路放大電路測量原理圖測量原理圖3.1.3.1.電容式壓力、差壓變送器電容式壓力、差壓變送器103.1.2.3.1.2.測量原理測量原理n差動平板電容器有三個極板差動平板電容器有三個極板，中間一個電極板為活動電，中間一個電極板為活動電極板，兩端為固定電極板。極板，兩端為固定電極板。電容變化量與活動電極的位電容變化量與活動電極的位移成正比。當位移較小時，移成正比。當位移較小時，近

6、似滿足線性關系。近似滿足線性關系。n差動電容的相對變化量與輸差動電容的相對變化量與輸入差壓成線性關系。變送器入差壓成線性關系。變送器基本不受溫度的影響基本不受溫度的影響 。 n轉換環(huán)節(jié)檢測出差動電容的轉換環(huán)節(jié)檢測出差動電容的相對變化量，將其轉換成相對變化量，將其轉換成 4 420mA 20mA 的直流電流輸出的直流電流輸出。3.1.3.1.電容式壓力、差壓變送器電容式壓力、差壓變送器P1P2P1P211123.1.3.1.電容式壓力、差壓變送器電容式壓力、差壓變送器3.2.3.3.2.3.轉換電路轉換電路n作用作用: :電容的相對變化量電容的相對變化量差動電流，并實現(xiàn)非線性補償。差動電流，并實

7、現(xiàn)非線性補償。n結構組成結構組成: :振蕩器、解調器、振蕩控制放大器及線性調整電路振蕩器、解調器、振蕩控制放大器及線性調整電路。n各組成部分的作用及原理（畫出簡化線路）各組成部分的作用及原理（畫出簡化線路）測量部件測量部件電容電容-電流轉換器電流轉換器PdIP1P2P1P2PfCCCCfIiiiid12121212iiiiCCCC3.1.3.1.電容式壓力、差壓變送器電容式壓力、差壓變送器整機電路流程圖整機電路流程圖13143.1.3.1.電容式壓力、差壓變送器電容式壓力、差壓變送器整機電路整機電路15電容電容- -電流轉換電路電流轉換電路作用作用: :將差動電容的相對變化值成比例地轉換為差動

8、信號將差動電容的相對變化值成比例地轉換為差動信號I Id d。振蕩控制振蕩控制放大器放大器解調器解調器振蕩器振蕩器電路組成電路組成: :PfCCCCfIiiiid1212振蕩器振蕩器3.1.3.1.電容式壓力、差壓變送器電容式壓力、差壓變送器16振蕩器振蕩器變壓器反饋式振蕩器變壓器反饋式振蕩器其作用為：向電容式其作用為：向電容式壓力傳感器的壓力傳感器的C Ci1i1和和C Ci2i2提供高頻電源提供高頻電源。振蕩器的等效電路振蕩器的等效電路 3.1.3.1.電容式壓力、差壓變送器電容式壓力、差壓變送器17+i i2 2i i2 2+i i1 1i i1 1i i1 1解調器解調器+i i1 1

9、i i1 1i i2 2i i2 2(+)(+)i i2 2i i2 2i i1 1i i1 1i i2 2i i2 2(+)i i2 2i i2 2(+)i i1 1i i1 1i i1 13.1.3.1.電容式壓力、差壓變送器電容式壓力、差壓變送器183.1.3.1.電容式壓力、差壓變送器電容式壓力、差壓變送器解調器解調器作用：對通過差動電容作用：對通過差動電容C Ci1i1、C Ci2i2的高頻電流進行半波整流的高頻電流進行半波整流振蕩器輸出為振蕩器輸出為正半周正半周時，電流時，電流 i i1 1 的路線為：的路線為：T T1 1(3) (3) D D7 7 D D3 3 C C1 1C

10、 Ci1i1C C1717R R6 6R R8 8TT1 1(10)(10)振蕩器輸出為振蕩器輸出為正半周正半周時，電流時，電流 i i2 2 的路線為：的路線為：T T1 1(2) (2) D D6 6、D D2 2 C C2 2C Ci2i2C C1717C C1111T T1 1(11)(11)振蕩器輸出為振蕩器輸出為負半周負半周時，電流時，電流 i i2 2 的路線為：的路線為：T T1 1(12)(12)R R7 7R R9 9C C1717C Ci2i2C C2 2D D1 1、D D5 5T T1 1(1)(1)振蕩器輸出為振蕩器輸出為負半周負半周時，電流時，電流 i i1 1

11、的路線為：的路線為：T T1 1(11)(11)C C1111C C1717C Ci1i1C C1 1D D4 4、D D8 8T T1 1(2)(2)19放大轉換部分放大轉換部分 放大電路的作用放大電路的作用: :將測量部分輸出的差動信號將測量部分輸出的差動信號I Id d放大并轉放大并轉換成換成420mA420mA的直流輸出電流，實現(xiàn)量程調整、零點調整和的直流輸出電流，實現(xiàn)量程調整、零點調整和遷移、輸出限幅和阻尼調整功能。遷移、輸出限幅和阻尼調整功能。3.1.3.1.電容式壓力、差壓變送器電容式壓力、差壓變送器20電流放大電路電流放大電路 將將I Id d放大并轉換成放大并轉換成420mA

12、420mA的直流輸出電流，并實現(xiàn)量程調整的直流輸出電流，并實現(xiàn)量程調整。3.1.3.1.電容式壓力、差壓變送器電容式壓力、差壓變送器輸出電流輸出電流I Io o路線為：路線為：E E+ +D D1111R R3131WW3 3R R33 33 D D1212R R1818 R R3434 C C1111VTVT2 2VTVT4 4R RL LE E2122線性調整電路線性調整電路利用利用W W1 1產生的附加電壓產生的附加電壓U UC C進行補償。進行補償。( (R R2222= =R R2323 ) )若若W W1 1=0=0，正負半周負載相等，則，正負半周負載相等，則U UC C=0 (=

13、0 (無補償作用無補償作用) )。若若W W1 100，正負半周負載不相等，則，正負半周負載不相等，則U UC C0 (0 (有補償作用有補償作用) )。cOcURRRRURRRRIII86862866821021cddUUUPP(C Ci2i2+ +C Ci1i1)回路阻抗回路阻抗振振蕩器振蕩幅度蕩器振蕩幅度 U Uc cI Ic cI Ic c和和K K2 2的變化方向相反，的變化方向相反，I Id d與與PP成線性關系。成線性關系。則則ICIC1 1輸入為輸入為: :cOUIIRRRRURRRR)(218686286863.1.3.1.電容式壓力、差壓變送器電容式壓力、差壓變送器23振蕩

14、控制放大器振蕩控制放大器作用作用: : 控制流過控制流過D D1 1、D D5 5和和D D3 3、D D7 7的電流之和的電流之和 I I2 2+ +I I1 1 即即 I Ic c 等于常數(shù)。等于常數(shù)。 286860286829791OOdURRRRURRRURRRU常數(shù)2866812oURRRRII)(12868618686297972IIRRRRIRRRRIRRRRUd021dddUUU定性分析：定性分析：( (I I2 2+ +I I1 1)U Ud2d2U Ud dV V01 01 U U0101(U U0101是以是以正電源為基準正電源為基準)振蕩器振蕩幅度振蕩器振蕩幅度變壓器變

15、壓器T T1 1輸出電壓輸出電壓使使 ( (I I2 2+ +I I1 1)()(I I2 2+ +I I1 1恢復到原來的數(shù)值恢復到原來的數(shù)值) )3.1.3.1.電容式壓力、差壓變送器電容式壓力、差壓變送器24擴散硅式擴散硅式差壓變送器差壓變送器構成方框圖構成方框圖擴散硅式差壓變送器的檢測元件采用擴散硅壓阻傳感擴散硅式差壓變送器的檢測元件采用擴散硅壓阻傳感器。由于擴散硅的制造工藝與集成電路工藝有很好的兼器。由于擴散硅的制造工藝與集成電路工藝有很好的兼容性，隨著容性，隨著MEMSMEMS技術的突破，擴散硅變送器的使用越來技術的突破，擴散硅變送器的使用越來越廣泛。越廣泛。工作原理：工作原理：擴

16、散硅壓阻傳擴散硅壓阻傳感器的應變電阻阻感器的應變電阻阻值在值在 P P作用下發(fā)生作用下發(fā)生變化，使硅橋產生變化，使硅橋產生不平衡電壓不平衡電壓U Us s，再，再經前置放大并轉換經前置放大并轉換成成I Io o輸出。輸出。3.2.3.2.擴散硅式壓力、差壓變送器擴散硅式壓力、差壓變送器253.2.3.2.擴散硅式壓力、差壓變送器擴散硅式壓力、差壓變送器n擴散硅壓力變送器利用單晶硅的壓阻效應而構成。擴散硅壓力變送器利用單晶硅的壓阻效應而構成。n擴散硅式壓力變送器具有體積小、重量輕、結構簡單、穩(wěn)定性擴散硅式壓力變送器具有體積小、重量輕、結構簡單、穩(wěn)定性好和精度高等優(yōu)點。好和精度高等優(yōu)點。n其核心結

17、構主要由硅膜片（硅杯）及擴散電阻、引線、外殼等其核心結構主要由硅膜片（硅杯）及擴散電阻、引線、外殼等組成。變送器膜片上下有兩個壓力腔，分別與被測的高低壓室組成。變送器膜片上下有兩個壓力腔，分別與被測的高低壓室連通，用以感受壓力的變化。連通，用以感受壓力的變化。中間受拉，兩邊受壓中間受拉，兩邊受壓電路部分電路部分 擴散硅式差壓變送器放大電路擴散硅式差壓變送器放大電路3.2.3.2.擴散硅式壓力、差壓變送器擴散硅式壓力、差壓變送器26n由測量部分和轉換部分組成。由測量部分和轉換部分組成。 n測量部分作用是把被測差壓測量部分作用是把被測差壓p p或壓力或壓力p p轉換成作用于主杠下轉換成作用于主杠下

18、端的輸入力端的輸入力F F。這個輸入力。這個輸入力F F再經過轉換、放大后，可以輸出再經過轉換、放大后，可以輸出0 010mA 10mA 或或4 420mA 20mA 電流信號，送給其它儀表進行顯示或組電流信號，送給其它儀表進行顯示或組成自動控制系統(tǒng)。成自動控制系統(tǒng)。3.3.3.3.膜盒式差壓變送器膜盒式差壓變送器27283.4.3.4.智能智能式差壓變送器式差壓變送器n智能變送器是在普通的模擬式變送器的基礎上，增加微處理器智能變送器是在普通的模擬式變送器的基礎上，增加微處理器而構成的一種智能式檢測儀表。智能式變送器性能高，使用靈而構成的一種智能式檢測儀表。智能式變送器性能高，使用靈活。活。n

19、特點：可進行遠程通信。利用手持通信器，可對現(xiàn)場變送器進特點：可進行遠程通信。利用手持通信器，可對現(xiàn)場變送器進行各種運行參數(shù)的選擇和標定；其精確度高，使用與維護方便行各種運行參數(shù)的選擇和標定；其精確度高，使用與維護方便。 n智能差壓變送器的結構原理：從整體上看，智能差壓變送器是智能差壓變送器的結構原理：從整體上看，智能差壓變送器是由硬件和軟件兩大部分組成；從電路結構上看，智能差壓變送由硬件和軟件兩大部分組成；從電路結構上看，智能差壓變送器包括傳感器部件和電子部件兩部分。器包括傳感器部件和電子部件兩部分。293.4.3.4.智能智能式差壓變送器式差壓變送器30ST3000ST3000差壓變送器差壓

20、變送器復合型擴散硅傳感器復合型擴散硅傳感器: : 在單個芯片上形成差壓、在單個芯片上形成差壓、靜壓和溫度三種用途的靜壓和溫度三種用途的感測元件。感測元件。測取傳測取傳感器數(shù)據(jù)感器數(shù)據(jù)寫入傳感器特性數(shù)據(jù)寫入傳感器特性數(shù)據(jù)編程器寫編程器寫入變送器入變送器參數(shù)，動參數(shù)，動態(tài)保護工態(tài)保護工作狀態(tài)下作狀態(tài)下的的RAMRAM數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)。掉電后重新上掉電后重新上電時裝回數(shù)據(jù)電時裝回數(shù)據(jù)傳輸數(shù)傳輸數(shù)據(jù)設定據(jù)設定器數(shù)據(jù)器數(shù)據(jù)生產用計算機生產用計算機3.4.3.4.智能式差壓變送器智能式差壓變送器ST3000ST3000系統(tǒng)接線示意圖系統(tǒng)接線示意圖ST3000ST3000系列智能壓力、差壓變送器所用的現(xiàn)場通訊器為系

21、列智能壓力、差壓變送器所用的現(xiàn)場通訊器為SFCSFC型，帶有鍵盤及液晶顯示器?？梢越釉诂F(xiàn)場變送器的信號型，帶有鍵盤及液晶顯示器?？梢越釉诂F(xiàn)場變送器的信號端子上，就地設定或檢測，也可以在遠離現(xiàn)場的控制室中，端子上，就地設定或檢測，也可以在遠離現(xiàn)場的控制室中，接在某個變送器的信號線上進行遠程設定及檢測。接在某個變送器的信號線上進行遠程設定及檢測。 實現(xiàn)的功能實現(xiàn)的功能（1）組態(tài)）組態(tài)（2）測量范圍的改變）測量范圍的改變（3）變送器的校準）變送器的校準（4）自診斷）自診斷（5）變送器輸送）變送器輸送/輸出顯輸出顯示示（6）設定恒流輸出）設定恒流輸出 3.4.3.4.智能式差壓變送器智能式差壓變送器3

22、1以以11511151序列電容式壓力、差壓變送器為例子。序列電容式壓力、差壓變送器為例子。量程調整范圍量程調整范圍 所有的所有的11511151變送器都可在最大量程和最大量程的變送器都可在最大量程和最大量程的1/61/6范圍內調整，比為范圍內調整，比為6:16:1。如，量程范圍。如，量程范圍4 4檔時，檔時， 其可調其可調的范圍是的范圍是06.22kPa06.22kPa到到37.29kPa37.29kPa。4.4.壓力、差壓變送器調試基本知識壓力、差壓變送器調試基本知識零位調整范圍零位調整范圍 1151 1151可以進行可以進行500%500%的正遷移或的正遷移或600%600%的負遷移。但是

23、零位的負遷移。但是零位正、負遷移后的校驗的測量范圍不能超過變送器的最大測量正、負遷移后的校驗的測量范圍不能超過變送器的最大測量范圍的極限值。正負遷移插座就安裝在此電路板上。此插座范圍的極限值。正負遷移插座就安裝在此電路板上。此插座有三個位置，中間位置是無遷移的位置。要得到較大的正負有三個位置，中間位置是無遷移的位置。要得到較大的正負遷移量，則可將跨接件插到遷移量，則可將跨接件插到“正遷移正遷移”（SZSZ）或）或“負遷移負遷移”（EZEZ）的位置上。）的位置上。 注意：注意： 此跨接件位于放大板的元器件側，此跨接件位于放大板的元器件側， 要觸及此跨接件要觸及此跨接件必須將放大板從變送器中拔出。

24、必須將放大板從變送器中拔出。4.4.壓力、差壓變送器調試基本知識壓力、差壓變送器調試基本知識線性調整線性調整 變送器可以調校在過零位的測量范圍上（例如：變送器可以調校在過零位的測量范圍上（例如：18.6818.6818.68kPa18.68kPa）。但此時對變送器的線性度有輕微的）。但此時對變送器的線性度有輕微的影響。這種影響可通過調整線性電位器來校正。影響。這種影響可通過調整線性電位器來校正。 除零位和量程的調整以外，除零位和量程的調整以外， 在放大電路板上還有一在放大電路板上還有一個線性調整電位器。一般不要再作調整，個線性調整電位器。一般不要再作調整， 但是要獲得更但是要獲得更高的線性，高

25、的線性， 可重調零位和量程?？芍卣{零位和量程。 4.4.壓力、差壓變送器調試基本知識壓力、差壓變送器調試基本知識輸出過大輸出過大1 1）導壓管）導壓管a.a.檢查導壓管是否泄露或堵塞。檢查導壓管是否泄露或堵塞。b.b.檢查空導壓管內是否存有液體。檢查空導壓管內是否存有液體。c.c.檢查變送壓力容室內有無沉積物。檢查變送壓力容室內有無沉積物。2 2）變送器的電氣連接）變送器的電氣連接a.a.保證刺刀式插頭座處清潔和檢查傳感器組件連接情況。保證刺刀式插頭座處清潔和檢查傳感器組件連接情況。b.b.檢查檢查8 8號插針是否可靠接表殼地。號插針是否可靠接表殼地。c. c. 檢查電源的輸出是否符合所需電壓

26、值。檢查電源的輸出是否符合所需電壓值。355.5.壓力、差壓變送器的故障處理壓力、差壓變送器的故障處理363 3）變送器的電路故障）變送器的電路故障a.a. 用備用電路板檢查電路板是否有故障。用備用電路板檢查電路板是否有故障。b.b. 更換有故障的電路板。更換有故障的電路板。4) 4) 傳感器組件（參照傳感器組件的檢查。）傳感器組件（參照傳感器組件的檢查。）5) 5) 電源電源輸出過小或無輸出輸出過小或無輸出1 1）接線回路）接線回路a.a. 檢查回路連接是否發(fā)生短路或多點接地。檢查回路連接是否發(fā)生短路或多點接地。b.b. 檢查回路連接的正負極性和回路阻抗是否符合要求。檢查回路連接的正負極性和回路阻抗是否符合要求。 ( (測試電壓不高于測試電壓不高于100V)100V)5.5.壓力、差壓變送器的故障處理壓力、差壓變送器的故障處理372 2）導壓管）導壓管a.a. 檢查檢查管道壓力管道壓力連接是否正確；連接是否正確；b.b. 檢查檢查導壓管導壓管是否泄漏或堵塞；是否泄漏或堵塞；c.c. 檢查充液檢查充液導壓管導壓管中是否存在有氣體；中是否存在有氣體；d.d. 檢查變送器的檢查變送器的壓力容室壓力容室中有無沉