智能式壓力變送器的應用

[摘要]隨著微處理器技術的迅猛發(fā)展及與傳感器的密切結合，使傳感器不僅具有傳統(tǒng)的檢測概念,而且具有存儲、判斷和信息處理的功能的傳感器。智能傳感器具有多功能、一體化、集成度高體積小、適宜大批量輸出使用方便、性價比高等多個優(yōu)點,它是傳感器發(fā)展的必然趨勢。
0.簡介
　　智能式壓力變送器是由傳感器和微處理器(微機)相結構而成的。它充分利用了微處理器的運算和存儲能力,可對傳感器的數(shù)據(jù)進行處理，包括對測量信號的調理(如濾波放大、A/D轉換等)..數(shù)據(jù)顯示.自動校正和自動補償?shù)取?br /> 　　微處理器是智能式變送器的核心。它不但可以對測量數(shù)據(jù)進行計算、存儲和數(shù)據(jù)處理，,還可以通過反饋回路對傳感器進行調節(jié),以使采集數(shù)據(jù)達到最佳。由于微處理器具有各種軟件和硬件功能，因而它可以完成傳統(tǒng)變送器難以完成的任務。所以智能式變送器降低了傳感器的制造難度，并在很大程主上提高了傳感器的性能。
　　壓力傳感器是指能夠檢測壓力并提供遠傳信號的裝置，能夠滿足自動化系統(tǒng)檢測顯示、記錄和控制的要求。當壓力傳感器輸出的電信號進一步轉換成標準統(tǒng)一的信號時,又將它稱為壓力變送器。借助于半導體技術將傳感器部分與信號放大調理和轉換后電路接口電路和微處理器等制作在同一塊芯片上，即形成大規(guī)模接觸電路的智能傳感器。智能傳感器具有多功能、一體化集成度高體積小適宜大批量輸出、使用方便性價比高等多個優(yōu)點。
1.智能式變送器的發(fā)展趨勢
　　當今世界各國變送器的研究領城十分泛,幾乎滲透到了各個行業(yè),但歸納起來主要有以下幾個趨勢:①智能化由于集成化的出現(xiàn),在集成電路中可添加一些微處理器,使得變送器具有自動補償通訊、自診斷、邏輯判斷等功能。②集成化變送器已經(jīng)越來越多的與其它測量用變送器集成以形成測量和控制系統(tǒng)。集成系統(tǒng)在過程控制和工廠自動化中可提高操作速度和效率。③小型化目前市場對小型變送器的需求越來越大,這種小型變送器可以工作在極端惡劣的環(huán)境下,并且只需要很少的保養(yǎng)和維護,對周圍的環(huán)境影響也很小,可以放置在人體的各個重要器‘官中收集資料,不影響人的正常生活。如美國Entran公司生產(chǎn)的量程為2-500PSI的變送器,直徑僅為1.27mm,可以放置在人體的血管中而不會對血液的流通產(chǎn)生大的影響。④標準化變送器的設計與制造已經(jīng)形成了一定的行業(yè)標準。如Iso國際質量體系;美國的ANSI.ASTM標準、俄羅斯的TOCT.日本的JIS標準。⑤廣泛化變送器的另一個發(fā)展趨勢是正從機械行業(yè)向其它領域擴展,例如:汽車元件、醫(yī)療儀器和能源環(huán)境控制系統(tǒng)。
　　差動電容式壓力變送器的測量部分常采用差動電容結構,如圖2所示。中心可動極板與兩.側固定極板構成兩個平面型電容HC和LC。可動極板與兩側固定極板形成兩個感壓腔室，介質壓力是通過兩個腔室中的填充液作用到中心可動極板。一般采用硅油等理想液體作為填充液,被測介質大多為氣體或液體。隔離膜片的作用既傳遞壓力,又避免電容極板受損。
 
　　當正負壓力(差壓)由正負壓導壓口加到膜盒兩邊的隔離膜片上時，通過腔室內(nèi)硅油液體傳遞到中心測量膜片上,中心感壓膜片產(chǎn)生位移，使可動極板和左右兩個極板之間的間距不相對,形成差動電容,若不考慮邊緣電場影響,該差動電容可看作平板電容。差動電容的相對變化值與被測壓力成正比，與填充液的介電常數(shù)無關,從原理上消除了介電常數(shù)的變化給測量帶來的誤差。
3.變送器技術特性
3.1測量范圍、上下限及量程
　　每個用于測量的變送器都有測量范圍,它是該儀表按規(guī)定的精度進行測量的被測變量的范圍。測量范圍的最小值和最大值分別稱為測量下限(LRV)和測量上限(URV),簡稱下限和上限。
變送器的量程可以用來表示其測量范圍的大小,是其測量上限值與下限值的代數(shù)差即:量程=測量上限值-測量下限值。
3.2零點遷移和量程調整
　　在實際使用中，由于測量要求或測量條件的變化，需要改變變送器的零點或量程,為此可以對變送器進行零點遷移和量程調整。量程調整的目的是使交送器的輸出信號的上限值y_.口與測量范圍的上限值x_口相對應。圖3為變送器量程調整前后的輸入輸出特性。
 
　　由圖可見，量程調整相當于改變變送器輸人輸出特性的斜率，由特性1到特性2的調整為量程增大調整。反之，由特性2到特性1的調整為量程減小調整。
3.3量程比
　　量程比是指變送器的最大測量范圍和最小測量范圍之比.這也是一個很重要的指標。變送器所使用的測量范圍和操作條件是經(jīng)常變化的，如果變送器的量程比大.則它的調節(jié)余地就大?？梢愿鶕?jù)工藝需要,隨時更改使用范圍,顯然這會給使用者帶來很多方便。他們可以不需更換儀表,不需拆卸和重新安裝只要把量程改變一下就可以了。對智能儀表來說，只要在手持終端上再設定-下。這樣,庫里的備品數(shù)量可以大為減少,計劃管理等工作也會簡單得多。
3.4阻尼特性
　　差壓變送器常用來和節(jié)流裝置配合測量流體流量，也可根據(jù)靜壓原理測量容器內(nèi)的介質液位.流量、液位這兩種物理參數(shù)有時很容易波動,致使記錄曲線很粗很大，看不清楚,為此變送器內(nèi)一般都有阻尼(濾波)裝置。
　　阻尼特性以變送器傳送時間常數(shù)來表示,傳送時間常數(shù)是指輸出由0升到最大值的63.2%時的時間常數(shù)。阻尼越大,則時間常數(shù)越長。變送器的傳送時間分兩部分,一部分是組成儀表的各環(huán)節(jié)的時間常數(shù),這一部分是不能調的,電動變送器大概為零點幾秒;另一部分是阻尼電路的時間常數(shù)，這一部分是可以調的,從幾秒到十幾秒。
3.5穩(wěn)定性
　　穩(wěn)定性是變送器的又一項重要技術指標，從某種意義上講,它比變送器的精度還重要。穩(wěn)定性誤差是指在規(guī)定工作條件下，輸入保持恒定時,輸出在規(guī)定時間內(nèi)保持不變的能力。穩(wěn)定性:0.1%URV/6個月表示:在6個月內(nèi),儀表的零點變化不超過測量范圍上限的40.1%。注意這里說的是測量范圍上限，不是使用范圍。例如某變送器的測量范圍為0-2kPa至0-100kPa,如果使用在0-10kPa,那么它的穩(wěn)定性就不是土0.1%,而是+1%;所以在看儀表的誤差時,一定要看它對哪個范圍而言。
4.結束語
　　自動化儀表尤其是工業(yè)自動化現(xiàn)場儀表的智能化、總線化、網(wǎng)絡化的發(fā)展進程,不難看出計算機技術對現(xiàn)代自動化儀表技術的發(fā)展起到了十分積極的促進作用,計算機網(wǎng)絡與工業(yè)局域網(wǎng)的融合又大大豐富和發(fā)展了現(xiàn)代自動控制技術。因此,現(xiàn)代自動化儀表的智能化技術不但改善了儀表本身的性能，還影響到了控制網(wǎng)絡的體系結構,它不再是功能單一的固定結構，其適應性越來越強,功能也越來越豐富。針對目前國內(nèi)自動化儀表行業(yè)發(fā)展所遇到的一些問題，相信在行業(yè)逐漸成熟的背景下,這些問題能逐一解決。新一代的智能化儀器儀表將在計算機網(wǎng)絡技術支持下，在各行各業(yè)得到越來越廣泛的應用。