單晶硅壓力變送器螺紋直裝特點(diǎn)

單晶硅壓力變送器螺紋直裝原理

工作原理

單晶硅差壓變送器是20世紀(jì)80年代研制開(kāi)發(fā)的新型差壓變送器,它利用單晶硅諧振傳感器,采用微電子表面加工技術(shù),除了保證±0.2%的測(cè)量精度外,還可實(shí)現(xiàn)抵制靜壓、溫飄對(duì)其影響.由于配備了低噪聲調(diào)制解調(diào)器和開(kāi)放式通訊協(xié)議,目前的電容式差壓變送器可實(shí)現(xiàn)數(shù)字無(wú)損耗信號(hào)傳輸.

1.結(jié)構(gòu)及工作原理

壓力變送器主要有檢測(cè)部分和信號(hào)轉(zhuǎn)換及放大處理部分組成.

檢測(cè)部分由檢測(cè)膜片和兩側(cè)固定弧形板組成,檢測(cè)膜片在壓差的作用下可軸向移動(dòng),形成可移動(dòng)電容極板,并和固定弧形板組成兩個(gè)可變電容器C1和C2,結(jié)構(gòu)及電氣原理可見(jiàn)圖6-11.

檢測(cè)前,高、低壓室壓力平衡,P1 =P2；按結(jié)構(gòu)要求,組成兩可變電容的固定弧形極板和檢測(cè)膜片對(duì)稱(chēng),極間距相等,C1 =C2.

當(dāng)被測(cè)壓力P1和P2分別由導(dǎo)入管進(jìn)入高、低壓室時(shí),由于P1 >P2隔離膜片中心將發(fā)生位移,壓迫電解質(zhì)使高壓側(cè)容積變小.當(dāng)電解質(zhì)為不可壓縮體時(shí),其容積變化量將引起檢測(cè)膜片中心向低壓側(cè)位移,此位移量和隔離膜片中心位移量相等.根據(jù)電工學(xué),當(dāng)組成電容的兩極板極間距發(fā)生變化時(shí),其電容量也將發(fā)生變化,即從C1=C2變?yōu)镃1≠C2.

由電氣原理圖可知,未發(fā)生位移時(shí),I1=I2=0；ι1+ι2=ιc；發(fā)生位移后,由于相對(duì)極間距發(fā)生變化,各極板上的積聚電荷量也發(fā)生變化,形成電荷位移,此時(shí)反映出I1≠ I2,兩者之間將產(chǎn)生電流差,若檢測(cè)出其值大小以及和壓差的關(guān)系,即可求取流量.

2.變送電流與壓差的關(guān)系 '

設(shè)：未發(fā)生位移時(shí),按電容定義：

式中 K——比例常數(shù)；

ε——介電常數(shù)；

S——弧形板決對(duì)面積；

d0-——弧形板和可動(dòng)極板之間相對(duì)平均距離.

當(dāng)發(fā)生位移Δd后,仍按電容定義有：?jiǎn)尉Ч璨顗鹤兯推鲀r(jià)格

由圖6-11可看出,在電動(dòng)勢(shì)為e,角頻率為ω的高頻電源驅(qū)動(dòng)下,其充放電流差為：

將C1和C2定義表達(dá)式帶入上式,有：

由推導(dǎo)結(jié)果可以得出,電流差和可動(dòng)極板(檢測(cè)膜片)中心位移成正比,由于此位移和被測(cè)壓差成正比,所以電流差與被測(cè)壓差以及流量均成正比.

3.電容式差壓變送器的特點(diǎn)  單晶壓力變送器分析方法

電容式差壓變送器全由密封測(cè)量元件組成,可消除機(jī)械傳動(dòng)所造成的瞬時(shí)沖擊和機(jī)械振動(dòng).另外高、低壓測(cè)量室按防爆要求整體鑄造而成,大大抑制了外應(yīng)力、扭矩以及靜壓對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響.

*的靜壓特性
差壓變送器在測(cè)量罐體液位或管道流量時(shí)，如果對(duì)靜壓影響不作校正或補(bǔ)償，將會(huì)給測(cè)量帶來(lái)較大誤差，尤其是在液位范圍較小或相對(duì)流量較小時(shí)，影響更巨大。例如一臺(tái)電容式差壓變送器同節(jié)流裝置一起組成差壓式流量計(jì)，在32MPa工作靜壓條件下其滿(mǎn)量程靜壓誤差為≤±2%FS，雖然其零位誤差，可以通過(guò)調(diào)零來(lái)消除，但是滿(mǎn)位輸出誤差無(wú)法避免。因此此靜壓誤差直接影響流量的測(cè)試，并且影響量較大。在這種應(yīng)用工況下，差壓變送器的靜壓性能顯得尤為重要，如果靜壓誤差經(jīng)過(guò)補(bǔ)償，或其本身靜壓誤差極小，則其測(cè)量精度將會(huì)得到大幅提高。

差壓變送器采用*的單晶硅芯片封裝工藝，封裝以后其內(nèi)腔和外腔達(dá)到壓力平衡。如圖6所示為單晶硅硅片的封裝示意圖，當(dāng)有工作靜壓加載到測(cè)量硅片的正負(fù)腔時(shí)，工作靜壓通過(guò)硅片外部的正腔硅油和硅片內(nèi)部的負(fù)腔硅油平衡加載到測(cè)量硅片上，并實(shí)現(xiàn)了相互抵消，從而使得測(cè)量硅片對(duì)工作靜壓的彎曲變形極小。這樣處理大幅提升了差壓變送器的靜壓影響性能。