差压变送器的工作原理

大家都知道差压变送器是工业实践中最为常用的一种重量变送器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍下什么是差压变送器及一些常用差压变送器原理和应用。

什么是差压变送器

差压变送器是测量变送器两端压力之差的变送器。差压变送器与一般的压力变送器不同的是它们均有2个压力接口， 差压变送器一般分为正压端和负压端，一般情况下， 差压变送器正压端的压力应大于负压段压力才能测量。
 
差压变送器制作的结构上来分有普通型和隔离型。普通型压力/差压变送器的测量膜盒为一个，它直接感受被测介质的压力或差压；隔离型的测量膜盒接受到的是一种稳定（一般为硅油）的压力，而这种稳定液是被密封在两个膜片中间，直接接受被测压力的膜片为外膜片，原普通型膜盒的膜片为内膜片，当外膜片上接受压力信号时通过硅油的传递原封不动的将外膜片的压力传递到了普通膜盒上，从而可以测出外膜片所感受到的压力。

差压变送器主要是针对特殊的被测量介质设计和使用的，如果被测介质离开设备后会产生结晶，而使用普通型压力/差压变送器需要取出介质，会将导压管膜盒室堵塞使其不能正常工作，所以必须选用隔离型。隔离型变送器通常作成发兰式安装，即在被测设备上开口使变送器安装后它的感应膜片是设备壁的一部分，这样它不会取出被测介质，一般也不会造成结晶和堵塞。当被测介质需求结晶温度较高时，可选用将膜片凸出的结构，这样可将传感膜片插入到设备内部，智能压力变送器，这样测量是有保障的，即选用插入式发兰变送器。隔离型变送器有远传型和一体型之分。远传型即外膜盒与测量膜盒之间用加强毛细管连接，一般毛细管为3~5米，这样外膜盒装在设备上，内膜盒及变送器可以安装在便于维护的安装支架上；另一种形式是外膜盒与变送器做成一体直接由发兰安装在设备上。

差压变送器接液膜片与膜盒本体采用独创的波纹加工技术，使外部压力增大到某一数值时，接液膜片能与本体完全接触，硅油传递给传感器的压力不再随外力的增加而增加，达到对传感器的保护作用。无需支架，直接安装；常规使用。可通过计算机、手操器对变送器组态，也可通过变送器上的量程设置按钮和调零按钮现场调整。对于隔离型智能压力变送器它还可以作成螺纹连接型，智能压力变送器即外膜盒或外弹性元件可在安装螺纹的前面，只要在被测设备上焊接上内螺纹凸台，便可将变送器直接拧到设备上，安装非常方便。隔离型压力/差压变送器的制作复杂，材质要求也较高，所以它的价格通常是普通型的3~4倍。

差压变送器的工作原理和应用

 
（1）应变片差压变送器原理以及应用

力学变送器的种类繁多，如电阻应变片差压变送器、半导体应变片差压变送器、压阻式差压变送器、电感式差压变送器、电容式差压变送器、谐振式差压变送器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式差压变送器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。

在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变变送器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。

电阻应变片的工作原理

金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：

R=ρ*L/S

式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω•cm2/m）

S——导体的截面积（cm2）

L——导体的长度（m）

我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情

（2）应变片差压变送器原理以及应用

力学变送器的种类繁多，如电阻应变片差压变送器、半导体应变片差压变送器、压阻式差压变送器、电感式差压变送器、电容式差压变送器、谐振式差压变送器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式差压变送器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。

在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变变送器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。

（3）陶瓷差压变送器原理及应用

抗腐蚀的陶瓷差压变送器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，变送器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。

陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度>2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷变送器将是差压变送器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅差压变送器。

（4）电容式差压变送器的工作原理

电容式差压变送器的被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作用在δ元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。MT3351系列差压变送器是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力成正比的信号。A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号，其值被微处理器用来判定输入压力值。微处理器控制变送器的工作。另外，它进行传感器线性化。重置测量范围。工程单位换算、阻尼、开方，传感器微调等运算，以及诊断和数字通信。

本微处理器中有16字节程序的RAM，并有三个16位计数器，其中之一执行A /D转换。
D/A转换器把微处理器来的并经校正过的数字信号微调数据，这些数据可用变送器软件修改。数据贮存在EEPROM内，即使断电也保存完整。

HAKK-EKA110A差压变送器[3]用于测量液体、气体和蒸汽的液位、密度和压力，然后将其转变成4- 20mADC的电流信号输出。HAKK-EKA110A也可以通过BRAIN手操器或CENTUM CS/μXL或HART 275手操器相互通讯，通过它们进行设定和监控等。
　
先进的差压变送器是工业过程控制技术发展的需要，也是工艺过程实现高精度控制的必须，具有很好的市场前景。