电容式差压变送器的工作原理是什么?有何特点

电容式差压变送器是20世纪80年代研制开发的新型差压变送器,它利用单晶硅谐振传感器,采用微电子表面加工技术,除了保证±0.2%的测量精度外,还可实现抵制静压、温飘对其影响.由于配备了低噪声调制解调器和开放式通讯协议,目前的电容式差压变送器可实现数字无损耗信号传输.
1.结构及工作原理
变送器主要有检测部分和信号转换及放大处理部分组成.
检测部分由检测膜片和两侧固定弧形板组成,检测膜片在压差的作用下可轴向移动,形成可移动电容极板,并和固定弧形板组成两个可变电容器C1和C2,结构及电气原理可见图6-11.
检测前,高、低压室压力平衡,P1 =P2；按结构要求,组成两可变电容的固定弧形极板和检测膜片对称,极间距相等,C1 =C2.
当被测压力P1和P2分别由导入管进入高、低压室时,由于P1 >P2隔离膜片中心将发生位移,压迫电解质使高压侧容积变小.当电解质为不可压缩体时,其容积变化量将引起检测膜片中心向低压侧位移,此位移量和隔离膜片中心位移量相等.根据电工学,当组成电容的两极板极间距发生变化时,其电容量也将发生变化,即从C1=C2变为C1≠C2.
由电气原理图可知,未发生位移时,I1=I2=0；ι1+ι2=ιc；发生位移后,由于相对极间距发生变化,各极板上的积聚电荷量也发生变化,形成电荷位移,此时反映出I1≠ I2,两者之间将产生电流差,若检测出其值大小以及和压差的关系,即可求取流量.
2.变送电流与压差的关系 '
设：未发生位移时,按电容定义：
式中 K——比例常数；
ε——介电常数；
S——弧形板绝对面积；
d0-——弧形板和可动极板之间相对平均距离.
当发生位移Δd后,仍按电容定义有：
由图6-11可看出,在电动势为e,角频率为ω的高频电源驱动下,其充放电流差为：
将C1和C2定义表达式带入上式,有：
由推导结果可以得出,电流差和可动极板(检测膜片)中心位移成正比,由于此位移和被测压差成正比,所以电流差与被测压差以及流量均成正比.
3.电容式差压变送器的特点
电容式差压变送器完全由密封测量元件组成,可消除机械传动所造成的瞬时冲击和机械振动.另外高、低压测量室按防爆要求整体铸造而成,大大抑制了外应力、扭矩以及静压对测量准确度的影响.