智能式壓力變送器的應(yīng)用

[摘要]隨著微處理器技術(shù)的迅猛發(fā)展及與傳感器的密切結(jié)合，使傳感器不僅具有傳統(tǒng)的檢測(cè)概念,而且具有存儲(chǔ)、判斷和信息處理的功能的傳感器。智能傳感器具有多功能、一體化、集成度高體積小、適宜大批量輸出使用方便、性?xún)r(jià)比高等多個(gè)優(yōu)點(diǎn),它是傳感器發(fā)展的必然趨勢(shì)。
0.簡(jiǎn)介
　　智能式壓力變送器是由傳感器和微處理器(微機(jī))相結(jié)構(gòu)而成的。它充分利用了微處理器的運(yùn)算和存儲(chǔ)能力,可對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括對(duì)測(cè)量信號(hào)的調(diào)理(如濾波放大、A/D轉(zhuǎn)換等)..數(shù)據(jù)顯示.自動(dòng)校正和自動(dòng)補(bǔ)償?shù)取?br /> 　　微處理器是智能式變送器的核心。它不但可以對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理，,還可以通過(guò)反饋回路對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)節(jié),以使采集數(shù)據(jù)達(dá)到最佳。由于微處理器具有各種軟件和硬件功能，因而它可以完成傳統(tǒng)變送器難以完成的任務(wù)。所以智能式變送器降低了傳感器的制造難度，并在很大程主上提高了傳感器的性能。
　　壓力傳感器是指能夠檢測(cè)壓力并提供遠(yuǎn)傳信號(hào)的裝置，能夠滿(mǎn)足自動(dòng)化系統(tǒng)檢測(cè)顯示、記錄和控制的要求。當(dāng)壓力傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的信號(hào)時(shí),又將它稱(chēng)為壓力變送器。借助于半導(dǎo)體技術(shù)將傳感器部分與信號(hào)放大調(diào)理和轉(zhuǎn)換后電路接口電路和微處理器等制作在同一塊芯片上，即形成大規(guī)模接觸電路的智能傳感器。智能傳感器具有多功能、一體化集成度高體積小適宜大批量輸出、使用方便性?xún)r(jià)比高等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
1.智能式變送器的發(fā)展趨勢(shì)
　　當(dāng)今世界各國(guó)變送器的研究領(lǐng)城十分泛,幾乎滲透到了各個(gè)行業(yè),但歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)趨勢(shì):①智能化由于集成化的出現(xiàn),在集成電路中可添加一些微處理器,使得變送器具有自動(dòng)補(bǔ)償通訊、自診斷、邏輯判斷等功能。②集成化變送器已經(jīng)越來(lái)越多的與其它測(cè)量用變送器集成以形成測(cè)量和控制系統(tǒng)。集成系統(tǒng)在過(guò)程控制和工廠自動(dòng)化中可提高操作速度和效率。③小型化目前市場(chǎng)對(duì)小型變送器的需求越來(lái)越大,這種小型變送器可以工作在極端惡劣的環(huán)境下,并且只需要很少的保養(yǎng)和維護(hù),對(duì)周?chē)沫h(huán)境影響也很小,可以放置在人體的各個(gè)重要器‘官中收集資料,不影響人的正常生活。如美國(guó)Entran公司生產(chǎn)的量程為2-500PSI的變送器,直徑僅為1.27mm,可以放置在人體的血管中而不會(huì)對(duì)血液的流通產(chǎn)生大的影響。④標(biāo)準(zhǔn)化變送器的設(shè)計(jì)與制造已經(jīng)形成了一定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如Iso國(guó)際質(zhì)量體系;美國(guó)的ANSI.ASTM標(biāo)準(zhǔn)、俄羅斯的TOCT.日本的JIS標(biāo)準(zhǔn)。⑤廣泛化變送器的另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是正從機(jī)械行業(yè)向其它領(lǐng)域擴(kuò)展,例如:汽車(chē)元件、醫(yī)療儀器和能源環(huán)境控制系統(tǒng)。
　　差動(dòng)電容式壓力變送器的測(cè)量部分常采用差動(dòng)電容結(jié)構(gòu),如圖2所示。中心可動(dòng)極板與兩.側(cè)固定極板構(gòu)成兩個(gè)平面型電容HC和LC。可動(dòng)極板與兩側(cè)固定極板形成兩個(gè)感壓腔室，介質(zhì)壓力是通過(guò)兩個(gè)腔室中的填充液作用到中心可動(dòng)極板。一般采用硅油等理想液體作為填充液,被測(cè)介質(zhì)大多為氣體或液體。隔離膜片的作用既傳遞壓力,又避免電容極板受損。
 
　　當(dāng)正負(fù)壓力(差壓)由正負(fù)壓導(dǎo)壓口加到膜盒兩邊的隔離膜片上時(shí)，通過(guò)腔室內(nèi)硅油液體傳遞到中心測(cè)量膜片上,中心感壓膜片產(chǎn)生位移，使可動(dòng)極板和左右兩個(gè)極板之間的間距不相對(duì),形成差動(dòng)電容,若不考慮邊緣電場(chǎng)影響,該差動(dòng)電容可看作平板電容。差動(dòng)電容的相對(duì)變化值與被測(cè)壓力成正比，與填充液的介電常數(shù)無(wú)關(guān),從原理上消除了介電常數(shù)的變化給測(cè)量帶來(lái)的誤差。
3.變送器技術(shù)特性
3.1測(cè)量范圍、上下限及量程
　　每個(gè)用于測(cè)量的變送器都有測(cè)量范圍,它是該儀表按規(guī)定的精度進(jìn)行測(cè)量的被測(cè)變量的范圍。測(cè)量范圍的最小值和最大值分別稱(chēng)為測(cè)量下限(LRV)和測(cè)量上限(URV),簡(jiǎn)稱(chēng)下限和上限。
變送器的量程可以用來(lái)表示其測(cè)量范圍的大小,是其測(cè)量上限值與下限值的代數(shù)差即:量程=測(cè)量上限值-測(cè)量下限值。
3.2零點(diǎn)遷移和量程調(diào)整
　　在實(shí)際使用中，由于測(cè)量要求或測(cè)量條件的變化，需要改變變送器的零點(diǎn)或量程,為此可以對(duì)變送器進(jìn)行零點(diǎn)遷移和量程調(diào)整。量程調(diào)整的目的是使交送器的輸出信號(hào)的上限值y_.口與測(cè)量范圍的上限值x_口相對(duì)應(yīng)。圖3為變送器量程調(diào)整前后的輸入輸出特性。
 
　　由圖可見(jiàn)，量程調(diào)整相當(dāng)于改變變送器輸人輸出特性的斜率，由特性1到特性2的調(diào)整為量程增大調(diào)整。反之，由特性2到特性1的調(diào)整為量程減小調(diào)整。
3.3量程比
　　量程比是指變送器的最大測(cè)量范圍和最小測(cè)量范圍之比.這也是一個(gè)很重要的指標(biāo)。變送器所使用的測(cè)量范圍和操作條件是經(jīng)常變化的，如果變送器的量程比大.則它的調(diào)節(jié)余地就大。可以根據(jù)工藝需要,隨時(shí)更改使用范圍,顯然這會(huì)給使用者帶來(lái)很多方便。他們可以不需更換儀表,不需拆卸和重新安裝只要把量程改變一下就可以了。對(duì)智能儀表來(lái)說(shuō)，只要在手持終端上再設(shè)定-下。這樣,庫(kù)里的備品數(shù)量可以大為減少,計(jì)劃管理等工作也會(huì)簡(jiǎn)單得多。
3.4阻尼特性
　　差壓變送器常用來(lái)和節(jié)流裝置配合測(cè)量流體流量，也可根據(jù)靜壓原理測(cè)量容器內(nèi)的介質(zhì)液位.流量、液位這兩種物理參數(shù)有時(shí)很容易波動(dòng),致使記錄曲線(xiàn)很粗很大，看不清楚,為此變送器內(nèi)一般都有阻尼(濾波)裝置。
　　阻尼特性以變送器傳送時(shí)間常數(shù)來(lái)表示,傳送時(shí)間常數(shù)是指輸出由0升到最大值的63.2%時(shí)的時(shí)間常數(shù)。阻尼越大,則時(shí)間常數(shù)越長(zhǎng)。變送器的傳送時(shí)間分兩部分,一部分是組成儀表的各環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù),這一部分是不能調(diào)的,電動(dòng)變送器大概為零點(diǎn)幾秒;另一部分是阻尼電路的時(shí)間常數(shù)，這一部分是可以調(diào)的,從幾秒到十幾秒。
3.5穩(wěn)定性
　　穩(wěn)定性是變送器的又一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，從某種意義上講,它比變送器的精度還重要。穩(wěn)定性誤差是指在規(guī)定工作條件下，輸入保持恒定時(shí),輸出在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持不變的能力。穩(wěn)定性:0.1%URV/6個(gè)月表示:在6個(gè)月內(nèi),儀表的零點(diǎn)變化不超過(guò)測(cè)量范圍上限的40.1%。注意這里說(shuō)的是測(cè)量范圍上限，不是使用范圍。例如某變送器的測(cè)量范圍為0-2kPa至0-100kPa,如果使用在0-10kPa,那么它的穩(wěn)定性就不是土0.1%,而是+1%;所以在看儀表的誤差時(shí),一定要看它對(duì)哪個(gè)范圍而言。
4.結(jié)束語(yǔ)
　　自動(dòng)化儀表尤其是工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)儀表的智能化、總線(xiàn)化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展進(jìn)程,不難看出計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)現(xiàn)代自動(dòng)化儀表技術(shù)的發(fā)展起到了十分積極的促進(jìn)作用,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)局域網(wǎng)的融合又大大豐富和發(fā)展了現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)。因此,現(xiàn)代自動(dòng)化儀表的智能化技術(shù)不但改善了儀表本身的性能，還影響到了控制網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu),它不再是功能單一的固定結(jié)構(gòu)，其適應(yīng)性越來(lái)越強(qiáng),功能也越來(lái)越豐富。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)自動(dòng)化儀表行業(yè)發(fā)展所遇到的一些問(wèn)題，相信在行業(yè)逐漸成熟的背景下,這些問(wèn)題能逐一解決。新一代的智能化儀器儀表將在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持下，在各行各業(yè)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。