压力、差压变送器的结构原理与故障处理

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1、1 2 压 力 、 差 压 变 送 器 的 结 构 原 理与 故 障 处 理 甘 光 升2011年 09月 26日 学 习 目 标1.掌 握 电 容 式 压 力 、 差 压 变 送 器 结 构 与 工 作 原 理 。2.掌 握 压 力 、 差 压 变 送 器 故 障 处 理 方 法 。3.熟 悉 几 种 常 见 压 力 、 差 压 变 送 器 工 作 原 理 。4.了 解 各 种 压 力 、 差 压 变 送 器 电 子 转 换 电 路 。5.了 解 变 送 器 调 试 基 本 知 识 。 3 41.压 力 、 差 压 变 送 器 概 述2.压 力 、 差 压 变 送 器 的 分 类3.压 力

2、、 差 压 变 送 器 的 结 构 原 理4.压 力 、 差 压 变 送 器 调 试 基 本 知 识5.压 力 、 差 压 变 送 器 的 故 障 处 理 目 录 5 1.压 力 、 差 压 变 送 器 概 述 变 送 器 是 对 各 种 工 艺 参数 ， 如 温 度 ， 压 力 、 流 量 、液 位 、 成 分 等 物 理 量 进 行 检测 ， 并 转 化 成 统 一 标 准 信 号 ：（ DC4-20mA， DC1-5V） ， 以供 显 示 、 记 录 或 控 制 之 用 。扩散硅式压力变送器 四线制二线制电容式压力变送器 1-盖 ； 2-放 大 器 盒 盖 ； 3-敏 感 元 件 输 出

3、 电 缆 及 插 头 ； 4-零 点 、阻 尼 、 量 程 调 节 螺 钉 ； 5-放 大 器 ； 6-定 位 螺 钉 ； 7-外 壳 锁 紧 螺 母 ；8-容 室 紧 固 螺 栓 ； 9-外 壳 1.压 力 、 差 压 变 送 器 概 述 6 7 2.压 力 、 差 压 变 送 器 的 分 类2.1.电 容 式 压 力 、 差 压 变 送 器2.2.扩 散 硅 式 压 力 、 差 压 变 送 器2.3.膜 盒 式 压 力 、 差 压 变 送 器2.4.智 能 式 压 力 、 差 压 变 送 器扩散硅式压力变送器 电容式压力变送器 工 业 压 力 变 送 器 数 字 压 力 变 送 器 隔 膜

4、 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2.压 力 、 差 压 变 送 器 的 分 类 8 9 3.1.电 容 式 压 力 、 差 压 变 送 器3.1.1.结 构 组 成 由 测 量 部 件 、 转 换 电 路 、放 大 电 路 三 部 分 组 成感 压膜 片P C Ii 反 馈 电 路- If调 零 、 迁 移电 路 I I04 20 mAd测 量 部 件 转 换 电 路 放 大 电 路测 量 原 理 图 3.1.电 容 式 压

5、 力 、 差 压 变 送 器 10 3.1.2.测 量 原 理n 差 动 平 板 电 容 器 有 三 个 极 板， 中 间 一 个 电 极 板 为 活 动 电极 板 ， 两 端 为 固 定 电 极 板 。电 容 变 化 量 与 活 动 电 极 的 位移 成 正 比 。 当 位 移 较 小 时 ，近 似 满 足 线 性 关 系 。n 差 动 电 容 的 相 对 变 化 量 与 输入 差 压 成 线 性 关 系 。 变 送 器基 本 不 受 温 度 的 影 响 。 n 转 换 环 节 检 测 出 差 动 电 容 的相 对 变 化 量 ， 将 其 转 换 成 4 20mA 的 直 流 电 流 输 出

6、 。3.1.电 容 式 压 力 、 差 压 变 送 器P 1 P2P1P2 11 12 3.1.电 容 式 压 力 、 差 压 变 送 器3.2.3.转 换 电 路n作 用 :电 容 的 相 对 变 化 量 差 动 电 流 ， 并 实 现 非 线 性 补 偿 。n结 构 组 成 :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 ）测 量 部 件 电 容 -电 流 转 换 器P dIP1 P2P1P2 PfCC CCfI ii iid 12 1212 12 ii ii CC CC 3

7、.1.电 容 式 压 力 、 差 压 变 送 器整 机 电 路 流 程 图 13 14 3.1.电 容 式 压 力 、 差 压 变 送 器整 机 电 路 15 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。振 荡 控 制放 大 器 解 调 器 振 荡 器电 路 组 成 : Pf CC CCfI ii iid 12 12 振 荡 器 3.1.电 容 式 压 力 、 差 压 变 送 器 16 振 荡 器变 压 器 反 馈 式 振 荡 器其 作 用 为 ： 向 电 容 式压 力 传 感 器 的 Ci1和 Ci2

8、提 供 高 频 电 源 。振 荡 器 的 等 效 电 路 3.1.电 容 式 压 力 、 差 压 变 送 器 17+ i2i2 +i1 i1 解 调 器 (+) (+)i2 i 2i1 i1 3.1.电 容 式 压 力 、 差 压 变 送 器 18 3.1.电 容 式 压 力 、 差 压 变 送 器解 调 器作 用 ： 对 通 过 差 动 电 容 Ci1、 Ci2的 高 频 电 流 进 行 半 波 整 流振 荡 器 输 出 为 正 半 周 时 ， 电 流 i1 的 路 线 为 ：T1(3) D7 D3 C1 Ci1 C17 R6 R8 T1(10)振 荡 器 输 出 为 正 半 周 时 ， 电

9、 流 i2 的 路 线 为 ：T1(2) D6、 D2 C2 Ci2 C17 C11 T1(11)振 荡 器 输 出 为 负 半 周 时 ， 电 流 i 2 的 路 线 为 ：T1(12) R7 R9 C17 Ci2 C2 D1、 D5 T1(1)振 荡 器 输 出 为 负 半 周 时 ， 电 流 i1 的 路 线 为 ：T1(11) C11 C17 Ci1 C1 D4、 D8 T1(2) 19 放 大 转 换 部 分 放 大 电 路 的 作 用 :将 测 量 部 分 输 出 的 差 动 信 号 Id放 大 并 转换 成 420mA的 直 流 输 出 电 流 ， 实 现 量 程 调 整 、 零

10、 点 调 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 20 电 流 放 大 电 路 将 Id放 大 并 转 换 成 420mA的 直 流 输 出 电 流 ， 并 实 现 量 程 调 整。 3.1.电 容 式 压 力 、 差 压 变 送 器输 出 电 流 Io路 线 为 ：E+ D11 R31 W3 R33 D12 R18 R 34 C11VT2 VT4 RL E 21 22 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

11、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 )。 cOc URR RRURR RRIII 86 86286 6821 021 cdd UUU P (Ci2+Ci1) 回 路 阻 抗 振荡 器 振 荡 幅 度 Uc Ic Ic和 K2的 变 化 方 向 相 反 ， Id与 P成 线 性 关 系 。则 IC1输 入 为 : cO UIIRR RRURR RR )( 2186 86286 86 3.1.电 容 式 压 力 、 差 压 变 送 器 23 振 荡 控 制 放 大 器作 用 : 控 制 流 过

12、D1、 D5和 D3、 D7的 电 流 之 和 I2+I1 即 Ic 等 于 常 数 。 286 860286 8297 91 OOd URR RRURR RURR RU 常 数 286 6812 oURR RRII )( 1286 86186 86297 972 IIRR RRIRR RRIRR RRUd 021 ddd UUU定 性 分 析 ： (I2+I1) Ud2 Ud V01 U01 (U01是 以正 电 源 为 基 准 ) 振 荡 器 振 荡 幅 度 变 压 器 T1输 出 电 压 使 (I2+I1) (I2+I1恢 复 到 原 来 的 数 值 ) 3.1.电 容 式 压 力 、

13、差 压 变 送 器 24扩 散 硅 式 差 压 变 送 器 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 。 工 作 原 理 ：扩 散 硅 压 阻 传感 器 的 应 变 电 阻 阻值 在 P作 用 下 发 生变 化 ， 使 硅 桥 产 生不 平 衡 电 压 U s， 再经 前 置 放 大 并 转 换成 Io输 出 。 3.2.扩 散

14、硅 式 压 力 、 差 压 变 送 器 25 3.2.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 。n 扩 散 硅 式 压 力 变 送 器 具 有 体 积 小 、 重 量 轻 、 结 构 简 单 、 稳 定 性好 和 精 度 高 等 优 点 。n 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 室连 通 ， 用 以 感 受 压 力 的 变 化 。

15、 中 间 受 拉 ， 两 边 受 压 电 路 部 分 扩 散 硅 式 差 压 变 送 器 放 大 电 路3.2.扩 散 硅 式 压 力 、 差 压 变 送 器 26 n 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 p或 压 力 p转 换 成 作 用 于 主 杠 下端 的 输 入 力 F。 这 个 输 入 力 F再 经 过 转 换 、 放 大 后 ， 可 以 输 出0 10mA 或 4 20mA 电 流 信 号 ， 送 给 其 它 仪 表 进 行 显 示 或 组成 自 动 控 制 系 统 。3.3.膜 盒 式 差 压 变 送 器 27

16、28 3.4.智 能 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 是由

17、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 。 29 3.4.智 能 式 差 压 变 送 器 30 ST3000差 压 变 送 器 复 合 型 扩 散 硅 传 感 器 : 在 单 个 芯 片 上 形 成 差 压 、静 压 和 温 度 三 种 用 途 的感 测 元 件 。测 取 传感 器 数 据 写 入 传 感 器 特 性 数 据 编 程 器 写入 变 送 器参 数 ， 动态 保 护 工作 状 态 下的 RAM数据 。掉 电 后 重 新 上电 时 装 回 数 据 传 输 数据

18、 设 定器 数 据生 产 用 计 算 机 3.4.智 能 式 差 压 变 送 器 ST3000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SFC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 ，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（ 1） 组 态（ 2） 测 量 范 围 的 改 变（ 3） 变 送 器

19、 的 校 准（ 4） 自 诊 断（ 5） 变 送 器 输 送 /输 出 显示 （ 6） 设 定 恒 流 输 出 3.4.智 能 式 差 压 变 送 器 31 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。4.压 力 、 差 压 变 送 器 调 试 基 本 知 识 零 位 调 整 范 围 1151可 以 进

20、行 500%的 正 迁 移 或 600%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 负迁 移 量 ， 则 可 将 跨 接 件 插 到 “ 正 迁 移 ” （ SZ） 或 “ 负 迁 移 ”（ EZ） 的 位 置 上 。 注 意 ： 此 跨 接 件 位 于 放 大 板 的 元 器 件 侧 ， 要 触 及 此

21、 跨 接 件必 须 将 放 大 板 从 变 送 器 中 拔 出 。4.压 力 、 差 压 变 送 器 调 试 基 本 知 识 线 性 调 整 变 送 器 可 以 调 校 在 过 零 位 的 测 量 范 围 上 （ 例 如 ： 18.68 18.68kPa） 。 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 。 除 零 位 和 量 程 的 调 整 以 外 ， 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 ， 但 是 要 获 得 更高 的 线 性

22、， 可 重 调 零 位 和 量 程 。 4.压 力 、 差 压 变 送 器 调 试 基 本 知 识 输 出 过 大1） 导 压 管a. 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 。c. 检 查 变 送 压 力 容 室 内 有 无 沉 积 物 。2） 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 连 接 情 况 。b. 检 查 8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 。 35 5.压 力

23、、 差 压 变 送 器 的 故 障 处 理 36 3） 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 。b. 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 。 ）5) 电 源输 出 过 小 或 无 输 出1） 接 线 回 路a. 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 。 (测 试 电 压 不 高 于 100V)5.压 力 、 差 压 变 送 器 的 故 障

24、 处 理 37 2） 导 压 管a. 检 查 管 道 压 力 连 接 是 否 正 确 ；b. 检 查 导 压 管 是 否 泄 漏 或 堵 塞 ；c. 检 查 充 液 导 压 管 中 是 否 存 在 有 气 体 ；d. 检 查 变 送 器 的 压 力 容 室 中 有 无 沉 积 物 。3） 变 送 器 的 电 气 连 接a. 检 查 变 送 器 传 感 器 组 件 的 引 出 线 是 否 短 接 ；b. 保 证 刺 刀 式 插 头 座 处 清 洁 和 检 查 传 感 器 组 件 连 接 情 况 ；c. 检 查 8号 插 针 是 否 可 靠 接 表 地 壳 。5.压 力 、 差 压 变 送 器 的

25、 故 障 处 理 4) 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 。5） 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 ；b. 更 换 有 故 障 的 电 路 板 。6） 传 感 器 组 件 （ 参 考 传 感 器 组 件 的 检 查 。 ）5.压 力 、 差 压 变 送 器 的 故 障 处 理 38 输 出 不 稳 定1) 接 线 回 路 检 查 是 否 有 间 歇 性 的 短 路 、 开 路 和 多 点 接 地 现 象 。 (测 试电 压 不 高 于 100V)2) 被 测 液

26、体 波 动 调 整 电 路 的 阻 尼 作 用 。3) 导 压 管 检 查 充 液 导 压 管 内 有 无 气 体 。5.压 力 、 差 压 变 送 器 的 故 障 处 理 39 4) 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 ；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 。c. 检 查 8号 插 针 是 否 可 靠 接 表 壳 地 。5) 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 。b. 更 换 有 故 障 的 电 路 板 。5.压 力 、 差 压 变 送 器 的 故 障 处 理 40 42