智能式壓力變送器的應(yīng)用

[摘要]隨著微處理器技術(shù)的迅猛發(fā)展及與傳感器的密切結(jié)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(jié)構(gòu)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(diào)理(如濾波放大、A/D轉(zhuǎn)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(diào)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(wù),。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(dāng)壓力傳感器輸出的電信號進一步轉(zhuǎn)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(dǎo)體技術(shù)將傳感器部分與信號放大調(diào)理和轉(zhuǎn)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(dāng)今世界各國變送器的研究領(lǐng)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(shè)計與制造已經(jīng)形成了一定的行業(yè)標準,。如Iso國際質(zhì)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(lǐng)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(jié)構(gòu),如圖2所示。中心可動極板與兩.側(cè)固定極板構(gòu)成兩個平面型電容HC和LC,?？蓜訕O板與兩側(cè)固定極板形成兩個感壓腔室，介質(zhì)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(zhì)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(dāng)正負壓力(差壓)由正負壓導(dǎo)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(guān),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(shù)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(diào)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(diào)整。量程調(diào)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(yīng),。圖3為變送器量程調(diào)整前后的輸入輸出特性,。
 
　　由圖可見，量程調(diào)整相當(dāng)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(diào)整為量程增大調(diào)整,。反之,，由特性2到特性1的調(diào)整為量程減小調(diào)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(diào)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(shè)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(zhì)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(diào)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(diào)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(shù)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(jié)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(luò)化的發(fā)展進程,不難看出計算機技術(shù)對現(xiàn)代自動化儀表技術(shù)的發(fā)展起到了十分積極的促進作用,計算機網(wǎng)絡(luò)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(shù),。因此,現(xiàn)代自動化儀表的智能化技術(shù)不但改善了儀表本身的性能,，還影響到了控制網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu),它不再是功能單一的固定結(jié)構(gòu)，其適應(yīng)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(luò)技術(shù)支持下,，在各行各業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用,。