电容式差压变送器工作原理

电容式差压变送器是20世纪80年代研制开发的新型差压变送器，它利用单晶硅谐振传感器，采用微电子表面加工技术，除了保证±0.2%的测量精度外，还可实现抵制静压、温飘对其影响。由于配备了低噪声调制解调器和开放式通讯协议，目前的电容式差压变送器可实现数字无损耗信号传输。

一、结构及工作原理

变送器主要有检测部分和信号转换及放大处理部分组成。

检测部分由检测膜片和两侧固定弧形板组成，检测膜片在压差的作用下可轴向移动，形成可移动电容极板，并和固定弧形板组成两个可变电容器C1和C2，结构及电气原理可见图6-11。

检测前，高、低压室压力平衡，P1 =P2；按结构要求，组成两可变电容的固定弧形极板和检测膜片对称，极间距相等，C1 =C2。

当被测压力P1和P2分别由导入管进入高、低压室时，由于P1 >P2隔离膜片中心将发生位移，压迫电解质使高压侧容积变小。当电解质为不可压缩体时，其容积变化量将引起检测膜片中心向低压侧位移，此位移量和隔离膜片中心位移量相等。根据电工学，当组成电容的两极板极间距发生变化时，其电容量也将发生变化，即从C1=C2变为C1≠C2。

由电气原理图可知，未发生位移时，I1=I2=0；ι1+ι2=ιc；发生位移后，由于相对极间距发生变化，各极板上的积聚电荷量也发生变化，形成电荷位移，此时反映出I1≠ I2，两者之间将产生电流差，若检测出其值大小以及和压差的关系，即可求取流量。

二、变送电流与压差的关系                                                                                        '

设：未发生位移时，按电容定义：

式中 K——比例常数；

ε——介电常数；

S——弧形板面积；

d0-——弧形板和可动极板之间相对平均距离。

当发生位移Δd后，仍按电容定义有：

由图6-11可看出，在电动势为e，角频率为ω的高频电源驱动下，其充放电流差为：

将C1和C2定义表达式带入上式，有：

由推导结果可以得出，电流差和可动极板（检测膜片）中心位移成正比，由于此位移和被测压差成正比，所以电流差与被测压差以及流量均成正比。

三、电容式差压变送器的特点

电容式差压变送器*由密封测量元件组成，可消除机械传动所造成的瞬时冲击和机械振动。另外高、低压测量室按防爆要求整体铸造而成，大大抑制了外应力、扭矩以及静压对测量准确度的影响。

四、差压变送器在应用中的故障诊断与分析

　　1. 调查法：回顾故障发生前的打火、冒烟、异味、供电变化、雷击、潮湿、 误操作、误维修。
 

　　2. 直观法：观察回路的外部损伤、导压管的泄漏，回路的过热，供电开关状态等。
 

　　3. 检测法：
 

　　1） 断路检测：将怀疑有故障的部分与其它部分分开来，查看故障是否消失，如果消失，则确定故障所在，否则可进下步查找，如：智能差压变送器不能正常Hart远程通讯，可将电源从表体上断开，用现场另加电源的方法为变送器通电进行通讯，以查看是否电缆是否叠加约2kHz的电磁信号而干扰通讯。
 

　　2） 短路检测：在保证安全的情况下，将相关部分回路直接短接，如：差变送器输出值偏小，可将导压管断开，从一次取压阀外直接将差压信号直接引到差压变送器双侧，观察变送器输出，以判断导压管路的堵、漏的连通性。
 

　　3） 替换检测：将怀疑有故障的部分更换，判断故障部位。如：怀疑变送器电路板发生故障，可临时更换一块，以确定原因。
 

　　4）分部检测：将测量回路分割成几个部分，如：供电电源、信号输出、信号变送、信号检测，按分部分检查，由简至繁，由表及里，缩小范围，找出故障位置。
 

　　差压变送器的选择
 

　　差压变送器是测量工艺管道或罐体中介质的压力差，并且通过数据的转换、开方将测量的差压值转换成电流信号输出。选择差压变送器需要知道如下的参数：
 

　　1、差压值
 

　　2、介质
 

　　3、介质的工作压力
 

　　4、介质的工作温度
 

　　 5、是智能还是模拟