压力变送器常用芯片

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所谓力传感器，是利用力敏感元件和转化元件及处理单元，将一个或多个力学量（张力、拉力、压力、重量、扭矩、内应力和应变等）转化为电信号输出（电压、电流、总线等）的器材。如今力传感器已广泛用于现代科技与社会生产中，例如测力传感器、扭矩传感器、传感器等力学传感器，现在被广泛用于工程机械、农业机械、高空作业车、工业机器人、特种车辆等高标准机械设备上。品牌，已成为品质稳定、性能优良、性价比高的象征。
有的测试系统既有扭力又有轴向力时则可以使用转矩转速轴向力三参数传感器，既可以避免轴向力对扭力测试的干扰又可以测量轴向力的信号。
(压力变送器常用芯片)

12~36VDC(两线制)标准24VDC±5%，纹波小于1％
-20~70℃(标准补偿)；特殊补偿由客户提出
（4~20mA）：RL=0.02/Vs-12-RD其中：U为电源电压，RD为电缆内阻
不带按键，通过PC机或手操器校准（带按键显示表产品，可通过按键组态调校）
不带按键，通过PC机或手操器校准（带按键显示表产品，可通过按键组态调校）
小于输出量程的0.1%BFSL/年
可忽略不计
±0.05%FS/10℃（0.1级）量程迁移后温度影响相应变大
在十二个月内不超过变送器的度（在大量程时）
阻尼时间可设置0~32S出厂时间设定为0.2S用户可通过PC机或手操器进行阻尼时间重新设置
(压力变送器常用芯片)

3.1概述思考题与习题（P101）变送器的理想输入输出特性如图如示:量程调整的方法？例：变送器原来为量程：0～1MPa，输出：4～20mA。要求把量程调整为：1～2.6MPa，输出不变。问应该如何调整？3.变送器输出信号与电源的连接方式3.2压力检测3.2.1压力的表示方法1．压力的基本概念及单位工程上定义的压力，是指均匀、垂直地作用在单位面积上的力。即物理学上的压强。用符号p表示。压力的单位是帕斯卡(简称帕，用符号Pa表示，1Pa=1N/m2)。其他一些压力单位：工程大气压、巴、毫米汞柱、毫米水柱等。换算关系：1标准大气压（atm）＝1.013*105Pa1工程大气压(kgf/cm2)=0.98*105Pa1mmH2o=0.98*10Pa1mmHg=1.33*102Pa1bar=105Pa压力的表示方式：绝对压力、表压力，负压或真空度。它们之间的关系如图2-25所示。3.2.2压力检测的主要方法和分类①液柱式压力检测仪表根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量（例如：U型管压力计）特点：测量低压、微压；可作实验基准仪表②弹性式压力检测仪表将被测压力转换成弹性元件变形或位移③电气式压力检测仪表将被测压力的变化转换为电阻、电容、电势等各种电量④活塞式压力检测仪表根据液压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量进行测量。特点：测量精度高（可达0.05％～0.02％）,测量范围宽，可作压力校验仪表；结构复杂，价格较高。3、膜盒式差压变送器4．电容式差压变送器（1）电容式压力传感器测量原理；将弹性元件的位移转换为电容量的变化，以测压膜片作为电容器的可动极板，它与固定极板组成可变电容器。（2）电容式差压变送器电容式差压变送器是一种无杠杆机构的变送器，它采用差动电容作为检测元件。具有结构简单，性能稳定，粘度较高等特点。3.2.5电气式压力检测1．应变式压力传感器敏感元件为应变片，是由金属导体或者半导体材料制成的电阻体。应变效应：导体或半导体发生变形时，其电阻值将发生变化，应变效应：其中：ε－应变；K－材料的应变系数，金属材料为2～6，半导体为60～180。一般将应变片粘贴在弹性元件上，构成应变片压力传感器。应变片压力传感器所用弹性元件可根据被测介质和测量范围的不同而采用各种形式，常见的有园膜片式、弹性梁式、应变筒式等等。应变筒式的压力传感器如图所示：3.2.7压力检测仪表的选用与安装1．压力检测仪表的选择原则（1）仪表类型的选择依据：生产工艺、被测介质性质、环境条件（3）仪表精度的选择要求：实际被测压力允许的最大绝对误差＜仪表的基本误差思考题与习题（P101）19某空压机缓冲罐，其正常工作压力范围为1.l～1.6MPa，工艺要求就地指示压力，并要求测量误差小于被测压力的±5％，试选择一个合适的压力表（类型、量程、精度等级等），并说明理由。（3）差压变送器的安装三阀组：切断阀1、2和平衡阀3。3.3温度测量3.3.1温度检测方法1．温度的测量与分类温度：表征物体冷热程度。测量方法（依据测量体和被测介质接触与否）:接触式测温和非接触式测温。2.接触式测温常用于-100～1800℃温度的测量，优点：方法简单、可靠，测量精度高。缺点：由于需进行充分的热接触，测量时需有一定的响应时间（滞后），而且使用时往往会破坏被测对象的热平衡，产生附加误差。二极板间电容公式：输入压差Δp与可动中心感压膜片位移Δd的关系为：玻璃绝缘层内侧的凹球面形金属镀膜作为固定电极，中间被夹紧的弹性平膜片作为可动电极，从而组成两个电容器。输出：4～20mADC。有零点调节和零点迁移、量程调整等功能。解调器、振荡器、振荡控制放大器的作用是将电容比的变化按比例转换成测量电流Ii应变筒特点：轴向压缩，引起径向拉伸P=0：R3=R4=r1=r2P≠0：r1减小，r2增加，Ui增加温度t升高时：r1增加，r2增加，Ui保持不变r2作用：温度补偿轴向粘贴径向粘贴优点：测量范围宽（被测压力可达几百兆帕），良好的动态性能（适用于快速变化的压力测量）。缺点：有比较明显的温漂和时漂。
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一．准备工作罗斯蒙特3051C压力变送器的调试校准方法
我们知道差压变送器在应用中是与导压管相连接的，通常的做法，需要把导压管和差压变送器的接头拆开，再接入压力源进行校准。这样是很麻烦的，并且工作和劳动强度大，最担心的是拆装接头时把导压管扳断或出现泄漏问题。我们知道不管什么型号的差压变送器，其正、负压室都有排气、排液阀或旋塞；这就为我们现场校准差压变送器提供了方便，也就是说不用拆除导压管就可校准差压变送器。对差压变送器进行校准时，先把三阀组的正、负阀门关闭，打开平衡阀门，然后旋松排气、排液阀或旋塞放空，然后用自制的接头来代替接正压室的排气、排液阀或旋塞；而负压室则保持旋松状态，使其通大气。压力源通过胶皮管与自制接头相连接，关闭平衡阀门，并检查气路密封情况，然后把电流表(电压表)、手操器接入变送器输出电路中，通电预热后开始校准。
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罗斯蒙特3051系列压力变送器是经过40年电力行业考验的罗斯蒙特公司压力变送器中的系列产品之一。具有高可靠性、长期稳定性和易于维护的设计。无论从设计到安装，从维护到操作都能实现最优化的测量概念。
压力范围 从0–1.5psi 到0–4000psi（从0–10到0–27580kpa）0.075% 参考精度，包括线性度、迟滞性和重复性 量程比达到 100：1 较轻的重量、紧凑的尺寸有助于实现轻松安装和搬运 在实际过程工况下可达到5年的稳定性 性能规格 （零基量程、参考条件、硅油灌充液、和316l不锈钢隔离膜片。） 参考精度 ±0.075%标定量程。包括线性度、迟滞性和重复性的综合影响。 对于量程比小于5：1的量程，精度=±[0.025+（0.01）（url/量程）]%量程 环境温度影响 总体影响表示如下： ± （0.15%url+0.15%量程）/50°f（28°c） 环境温度范围从–40°f至185°f（-40°c至85°c） 稳定性 对于±50 °f（28°c）的温度变化，5年内达到±0.125%url。 振动影响 只考虑谐振频率影响，其它振动影响均忽略不计。在谐振下，与管道轴向成任意角度的方向施加15－2000hz的振动进行测试，振动影响小于 ±0.1%url/g. 电源影响 小于 ±0.01%标定量程/伏 安装位置影响 零点漂移可达 2.5inh2o（63.5mmh20），但可以修正掉。无量程影响。 射频干扰（rfi）影响 小于 ±0.25%量程上限（url）（20–1000mhz，30v/m，引线有配管）。小于±0.25% 量程上限（url）（20–1000mhz，10v/m，采用非屏蔽双绞线，无配管）。 瞬态电压保护极限 符合ieeec62.41，b 类 6kv峰值（0.5μs–100 khz） 3kv峰值（8×20 微秒） 6kv峰值（1.2×50 微秒） 符合ieee c37.90.1，抗冲击能力 swc2.5kv峰值，1.25mhz 波形 通用技术规格： 响应时间：< 1纳秒 峰值冲击电流：5000 a，对外壳 峰值瞬态电压：100v dc 回路阻抗：<25 欧姆 适用标准：iec61000-4-4、iec61000-4-5 罗斯蒙特3051gp压力变送器典型型号: 3051gp1a2b21ab4m5
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第六节电容式差压变送器;由于电源与信号分别传送，因此对电流信号的零点及元器件的功耗无严格要求。在该传输方式中，若变送器的一个输出端与电源装置的负端相连，也就成了三线制传输。 2两线制传输 变送器与控制室之间仅用两根导线传输。这两根导线既是电源线，又是信号线，如右图所示。图中的变送器称为两线制变送器。;采用两线制变送器不仅可节省大量电缆线和安装费用，而且有利于安全防爆。因此这种变送器得到了较快的发展。 要实现两线制变送器，必须采用活零点的电流信号。由于电源线和信号线公用，电源供给变送器的功率是通过信号电流提供的。在变送器输出电流为下限值时，应保证它内部的半导体器件仍能正常工作。因此，信号电流的下限值不能过低。国际统一电流信号采用4~2OmA(DC)，为制作两线制变送器创造了条件。 ;许多模拟变送器的构成方框图见右图，它包括测量部分（即输入转换部分）、放大器和反馈部分。测量部分用以检测被测参数x,并将其转换成能被放大器接受的输入信号zi(电压、电流、位移、作用力或力矩等信号)。反馈部分则把变送器的输出信号y转换成反馈信号zf，再回送至输入端。zi与调零信号z0的代数和同反馈信号zf进行比较，其差值?送入放大器进放大，并转换成标准输出信号y。;由下图可以求得变送器输出与输入之间的关系为: 式中，K—放大器的放大系数； F—反馈部分的反馈系数；C—测量部分的转换系数。 当满足深度负反馈的条件，即KF>>l时，上式变为: 上式表明，在KF>>l的条件下，变送器输出与输入之间的关系取决于测量部分和反馈部分的特性，而与放大器的特性几乎无关。如果转换系数C和反馈系数F是常数，则变送器的输出与输入将保持良好的线性关系。;变送器的输入输出特性示于右图，xmax和xmin分别为被测参数的上限值和下限值，也即变送器测量范围的上、下限值(图中xmin=0),ymax和ymin分别为输出信号的上限值和下限值。它们与统一标准信号的上、下限值相对应。 4量程调整、零点调整和零点迁移变送器涉及的另一个共性问题是量程、零点调整和零点迁移。;(2)零点调整和零点迁移 零点调整和零点迁移的目的，都是使变送器输出信号的下限值ymin与测量范围的下限值xmin相对应。即当x=xmin时，使y=ymin。在xmin=0时，为零点调整,在xmin不等于时，为零点迁移。也就是说，零点调整使变送器的测量起始点为零，而零点迁移则是把测量起始点由零迁移到某一数值(正值或负值)。;当测量起始点由零变为某一正值，称为正迁移；反之，当测量起始点由零变为某一负值，称为负迁移。 变送器零点调整和零点迁移可通过改变调零信号z0的大小来实现。当z0为负时可实现正迁移；而当z0为正时则可实现负迁移。;二、电容式差压变送器 (见教材P142～P146)电容式差压变送器是没有杠杆机构的变送器，它采用差动电容作为检测元件，整个变送器无机械传动、调整装置，并且测量部分采用全封闭焊接的固体化结构，因此仪表结构简单，性能稳定、可靠，且具有较高的精度。;高压侧进气口;各种电容式压力变送器外形图;法兰;变送器包括测量部分和转换放大电路两部分，其构成方框如图所示。输入差压?pi作用于测量部分的感压膜片，使其产生位移，从而使感压膜片（即可动电极）与两固定电极所组成的差动电容器之电容量发生变化。此电容变化量由电容—电流转换电路转换成电流信号，电流信号与调零信号的代数和同反馈信号进行比较，其差值送入放大电路，经放大得到整机的输出电流I0。;（一）测量部分（部件） 测量部分的作用是把被测差压?pi转换成电容量的变化。它由正、负压测量室和差动电容检测元件（膜盒）等部分组成，其结构如图所示。 差动电容检测元件包括中心感压膜片11，(即可动电极)，正、负压侧弧形电极12、10（即固动电极)，电极引线1、2、3，正、负压侧隔离膜片14、8和基座13、9等。在检测元件的空腔内充有硅油，用以传递压力。感压膜片和其两边的正·负压侧弧形电极形成电容Ci1和Ci2。无差压输入时，Ci1=Ci2，其电容量约为150~17OpF。 ;电容式差压变送器测量部件;当被测差压?pi通过正、负压侧导压口引入正、负压室，作用于正、负压侧隔离膜片上时，迫使硅油向右移动，将压力传递到中心感压膜片的两侧，使膜片向右产生微小位移?S，如图所示。输入差压?pi与中心感压膜片位移?S的关系可表示为：?S=K1?pi 式中Kl为由膜片材料特性和结构参数所确定的系数。;设中心感压膜片与两边固定电极之间的距离分别为S1和S2。当被测差压?pi=0时，中心感压膜片与两边固定电极之间的距离相
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