H60024 A1（H60024A0） AHEKLK-H60024A1

H60024 A1（H60024A0） AHEKLK-H60024A1

kleinknecht automotive gmbh

變送器的輸入輸出特性示于右圖，xmax和xmin分別為被測(cè)參數(shù)的上限值和下限值，也即變送器測(cè)量范圍的上、下限值 (圖中xmin=0),ymax和ymin分別為輸出信號(hào)的上限值和下限值。它們與統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的上、下限值相對(duì)應(yīng)。
4 量程調(diào)整、零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移 變送器涉及的另一個(gè)共性問(wèn)題是量程、零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移。

1) 量程調(diào)整
  量程調(diào)整 (即滿(mǎn)度調(diào)整)的目的是使變送器輸出信號(hào)的上限值ymax與測(cè)量范圍的上限值xmax相對(duì)應(yīng)。即當(dāng)x=xmax時(shí)，使y=ymax。量程調(diào)整通常是通過(guò)改變反饋系數(shù)F的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的。F大，量程就大；F小，量程就小。有些變送器還可以通過(guò)改變轉(zhuǎn)換系數(shù)C來(lái)調(diào)整量程。

(2) 零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移
零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移的目的，都是使變送器輸出信號(hào)的下限值ymin與測(cè)量范圍的下限值xmin相對(duì)應(yīng)。即當(dāng)x=xmin時(shí)，使y=ymin。在xmin=0時(shí)，為零點(diǎn)調(diào)整,在xmin不等于時(shí)，為零點(diǎn)遷移。也就是說(shuō)，零點(diǎn)調(diào)整使變送器的測(cè)量起始點(diǎn)為零，而零點(diǎn)遷移則是把測(cè)量起始點(diǎn)由零遷移到某一數(shù)值 (正值或負(fù)值)。

 當(dāng)測(cè)量起始點(diǎn)由零變?yōu)槟骋徽?，稱(chēng)為正遷移；反之，當(dāng)測(cè)量起始點(diǎn)由零變?yōu)槟骋回?fù)值，稱(chēng)為負(fù)遷移。
  變送器零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移可通過(guò)改變調(diào)零信號(hào)z0的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)z0為負(fù)時(shí)可實(shí)現(xiàn)正遷移；而當(dāng)z0為正時(shí)則可實(shí)現(xiàn)負(fù)遷移。

 二、電容式差壓變送器
     (見(jiàn)教材P142～P146) 電容式差壓變送器是沒(méi)有杠桿機(jī)構(gòu)的變送器，它采用差動(dòng)電容作為檢測(cè)元件，整個(gè)變送器無(wú)機(jī)械傳動(dòng)、調(diào)整裝置，并且測(cè)量部分采用全封閉焊接的固體化結(jié)構(gòu)，因此儀表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定、可靠，且具有較高的精度。

 一個(gè)典型的變送器的主要性能指標(biāo)如下：
（1）基本誤差   有?0.25%，?0.35%，?0.5%三 種； （2）輸出信號(hào) 4~20mA(DC)(兩線(xiàn)制) （3）負(fù)載電阻 0~600?（在24V(DC)供電時(shí)），
       0~1650?（在45V(DC)供電時(shí)）。 （4）電源電壓 12~45V(DC),一般為24V(DC)。

 變送器包括測(cè)量部分和轉(zhuǎn)換放大電路兩部分，其構(gòu)成方框如圖所示。輸入差壓?pi作用于測(cè)量部分的感壓膜片，使其產(chǎn)生位移，從而使感壓膜片（即可動(dòng)電極）與兩固定電極所組成的差動(dòng)電容器之電容量發(fā)生變化。此電容變化量由電容—電流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，電流信號(hào)與調(diào)零信號(hào)的代數(shù)和同反饋信號(hào)進(jìn)行比較，其差值送入放大電路，經(jīng)放大得到整機(jī)的輸出電流I0。 

一）測(cè)量部分（部件）
  測(cè)量部分的作用是把被測(cè)差壓?pi轉(zhuǎn)換成電容量的變化。它由正、負(fù)壓測(cè)量室和差動(dòng)電容檢測(cè)元件（膜盒）等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖所示。
  差動(dòng)電容檢測(cè)元件包括中心感壓膜片11，(即可動(dòng)電極)，正、負(fù)壓側(cè)弧形電極12、10（即固動(dòng)電極)，電極引線(xiàn)1、2、3，正、負(fù)壓側(cè)隔離膜片14、8和基座13、9等。在檢測(cè)元件的空腔內(nèi)充有硅油，用以傳遞壓力。感壓膜片和其兩邊的正·負(fù)壓側(cè)弧形電極形成電容Ci1和Ci2。無(wú)差壓輸入時(shí)，Ci1=Ci2，其電容量約為150~17OpF。

 -隔離膜片；2，7-固定弧形電極；3-硅油；4-測(cè)量膜片；5-玻璃層；6-底座

 當(dāng)被測(cè)差壓?pi通過(guò)正、負(fù)壓側(cè)導(dǎo)壓口引入正、負(fù)壓室，作用于正、負(fù)壓側(cè)隔離膜片上時(shí)，迫使硅油向右移動(dòng)，將壓力傳遞到中心感壓膜片的兩側(cè)，使膜片向右產(chǎn)生微小位移?S，如圖所示。輸入差壓?pi與中心感壓膜片位移?S的關(guān)系可表示為：?S =K1?pi     
  式中Kl為由膜片材料特性和結(jié)構(gòu)參數(shù)所確定的系數(shù)。

 設(shè)中心感壓膜片與兩邊固定電極之間的距離分別為S1和S2 。當(dāng)被測(cè)差壓?pi=0時(shí)，中心感壓膜片與兩邊固定電極之間的距離相等。設(shè)其間距為SO，則S1=S2=S0。當(dāng)被測(cè)差壓?pi不等于0時(shí)，中心感壓膜片產(chǎn)生位移?S。此時(shí)有： S1=S0+?S，S2=S0-?S 若不考慮邊緣電場(chǎng)的影響，感壓膜片與兩邊固定電極構(gòu)成的電容Ci1和Ci2，可近似地看成是平板電容器。其電容量分別為： Ci1=?A/(S0+?S) Ci2 =?A/(S0-?S)  
  式中?為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)； A為固定極板的面積。

 經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)得出： (Ci2- Ci1)/(Ci2+ Ci1) = ?S/S0=K2?S K2=1/S0 上式表明： (a)差動(dòng)電容的相對(duì)變化量(Ci2- Ci1)/(Ci2+ Ci1)與?S 成線(xiàn)性關(guān)系，因此轉(zhuǎn)換放大部分應(yīng)將這一相對(duì)變化值變換為直流電流信號(hào)。 (b) (Ci2- Ci1)/(Ci2+ Ci1)與介電常數(shù)?無(wú)關(guān)。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)?是隨溫度變化的，現(xiàn)?不出現(xiàn)在式中，無(wú)疑可大大減小溫度對(duì)變送器的影響。 (c) (Ci2- Ci1)/(Ci2+ Ci1)與S0有關(guān)。S0愈小，差動(dòng)電容的相對(duì)變化量愈大，即靈敏度愈高。 (Ci2- Ci1)/(Ci2+ Ci1)= K1K2?pi

 應(yīng)當(dāng)指出，在上述的討論中，并沒(méi)有考慮到分布電容的影響。事實(shí)上，由于分布的電容C0的存在，差動(dòng)電容的相對(duì)變化量變?yōu)椋?br />   分布電容的存在將會(huì)給變送器帶來(lái)非線(xiàn)性誤差，為了保證儀表的精度，應(yīng)在轉(zhuǎn)換電路中加以克服。

該電路包括電容-電流轉(zhuǎn)換電路及放大電路兩部分。它們分別由振蕩器、解調(diào)器、振蕩控制放大器以及前置放大器、調(diào)零與零點(diǎn)遷移電路、量程調(diào)整電路 (負(fù)反饋電路)、功放與輸出限制電路等組成。

  差動(dòng)電容器Ci1、Ci2由振蕩器供電，經(jīng)解調(diào) (即相敏整流)后，輸出兩組電流信號(hào)：一組為差動(dòng)信號(hào)；另一組為共模信號(hào)。差動(dòng)信號(hào)隨輸入差壓?pi而變化，此信號(hào)與調(diào)零及調(diào)量程信號(hào)(即反饋信號(hào))迭加后送入運(yùn)算放大器IC3,再經(jīng)功放和限流得到4~2OmA的輸出電流。共模信號(hào)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，其差值經(jīng)IC1放大后，去作為振蕩器的供電，從而使共模信號(hào)保持不變。下面的分析將證實(shí)，當(dāng)共模信號(hào)為常數(shù)時(shí)，能保證差動(dòng)信號(hào)與輸入差壓之間成單一的比例關(guān)系。轉(zhuǎn)換放大部分的完整電路圖后給出。

 1、電容—電流轉(zhuǎn)換電路
  電容-電流轉(zhuǎn)換電路的功能是將差動(dòng)電容的相對(duì)變化值成比例地轉(zhuǎn)換為差動(dòng)電流信號(hào) (即電流變化值)。
 (1)振蕩器  振蕩器用來(lái)向差動(dòng)電容Ci1、Ci2提供高頻電流，它由晶體管BG1、變壓器T1及一些電阻、電容組成。振蕩器電路如右圖所示。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，只要適當(dāng)選擇電路元件的參數(shù)，便可滿(mǎn)足振蕩條件。

 振蕩器由放大器IC1的輸出電壓Vo1供電，從而使IC1能控制振蕩器的輸出幅度。

 (2)解調(diào)和振蕩控制電路 這部分電路包括解調(diào)器和振蕩控制放大器。前者主要由二極管D1~D8構(gòu)成，后者即為集成運(yùn)算放大器IC1。電路原理見(jiàn)下頁(yè)圖。