第2章变送器(2)-V4

1、12扩散硅式差压变送器扩散硅式差压变送器 检测元件检测元件扩散硅压阻传感器扩散硅压阻传感器 3 1） 扩散硅式扩散硅式差压变送器差压变送器构成方框图构成方框图PKRUUSZS41SWURRRU)21 (1580119010RUI42）测量部分）测量部分n 结构形式结构形式5n基本原理基本原理1.N-Si1.N-Si膜片膜片 2.P-SI2.P-SI导电层导电层 3.3.粘结剂粘结剂 4.4.硅底座硅底座 5.5.引压管引压管 6.SIO6.SIO2 2 保护膜保护膜 7. 7. 电极电极6在一块圆形的单晶硅膜片上在一块圆形的单晶硅膜片上, 布置四个扩散电阻布置四个扩散电阻, 组组成一个全桥测量

2、电路。成一个全桥测量电路。 膜片用一个圆形硅杯固定膜片用一个圆形硅杯固定, 将将两个气腔隔开。一端接被测压力两个气腔隔开。一端接被测压力, 另一端接参考压力。另一端接参考压力。当存在压差时当存在压差时, 膜片产生变形膜片产生变形, 使两对电阻的阻值发使两对电阻的阻值发生变化生变化, 电桥电桥失去平衡失去平衡, 其输出电压反映膜片承受的其输出电压反映膜片承受的压差的大小。压差的大小。 7根据压阻效应根据压阻效应d对于半导体而言对于半导体而言 dRdR当单晶硅在任意晶向受到纵向和横向应力作用时，当单晶硅在任意晶向受到纵向和横向应力作用时，其阻值的变化为其阻值的变化为ttllRdR8 压阻式压力传感

3、器的主要优点是体积小压阻式压力传感器的主要优点是体积小, 结构比较简结构比较简单单, 动态响应也好动态响应也好, 灵敏度高灵敏度高, 能测出十几帕斯卡的微压能测出十几帕斯卡的微压, 它是一种比较理想它是一种比较理想, 目前发展和应用较为迅速的一种压力目前发展和应用较为迅速的一种压力传感器。传感器。 这种传感器测量准确度受到非线性和温度的影响这种传感器测量准确度受到非线性和温度的影响, 从从而影响压阻系数的大小。而影响压阻系数的大小。 现在出现的智能压阻压力传感现在出现的智能压阻压力传感器利用微处理器对非线性和温度进行补偿器利用微处理器对非线性和温度进行补偿, 它利用大规模它利用大规模集成电路技

4、术集成电路技术, 将传感器与计算机集成在同一块硅片上将传感器与计算机集成在同一块硅片上, 兼有信号检测、兼有信号检测、 处理、处理、 记忆等功能记忆等功能, 从而大大提高从而大大提高传感传感器的稳定性和测量准确度。器的稳定性和测量准确度。 9设：设：RRRRR4321RRRRR4321)(2133RRIUSS)(2144RRISRIUSSPKISS10 传感器供电电路传感器供电电路 为传感器提供恒定的桥路工作电流为传感器提供恒定的桥路工作电流UT1=UF1、IF1=0工作电流工作电流IS为为 4141RURUIZFSPKRUUSZS4111)(91581501RRRRRRUUWWSSSWKUU

5、RRRU)21 (1580112图3-40131901RUIO14扩散硅压力变送器扩散硅压力变送器152.3.2 数字式差压变送器数字式差压变送器 ST3000差压变送器差压变送器 3051C差压变送器差压变送器1151数字式差压变送器数字式差压变送器16一、一、ST3000差压变送器差压变送器 17 二、二、3051C差压变送器差压变送器 检测元件采用电容式压力传感器检测元件采用电容式压力传感器 18 三、三、1151数字式差压变送器数字式差压变送器 192021AD7715电路原理图电路原理图 2223242526272829vmq q30dt qQ2. 2. 流量的检测方法流量的检测方法

6、 31显示仪表显示仪表Q差压变送器差压变送器节 流 装节 流 装置置32QP1P23334孔板前后流体孔板前后流体对管壁压力对管壁压力孔板前稳定流动孔板前稳定流动段段-截面截面流束未收流束未收缩前压力缩前压力平均流速平均流速v1流束最小处流束最小处-截面截面流束最小流束最小处压力处压力平均流速平均流速v235截面截面处能量处能量= 截面截面处能量处能量+损耗损耗gvgvgPgvgP2222222222111 静压能静压能 动能动能 静压能静压能 动能动能 损耗损耗根据伯努力方程可列出：根据伯努力方程可列出：损耗损耗36式中：式中： 为流体在截面为流体在截面-与与-之间的之间的动能损失系数；动能

7、损失系数；g 为重力加速度；为重力加速度； gvgvgPgvgP2222222222111 1、2 为流体在截面为流体在截面-和和-处的密度。处的密度。如果流体是不可压缩的，那么如果流体是不可压缩的，那么1= 2= 37S1、S2分别为分别为-和和-处的流束截面积。处的流束截面积。 21222112()S1 ()SvPP22211222222PvPvvgggggv1S1 =v2S2又因截面又因截面、处体积流量应相等，有处体积流量应相等，有联立求解两式，可得出：联立求解两式，可得出：3801SSm S0孔板的开孔面积。孔板的开孔面积。另外，取紧挨孔板前后另外，取紧挨孔板前后的管壁压差（的管壁压差

8、（P1- P2）代替）代替（P1- P2），为此引用系数），为此引用系数 加以修正：加以修正： 为简化计算，引入两个系数：为简化计算，引入两个系数： 截面收缩系数截面收缩系数 孔板口对管道的面积比孔板口对管道的面积比m20SS2121PPPP 392121PPPP 代入代入v2式，得式，得 )(2121222PPmv 因体积流量：因体积流量：Q = v2 S0012222S()1QPPm 称流量系数称流量系数 221m20SS01SSm 将将令令400122S()QPP体积流量体积流量 012S2()mQQPP质量流量质量流量 结论：结论：流量与节流件前后压差的平方根成正流量与节流件前后压差的

9、平方根成正比。只要测得差压比。只要测得差压（P1-P2）便可测得流量。便可测得流量。 则得到（则得到（不可压缩的流体）不可压缩的流体）流量基本方程式：流量基本方程式： 如果流体是可压缩的（如蒸汽），则要对公式如果流体是可压缩的（如蒸汽），则要对公式进行修正。进行修正。41 221m因为因为2121PPPP 20SS01SSm 动能动能损失系数损失系数42 节流装置节流装置导压管导压管孔板孔板喷嘴喷嘴文丘里管文丘里管431管道法兰管道法兰2环室环室3孔板孔板4夹紧环夹紧环角接取压角接取压 44湍流湍流v层流层流v45 vDRe 105ReRekm=0.5m=0.4m=0.246节流装置节流装置导

10、压管导压管差压计差压计474849 505152S02pf=QSgVPz)-(=fS053hS0 = k hQ=kgVS)2(z -fhf5412555657582kS2dFvg式中式中: k靶的推力系数；靶的推力系数；Sd 靶的受力面积；靶的受力面积； 流体比重；流体比重； g 重力加速度；重力加速度； v 靶与管璧间环形间隙靶与管璧间环形间隙中流体平均流速中流体平均流速 5900022SSSk SSddgFgFQv1kS0Sd6061涡轮涡轮上的螺旋形叶片用高导上的螺旋形叶片用高导磁系数的不锈钢材料制成。磁系数的不锈钢材料制成。导流器导流器用用以稳定流以稳定流体的流向体的流向外壳由非外壳由

11、非导磁的不导磁的不锈钢制成锈钢制成62NS63N仪表常数仪表常数NS64插入式插入式q特点特点涡轮转速不用轴输出，没有齿涡轮转速不用轴输出，没有齿轮传动误差和密封问题，因而涡轮轮传动误差和密封问题，因而涡轮流量计测量精度高（可达流量计测量精度高（可达0.2级），级），耐高压（静压可达耐高压（静压可达50MPa）。）。输出信号为频率信号，不易受输出信号为频率信号，不易受干扰，便于远传干扰，便于远传 。要求流体清洁，安装时，应加要求流体清洁，安装时，应加装过滤器，且前后要有一定的直管装过滤器，且前后要有一定的直管段。段。656667式中：式中： Ex 感应电势；感应电势； B 磁感应强度；磁感应强度； D 管道直径；管道直径； v 流体速度。流体速度。68214QD v式中式中称为仪表常数称为仪表常数221DEkE44BQD v2Dk4BQvD6970717273旋进型旋进型卡曼型卡曼型7475dvSft=式中：式中：76v测得测得 f 便可算出体积流量便可算出体积流量QQ = A1v = A1Stfd A1管道中旋涡发管道中旋涡发生体处流通截面积。生体处流通截面积。 A1 A1q旋涡流量计的特点是精旋涡流量计的特点是精确度高、测量范围宽、没有运确度高、测量范围宽、没有运动部件、压力损失小。动部件、压力损失小。777879铂电阻丝铂电