電容式壓力變送器是企業(yè)#常應(yīng)用的壓力變送器，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微電子技術(shù)、微處理器技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)不斷更新，以硅微電容作為壓力傳感器的智能型壓力差壓變送器出現(xiàn)并得到應(yīng)用，這種變送器既符合現(xiàn)場總線協(xié)議，可靠性又得到極大提高，因而得到化工行業(yè)的青睞，在化工生產(chǎn)裝置中已應(yīng)用相當(dāng)普遍。河南神馬尼龍化工有限公司為加快發(fā)展尼龍產(chǎn)業(yè)，成套引進(jìn)了日本技術(shù)裝置，許多裝置儀表中采用了硅微電容智能變送器，用于測量介質(zhì)壓力、流量及液位等。硅微電容智能變送器的傳感器將被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成靜電容量，然后通過測量硅電容來得到被測壓差或壓力值。變送器將檢測到的各種流體的差壓或壓力，轉(zhuǎn)換為電流信號傳輸給儀表;調(diào)整功能可通過 HHC(手持通信器)進(jìn)行，即使在儀表室等院秒變送器的場所也可容易地變更各種設(shè)定(量程、阻尼時間常數(shù)、自檢等);同時，通過帶有本地調(diào)整功能的 LCD 單元可與 HHC 實現(xiàn)同步，大大提高了現(xiàn)場維護(hù)的可靠性和方便性。

 

1 變送器結(jié)構(gòu)及工作原理

1． 1 硅微電容傳感器結(jié)構(gòu)圖

從原理上講，硅微電容傳感器依然采用電容來進(jìn)行測量，但其結(jié)構(gòu)與原來的電容傳感元件有很大不同，用硅材料制成電容，#大特點是體積特別小(9 mm ×9 mm ×7 mm)，故稱硅微電容傳感器(結(jié)構(gòu)如圖 1 所示)。硅微電容傳感器是整體封裝，周圍

被封液包裹，變送器采用了浮動膜盒結(jié)構(gòu)，這樣可以消除被測介質(zhì)溫度和靜壓對測量膜片的影響。

1． 2 新型浮動膜盒

新型浮動膜盒的結(jié)構(gòu)(見圖 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、過壓保護(hù)特性更優(yōu)異。

1． 3 工作原理

感測原理:硅材料膜片形成兩個電容 C1 和 C2，當(dāng)傳感器兩端的壓力 PH、PL 發(fā)生變化時，硅微電容C1 和 C2 也會相應(yīng)發(fā)生變化，測量電容的變化量，并由此可計算出壓力差。

 

變送原理:傳感膜盒中存放著由生產(chǎn)線上計算機(jī)采集到的包括測量范圍、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)試過程中儀表的各種參數(shù)則存放于電子單元中，這種雙存儲器結(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)兩個溫度傳感器測得的溫度隨時修正，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

2． 1 傳感器特點

傳感器封裝后僅有 7 mm ×7 mm ×9 mm，體積非常小;測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)，儀器可以長周期穩(wěn)定運行;硅材料沒有彈性滯后，因此儀器具有很好的線性特性，儀

表的回差率可忽略不計，使用過程中也不需要調(diào)整零點。在#大測量范圍內(nèi)，硅膜片的#大位移量是其他移變送器的幾十分之一，膜片的移動接近理論的平行板電容器，因而儀表的線性好、精度高。傳感器是在單晶硅片上光刻出來的，其功耗低、響應(yīng)快，便于集成并保證傳感器的一致性。

 

2． 2 新型浮動膜盒特點

2． 2． 1 溫度特性優(yōu)良

因為將小型硅微電容傳感器從膜盒的下部移到了放大器臺內(nèi)部，可使傳感器院秒過程介質(zhì)，從而使傳感器受過程介質(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，對溫度比較敏感，變送器的微處理器可隨時修正溫度變化產(chǎn)生的影響，所以儀表的溫度特性很好。

 

2． 2． 2 靜壓影響小

傳感器與過程介質(zhì)和外部環(huán)境沒有直接接觸，改善了傳感器的受力狀況。膜盒四周設(shè)有基座，如果受到很高的過程壓力，基座會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封液來傳遞，因而它受到的是周邊不同方向的均勻壓力，不會產(chǎn)生變形，因此儀表的靜壓影響極小。

 

2． 2． 3 可靠的單向過壓保護(hù)

膜盒中間的過壓保護(hù)膜片在儀表正常工作時，不會因測量壓力的作用產(chǎn)生位移或者發(fā)生彎曲。過壓保護(hù)膜片的移動壓力為#大測量值的 3 倍。當(dāng)變送器承受單向壓力過大時，過壓保護(hù)膜片會發(fā)生彈性變形，抑制封液壓力的繼續(xù)上升，對傳感器的測量膜片(硅膜片)不會產(chǎn)生影響，起到了單向過壓保護(hù)作用。當(dāng)單向壓力消失時，由于材料的彈性特性，測量膜片和過壓保護(hù)膜片可迅速恢復(fù)到初始位置。這使得安裝變送器時，可以將過程壓力直接引入變送器的測量室，而且不需要安裝附加的組合閥門。

 

2． 2． 4 結(jié)構(gòu)緊湊、體積小

因為小型硅微電容傳感器是設(shè)置在放大器內(nèi)，膜盒結(jié)構(gòu)簡單緊湊，體積也相對減小不少，現(xiàn)場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)問題的頻次較高，例如在己二酸生產(chǎn)工藝中儲存罐使用的溫度傳感器，檢測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，以往處理排除此類故障需要從傳感器源頭排查，排除故障非常耗時，維修效率低，嚴(yán)重時會導(dǎo)致停車。通過不斷地總結(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，檢修工作人員很快就能查出故障原因，并準(zhǔn)確、及時地進(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，要及時檢查，逐項排除，有問題及時解決，使閥門及時恢復(fù)正常，堵漏、修正連接管、排除堵塞或更換元器件等。

 

3． 2． 2 無輸出電流

主要原因可能為:歧管閥的開閉狀態(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;電源極性錯誤;外部連接端子部電壓錯誤。出現(xiàn)上述問題時，要及時調(diào)整、修正，檢查配線電纜絕緣情況，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)上述問題時，要及時修正，進(jìn)行排氣、排液;密度不對時，要及時修正，重新調(diào)整，加強(qiáng)控制，減少溫度變化;電子部件出現(xiàn)問題時，要及時更換。

 

4 結(jié)束語

通過對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，針對硅微電容變送器出現(xiàn)常見故障，根據(jù)長期從事化工裝置的實際維檢工作經(jīng)驗，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，硅微電容智能變送器在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍將會越來越大。

 

相關(guān)產(chǎn)品tuijian：投入式液位計、數(shù)顯溫度計、隔膜壓力表