電容式差壓變送器的分辨力非常高，靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)特性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，廣 泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的差壓、壓力和表壓力的檢測(cè)，開(kāi)口容器或受壓容器內(nèi)液體的液位 檢測(cè)，以及配套節(jié)流裝置中液體、氣體和蒸氣的流量檢測(cè)等。由于電容式差壓變送器的優(yōu)異 特點(diǎn)和應(yīng)用的廣泛性，使它正在取代過(guò)去使用較多的膜片式、膜盒式、波紋管式及力平衡式 壓力傳感器和變送器。

在應(yīng)用電容式差壓變送器時(shí)，要根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以達(dá)到盡量高的準(zhǔn)確度。

(1)量程調(diào)整和零點(diǎn)遷移

1)'量程調(diào)整_圖3-29是電容式差壓變送器的輸人一輸出特性曲線，其中Xmin和Xmax 分別為被測(cè)過(guò)程參數(shù)的下限值和上限值，即變送器輸人信號(hào)的量程范圍。ymin和ymax分別是變送器輸出信號(hào)的下限值和上限值，與標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)的下限值和上限值相對(duì)應(yīng)，對(duì)于III型表，它們分別是4mA和20mA|J

量程調(diào)整又稱(chēng)為滿度jM整，調(diào)整的目的是為了使變送器輸出信號(hào)的上限值ymax與被測(cè)參 數(shù)的上限值xmax相對(duì)應(yīng)。k常變送器輸出信號(hào)的應(yīng)限值是固定的（20mA)，而被測(cè)參數(shù)的上 限值則根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程要求是不同的。量程調(diào)整實(shí)際上就是通過(guò)改變變送器的放大增益， 改變其輸人一輸出特性曲線的斜率，使被測(cè)參數(shù)的zui大值與變送器輸出信號(hào)的zui大值對(duì)應(yīng)。 圖3-29b中曲線1為量程調(diào)整前的特性曲線，當(dāng)被測(cè)參數(shù)值為時(shí)，對(duì)應(yīng)變送器的輸出zui 大，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)際滿量程的測(cè)量；曲線2是對(duì)變送器進(jìn)行量程調(diào)整后的輸人一輸出特性曲 線，使實(shí)際滿量程％max與變送器輸出信號(hào)的上限值ymax相對(duì)應(yīng)

2)零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移。零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移是使變送器輸出信號(hào)的下限值ymin與被 測(cè)參數(shù)的下限值*min相對(duì)應(yīng)。通常變送器輸出信號(hào)的下限值是固定的（如4mA),在被測(cè)參 數(shù)的下限值;《min =0時(shí)，使；ymin =4mA的調(diào)整就稱(chēng) 

為零點(diǎn)調(diào)整；在被測(cè)參數(shù)的下限值*min#0時(shí)，使 y—=4mA的調(diào)整過(guò)程就稱(chēng)為零點(diǎn)遷移，零'點(diǎn)遷 移分為正遷移和負(fù)遷移兩種。

例如，、壓力的測(cè)量范圍為-2 ~ 3kPa,則 xm；B = - 2kPa,為負(fù)值，量程為5kPa$ .因此變送 器測(cè)量的起始點(diǎn)要從OkPa遷移到-2kPa,使ymin 與*min相對(duì)應(yīng)，這個(gè)過(guò)程就稱(chēng)為零點(diǎn)負(fù)遷移；反 之，即為零點(diǎn)正遷移。圖3-30為零點(diǎn)遷移示意 圖，其中曲線1為未遷移的輸入一輸出特性曲線，

對(duì)應(yīng)的測(cè)量范圍是0 ~5kPa;曲線2是零點(diǎn)負(fù)遷移的特性曲線，對(duì)應(yīng)的測(cè)量范圍是-2 ~ 3kPa；曲線3是零點(diǎn)正遷移的特性曲線，對(duì)應(yīng)的測(cè)量范圍是2 ~7kPa。通過(guò)對(duì)特性曲線的分 析，可以得出結(jié)論：零點(diǎn)遷移是改變測(cè)量的上、下限，而曲線斜率不變，即量程不改變但是要注意，遷移量不能無(wú)限地增加，它受到以下兩方面的約束：

①不能遷移到超過(guò)zui 大測(cè)量上限的值及zui大量程。例如，某種變送器的zui大測(cè)量上限及zui大量程均為 40kPa,因此不能將變送器遷移到32 ~42kPa,而只能遷移到32 ~40kPa。負(fù)遷移也是如此， 不能遷移到-42 ~ -32kPa,而只能遷移到-40 ~ - 32kPa或-40 ~ -30kPao另外，也不能 遷移到-40 ~10kPa,而只能遷移到-40 ~0kPa或-30 ~0kPa。

②量程不應(yīng)壓縮到允許zui小量程以下，例如規(guī)格為0 ~6kPa至0 ~40kPa的變送器允許zui小量程為6kPa|因此不要將變 送器遷移到35 ~40kPa,而應(yīng)改為34 ~40kPao

(2) 線性度調(diào)整和阻尼調(diào)整

1) 線性度調(diào)整。為了使變送義的輸人一輸出特性達(dá)到高度的線性，因此在放大器電路 板焊接面上，還備有線性調(diào)節(jié)電位器

通常情況下，線性度調(diào)整.作已'在變送器出廠時(shí)完成，一般不必進(jìn)行調(diào)節(jié).如有必要 (需要在某r?特定范圍內(nèi)改善線性>,而且條件具備時(shí)（校正時(shí)需要高精度的標(biāo)準(zhǔn)儀表），也 、進(jìn)行，但必須按規(guī)程進(jìn)行調(diào)整_

2) 阻尼調(diào)整|變送器的放大器電路板上有阻尼調(diào)節(jié)電位器，在變送器出廠校驗(yàn)時(shí)，.已 經(jīng)將阻尼調(diào)節(jié)電位器逆時(shí)針旋到底（阻尼時(shí)間約0.2s),即阻尼zui小位置。由于變送器標(biāo)定 不受阻尼調(diào)節(jié)的影響，阻尼調(diào)節(jié)可在變送器安裝好以后進(jìn)行。要調(diào)節(jié)阻尼時(shí)可順時(shí)針?lè)较?轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼調(diào)節(jié)電位器所謂阻尼時(shí)間即變送器的輸出隨被測(cè)壓力變化的反應(yīng)速度|一般電容式差壓變送器的zui 大阻尼時(shí)間常數(shù)大于等于1. 67s。

注意：調(diào)節(jié)阻尼時(shí)可用小旋具插入調(diào)節(jié)孔，當(dāng)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，其阻尼時(shí)間將增大， 但當(dāng)旋到底時(shí)不可用力再擰，以免損壞電位器

(3) 變送器的接線變送器的接線根據(jù)信號(hào)線與電源線的連接方式分為兩線制和四線

制兩種。兩線制變送器的工作電 源為直流24V，只有兩根導(dǎo)線，' 信號(hào)線和電源線并用，導(dǎo)線上同 時(shí)傳送變送器的工作電源電壓與 輸出的電流信號(hào)，如圖3-31a所 示；四線制變送器的工作電源為 交流220V，電源線和信號(hào)線分 開(kāi)，各有兩根，如圖3-31

兩線制變送器可以節(jié)省電 纜，敷設(shè)時(shí)只需一根穿線管道，

若用于易燃易爆的場(chǎng)合，還可節(jié)省一個(gè)安全柵。它具有降低成本，提高安全性能的優(yōu)點(diǎn)，所 以應(yīng)用較多@但同時(shí)，由于電源線和信號(hào)線共用，可能會(huì)給輸出的電流信號(hào)帶來(lái)干擾，影響測(cè)量的可靠性及精度。

擴(kuò)散硅差壓變送器

利用具有壓阻效應(yīng)的半導(dǎo)體材料可以做成粘貼式的半導(dǎo)體應(yīng)變片，進(jìn)行壓力的檢測(cè)。隨 著半導(dǎo)體集成電路制造工藝的不斷發(fā)展，人們利用半導(dǎo)體制造工藝的擴(kuò)散技術(shù)，將敏感元件 和應(yīng)變材料合二為一制成擴(kuò)散型壓阻式傳感器由于這類(lèi)傳感器的應(yīng)變電阻和基底都是用半 導(dǎo)體硅制成的，所以又稱(chēng)為擴(kuò)散硅壓阻式傳感器|在半導(dǎo)體基底上還可以很方便地將^些溫 度補(bǔ)償、信號(hào)處理和放大電路等集成制造在一起，構(gòu)成集成傳感器或變送器。所以，擴(kuò)散桂 壓阻式傳感器1出現(xiàn)就受到人們的普遍重視，發(fā)展很快，目前這類(lèi)傳感器已經(jīng)在力學(xué)量傳感 器中占據(jù)了重要地位

1.擴(kuò)散硅壓阻式傳感器的測(cè)壓原理

圖3-32所示為擴(kuò)散硅壓阻式傳感器的結(jié)構(gòu)它主 要由外殼、硅杯和引線等組成。

擴(kuò)散硅壓阻式傳感器的核心敏感元件是一塊圓形的 硅膜片。在硅膜片上，用半導(dǎo)體制造工藝的擴(kuò)散摻雜法 做成四個(gè)阻值相等的電阻，構(gòu)成平衡電橋，再用壓焊法 與外部引線相連。測(cè)量室被硅膜片分成高壓和低壓兩個(gè) 腔室，高壓腔和被測(cè)系統(tǒng)相連接_測(cè)壓力時(shí)，低壓腔和 大氣相連通；測(cè)壓達(dá)時(shí)，低壓腔則與被測(cè)系統(tǒng)的低壓端 相連通。當(dāng)膜片兩邊存在壓力差時(shí)，膜片發(fā)生變形，產(chǎn): 生應(yīng)力應(yīng)變，從而使擴(kuò)散電阻的阻值發(fā)生變化，電橋失 去平衡，輸出相應(yīng)的電壓，該電壓的大小與膜片兩邊的 壓力差成正比，從而可以測(cè)取膜片所受的壓力差值

由于硅膜片是各向異性材料，它的壓阻效應(yīng)的大小與作用力的方向有關(guān)，所以在硅膜片 承受外力時(shí)，必須同時(shí)考慮其縱向壓阻效應(yīng)（沿?cái)U(kuò)散電阻的長(zhǎng)度方向）和橫向壓阻效應(yīng) (沿?cái)U(kuò)散電阻的寬度方向）。由于硅膜片是圓形的，受壓時(shí)的形變非常微小，其彎曲的撓度 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其厚度，因而其應(yīng)力分布，可歸結(jié)為彈性力學(xué)中的小撓度圓薄板的應(yīng)變問(wèn)題。

設(shè)均勻分布在硅膜片上的壓力為則硅膜片上各點(diǎn)的應(yīng)力與其半徑r的關(guān)系為

式中，為硅膜片所承受的徑向應(yīng)力、切向應(yīng)力；h、r。為硅膜片的厚度和半徑；廠為 應(yīng)力作用半徑，即電阻距硅膜片中心的距離；M為泊松比，對(duì)于硅0=0.35。

對(duì)以上兩式進(jìn)行分析，時(shí)，應(yīng)力A和 都達(dá)到zui大值，隨著r值的增大，和cr7的值減??；

當(dāng)r = 0_635r。和r=0.812r。時(shí)，h和aT分別為零； 隨著r值的進(jìn)‘步增大，~和進(jìn)人負(fù)值區(qū)，直至 時(shí)和t分別達(dá)到負(fù)的zui大值。可見(jiàn)硅膜片_ 雖然受壓均勻分布，但產(chǎn)生的應(yīng)力是不均勻的，存在 正、負(fù)應(yīng)力區(qū)。因此，為了構(gòu)成差動(dòng)電橋，提髙輸出 靈敏度，在硅膜片上布置電阻時(shí)，可以使&、尺3布 置在負(fù)應(yīng)力區(qū)，承受壓應(yīng)力；R2、布置在正應(yīng)力 區(qū)，承受拉應(yīng)力，如圖3-33所示

這樣，在承受壓g 力時(shí)，四個(gè)電阻有增有減，將阻值增加的兩個(gè)電阻與 阻值減小的兩個(gè)電阻分別相對(duì)接人橋路，構(gòu)成;平衡電橋

2.擴(kuò)散硅差壓變送器

擴(kuò)散硅差壓變送器由用來(lái)進(jìn)行壓力檢測(cè)的擴(kuò)散硅壓阻式傳感器（半導(dǎo)體硅杯、電橋檢 測(cè)電路）、信號(hào)放大電路和標(biāo)準(zhǔn)電流輸出電路組成，典型電路如圖3-34所示。

在差壓變送器中，測(cè)量電橋由 1mA的恒流源供電，硅膜片未受差 壓時(shí)，R1=R2=R3=RA,電橋平衡， 左右橋臂支路電流相等，I1=I2=0. 5mA。有差壓時(shí)，R3阻值減小， 漢4增加，因/2不變引起6點(diǎn)電位升 高；同時(shí)，由于及2增加，A減小， A不變，引起a點(diǎn)電位下降。ab兩 點(diǎn)間的電壓輸人到運(yùn)算放大器A， 放大后的輸出電壓經(jīng)過(guò)晶體管VT轉(zhuǎn) 換成3 ~ 19mA的電流，此電流流過(guò)

負(fù)反饋電阻A,導(dǎo)致&點(diǎn)電位下降，直至M兩點(diǎn)間的電壓接近為零嶋恒流源保證電橋的總 電流為1mA，于是變送器的總電流為4 ~20mA，此輸出電流的大小與差壓成線性關(guān)系。

壓力計(jì)的校驗(yàn)和使用

為了保證壓力測(cè)量值的統(tǒng)一，必須要有*的壓力基準(zhǔn)，以此作為壓力測(cè)量的zui高標(biāo) 準(zhǔn)。壓力基準(zhǔn)是用活塞式壓力計(jì)建立起來(lái)的^從國(guó)家壓力基準(zhǔn)到工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)壓力儀表的校驗(yàn)、標(biāo)定傳遞系統(tǒng)中，作為標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)量?jī)x器的活塞式壓力計(jì)占有重要的地位

活塞式壓力計(jì)及壓力計(jì)的校驗(yàn)

活塞式壓力計(jì)是基于流體靜力學(xué)平衡原理和帕斯卡定律，利用壓力作用在活塞上的力與 砝碼的重力相平衡的原理來(lái)測(cè)壓力。活塞式壓力計(jì)是壓力計(jì)量中的基準(zhǔn)儀器，也是一種標(biāo)準(zhǔn) 壓力發(fā)生器，用來(lái)檢驗(yàn)其他儀表，一般不能直接測(cè)量壓力。它具有精度高（可達(dá)0.02%)，

技術(shù)性能穩(wěn)定，測(cè)量范圍廣（0.5 x 104 ~109Pa)等特點(diǎn)，因此，在計(jì)量 部門(mén)或儀表制造及使用中得到了廣

乏應(yīng)用福

1.活塞式壓力計(jì)的結(jié)構(gòu)及原理

活塞式壓力計(jì)主要由活塞測(cè)量 系統(tǒng)（包括按碼、測(cè)量活塞和活塞 筒等）和壓力發(fā)生泵（包括手搖泵、 油杯組件）組成，如圖3-35所示。

活塞式壓力計(jì)中的壓力發(fā)生泵， 是通過(guò)加壓手輪12旋轉(zhuǎn)絲桿11，推 動(dòng)加壓活塞10擠壓內(nèi)腔中的工作液， 以產(chǎn)生所需的壓力，根據(jù)流體靜力 學(xué)中液體壓力傳遞平衡原理，該外 加壓力經(jīng)工作液均勻地傳遞給測(cè)量

系統(tǒng)中的活塞和被校壓力計(jì)。當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)中活塞3和砝碼托盤(pán)2本身的重量，以及加在托盤(pán) 上的砝碼1的重量作用在活塞上的力與壓力發(fā)生泵所產(chǎn)生的力相等時(shí)，測(cè)量活塞3浮起 在某一位置上_這時(shí)；作液的壓力為

式中，G為活塞（包括砝碼托盤(pán)）的重量和砝碼的重量；S。為活塞的有效面積。

從式（3-40)可知，由于砝碼和活塞的重量C可利用精密天平來(lái)地標(biāo)定，活塞的 有效面積A可通過(guò)對(duì)活塞式壓力計(jì)的標(biāo)定計(jì)算得到，所以壓力也就準(zhǔn)確地測(cè)量出來(lái)。一般 =lcm2或0. 1cm2?；钊矁?nèi)的工作液一般采用潔凈的變壓器油或蓖麻油等gj:

在校驗(yàn)壓力計(jì)時(shí)，通過(guò)被校壓力計(jì)上的指示值與這一標(biāo)準(zhǔn)壓力值P相比較，就可知道 被校壓力計(jì)的誤差大小。

作為標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)量?jī)x器的活塞式壓力計(jì)，精度為0.002%。此外還有作為國(guó)家基準(zhǔn)器的 活塞式壓力計(jì)，zui高精度為0.005%, I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)精度為0.01 %，II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)精度為0.05%，I 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)精度為0.2% A—般工業(yè)用儀表，用m級(jí)標(biāo)準(zhǔn)精度活塞式壓力計(jì)校準(zhǔn)。

在進(jìn)行高精度校驗(yàn)時(shí)，要注意用活塞式壓力計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生誤差的一些因素。 這些因素有：重力加速度變化帶來(lái)的校驗(yàn)誤差，重力加速度與校驗(yàn)地的海拔、緯度有關(guān)，如 海拔越高，重力加速度越小，校驗(yàn)誤差會(huì)增加|此外，溫度變化會(huì)影響活塞的有效面積，空 氣對(duì)砝碼會(huì)有一定的浮力作用，這些都是影響校驗(yàn)精度的一些因素。

2. 活塞式壓力計(jì)校驗(yàn)壓力計(jì)的方法

用活塞式壓力計(jì)校驗(yàn)壓力計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格遵循下列操作規(guī)程

1) 測(cè)量前，將活塞式壓力計(jì)水平放置，觀察水準(zhǔn)器中的氣泡是否位于中心，若偏離， 調(diào)節(jié)底盤(pán)上的支撐螺釘，使壓力計(jì)處于水平位置，確保測(cè)量活塞筒處于鉛直位置。

2) 把工作液（變壓器油或麻油）灌入油杯，反復(fù)旋轉(zhuǎn)手輪，以排除測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)腔的空氣。

3) 用加壓泵加壓，檢查油路是否暢通，并裝上被校壓力計(jì)：

4) 將進(jìn)油閥打開(kāi)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪，將油吸人油路：

5) 關(guān)閉進(jìn)油閥，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪產(chǎn)生壓力，加上砝碼即可進(jìn)行校驗(yàn)。

6) 把砝碼加到托盤(pán)上，所加砝碼重量加上活塞、托盤(pán)的重量應(yīng)與所校驗(yàn)的壓力值相對(duì) 應(yīng)，再旋轉(zhuǎn)手輪加壓，使托盤(pán)升起，并與定位指示板刻度線相齊。同時(shí)，為了減小活塞與活 塞筒之間的摩擦阻力，應(yīng)使托盤(pán)以不小于30r/min的角速度向順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。

7) 活塞式壓力計(jì)的活塞桿、底盤(pán)、砝碼等必須根據(jù)其出廠的編號(hào)配套使用，不能互換。

3. 活塞式壓力計(jì)的保養(yǎng)維修

活塞式壓力計(jì)有0.02和0.05級(jí)精度，使用中為了確保精度并延長(zhǎng)使用壽命，應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：

1) 使用前必須熟悉使用操作方法和注意事項(xiàng)。

2) 為避免損壞活塞測(cè)量系統(tǒng)，托盤(pán)上的砝碼要輕拿輕放。

3) 工作液必須按說(shuō)明書(shū)規(guī)定使用，不得錯(cuò)用。工作液必須經(jīng)過(guò)濾，才可使用，不準(zhǔn)混有雜質(zhì)，并應(yīng)定期更換。