摘 要:對(duì)化工生產(chǎn)中常用的硅微電容智能型變送器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、安裝調(diào)試以及故障處理等進(jìn)行闡述,并結(jié)合化工生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用操作情況,分析了硅微電容智能型變送器的優(yōu)劣,為化工生產(chǎn)一線(xiàn)的儀表技術(shù)人員提供借鑒。XwG壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
從原理上講,硅微電容傳感器依然采用電容來(lái)進(jìn)行測(cè)量,但其結(jié)構(gòu)與原來(lái)的電容傳感元件有很大不同,用硅材料制成電容,#大特點(diǎn)是體積特別小(9 mm ×9 mm ×7 mm),故稱(chēng)硅微電容傳感器(結(jié)構(gòu)如圖 1 所示)。硅微電容傳感器是整體封裝,周?chē)?/div>
被封液包裹,變送器采用了浮動(dòng)膜盒結(jié)構(gòu),這樣可以消除被測(cè)介質(zhì)溫度和靜壓對(duì)測(cè)量膜片的影響。
1. 2 新型浮動(dòng)膜盒
新型浮動(dòng)膜盒的結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖 2)能保護(hù)傳感器,使其在多種惡劣環(huán)境中工作,傳感器工作的穩(wěn)定性得到提高,方便了現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)置操作。因此,相比傳統(tǒng)電容傳感器,其溫度特性、靜壓特性、過(guò)壓保護(hù)特性更優(yōu)異。
1. 3 工作原理
感測(cè)原理:硅材料膜片形成兩個(gè)電容 C1 和 C2,當(dāng)傳感器兩端的壓力 PH、PL 發(fā)生變化時(shí),硅微電容C1 和 C2 也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化,測(cè)量電容的變化量,并由此可計(jì)算出壓力差。
變送原理:傳感膜盒中存放著由生產(chǎn)線(xiàn)上計(jì)算機(jī)采集到的包括測(cè)量范圍、輸入輸出特性、靜壓和溫度特性、修正數(shù)據(jù)等在內(nèi)的各種參數(shù),變送器調(diào)試過(guò)程中儀表的各種參數(shù)則存放于電子單元中,這種雙存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)使儀表具有良好的部件互換性,微處理器可以根據(jù)兩個(gè)溫度傳感器測(cè)得的溫度隨時(shí)修正,減小溫度變化產(chǎn)生的影響。
2 硅微電容智能型變送器特點(diǎn)
2. 1 傳感器特點(diǎn)
傳感器封裝后僅有 7 mm ×7 mm ×9 mm,體積非常小;測(cè)量膜片采用單晶硅材料,其熱膨脹系數(shù)僅有金屬膜片的 1/4,受環(huán)境溫度變化的影響較小;材料的抗疲勞性能強(qiáng),儀器可以長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行;硅材料沒(méi)有彈性滯后,因此儀器具有很好的線(xiàn)性特性,儀
表的回差率可忽略不計(jì),使用過(guò)程中也不需要調(diào)整零點(diǎn)。在#大測(cè)量范圍內(nèi),硅膜片的#大位移量是其他移變送器的幾十分之一,膜片的移動(dòng)接近理論的平行板電容器,因而儀表的線(xiàn)性好、精度高。傳感器是在單晶硅片上光刻出來(lái)的,其功耗低、響應(yīng)快,便于集成并保證傳感器的一致性。
2. 2 新型浮動(dòng)膜盒特點(diǎn)
2. 2. 1 溫度特性?xún)?yōu)良
因?yàn)閷⑿⌒凸栉㈦娙輦鞲衅鲝哪ず械南虏恳频搅朔糯笃髋_(tái)內(nèi)部,可使傳感器院秒過(guò)程介質(zhì),從而使傳感器受過(guò)程介質(zhì)溫度變化的影響減小。傳感器內(nèi)部安裝了溫度傳感元件,對(duì)溫度比較敏感,變送器的微處理器可隨時(shí)修正溫度變化產(chǎn)生的影響,所以?xún)x表的溫度特性很好。
2. 2. 2 靜壓影響小
傳感器與過(guò)程介質(zhì)和外部環(huán)境沒(méi)有直接接觸,改善了傳感器的受力狀況。膜盒四周設(shè)有基座,如果受到很高的過(guò)程壓力,基座會(huì)因受到軸向力的作用而產(chǎn)生徑向變形;硅微電容傳感器被封液所包圍,而傳感器受力是通過(guò)封液來(lái)傳遞,因而它受到的是周邊不同方向的均勻壓力,不會(huì)產(chǎn)生變形,因此儀表的靜壓影響極小。
2. 2. 3 可靠的單向過(guò)壓保護(hù)
膜盒中間的過(guò)壓保護(hù)膜片在儀表正常工作時(shí),不會(huì)因測(cè)量壓力的作用產(chǎn)生位移或者發(fā)生彎曲。過(guò)壓保護(hù)膜片的移動(dòng)壓力為#大測(cè)量值的 3 倍。當(dāng)變送器承受單向壓力過(guò)大時(shí),過(guò)壓保護(hù)膜片會(huì)發(fā)生彈性變形,抑制封液壓力的繼續(xù)上升,對(duì)傳感器的測(cè)量膜片(硅膜片)不會(huì)產(chǎn)生影響,起到了單向過(guò)壓保護(hù)作用。當(dāng)單向壓力消失時(shí),由于材料的彈性特性,測(cè)量膜片和過(guò)壓保護(hù)膜片可迅速恢復(fù)到初始位置。這使得安裝變送器時(shí),可以將過(guò)程壓力直接引入變送器的測(cè)量室,而且不需要安裝附加的組合閥門(mén)。
2. 2. 4 結(jié)構(gòu)緊湊、體積小
因?yàn)樾⌒凸栉㈦娙輦鞲衅魇窃O(shè)置在放大器內(nèi),膜盒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,體積也相對(duì)減小不少,現(xiàn)場(chǎng)使用操作也更加方便。
3 維修、檢查和故障處理
河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司生產(chǎn)裝置中硅微電容智能型變送器配置數(shù)量很多,由于涉及多種化工產(chǎn)品的生產(chǎn),硅微電容智能型變送器使用中出現(xiàn)問(wèn)題的頻次較高,例如在己二酸生產(chǎn)工藝中儲(chǔ)存罐使用的溫度傳感器,檢測(cè)到的溫度變化后輸出電流曾出現(xiàn)超量程現(xiàn)象,變送器的微處理器修正溫度也產(chǎn)生誤差,以往處理排除此類(lèi)故障需要從傳感器源頭排查,排除故障非常耗時(shí),維修效率低,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致停車(chē)。通過(guò)不斷地總結(jié)和探究,現(xiàn)在當(dāng)硅微電容智能型變送器使用中出現(xiàn)故障時(shí),檢修工作人員很快就能查出故障原因,并準(zhǔn)確、及時(shí)地進(jìn)行維修。
3. 1 維修、檢查
為了保持變送器的精度和壽命,需根據(jù)運(yùn)行狀況進(jìn)行定期檢查(1 次/年)。包括:檢查變送器各部分是否有損壞、腐蝕等現(xiàn)象;傳輸部罩殼、段子部罩蓋、O 形圈是否損壞或出現(xiàn)老化;流體是否泄漏;去除變送器內(nèi)和導(dǎo)壓管內(nèi)積液等。
3. 2 硅微電容智能變送器常見(jiàn)故障及其處理方法
3. 2. 1 輸出電流出現(xiàn)超量程
造成這種現(xiàn)象的原因可能有如下幾種:歧管閥的開(kāi)閉狀態(tài)不正確;有泄漏造成降壓;導(dǎo)壓配管連接方法不正確;導(dǎo)壓管內(nèi)阻塞;放大部的外部連接端子部電壓失準(zhǔn)等。在工作中,要及時(shí)檢查,逐項(xiàng)排除,有問(wèn)題及時(shí)解決,使閥門(mén)及時(shí)恢復(fù)正常,堵漏、修正連接管、排除堵塞或更換元器件等。
3. 2. 2 無(wú)輸出電流
主要原因可能為:歧管閥的開(kāi)閉狀態(tài)不正確;導(dǎo)壓配管連接方法不正確;有壓力泄漏;導(dǎo)壓管內(nèi)阻塞;電源極性錯(cuò)誤;外部連接端子部電壓錯(cuò)誤。出現(xiàn)上述問(wèn)題時(shí),要及時(shí)調(diào)整、修正,檢查配線(xiàn)電纜絕緣情況,并進(jìn)行適當(dāng)處理。
3. 2. 3 輸出電流誤差大
主要原因可能為:導(dǎo)壓配管連接方法不正確;變送器內(nèi)混入氣體或液體;介質(zhì)密度發(fā)生變化;環(huán)境溫度變化較大;電子部不良等。出現(xiàn)上述問(wèn)題時(shí),要及時(shí)修正,進(jìn)行排氣、排液;密度不對(duì)時(shí),要及時(shí)修正,重新調(diào)整,加強(qiáng)控制,減少溫度變化;電子部件出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),要及時(shí)更換。
4 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)硅微電容變送器的特性進(jìn)行分析,結(jié)合變送器在化工生產(chǎn)中應(yīng)用情況,針對(duì)硅微電容變送器出現(xiàn)常見(jiàn)故障,根據(jù)長(zhǎng)期從事化工裝置的實(shí)際維檢工作經(jīng)驗(yàn),提出了維修處置措施,為從事化工儀表操作的技術(shù)人員借鑒。隨著化工行業(yè)的產(chǎn)業(yè)調(diào)整和技術(shù)升級(jí),硅微電容智能變送器在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍將會(huì)越來(lái)越大。
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