1151-电容式模拟压力变送器技术培训教材

1151电容式模拟压力变送器技术培训教材1.仪表基本工作原理:仪表采用微位移电容传感器,被测压力作用于膜头的隔离膜片,通过灌充硅油,传导到电容室(δ室)的中心感压膜片,使之产生微位移从而改变了电容室的差分电容,经过特殊设计的电子电路,将此差分电容的相对值转换为电流信号加以放大输出.因此整个变送器除中心感应膜片的微小位移外,(仅0.1MM),无机械传动及调整装置.顾精度高,稳定性好,抗静压和振动.由于上述特点,罗斯蒙特核级压力变送器1152,1153及1154的基本原理均采用电容式传感器及配套的模拟电子电路.1-1:核心部件的结构特点:参考上图,1151核心部件/俗称:模头的主要分为5部分:中心感压膜片6.是在施加予张力条件下焊接的.这样一来,既可使膜片的位移与输入差压成线性关系,又可以大大减小正负压室法兰的张力和力矩影响而产生的误差.中心膜片两侧为弧型电极(Alphaline®),可以有效地克服静压的影响及单向过压保护的问题.除中心感压膜片6.外,(正,负压侧弧型电极8,10差动电容的固定电极),正,负压侧隔离膜片16,5,玻璃绝缘体1和敏感部件基座18构成室.室中充满灌充液,(硅油或氟油),用以传递压力.为保证充液不会汽化,变送器的工作温度压力点必需落在其灌充液/油的汽化曲线的上方!(Y轴为绝压)1151------充硅油时,MAX:104C!@1Atm.这与1152型核变是一样的.中心感压膜片6与正,负压侧弧型电极8,10差动电容的固定电极构成两个差分电容,C-1,C-2;当输入压力为零时,该电容约为150pf.1-2:由上述特点得到的测量原理:电容式压力传感器的理论分析证明其传输特性为:1.差动电容的相对变化值△Cid/△Cis与被测差压成线性关系.2.差动电容的相对变化值△Cid/△Cis与灌充液的介电常数无关.这样一来,传感器的温度系数大为改观.*Cid=两电容之差;*Cis=两电容之和;1-3:转换放大部分的电子电路:电路主要包括电容-电流转换电路和放大及输出限幅电路两部分.前者由振荡器,解调器,振荡控制放大电路和线性调整电路4部分组成;后者由电流放大,量程调整,零点调整迁移电路,输出限幅电路及阻尼调整电路等构成.各电路的相互联系请参考下图.注意,电路的关键功能是输出一个与模头电容成正比的信号电流给后面的放大电路.A:电容/电流转换及线性调整电路:差动电容传感器的δ室由振荡器供电.因此,两个电容的电容量变化导致振荡器的等效谐振电容变化,从而影响振荡频率,经解调器相敏整流后,被转化为电流的变化,它输出两组信号:如忽略分布电容的影响,其差模信号Id的大小与差动电容的变化之差成正比;另一组为共模信号Ic它与两电容之和Cis成正比;即:式中:峰值电压25-32V,频率:32Khz.可见,共模与差模电流的平均值不仅与差分电容有关,还与振荡器输出电压峰值及频率成正比.我们的问题就是要排除上述除差分电容以外的影响,让输出电流的平均值仅与电容的变化率成线性关系.参照下图,并进行节点分析可得到上式.电容电流转换电路电容电流转电路的工作原理:由电路图可知:式中Ic,Id分别为流过电容C1,C2的交流平均电流之和与之差,与传感器的模片电容之和与之差成正比.fVppCiCiiiIcfVppCiCiiiId*)12(21*)12(12fVppCiCiiiIcfVppCiCiiiId*)12(21*)12(12两式相除得:该式表明,只要维持Ic的恒定,即可使差动信号与差动电容的相对值成线性关系.如何实现这一目的呢?这就是控制振荡器的任务!共模信号Ic作为振荡控制放大电路的输入,通过IC1的深度闭环负反馈作用来控制振荡器的供电电压(25-30V/32KHZ),即IC1的输出,也即振荡器的振幅,反过来实现Ic的恒定.从而保证了Id与差压ΔP之间的单一因果关系.Id与调零信号及反馈信号(量程信号)迭加后经电流放大电路放大成4-20mA的输出电流Io.由于深度的负反馈,Io与Id保持高度的线性.线性补偿电路:由于传感器的δ室的电容电极存在分布电容,该电容使得δ室的总电容值(见下式分母)随差压的增加而增大的非线性因素无法忽略,从而使传感器的差模信号Id与ΔP之间不存在线性关系.为克服分布点容所造成的非线性误差,在变送器线路中设计了线性补偿电路.该电路使Ic随ΔP的增加而适当减少来补偿总电容值的变化,从而使Id输出保持线性.线性调整是通过电位器R24实现的.补偿的结果可使非线性误差小于+/-1%..B:放大及输出限幅电路:放大及输出限幅电路的作用是把电容电流转换成符合仪表控制要求的标准信号,如4-20MA.如同振荡控制电路,输出放大同样采用深度负反馈,通过电位器调整反馈量从而改变放大器的增益进行量程调整.要注意的是,该调整会影响零点!零点是通过对IC3的偏置电压进行调整实现的,同时,对偏置电压分挡调节实现零点的迁移.同样情况,零点的变动会影响满度值(但不是跨度),因此上述调整要反复进行!这与智能变送器不同!为了限制输出电流的最大值,电路利用晶体管饱和结电压,构成30MA限流电路.上述电路将变送器的电路控制在2.7MA至30MA之间.C:阻尼电路:为使变送器具有抑制输入差压瞬间变动对输出电流的干扰,电路中设有阻容式时间常数电路,用来调整阻尼系数(0.2S-1.67S)1212CiCiCiCiIcId1212CiCiCiCiIcIdD:零点及量程的温度补偿:根据变送器模头的正,负温度系数,电子电路内设置了负温度系数的热敏电阻来补偿零点及量程的误差.零点的温度补偿电阻在仪表出厂时经过计算机测试系统的精确选定,以保证补偿的最佳结果.1151电容式压力变送器电原理图E:仪表的输入电路:D14的作用是为保证指示表头未接入时的输出电流通路,D13除起稳压作用外,还起电源反向保护作用.由于变送器电子电路内部为电容藕合接地,因此,如使用兆欧表检查对地绝缘电阻时,其输出电压不宜超过100V!2.仪表的选型安装:2-1:1151的工作类型及相应量程:1151变送器按用途不同分为差压,表压,绝压等类型.除此以外,共有8种量程可选.表压范围从7.5Kpag到41369Kpag,差压范围从7.5Kpa到6895Kpa,绝压范围从37Kpa到6895Kpa.此技术指标1152型核表与其一样.2-2:静压的限制:静压范围对电力应用十分重要,因此有必要关注.例如:DP型变送器量程4,5,零点误差为2000Psi下+/-0.25%URL!量程误差可修正至:+/-0.25%输入读数./1000Psi.对于1151DP系列产品,任意一侧压力加至0-13.79Mpa时,不会引起损坏!同样,在上述静压范围内所有性能指标保持不变.对于1151HP系列产品,任意一侧压力加至0psia-4500psig(0-31Mpa)时,不会引起损坏!同样,在上述静压范围内所有性能指标保持不变对于1151AP系列产品,为13.79Mpa.对于1151GP系列产品,其安全使用范围示量程的不同而不同,范围应在13.79Mpa-51.71Mpa.2-3:量程可调范围:当使用差压变送器测量流量时,量程可调范围变得十分重要.量程可调范围的定义是:URV/MINIMUNSPAN!例如:1151S:50:1;1152D/A6:12-4:安装不当对仪表的最终性能影响很大.常见的安装问题大致有:1.泄漏2.摩擦损失3.气体引压管中有液体或液体引压管中有气体.(压头误差)4.测差压时,引压管温度不等引起密度变化(压头误差)5.变送器安装不当.针对气体,液体,蒸汽应用的不同安装.2-5:仪表的投运1.把排气,排液工作.2.测量液体,蒸气时应先行充液.3.差压变送器投运时,应避免单向受压.即:开平衡阀高压侧低压侧关平衡阀4.清零.5.调阻尼.6.手操器的应用.使用手操器可以大大方便用户对智能仪表的现场组态,调校及故障诊断.对使用HART通讯协议的仪表,其最小负载电阻为250欧姆!现有的最新手操器型号为375型.你必须了解每一个仪表的DDS菜单以便熟练操作.通过操作培训,你可以掌握必要的步骤.常用的功能菜单包括:1.BASICSETUP(基本设置)在此菜单下,你可以完成:A.修改工程变量的单位及输出量程;B.工艺位号;C.输出变量的开方;D.输出变量的阻尼时间常数.2.DIAGNOTICSANDSERVICE(诊断及服务)在此菜单下,你可以完成:A.廻路测试;B.传感器的校验,主要为传感器清零;(ZEROTRIM)2.PROCESSVARIABLES(过程变量)在此菜单下,你可以观察:压力变量;4-20MA输出等主要参数.275型手操器的外形与键盘分布.1151S的菜单树375手操器的键盘3.模拟输出仪表的调校:智能式压力变送器因采用高性能的微处理器,因此,其线性化和各种补偿均自动进行.但是,通常的模拟输出仪表(大多数核级变送器属于此类)的补偿只能通过分立电子电路经人工完成.1151变送器的现场调校包括:*安装零点的调整.*阻尼的调整.(0.2-1.67S)*迁移量的调整.*线性度矫正.*静压的补偿调校.*此5项功能1152与其一样!3-1.现场调零E.安装变送器,释放或平衡仪表压力,并送电.F.等待仪表稳定.G.松开仪表的名牌,使用改锥调正零点螺母,使仪表输出4MA.此调正不会影响20MA的状态.任何由于安装引起的零点,可以用此法消除.3-2.迁移:A.迁移量:指零点的位置与仪表的当前量程跨度的百分比%.B.迁移范围:迁移后的零点及量程不应超过仪表的最大允许量程.C.大范围内的迁移须调整电子板上的跳线.(请参考跳线图)D.先进行零点基础上的量程校准,再进行迁移.E.负迁移为600%,正迁移为500%,迁移不影响SPAN.正负迁移图ZEROELEVATION:负迁移.ZEROSUPPRESSION:正迁移.迁移跳线3-3.线性化调整.A.通常无须进行.B.如需调整,则:1.加50%量程压力,2.记录该点的输出误差值.(mA)3.将此值乘以6后再乘以仪表的当前的量程比.4.如果上述值为负,则将其加在20mA上,反之减去.5.使用该输出值重校量程(即加满量程输入压力时调整阻尼电位器).下图为线性及阻尼调整电位器.3-4.阻尼调整.可通过下图组尼调整螺钉进行.出厂时为0.2S,最大可调整为16.67S.3-5.静压的补偿:A.静压影响定义为:每1000Psig静压对仪表标定量程的偏移误差.仅对差压变送器有意义!B.有3种办法计算补偿量:1.计算输入的压力,调校20MA.例如:RANGE-4,0-150H2O,静压1500PSI,查表得知补偿系数为:-0.0087,则有150+[(-0.0087X150)*1500/1000]=148.04H2O;施加上述压力作为量程值重新校准20MA.2.查表,找到给定压力下的输出值,加常压下的输入压力,调整量程电位器,校到此值.3.查表求得RANGE3-8的静压补偿系数.再计算相应输出.例如:RANGE-5的系数为0.131,则,0.131*1500Psi/1000Psi=0.197ma.则CAL.POINT=20MA+0.197=20.197MA.将仪表输出标定到此值即可!模头电路板4:故障的判断及排除:4-1.当变送器出现故障时,应首先排除外部电路及应用安装方面的因素.4-2.当确认仪表需要分解检查时,参照下图进行分解.4-3.如凭目视未发现有元器件损坏,则进行模头电容的接地和绝缘测试.4-4.参照模头电路板图,使用100V以下的兆欧表测试接插件1-4脚对模头外壳的电阻,应大于10兆欧.4-5.测试接插件第8脚对模头外壳的电阻,应为0欧姆.4-6.如上述测试正常,仍无法确定故障,应进行电子板更换测试,必要时,更换模头组件.1151变送器分解图完