1151型压力变送器的工作原理及应用场景分析

敏感部件的作用是将外界压力信号转换成差动电容量的变化。由图3-2-1敏感部件的结构可知，差动电容由中心的敏感膜片、高低压两侧球面固定极板、硅油和引出线组成。中心敏感膜片与两侧固定极板分别形成电容C_L和C_H。如果施加在高低压两侧隔离膜片上的压力相等，中心膜片无位移，电容C_L=C_H，按设计要求，初始电容值约为150pF。

当高低压室分别引入被测压力p₁、p₂时，作用于高低压侧隔离膜片上的压力通过硅油传递到中心敏感膜片上，p₁、p₂的压力差（Δp=p₁-p₂）使中心敏感膜片产生位移δ。由材料力学可知，膜片受压力作用后，膜片中心位移与压力差成正比，即有

δ=K₁Δp （3-2-1）

式中 K₁——常数，它与膜片物理尺寸及材料相关。

中心敏感膜片的位移δ导致中心敏感膜片与其两侧球面电极之间的电容量发生变化，即高压室的电容量减小，低压室的电容量增大，此时C_L≠C_H。敏感部件的结构实际上是一个球面差动电容，严格地讲，电容各点极间距离改变都是不相等的。这对电容的计算要比平板电容复杂得多。但从结构参数看，它与平板电容相近，为简化分析，这里将它近似地作为平板电容处理。

利用差动电容检测压力，其主要电路由解调器、高频振荡器、振荡控制放大器、电流检测器、电压调整器、电流控制放大器、电流控制器和电流限制器等组成，如图3-2-2所示。

为方便分析可将原理图中的相关电路等效为图3-2-3。图中C_L、C_H为敏感部件的高低压差动电容。图中振荡器的频率由电感电容决定，设计频率f约为32kHz，其振幅由控制放大器IC₁决定，设定参数约为30V。控制放大器的输入端有两路信号，一路为直流电压U₁，另一路为流经C_L、C_H的电流在R₆～R₉上的电压U₂。电压U₁、U₂在IC₁输入端进行比较，其极性相反，在深度反馈系统中应满足U₁+U₂=0。图中R₀为图3-2-4中的电流放大器IC₃同相端到电源U_E的等效电阻。图中U_E电压由跟随放大器IC₂提供，其输入电压由电阻R₁₀、R₁₃、R14、R16分压形成。

图3-2-1 敏感部件结构图

1—隔离膜片 2—硅油 3—壳体 4—引出线 5—固定极板 6—绝缘 7—瓷管 8—引油孔 9—镀膜固定极板 10—焊接密封 11—张紧敏感膜片 12—外壳 13—玻璃绝缘基座

阻尼电路将一个与输出电流变化率成正比的信号，反馈到电流控制放大器的输入端。这一反馈作用由电容器C₂₂和电位器R₁₂来提供。电位器R₁₂决定了反馈量的大小，从而决定阻尼量的大小。当电位器R₁₂在引脚“1”和“2”之间的电阻值增加时，阻尼作用即输出对输入响应的时间常数也随之增大，其可调范围为0.2～1.665。(www.xing528.com)

1151型压力变送器的零点迁移可达到500%的正迁移或600%的负迁移。实现这一功能，由原理图中零位、正负迁移电路提供。正迁移，将高电平通过R₂₀加入到电流放大器的输入端。负迁移，将低电平通过R₂₁加入到电流放大器的输入端，然后调整零位电位器。正负迁移的最大值不能超过变送器最大量程值。

图3-2-2 1151型压力变送器框图

图3-2-3 差动电容检测等效图

图3-2-4 1151型压力变送器电路原理图

为消除温度对差动电容及仪表零点的影响，1151型压力变送器中设一补偿板，它与敏感组件组装在一起，两个热敏电阻起到一定的补偿作用，其补偿量由R₄、R₅、R₂₇、R₂₈控制，这些电阻的阻值由计算机通过测试后自动提供。

目前1151型压力变送器有较大的市场占有率，它是美国Rosemount公司开发的产品。该变送器的综合误差为量程的±0.25%，在国内已由上海自动化仪表一厂、西安仪表厂等引进生产。