H60024 A1（H60024A0） AHEKLK-H60024A1

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kleinknecht automotive gmbh

變送器的輸入輸出特性示于右圖，xmax和xmin分別為被測參數的上限值和下限值，也即變送器測量范圍的上、下限值 (圖中xmin=0),ymax和ymin分別為輸出信號的上限值和下限值。它們與統一標準信號的上、下限值相對應。
4 量程調整、零點調整和零點遷移 變送器涉及的另一個共性問題是量程、零點調整和零點遷移。

1) 量程調整
  量程調整 (即滿度調整)的目的是使變送器輸出信號的上限值ymax與測量范圍的上限值xmax相對應。即當x=xmax時，使y=ymax。量程調整通常是通過改變反饋系數F的大小來實現的。F大，量程就大；F小，量程就小。有些變送器還可以通過改變轉換系數C來調整量程。

(2) 零點調整和零點遷移
零點調整和零點遷移的目的，都是使變送器輸出信號的下限值ymin與測量范圍的下限值xmin相對應。即當x=xmin時，使y=ymin。在xmin=0時，為零點調整,在xmin不等于時，為零點遷移。也就是說，零點調整使變送器的測量起始點為零，而零點遷移則是把測量起始點由零遷移到某一數值 (正值或負值)。

 當測量起始點由零變為某一正值，稱為正遷移；反之，當測量起始點由零變為某一負值，稱為負遷移。
  變送器零點調整和零點遷移可通過改變調零信號z0的大小來實現。當z0為負時可實現正遷移；而當z0為正時則可實現負遷移。

 二、電容式差壓變送器
     (見教材P142～P146) 電容式差壓變送器是沒有杠桿機構的變送器，它采用差動電容作為檢測元件，整個變送器無機械傳動、調整裝置，并且測量部分采用全封閉焊接的固體化結構，因此儀表結構簡單，性能穩定、可靠，且具有較高的精度。

 一個典型的變送器的主要性能指標如下：
（1）基本誤差   有?0.25%，?0.35%，?0.5%三 種； （2）輸出信號 4~20mA(DC)(兩線制) （3）負載電阻 0~600?（在24V(DC)供電時），
       0~1650?（在45V(DC)供電時）。 （4）電源電壓 12~45V(DC),一般為24V(DC)。

 變送器包括測量部分和轉換放大電路兩部分，其構成方框如圖所示。輸入差壓?pi作用于測量部分的感壓膜片，使其產生位移，從而使感壓膜片（即可動電極）與兩固定電極所組成的差動電容器之電容量發生變化。此電容變化量由電容—電流轉換電路轉換成電流信號，電流信號與調零信號的代數和同反饋信號進行比較，其差值送入放大電路，經放大得到整機的輸出電流I0。 

一）測量部分（部件）
  測量部分的作用是把被測差壓?pi轉換成電容量的變化。它由正、負壓測量室和差動電容檢測元件（膜盒）等部分組成，其結構如圖所示。
  差動電容檢測元件包括中心感壓膜片11，(即可動電極)，正、負壓側弧形電極12、10（即固動電極)，電極引線1、2、3，正、負壓側隔離膜片14、8和基座13、9等。在檢測元件的空腔內充有硅油，用以傳遞壓力。感壓膜片和其兩邊的正·負壓側弧形電極形成電容Ci1和Ci2。無差壓輸入時，Ci1=Ci2，其電容量約為150~17OpF。

 -隔離膜片；2，7-固定弧形電極；3-硅油；4-測量膜片；5-玻璃層；6-底座

 當被測差壓?pi通過正、負壓側導壓口引入正、負壓室，作用于正、負壓側隔離膜片上時，迫使硅油向右移動，將壓力傳遞到中心感壓膜片的兩側，使膜片向右產生微小位移?S，如圖所示。輸入差壓?pi與中心感壓膜片位移?S的關系可表示為：?S =K1?pi     
  式中Kl為由膜片材料特性和結構參數所確定的系數。

 設中心感壓膜片與兩邊固定電極之間的距離分別為S1和S2 。當被測差壓?pi=0時，中心感壓膜片與兩邊固定電極之間的距離相等。設其間距為SO，則S1=S2=S0。當被測差壓?pi不等于0時，中心感壓膜片產生位移?S。此時有： S1=S0+?S，S2=S0-?S 若不考慮邊緣電場的影響，感壓膜片與兩邊固定電極構成的電容Ci1和Ci2，可近似地看成是平板電容器。其電容量分別為： Ci1=?A/(S0+?S) Ci2 =?A/(S0-?S)  
  式中?為極板間介質的介電常數； A為固定極板的面積。

 經過數學推導得出： (Ci2- Ci1)/(Ci2+ Ci1) = ?S/S0=K2?S K2=1/S0 上式表明： (a)差動電容的相對變化量(Ci2- Ci1)/(Ci2+ Ci1)與?S 成線性關系，因此轉換放大部分應將這一相對變化值變換為直流電流信號。 (b) (Ci2- Ci1)/(Ci2+ Ci1)與介電常數?無關。這一點非常重要，因為?是隨溫度變化的，現?不出現在式中，無疑可大大減小溫度對變送器的影響。 (c) (Ci2- Ci1)/(Ci2+ Ci1)與S0有關。S0愈小，差動電容的相對變化量愈大，即靈敏度愈高。 (Ci2- Ci1)/(Ci2+ Ci1)= K1K2?pi

 應當指出，在上述的討論中，并沒有考慮到分布電容的影響。事實上，由于分布的電容C0的存在，差動電容的相對變化量變為：
   分布電容的存在將會給變送器帶來非線性誤差，為了保證儀表的精度，應在轉換電路中加以克服。

該電路包括電容-電流轉換電路及放大電路兩部分。它們分別由振蕩器、解調器、振蕩控制放大器以及前置放大器、調零與零點遷移電路、量程調整電路 (負反饋電路)、功放與輸出限制電路等組成。

  差動電容器Ci1、Ci2由振蕩器供電，經解調 (即相敏整流)后，輸出兩組電流信號：一組為差動信號；另一組為共模信號。差動信號隨輸入差壓?pi而變化，此信號與調零及調量程信號(即反饋信號)迭加后送入運算放大器IC3,再經功放和限流得到4~2OmA的輸出電流。共模信號與基準電壓進行比較，其差值經IC1放大后，去作為振蕩器的供電，從而使共模信號保持不變。下面的分析將證實，當共模信號為常數時，能保證差動信號與輸入差壓之間成單一的比例關系。轉換放大部分的完整電路圖后給出。

 1、電容—電流轉換電路
  電容-電流轉換電路的功能是將差動電容的相對變化值成比例地轉換為差動電流信號 (即電流變化值)。
 (1)振蕩器  振蕩器用來向差動電容Ci1、Ci2提供高頻電流，它由晶體管BG1、變壓器T1及一些電阻、電容組成。振蕩器電路如右圖所示。在電路設計時，只要適當選擇電路元件的參數，便可滿足振蕩條件。

 振蕩器由放大器IC1的輸出電壓Vo1供電，從而使IC1能控制振蕩器的輸出幅度。

 (2)解調和振蕩控制電路 這部分電路包括解調器和振蕩控制放大器。前者主要由二極管D1~D8構成，后者即為集成運算放大器IC1。電路原理見下頁圖。