压力差压变送器的结构原理与故障处理

大家好！欢迎您的参与！12《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。341.压力、差压变送器概述2.压力、差压变送器的分类3.压力、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51.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672.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893.1.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ΔP↑ΔCIi反馈电路-If调零、迁移电路II04～20mAΔd↑测量部件转换电路放大电路测量原理图3.1.电容式压力、差压变送器103.1.2.测量原理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。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。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。3.1.电容式压力、差压变送器P1P2P1P211123.1.电容式压力、差压变送器3.2.3.转换电路作用:电容的相对变化量→差动电流，并实现非线性补偿。结构组成:振荡器、解调器、振荡控制放大器及线性调整电路。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ΔPdIP1P2P1P2PfCCCCfIiiiid12121212iiiiCCCC振荡器解调器线性调整IC1基准电压稳压源IC3功放限流负反馈调零零迁RLIoE－If＋IdIz（│）VcVr差动电容3.1.电容式压力、差压变送器整机电路流程图13143.1.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:PfCCCCfIiiiid1212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+i1i1i1解调器++i1i1i2i2(+)(+)i2i2i1i1i2i2(+)i2i2(+)i1i1i13.1.电容式压力、差压变送器183.1.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)→D7D3→C1→Ci1→C17→R6∥R8→T1(10)振荡器输出为正半周时，电流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i2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4~20mA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。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4~20mA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→R34C11VT2→VT4→RL→E－21课间休息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)。cOcURRRRURRRRIII86862866821021cddUUUΔP↑→(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ΔP成线性关系。则IC1输入为:cOUIIRRRRURRRR)(218686286863.1.电容式压力、差压变送器23振荡控制放大器作用:控制流过D1、D5和D3、D7的电流之和I2+I1即Ic等于常数。286860286829791OOdURRRRURRRURRRU常数2866812oURRRRII)(12868618686297972IIRRRRIRRRRIRRRRUd021dddUUU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、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Us，再经前置放大并转换成Io输出。3.2.扩散硅式压力、差压变送器253.2.扩散硅式压力、差压变送器扩散硅压力变送器利用单晶硅的压阻效应而构成。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。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。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由测量部分和转换部分组成。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27283.4.智能式差压变送器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，使用灵活。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。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，智能差压变送器包括传感器部件和电子部件两部分。293.4.智能式差压变送器30ST3000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，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。355.压力、差压变送器的故障处理363）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、差压变送器的故障处理372）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394)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谢谢大家！您的收获是我最大的成长！42Thankyou！