3.2. 差压变送器 差压变送器用来将差压、流量、液位等被测参数转换为标准的统一信号，以实现对这些参数的显示、记录或自动控制。

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1 3.2. 差压变送器 差压变送器用来将差压、流量、液位等被测参数转换为标准的统一信号，以实现对这些参数的显示、记录或自动控制。

2 按照检测元件分类: 膜盒式差压变送器 电容式差压变送器 扩散硅式差压变送器 振弦式差压变送器 电感式差压变送器等 △p→F (M) △p→C
△p→R 振弦式差压变送器 △p→f 电感式差压变送器等 △p→L

3 膜盒式差压变送器 膜盒式差压变送器构成 工作原理：力矩平衡 检测元件——膜盒或膜片 杠杆系统则有单杠杆、双杠杆和矢量机构

4 DDZ-III型差压变送器 检测部分: ΔP →输入力Fi 电磁反馈装置: 输出→反馈力Ff 位移检测放大器: 位移→ 输出
位移检测放大器: 位移→ 输出 杠杆系统: 力的传递和力矩比较 ① ② ③ ④

5 (1) 测量部分 Fi= A1P1 -A2P2 A1= A2= Ad Fi= Ad(P1 -P2) = AdΔP 作用：把被测差压ΔP转换成
(1) 测量部分 作用：把被测差压ΔP转换成 作用于主杠杆下端的输入力Fi Fi= A1P1 -A2P2 因: A1= A2= Ad 故: Fi= Ad(P1 -P2) = AdΔP

6 (2) 电磁反馈装置 作用：把变送器的输出电流I0转换成作 用于副杠杆的电磁反馈力Ff Ff =πBDcWI0 设 Kf =πBDcW
则 Ff = KfI0 动圈通电后，形成磁路， 使软铁心（电磁铁）具有磁性，吸引衔铁， ‘电磁铁吸力与磁感应强度B成正比，与反馈动圈匝数W成正比 改变反馈动圈的匝数， 可以改变 Kf的大小 见图

7 可实现3：1的量程调整 W = W1=725匝 W = W1+W2=2175匝 W1=725匝，W2=1450匝 1-3短接、2-4短接
1-2短接 W = W1+W2=2175匝 可实现3：1的量程调整

8 (3) 放大器 作用：把副杠杆上位移检测片（衔铁）的微小 位移S转换成4~20mA的直流输出电流 构成方框图 : 目的：位移->电流
1、位移->电压：S->Uab，利用 2、

9 放大器

10 差动变压器 差动变压器的作用是将位移检测片（衔铁） 的位移S转换成相应的电压信号
磁阻表示磁路对磁通的阻碍作用 由于罐形磁芯为闭合磁路，共有两个蝶状闭合磁路，下半磁路的气隙长度为δ，上半磁路的气隙为2S 当2S= δ时，上下磁路的磁阻相等，通过的磁通相等，则初级绕组、次级绕组之间的互感相等，感应电势e1, e2相等 当2S> δ时（移开），则上半部磁阻增大，上半部磁通变小，互感下降，则上半部e1变小，Ucd与Uab反相 当2S< δ时（移近），则上半部磁阻增小，上半部磁通变大，互感增加，则上半部e1变大，Ucd与Uab同相 结论：差动变压器次级绕组的感应电势Ucd的大小和相位与衔铁的位移S有关

11 差动变压器 = uCD随着S的减小而增大与uAB同相 > uCD随着S的增大而增大与uAB反相 <

12 低频振荡器 振荡频率 相位条件 振幅条件 振荡器要形成自激振荡， 必须满足振荡的相位条件和 振幅条件 uCD与uAB同相工作在 的范围内
选择合适的电路参数， 是容易满足的

13 低频振荡器 S↓→F↑→交点上移→uAB↑ 振荡器的放大特性和反馈特性 不同S下的输出与输入关系 振荡器的输出电压为UAB，
我们知道，放大特性，Ucd增加，使 Uab也增加，为非线性，图上是K曲线 反馈特性，变压器反馈，输入电压Uab增加，则输出Ucd线性增大，图上是F曲线 当S不同时，反馈系数不一样 振荡器的放大特性和反馈特性 不同S下的输出与输入关系 S↓→F↑→交点上移→uAB↑

14 整流滤波电路 将振荡器的输出电压uAB转换为直流电压信号UR4 整流滤波电路 功率放大器 单相半波整流电路
互补型复合管放大电路：目的：1、提高电流放大系数，2、电平配置 整流滤波电路 功率放大器

15 功率放大器 将输入的电压信号UR4转换为变送器的输出电流I0 目的： 提高电流放大系数 电平配置

16 (4) 杠杆系统 进行力的传递和力矩比较 ① 主杠杆： 将输入力Fi转换为 作用于矢量机构上的力F1

17 ② 矢量机构： 将输入力F1转换为作 用于副杠杆上的力F2

18 ③ 副杠杆 进行力矩的比较 α S

19 (5) 整机特性 零点和量程要反复调整

20 电容式差压变送器 电容式差压变送器是目前工业上普遍使用的一种变送器。电容式差压变送器的信号检测部分采用电容式压力传感器，输入差压作用于电容式压力传感器的中心感压膜片，从而使感压膜片（即可动电极）与两固定电极所组成的差动电容之电容量发生变化，此电容变化量由信号调理部分转换、放大后输出标准电流信号。 感压膜片 差动电容 △P △S △C 差动电容变化

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22 (1) 电容式差压变送器构成方框图 检测元件 1、使用检测元件-差动电容，将差压信号ΔP转换为差动电容的相对变化值ΔC
流过Ci1的为i1，流过Ci2的i2 经过解调，输出两组信号，一组(I1-I2)称为差模信号，并与ΔC 成正比，Id作为输出信号 另一组(I1+I2)称为共模信号，Ic，共模信号通过一个负反馈（振荡控制器）保持不变，

23 (2) 电容式差压变送器测量原理 ΔP=0 Ci1=Ci2=15pF ——差动电容测量原理 ΔP＞0 Ci1的电容量减小 Ci2的电容量增大
由正、负压侧隔离膜片，中间充硅油，形成封闭室， 封闭室中，中间：感压膜片，正、负压侧弧形电极（做电容的固定电极） 中心感压膜片与正压侧弧形电极构成的电容Ci1 中心感压膜片与负压侧弧形电极构成的电容Ci2 信号检测部分结构如图2- 12所示，中心感压膜片11分别与正、负压侧弧形电极（即差动电容的固定电极）12、10以及正、负压侧隔离膜片14、8构成封闭室，室中充满灌充液（硅油或氟油），用以传送压力。正、负压侧隔离膜片的外侧分别与正、负压侧法兰13、9构成正、负压测量室。

24 ΔP=0 S1=S2=S0 ΔP＞0 S1=S0+δ S2=S0-δ 正压时，感压膜片发生位移δ（delta，德尔塔）, 则电极间距发生变化
ε  伊普西龙，电极间介质的介电常数 A，电极的面积，相等 S，电极间距

25 结论： 相对变化值 与被测差压ΔP成线性关系 与灌充液的介电常数无关

26 振荡器 向电容式压力传感器的Ci1和Ci2提供高频电源 振荡器为变压器反馈振荡器 振荡器的等效电路

27 电容一电流转换电路 作用：将差动 电容的相对变 化值 成比例地 i2 转换为差动 信号 ，并实 现非线性补偿 i1 功能 。
信号 ，并实 现非线性补偿 功能 。 i2 i1 1、振荡器的存在，用于向Ci1和Ci1提供高频的电源 振荡器由VT1、变压器T1等组成，为变压器反馈振荡器，满足一定设计条件，可实现自激振荡 振荡器有Uo1供电，等效L、C构成并联谐振电路，其谐振频率为振荡器的振荡频率，（因此频率是变化的） 2、 流过Ci1的电流为i1，流过Ci2的电流为i2 当振荡器输出为正半周期时，绕组2-11(C11)上的流过i2，绕组3-10上流过i1 T1同相端输出为正 T1同相端输出为负

28 电容一电流转换电路 差动信号 Id=（I2－I1）= 共模信号 Ic=（I2+I1）
差动信号Id经电流放大电路放大成4~20mA的输出电流I0；共模信号Ic=I2+I1保持不变，从而保证Id 与输入差压ΔP之间成比例关系 这里的差动信号和共模信号，是指i1和i2的极性相反或相同

29 解调器 i2 i1 T1同相端输出为正 T1同相端输出为负 1、振荡器的存在，用于向Ci1和Ci1提供高频的电源
振荡器由VT1、变压器T1等组成，为变压器反馈振荡器，满足一定设计条件，可实现自激振荡 振荡器有Uo1供电，等效L、C构成并联谐振电路，其谐振频率为振荡器的振荡频率，（因此频率是变化的） 2、 流过Ci1的电流为i1，流过Ci2的电流为i2 当振荡器输出为正半周期时，绕组2-11(C11)上的流过i2，绕组3-10上流过i1 T1同相端输出为正 T1同相端输出为负

30 解调器 i1和i2 的平均值I1、I2如下： 各个回路的电流主要取决于Ci1、Ci2
电路时间常数比振荡周期小得多，可以认为Ci1、Ci2两端电压的变化等于振荡器输出高频电压的峰一峰值UPP i1和i2 的平均值I1、I2如下：

31 解调器 i1、i2的平均值之差Id及两者之和Ic分别为

32 振荡控制放大器 流过VD1、VD5和VD3、VD7的电流之和I2+I1即IC等于常数。

33 振荡控制放大器 I2+I1↑ → ↑ →Ud↑ →U01↓ →振荡器振荡幅度↓ →变压器T1输出电压减小↓
定性分析如下： I2+I1↑ → ↑ →Ud↑ →U01↓ →振荡器振荡幅度↓ →变压器T1输出电压减小↓ →使I2、I1 ↓ →恢复到原来的I2+I1数值

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35 线性调整电路 进行非线性补偿 Id和ΔP的非线性关系是由电容式压力传感器的分布电容引起的
　除电容器外，由于电路的分布特点而具有的电容叫分布电容。分布电容往往都是无形的，例如线圈的相邻两匝之间，两个分立的元件之间，两根相邻的导线间，一个元件内部的各部分之间，都具有一定的电容。它对电路的影响等效于给电路并联上一个电容器，这个电容值就是分布电容。在低频交流电路中，分布电容的容抗很大，对电路的影响不大，因此在低频交流电路中，一般可以不考虑分布电容的影响，但对于高频交流电路，分布电容的影响就不能忽略。

36 振荡器 向电容式压力传感器的Ci1和Ci2提供高频电源 振荡器为变压器反馈振荡器 振荡器的等效电路

37 放大转换部分 把测量部分输出的差动信号Id放大并转换成4～20mA的直流输出电流 ，实现量程调整、零点调整和迁移、输出限幅和阻尼调整功能

38 电流放大电路 把Id放大并转换成4～20mA的直流输出电流，并实现量程调整 输出电流Io路线为
E+→VD11→R31∥ W3 →R33→VD12→R18→VT2→VT4→RL→E－ R C11

39 电流放大电路 电流放大电路的等效电路

40 电流放大电路 反馈电流If与Io的关系为 因为R34＞＞（R33+Ra+Rb） 虚短，Id=If

41 式（3-38）表明 : ① I0和输入信号ΔP之间呈线性 ② 改变反馈系数的大小，可以调整变送器的量程

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43 零点调整与零点迁移电路 调整变送器的输出零位和实现变送器的零点迁移 ，调整电位器W2，即改变UA的大小，可以使得变送器的输出零点电流为4mA。 接通R20时实现正迁移 接通R21时实现负迁移。

44 输出限幅电路 ──限制变送器输出电流Io的最大数值 不超过30mA 。Io 最大值为:

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46 阻尼电路 ──抑制变送器的输出 电流因输入差压快速 变化所引起的波动

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48 R26～R28用于变送器的零点温度补偿 R1、R2、R4、R5用于量程温度补偿二极管VD11用于在变送器输出指示表未接通时，为输出电流提供通路。 VZ2除起稳压作用外，还在电源接反时，提供电流通路，以免损坏电子器件。 C17用于电容耦合接地

49 3.2.3. 扩散硅式差压变送器 扩散硅式差压变送器其传感元件采用扩散硅压阻传感器。
扩散硅式差压变送器的基本工作原理为：输入差压经由信号检测部分的扩散硅压阻传感器，利用压阻效应使硅材料上的扩散电阻 (应变电阻) 阻值发生变化，从而使这些电阻组成的电桥产生不平衡电压，该电压由前置放大器放大，与调零与零迁电路产生的调零信号的代数和送入电压-电流转换器转换为整机的电流输出信号。 扩散硅式差压变送器其传感元件采用扩散硅压阻传感器，由于单晶硅材质纯、功耗小、滞后和蠕变极小、机械稳定性好，且在半导体基片上还可以很方便地将一些温度补偿、信号处理和放大电路等集成制造在一起，构成集成传感器或变送器，因此以扩散硅变送器一出现就受到人们普遍重视，发展很快，目前这类变送器已经得到广泛的应用。

50 ① ② ③ ④

51 (1) 扩散硅式差压变送器构成方框图

52 (2) 测量部分 ——把被测差压ΔP成比例地转换为不平衡电压US 1) 扩散硅压阻传感器 设： 全桥差动，电桥四臂接入四个应变片，
当存在差压时，硅杯产生形变，压阻效应，四个应变片中，两个受拉，两个受压，

53 2) 传感器供电电路 为传感器提供恒定的桥路工作电流 UT1=UF1、IF1=0 工作电流IS为

54 (3) 放大转换部分 1) 前置放大器——起电压放大作用 可求得 因 R8=R9，故
把测量部分输出的毫伏信号UO1放大并转换成4～20mA的直流输出电流IO 1) 前置放大器——起电压放大作用 可求得 因为虚短，Is=Us/(R5+Rw1) 因为虚断，Uo1=Is(R8+ R5+Rw1+ R9) 因 R8=R9，故

55 2) 电压—电流转换器 零点调整和输出限幅功能 把前置放大器的输出电压U01转换成4～20mA的直流输出电流IO
由于R10 ＝R11 ＝R15 ＝R18 因而 U0 ＝U01

56 采用了哪些措施（手段）来提高变送器的性能？

57 数字式差压变送器 ST3000差压变送器 3051C差压变送器 1151数字式差压变送器

58 ST3000差压变送器 传感器在单个芯片上形成差压测量用、温度测量用和静压测量用三种感测元件

59 3051C差压变送器 检测元件采用电容式压力传感器

60 1151数字式差压变送器 HT202 ∑-Δ转换技术 AT89S8252 如何保证满足二线制要求？

61 1151数字式差压变送器的软件 分为两部分：测控程序和通信程序
测控程序包括A/D采样程序、非线性补偿程序、量程转换程序、线性或开方输出程序、阻尼程序以及D/A输出程序等 通信程序采用串行口中断接收/发送