压力差压变送器的结构原理与故障处理课件

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1、1 12022-11-261 12 2压力、差压变送器的结构原理压力、差压变送器的结构原理与故障处理与故障处理甘光升甘光升20112011年年0909月月2626日日2022-11-26学习目标学习目标1.1.掌握电容式压力掌握电容式压力 、差压变送器结构与工作原理。、差压变送器结构与工作原理。2.2.掌握压力、差压变送器故障处理方法。掌握压力、差压变送器故障处理方法。3.3.熟悉几种常见压力、差压变送器工作原理。熟悉几种常见压力、差压变送器工作原理。4.4.了解各种压力、差压变送器电子转换电路。了解各种压力、差压变送器电子转换电路。5.5.了解变送器调试基本知识。了解变送器调试基本知识。3

2、32022-11-264 41.1.压力、差压变送器概述压力、差压变送器概述2.2.压力、差压变送器的分类压力、差压变送器的分类3.3.压力、差压变送器的结构原理压力、差压变送器的结构原理4.4.压力、差压变送器调试基本知识压力、差压变送器调试基本知识5.5.压力、差压变送器的故障处理压力、差压变送器的故障处理目录目录2022-11-265 51.1.压力、差压变送器概述压力、差压变送器概述 变送器是对各种工艺参变送器是对各种工艺参数，如温度，压力、流量、数，如温度，压力、流量、液位、成分等物理量进行检液位、成分等物理量进行检测，并转化成统一标准信号：测，并转化成统一标准信号：（DC4-20m

3、ADC4-20mA，DC1-5VDC1-5V），以），以供显示、记录或控制之用。供显示、记录或控制之用。扩散硅式压力变送器扩散硅式压力变送器四线制四线制二线制二线制电容式压力变送器电容式压力变送器2022-11-261-1-盖；盖；2-2-放大器盒盖；放大器盒盖；3-3-敏感元件输出电缆及插头；敏感元件输出电缆及插头；4-4-零点、零点、阻尼、量程调节螺钉；阻尼、量程调节螺钉；5-5-放大器；放大器；6-6-定位螺钉；定位螺钉；7-7-外壳锁紧螺母；外壳锁紧螺母；8-8-容室紧固螺栓；容室紧固螺栓；9-9-外壳外壳1.1.压力、差压变送器概述压力、差压变送器概述6 62022-11-266 6

4、7 72.2.压力、差压变送器的分类压力、差压变送器的分类2.1.2.1.电容式压力、差压变送器电容式压力、差压变送器2.2.2.2.扩散硅式压力、差压变送器扩散硅式压力、差压变送器2.3.2.3.膜盒式压力、差压变送器膜盒式压力、差压变送器2.4.2.4.智能式压力、差压变送器智能式压力、差压变送器扩散硅式压力变送器扩散硅式压力变送器电容式压力变送器电容式压力变送器2022-11-26工业压力变送器工业压力变送器数字压力变送器数字压力变送器隔膜压力变送器隔膜压力变送器电容压力变送器电容压力变送器隔离液位变送器微压变送器湿式压力变送器本安压力变送器扩散硅压力变送器智能压力变送器智能压力变送器2

5、.2.压力、差压变送器的分类压力、差压变送器的分类8 82022-11-268 89 93.1.3.1.电容式压力、差压变送器电容式压力、差压变送器3.1.1.结构组成结构组成 由测量部件、转换电路、由测量部件、转换电路、放大电路三部分组成放大电路三部分组成感压感压膜片膜片PPCCIiIi反馈电路反馈电路-I If f调零、迁移调零、迁移电路电路I II I0 04 420 mA20 mAdd测量部件测量部件转换电路转换电路放大电路放大电路测量原理图测量原理图2022-11-263.1.3.1.电容式压力、差压变送器电容式压力、差压变送器10102022-11-2610103.1.2.3.1.

6、2.测量原理测量原理n差动平板电容器有三个极板差动平板电容器有三个极板，中间一个电极板为活动电，中间一个电极板为活动电极板，两端为固定电极板。极板，两端为固定电极板。电容变化量与活动电极的位电容变化量与活动电极的位移成正比。当位移较小时，移成正比。当位移较小时，近似满足线性关系。近似满足线性关系。n差动电容的相对变化量与输差动电容的相对变化量与输入差压成线性关系。变送器入差压成线性关系。变送器基本不受温度的影响基本不受温度的影响 。n转换环节检测出差动电容的转换环节检测出差动电容的相对变化量，将其转换成相对变化量，将其转换成 4 420mA 20mA 的直流电流输出的直流电流输出。3.1.3.

7、1.电容式压力、差压变送器电容式压力、差压变送器P P1 1P P2 2P P1 1PP2 211112022-11-26111112123.1.3.1.电容式压力、差压变送器电容式压力、差压变送器3.2.3.3.2.3.转换电路转换电路n作用作用:电容的相对变化量电容的相对变化量差动电流，并实现非线性补偿。差动电流，并实现非线性补偿。n结构组成结构组成:振荡器、解调器、振荡控制放大器及线性调整电路振荡器、解调器、振荡控制放大器及线性调整电路。n各组成部分的作用及原理（画出简化线路）各组成部分的作用及原理（画出简化线路）测量部件测量部件电容电容-电流转换器电流转换器PdIP P1 1P P2

8、2P P1 1PP2 2PfCCCCfIiiiid12121212iiiiCCCC2022-11-263.1.3.1.电容式压力、差压变送器电容式压力、差压变送器整机电路流程图整机电路流程图13132022-11-26131314143.1.3.1.电容式压力、差压变送器电容式压力、差压变送器整机电路整机电路2022-11-261515电容电容-电流转换电路电流转换电路作用作用:将差动电容的相对变化值成比例地转换为差动信号将差动电容的相对变化值成比例地转换为差动信号I Id d。振荡控制振荡控制放大器放大器解调器解调器振荡器振荡器电路组成电路组成:PfCCCCfIiiiid1212振荡器振荡器

9、3.1.3.1.电容式压力、差压变送器电容式压力、差压变送器2022-11-261616振荡器振荡器变压器反馈式振荡器变压器反馈式振荡器其作用为：向电容式其作用为：向电容式压力传感器的压力传感器的C Ci1i1和和C Ci2i2提供高频电源提供高频电源。振荡器的等效电路振荡器的等效电路 3.1.电容式压力、差压变送器电容式压力、差压变送器2022-11-261717+i i2 2i i2 2+i i1 1i i1 1i i1 1解调器解调器+i i1 1i i1 1i i2 2i i2 2(+)(+)(+)(+)i i2 2i i2 2i i1 1i i1 1i i2 2i i2 2(+)i

10、i2 2i i2 2(+)i i1 1i i1 1i i1 13.1.电容式压力、差压变送器电容式压力、差压变送器2022-11-2618183.1.3.1.电容式压力、差压变送器电容式压力、差压变送器解调器解调器作用：对通过差动电容作用：对通过差动电容C Ci1i1、C Ci2i2的高频电流进行半波整流的高频电流进行半波整流振荡器输出为振荡器输出为正半周正半周时，电流时，电流 i i1 1 的路线为：的路线为：T T1 1(3)(3)D D7 7 D D3 3 C C1 1C Ci1i1C C1717R R6 6R R8 8TT1 1(10)(10)振荡器输出为振荡器输出为正半周正半周时，电

11、流时，电流 i i2 2 的路线为：的路线为：T T1 1(2)(2)D D6 6、D D2 2 C C2 2C Ci2i2C C1717C C1111T T1 1(11)(11)振荡器输出为振荡器输出为负半周负半周时，电流时，电流 i i2 2 的路线为：的路线为：T T1 1(12)(12)R R7 7R R9 9C C1717C Ci2i2C C2 2D D1 1、D D5 5T T1 1(1)(1)振荡器输出为振荡器输出为负半周负半周时，电流时，电流 i i1 1 的路线为：的路线为：T T1 1(11)(11)C C1111C C1717C Ci1i1C C1 1D D4 4、D D

12、8 8T T1 1(2)(2)2022-11-261919放大转换部分放大转换部分 放大电路的作用放大电路的作用:将测量部分输出的差动信号将测量部分输出的差动信号I Id d放大放大并转换成并转换成420mA420mA的直流输出电流，实现量程调整、零点调的直流输出电流，实现量程调整、零点调整和迁移、输出限幅和阻尼调整功能。整和迁移、输出限幅和阻尼调整功能。3.1.电容式压力、差压变送器电容式压力、差压变送器2022-11-262020电流放大电路电流放大电路 将将Id放大并转换成放大并转换成420mA的直流输出电流，并实现量的直流输出电流，并实现量程调整。程调整。3.1.电容式压力、差压变送器

13、电容式压力、差压变送器输出电流输出电流I Io o路线为：路线为：E E+D D1111R R3131W W3 3R R33 33 D D1212R R1818 R R3434 C C1111VTVT2 2VTVT4 4R RL LE E2022-11-2621212022-11-262222线性调整电路线性调整电路利用利用W W1 1产生的附加电压产生的附加电压U UC C进行补偿。进行补偿。(R R2222=R R2323)若若W W1 1=0=0，正负半周负载相等，则，正负半周负载相等，则U UC C=0(=0(无补偿作用无补偿作用)。若若W W1 100，正负半周负载不相等，则，正负半

14、周负载不相等，则U UC C0(0(有补偿作用有补偿作用)。cOcURRRRURRRRIII86862866821021cddUUUPP(C Ci2i2+C Ci1i1)回路阻抗回路阻抗振振荡器振荡幅度荡器振荡幅度 U Uc cI Ic cI Ic c和和K K2 2的变化方向相反，的变化方向相反，I Id d与与PP成线性关系。成线性关系。则则ICIC1 1输入为输入为:cOUIIRRRRURRRR)(218686286863.1.电容式压力、差压变送器电容式压力、差压变送器2022-11-262022-11-262022-11-26可编辑修改可编辑修改23232424振荡控制放大器振荡控制

15、放大器作用作用:控制流过控制流过D D1 1、D D5 5和和D D3 3、D D7 7的电流之和的电流之和 I I2 2+I I1 1 即即 I Ic c 等于常数。等于常数。286860286829791OOdURRRRURRRURRRU常数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是以是以正电源为基准正电源为基准)振荡器振荡幅度振荡器振荡幅度变压器变压器T T1 1输出电压输出电压使使

16、(I I2 2+I I1 1)()(I I2 2+I I1 1恢复到原来的数值恢复到原来的数值)3.1.电容式压力、差压变送器电容式压力、差压变送器2022-11-262525扩散硅式扩散硅式差压变送器差压变送器构成方框图构成方框图扩散硅式差压变送器的检测元件采用扩散硅压阻传感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，随着容性，随着MEMSMEMS技术的突破，扩散硅变送器的使用越来技术的突破，扩散硅变送器的使用越来越广泛。越广泛。工作原理：工作原理：扩散硅压阻传扩散硅压阻传感器的应变电阻阻

17、感器的应变电阻阻值在值在 P P作用下发生作用下发生变化，使硅桥产生变化，使硅桥产生不平衡电压不平衡电压U Us s，再，再经前置放大并转换经前置放大并转换成成I Io o输出。输出。3.2.3.2.扩散硅式压力、差压变送器扩散硅式压力、差压变送器2022-11-2626263.2.3.2.扩散硅式压力、差压变送器扩散硅式压力、差压变送器n扩散硅压力变送器利用单晶硅的压阻效应而构成。扩散硅压力变送器利用单晶硅的压阻效应而构成。n扩散硅式压力变送器具有体积小、重量轻、结构简单、稳定性扩散硅式压力变送器具有体积小、重量轻、结构简单、稳定性好和精度高等优点。好和精度高等优点。n其核心结构主要由硅膜片

18、（硅杯）及扩散电阻、引线、外壳等其核心结构主要由硅膜片（硅杯）及扩散电阻、引线、外壳等组成。变送器膜片上下有两个压力腔，分别与被测的高低压室组成。变送器膜片上下有两个压力腔，分别与被测的高低压室连通，用以感受压力的变化。连通，用以感受压力的变化。中间受拉，两边受压中间受拉，两边受压2022-11-26电路部分电路部分 扩散硅式差压变送器放大电路扩散硅式差压变送器放大电路3.2.3.2.扩散硅式压力、差压变送器扩散硅式压力、差压变送器27272022-11-262727n由测量部分和转换部分组成。由测量部分和转换部分组成。n测量部分作用是把被测差压测量部分作用是把被测差压p p或压力或压力p p

19、转换成作用于主杠下转换成作用于主杠下端的输入力端的输入力F F。这个输入力。这个输入力F F再经过转换、放大后，可以输出再经过转换、放大后，可以输出0 010mA 10mA 或或4 420mA 20mA 电流信号，送给其它仪表进行显示或组电流信号，送给其它仪表进行显示或组成自动控制系统。成自动控制系统。3.3.膜盒式差压变送器膜盒式差压变送器28282022-11-26282829293.4.智能智能式差压变送器式差压变送器n智能变送器是在普通的模拟式变送器的基础上，增加微处理器智能变送器是在普通的模拟式变送器的基础上，增加微处理器而构成的一种智能式检测仪表。智能式变送器性能高，使用灵而构成的

20、一种智能式检测仪表。智能式变送器性能高，使用灵活。活。n特点：可进行远程通信。利用手持通信器，可对现场变送器进特点：可进行远程通信。利用手持通信器，可对现场变送器进行各种运行参数的选择和标定；其精确度高，使用与维护方便行各种运行参数的选择和标定；其精确度高，使用与维护方便。n智能差压变送器的结构原理：从整体上看，智能差压变送器是智能差压变送器的结构原理：从整体上看，智能差压变送器是由硬件和软件两大部分组成；从电路结构上看，智能差压变送由硬件和软件两大部分组成；从电路结构上看，智能差压变送器包括传感器部件和电子部件两部分。器包括传感器部件和电子部件两部分。2022-11-2630303.4.智能

21、智能式差压变送器式差压变送器2022-11-263131ST3000ST3000差压变送器差压变送器复合型扩散硅传感器复合型扩散硅传感器:在单个芯片上形成差压、在单个芯片上形成差压、静压和温度三种用途的静压和温度三种用途的感测元件。感测元件。测取传测取传感器数据感器数据写入传感器特性数据写入传感器特性数据编程器写编程器写入变送器入变送器参数，动参数，动态保护工态保护工作状态下作状态下的的RAMRAM数数据据。掉电后重新上掉电后重新上电时装回数据电时装回数据传输数传输数据设定据设定器数据器数据生产用计算机生产用计算机3.4.智能式差压变送器智能式差压变送器2022-11-26ST3000ST30

22、00系统接线示意图系统接线示意图ST3000系列智能压力、差压变送器所用的现场通讯器为系列智能压力、差压变送器所用的现场通讯器为SFC型，带有键盘及液晶显示器。可以接在现场变送器的信型，带有键盘及液晶显示器。可以接在现场变送器的信号端子上，就地设定或检测，也可以在远离现场的控制室中，号端子上，就地设定或检测，也可以在远离现场的控制室中，接在某个变送器的信号线上进行远程设定及检测。接在某个变送器的信号线上进行远程设定及检测。实现的功能实现的功能（1 1）组态）组态（2 2）测量范围的改变）测量范围的改变（3 3）变送器的校准）变送器的校准（4 4）自诊断）自诊断（5 5）变送器输送）变送器输送/

23、输出显输出显示示（6 6）设定恒流输出）设定恒流输出 3.4.智能式差压变送器智能式差压变送器32322022-11-263232以以11511151序列电容式压力、差压变送器为例子。序列电容式压力、差压变送器为例子。量程调整范围量程调整范围 所有的所有的11511151变送器都可在最大量程和最大量程的变送器都可在最大量程和最大量程的1/61/6范围内调整，比为范围内调整，比为6:16:1。如，量程范围。如，量程范围4 4档时，档时，其可调其可调的范围是的范围是06.22kPa06.22kPa到到37.29kPa37.29kPa。4.4.压力、差压变送器调试基本知识压力、差压变送器调试基本知识

24、2022-11-263333零位调整范围零位调整范围 1151 1151可以进行可以进行500%500%的正迁移或的正迁移或600%600%的负迁移。但是零位的负迁移。但是零位正、负迁移后的校验的测量范围不能超过变送器的最大测量正、负迁移后的校验的测量范围不能超过变送器的最大测量范围的极限值。正负迁移插座就安装在此电路板上。此插座范围的极限值。正负迁移插座就安装在此电路板上。此插座有三个位置，中间位置是无迁移的位置。要得到较大的正负有三个位置，中间位置是无迁移的位置。要得到较大的正负迁移量，则可将跨接件插到迁移量，则可将跨接件插到“正迁移正迁移”（SZSZ）或）或“负迁移负迁移”（EZEZ）的

25、位置上。）的位置上。注意：注意：此跨接件位于放大板的元器件侧，此跨接件位于放大板的元器件侧，要触及此跨接件要触及此跨接件必须将放大板从变送器中拔出。必须将放大板从变送器中拔出。4.4.压力、差压变送器调试基本知识压力、差压变送器调试基本知识2022-11-263434线性调整线性调整 变送器可以调校在过零位的测量范围上（例如：变送器可以调校在过零位的测量范围上（例如：18.6818.6818.68kPa18.68kPa）。但此时对变送器的线性度有轻微的）。但此时对变送器的线性度有轻微的影响。这种影响可通过调整线性电位器来校正。影响。这种影响可通过调整线性电位器来校正。除零位和量程的调整以外，除

26、零位和量程的调整以外，在放大电路板上还有一在放大电路板上还有一个线性调整电位器。一般不要再作调整，个线性调整电位器。一般不要再作调整，但是要获得更但是要获得更高的线性，高的线性，可重调零位和量程。可重调零位和量程。4.4.压力、差压变送器调试基本知识压力、差压变送器调试基本知识2022-11-263535输出过大输出过大1）导压管）导压管a.检查导压管是否泄露或堵塞。检查导压管是否泄露或堵塞。b.检查空导压管内是否存有液体。检查空导压管内是否存有液体。c.检查变送压力容室内有无沉积物。检查变送压力容室内有无沉积物。2）变送器的电气连接）变送器的电气连接a.保证刺刀式插头座处清洁和检查传感器组件

27、连接情况。保证刺刀式插头座处清洁和检查传感器组件连接情况。b.检查检查8号插针是否可靠接表壳地。号插针是否可靠接表壳地。c.检查电源的输出是否符合所需电压值。检查电源的输出是否符合所需电压值。36365.5.压力、差压变送器的故障处理压力、差压变送器的故障处理2022-11-2637373）变送器的电路故障）变送器的电路故障a.用备用电路板检查电路板是否有故障。用备用电路板检查电路板是否有故障。b.更换有故障的电路板。更换有故障的电路板。4)传感器组件（参照传感器组件的检查。）传感器组件（参照传感器组件的检查。）5)电源电源输出过小或无输出输出过小或无输出1）接线回路）接线回路a.检查回路连接

28、是否发生短路或多点接地。检查回路连接是否发生短路或多点接地。b.检查回路连接的正负极性和回路阻抗是否符合要求。检查回路连接的正负极性和回路阻抗是否符合要求。(测试电压不高于测试电压不高于100V)5.5.压力、差压变送器的故障处理压力、差压变送器的故障处理2022-11-2638382 2）导压管）导压管a.a.检查检查管道压力管道压力连接是否正确；连接是否正确；b.b.检查检查导压管导压管是否泄漏或堵塞；是否泄漏或堵塞；c.c.检查充液检查充液导压管导压管中是否存在有气体；中是否存在有气体；d.d.检查变送器的检查变送器的压力容室压力容室中有无沉积物。中有无沉积物。3 3）变送器的电气连接）

29、变送器的电气连接a.a.检查变送器传感器组件的检查变送器传感器组件的引出线引出线是否短接；是否短接；b.b.保证刺刀式保证刺刀式插头座插头座处清洁和检查传感器组件连接情况；处清洁和检查传感器组件连接情况；c.c.检查检查8 8号插针是否可靠接表地壳。号插针是否可靠接表地壳。5.5.压力、差压变送器的故障处理压力、差压变送器的故障处理2022-11-264)二极管故障的测试二极管故障的测试 更换故障的测试二极管或短接测试端子。更换故障的测试二极管或短接测试端子。5）变送器的电路故障）变送器的电路故障a.用备用电路板检查电路板是否有故障；用备用电路板检查电路板是否有故障；b.更换有故障的电路板。更

30、换有故障的电路板。6）传感器组件（参考传感器组件的检查。）传感器组件（参考传感器组件的检查。）5.5.压力、差压变送器的故障处理压力、差压变送器的故障处理39392022-11-263939输出不稳定输出不稳定1)1)接线回路接线回路 检查是否有间歇性的短路、开路和多点接地现象。检查是否有间歇性的短路、开路和多点接地现象。(测试测试电压不高于电压不高于100V)100V)2)2)被测液体波动被测液体波动 调整电路的阻尼作用。调整电路的阻尼作用。3)3)导压管导压管 检查充液导压管内有无气体。检查充液导压管内有无气体。5.5.压力、差压变送器的故障处理压力、差压变送器的故障处理40402022-

31、11-2640404)变送器的电气连接变送器的电气连接a.检查变送器是否有间歇性的短路或电路开路现象；检查变送器是否有间歇性的短路或电路开路现象；b.保证刺刀式插头座处清洁和检查传感器组件连接地的情况。保证刺刀式插头座处清洁和检查传感器组件连接地的情况。c.检查检查8号插针是否可靠接表壳地。号插针是否可靠接表壳地。5)变送器的电路故障变送器的电路故障a.用备用电路板检查电路板是否有故障。用备用电路板检查电路板是否有故障。b.更换有故障的电路板。更换有故障的电路板。5.5.压力、差压变送器的故障处理压力、差压变送器的故障处理41412022-11-2641412022-11-26424243432022-11-262022-11-262022-11-26可编辑修改可编辑修改4444