EJA系列差压变送器

EJA系列差压变送器详细介绍：

开发背景：

             DPharp EJA 差压压力变送器（Differen-tial Pressure/Pressure high accuracy reso-nant sensor pressure transmitter）是由日本横河电机株式会社于94年开发的高性能智能式差压、压力变送器，采用了世界上的单晶硅谐振式传感器技术，自投放市场以来，以其优良的性能受到客户好评。EJA在DPharp EJA变送器基础上实现了以下设计目标：

1、除保证高精度外，传感器自身消除了静压、温度等变化产生的。

2、可长期连续使用的高可靠性。

3、小型、轻量、使其不受安装场所的限制，可自由安装。

4、采用微型计算机技术，具有完整的自诊断功能和通讯功能。

5、能保持零点的长期稳定性，提高了维护效率。

EJA特点：

♦单晶硅谐振式传感器

♦采用微电子机械加工高新技术（MEMS）

♦传感器直接输出频率信号，简化与数字系统的接口

♦高精度，一般为0.065%

♦高稳定性和高可靠性

♦连续10万次过压试验后量≤0.03%16MPa

♦BRAIN/HART/FF/PROFIBUS现场总线四种通讯协议

♦完善的自诊断及远程设定通讯功能。

♦可无需三阀组而直接安装使用

♦基本品的接液膜片材质为：哈氏合金C-276

♦外部零点/量程调校

工作原理：

              由单晶硅谐振式传感器上的两个H形的振动梁分别将差压、压力信号转换为频率信号，送到脉冲计数器，再将两频率之差直接传递到CPU（微处理器）进行数据处理，经D/A转换器转换为输入信号相对应的4-20mA DC的输出信号，并在模拟信号上叠加一个BRAIN/HART数字信号进行通信。

              膜盒组件中内置的特性修正存储器存储传感器的环境温度、静压及输入/输出特性修正数据，经CPU运算，可使变送器获得优良的温度特性和静压特性及输入/输出特性。

              通过I/O口与外部设备（如手持智能终端BT200或275以及DCS中的带通讯功能的I/O卡以数字通信方式传递数据，即高频2.4KHZ（BRAIN协议）或1.2kHz（HART协议）数字信号叠加在4-20mA的信号线上。在进行通讯时，频率信号4-20mA的信号不产生任何扰动。

A、结构原理：图2为单晶硅谐振传感器的核心部分，即在一单晶硅芯片上采用微电子机械加工技术（MEMS），分别在其表面的中心和边缘作为两个形状、大小*一致的H形状的谐振梁，且处于微型真空腔中，使其既不与充灌液接触，又确保振动时不受空气阻尼的。

B、谐振梁振动原理：图3所示，硅谐振梁处于由*磁铁提供的磁场中，与变压器、放大器等组成一正反馈回路，让谐振梁在回路中产生振荡。

C、受力情况：当单晶硅片的上学表面受到压力并形成压力差时将产生形变，中心处受到压缩力，边缘处受到张力，因而两个H形状谐振梁分别感受不同应变作用，其结果是中心谐振梁因受压缩力而频率减少，边侧谐振梁因受张力而频率增加，即两个频率之差对应不同的压力信号（如图4）。

 EJA优良性能：

A、优良的温度特性：如图5所示数据是随着环境温度的变化观测到的零点和满度的变化，可以看出，具有很好的温度特性。

温度变化为什么对EJA没有呢？这是由传感器的固有结构决定的。如图6所示，为输入差压与频率的关系，在正常温度时，谐振片的频率如图中实线所示，边侧谐振片的频率（fr）随着压力的增加而上升，中心谐振片的频率（fc）随着压力增加而减少。

当温度上升，由于边侧谐振梁和中心谐振梁形状、尺寸*一致，故在相同的温度状态下，变化量一致。

图中虚线表示高温度时的频率特性，在同一温度状态下相同比率变化，由于需要的是频率之差，故变化量相互抵消，因此自动消除误差的。

可通过一下关系式得知：

Iout（0）：常温时的输出

Iout（t）：高温时的输出

Iout（0）=fr-fc

Iout（t）=（fr-△fr）-（fc-△fc）

             =（fr-fc）-（△fr-△fc）

             =Iout（0）-（△fr-△fc）

∵△fr=△fc

∴Iout（t）=Iout（0）

B、优良的静压特性：图7所示为膜盒受静压后的零点变化，分别承受50、100、150kgf/cm2的静压后，零点几乎无变化，具有很好的静压特性。

为什么静压对EJA的输出无呢？这也是由传感器的固有结构决定的。

如图8所示为输入压力与传感器频率的关系，

图中实线表示在大气压下频率的变化，边缘谐振片频率（fr）随着压力的增加而增大，而中心谐振片的频率（fc）随着压力的增加而减少。

当加有静压（工作压力）时，由于两谐振片的形状、尺寸*一致且又处于同一场所，故频率的变化量（减少）一样（如图中虚线所示）。因需检测两频率之差，所以两频率的变化梁相互抵消。

从以下关系式可知：

Iout（0）：在大气压下的输出

Iout（p）：加静压时的输出

Iout（0）=fr-fc

Iout（p）=（fr-△fr）-（fc-△fc）

             =（fr-fc）-（△fr-△fc）

             =Iout（0）-（△fr-△fc）

∵△fr=△fc

∴Iout（P）=Iout（0）

C、优良的单向过压特性图9、图10所示为在14mpa过压下作持续

对EJA的高低压侧反复施加10万次的试验后对零点（zero）的和过大压后的长期稳定性，可以看出前后几乎没有什么变化。

因此，EJA具有非常的单向过压性能。

EJA为什么有的单向过压性能呢？这是由传感器的结构决定的。

当有单向压力作用时，接液（隔离）膜片内侧的硅油向中心膜片移动，硅油传递压力到硅谐振传感器，压力增大到某一数值时，接液（隔离）膜片与本体*接触在一起，此时，外部压力不管怎样增大，硅油的压力不会增大（如图11），因此，硅谐振传感器收到一定的压力后就不会再受到更大的压力，有很好的保护能力，即使收到了一定力的作用，由于单晶硅材料的恢复性能特别好，故也能*恢复而*。

电容式传感器的中心膜片即起隔离作用，同时又起测量作用，当有过大压力作用其上时，中心膜片变形，去掉压力后，由于金属固有的滞后性，不能*恢复从而有误差。