電容式差壓變送器的靜壓誤差分析

摘要:實際生產(chǎn)中差壓變送器使用較為廣泛，為此要求學生能夠?qū)﹄娙菔讲顗鹤兯推鬟M行校驗。電容式差壓變送器本身存在一定的靜壓誤差,通過對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,并對其進行試驗。
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,然后進行測量。利用彈性元件受壓變形來改變可變電容器的電容量,從而實現(xiàn)壓力一電容的轉(zhuǎn)換。電容式差壓變送器由測量環(huán)節(jié)和轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)組成。測量環(huán)節(jié)用來感受被測壓力并將其轉(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)換成標準電流信號。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三個參數(shù)都直接影響著電容量C的大小。如果保持其中兩個參數(shù)不變,而使另外--個參數(shù)改變,則電容量就將發(fā)生變化。如果變化的參數(shù)與被測量之間存在一-定函數(shù)關(guān)系，那被測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。傳感器有左右兩個固定極板,在兩個固定極板之間是彈性材料制成的測量膜片,作為電容的中央動極板。在測量膜片兩側(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)可以有效地保護測量膜片，當差壓過大并超過允許測量范圍時，測量膜片將平滑地貼靠在凹球面上，因此測量膜片不易損壞。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機構(gòu),因而尺寸緊湊,密封性與抗振性好,測量精度高,可達0.2級。
2靜壓誤差
       差壓變送器的校準通常是在負壓室通大氣的壓力下進行的,但是一旦差壓變送器安裝到現(xiàn)場實際使用時，往往是在正、負壓側(cè)同時通入一定的工作壓力，這時會發(fā)現(xiàn)零位和滿量程會出現(xiàn)-定的偏移。我們把差壓變送器的這種正負同時通人相同靜壓得到的零位輸出，偏離大氣校驗時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大體上由三個部分組成，儀表本身的測量精度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，靜壓誤差對于差壓變送器來說是一個非常重要的影響。當應(yīng)用差壓變送器測量流量時,如果不對靜壓誤差進行補償或校正,將會給流量的測量帶來較大的影響。例如,用差壓式流量計測量流量，在常用壓力條件下，靜壓誤差為+0.5%FS,如果未進行調(diào)整投入運行，實際靜壓誤差為7.1%FS,而在相對流量較小時這種影響更大。
31151電容式差壓變送器的校驗
       為了提高學生的動手能力,運用理實一體化的教學模式,實訓中采用1151電容式差壓變送器?，F(xiàn)將1151電容式差壓變送器校驗的實訓過程簡述如下。
       首先認識1151電容式差壓變送器,包括外形、銘牌等相關(guān)內(nèi)容,加深學生的直觀認識;然后學會使用精密數(shù)字壓力計并且能夠正確連接精密數(shù)字壓力計，運用精密數(shù)字壓力計顯示壓力和電流信號的大小;對精密數(shù)字壓力計和1151電容式差壓變送器進行電路連接，兩者采用兩線制連接方式;對1151電容式差壓變送器進行校驗;處理實訓數(shù)據(jù);最后是設(shè)備復位整理;除此之外還專門強調(diào)文明操作加強學生的安全意識。
4靜壓誤差產(chǎn)生的原因與試驗
       電容式差壓變送器的核心部分是一個球面電容器。在測量膜片的左右兩室中充滿了硅油，當隔離膜片分別承受高壓和低壓時，硅油的不可壓縮性和流動性將壓力傳遞給測量膜片的左右面上。因為測量膜片在焊接前有一定的預張力，當差壓為零時,測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;當兩側(cè)有差壓時,高壓側(cè)電容量與低壓側(cè)電容量不同,測出電容量的差值便可得到被測差壓的數(shù)值。
       測量膜片有效面積的變化、測量膜片預張力的變化會直接影響到靜壓誤差的產(chǎn)生。對于電容式差壓變送器來說,隨著通入壓力的增加,測量膜片的形變增大,其繃緊的程度也在增加,這就使得測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，不可避免地會產(chǎn)生靜壓誤差。此外,變送器長時間使用后,造成正、負壓室膜盒有效面積不相等，變送器在重裝或改變范圍后，影響膜片的預緊力，都會帶來靜壓誤差。