電容式差壓變送器的靜壓誤差分析

摘要:實(shí)際生產(chǎn)中差壓變送器使用較為廣泛，為此要求學(xué)生能夠?qū)﹄娙菔讲顗鹤兯推鬟M(jìn)行校驗(yàn)。電容式差壓變送器本身存在一定的靜壓誤差,通過對(duì)電容式差壓變送器原理的分析,發(fā)現(xiàn)靜壓誤差產(chǎn)生的原因,并對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)。
1電容式差壓變送器的原理
       電容式差壓變送器是應(yīng)用變電容原理工作的，先將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化,然后進(jìn)行測(cè)量。利用彈性元件受壓變形來改變可變電容器的電容量,從而實(shí)現(xiàn)壓力一電容的轉(zhuǎn)換。電容式差壓變送器由測(cè)量環(huán)節(jié)和轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)組成。測(cè)量環(huán)節(jié)用來感受被測(cè)壓力并將其轉(zhuǎn)換成電容量的變化;轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)將電容量的變化轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。電容式傳感器的基本工作原理可以用平板電容器來說明。設(shè)兩極板相互覆蓋的有效面積為A,兩極板間的距離為d,極板間介質(zhì)的介電常數(shù)為e,在忽略板極邊緣影響的條件下,平板電容器的電容量C為C=eA/d。
       由以上公式可以看出,e、A.d三個(gè)參數(shù)都直接影響著電容量C的大小。如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變,而使另外--個(gè)參數(shù)改變,則電容量就將發(fā)生變化。如果變化的參數(shù)與被測(cè)量之間存在一-定函數(shù)關(guān)系，那被測(cè)量的變化就可以直接由電容量的變化反映出來。所以電容式傳感器可以分為三種類型:改變極板面積的變面積式，改變極板距離的變間隙式,改變介電常數(shù)的變介電常數(shù)式。

       電容式差壓變送器的原理圖如圖1所示。傳感器有左右兩個(gè)固定極板,在兩個(gè)固定極板之間是彈性材料制成的測(cè)量膜片,作為電容的中央動(dòng)極板。在測(cè)量膜片兩側(cè)的空腔中充滿硅油,硅油可以均勻地把力作用到感壓膜片上。電容式差壓變送器的結(jié)構(gòu)可以有效地保護(hù)測(cè)量膜片，當(dāng)差壓過大并超過允許測(cè)量范圍時(shí)，測(cè)量膜片將平滑地貼靠在凹球面上，因此測(cè)量膜片不易損壞。與力矩平衡式差壓變送器相比,電容式差壓變送器沒有杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu),因而尺寸緊湊,密封性與抗振性好,測(cè)量精度高,可達(dá)0.2級(jí)。
2靜壓誤差
       差壓變送器的校準(zhǔn)通常是在負(fù)壓室通大氣的壓力下進(jìn)行的,但是一旦差壓變送器安裝到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用時(shí)，往往是在正、負(fù)壓側(cè)同時(shí)通入一定的工作壓力，這時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)零位和滿量程會(huì)出現(xiàn)-定的偏移。我們把差壓變送器的這種正負(fù)同時(shí)通人相同靜壓得到的零位輸出，偏離大氣校驗(yàn)時(shí)的誤差稱為靜壓誤差。差壓變送器的靜壓誤差直接影響到差壓變送器的綜合誤差。差壓變送器的綜合誤差E大體上由三個(gè)部分組成，儀表本身的測(cè)量精度A、環(huán)境溫度變化帶來的誤差T、靜壓變化帶來的誤差s,,根據(jù)系統(tǒng)誤差確定方法可知差壓變送器的綜合誤差:

       由此可見，靜壓誤差對(duì)于差壓變送器來說是一個(gè)非常重要的影響。當(dāng)應(yīng)用差壓變送器測(cè)量流量時(shí),如果不對(duì)靜壓誤差進(jìn)行補(bǔ)償或校正,將會(huì)給流量的測(cè)量帶來較大的影響。例如,用差壓式流量計(jì)測(cè)量流量，在常用壓力條件下，靜壓誤差為+0.5%FS,如果未進(jìn)行調(diào)整投入運(yùn)行，實(shí)際靜壓誤差為7.1%FS,而在相對(duì)流量較小時(shí)這種影響更大。
31151電容式差壓變送器的校驗(yàn)
       為了提高學(xué)生的動(dòng)手能力,運(yùn)用理實(shí)一體化的教學(xué)模式,實(shí)訓(xùn)中采用1151電容式差壓變送器。現(xiàn)將1151電容式差壓變送器校驗(yàn)的實(shí)訓(xùn)過程簡(jiǎn)述如下。
       首先認(rèn)識(shí)1151電容式差壓變送器,包括外形、銘牌等相關(guān)內(nèi)容,加深學(xué)生的直觀認(rèn)識(shí);然后學(xué)會(huì)使用精密數(shù)字壓力計(jì)并且能夠正確連接精密數(shù)字壓力計(jì)，運(yùn)用精密數(shù)字壓力計(jì)顯示壓力和電流信號(hào)的大小;對(duì)精密數(shù)字壓力計(jì)和1151電容式差壓變送器進(jìn)行電路連接，兩者采用兩線制連接方式;對(duì)1151電容式差壓變送器進(jìn)行校驗(yàn);處理實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù);最后是設(shè)備復(fù)位整理;除此之外還專門強(qiáng)調(diào)文明操作加強(qiáng)學(xué)生的安全意識(shí)。
4靜壓誤差產(chǎn)生的原因與試驗(yàn)
       電容式差壓變送器的核心部分是一個(gè)球面電容器。在測(cè)量膜片的左右兩室中充滿了硅油，當(dāng)隔離膜片分別承受高壓和低壓時(shí)，硅油的不可壓縮性和流動(dòng)性將壓力傳遞給測(cè)量膜片的左右面上。因?yàn)闇y(cè)量膜片在焊接前有一定的預(yù)張力，當(dāng)差壓為零時(shí),測(cè)量膜片的左右面非常平整,兩側(cè)的電容量完全相等,電容量差值為零;當(dāng)兩側(cè)有差壓時(shí),高壓側(cè)電容量與低壓側(cè)電容量不同,測(cè)出電容量的差值便可得到被測(cè)差壓的數(shù)值。
       測(cè)量膜片有效面積的變化、測(cè)量膜片預(yù)張力的變化會(huì)直接影響到靜壓誤差的產(chǎn)生。對(duì)于電容式差壓變送器來說,隨著通入壓力的增加,測(cè)量膜片的形變?cè)龃?其繃緊的程度也在增加,這就使得測(cè)量膜片隨若靜壓的增大而不斷繃緊,從而使電容式差壓變送器在使用時(shí)，不可避免地會(huì)產(chǎn)生靜壓誤差。此外,變送器長(zhǎng)時(shí)間使用后,造成正、負(fù)壓室膜盒有效面積不相等，變送器在重裝或改變范圍后，影響膜片的預(yù)緊力，都會(huì)帶來靜壓誤差。