CXT智能变送器原理与应用

　　1 概述

　　压力是工业过程的重要参数之一。化工生产中的高温高压或真空工艺过程，电力生产中的锅炉压力，钢铁行业中高压分离氧工艺过程等都需要精确地测量和控制压力。此外，压力测量的意义还不仅仅局限于其本身，有些非压力参数的测量，如液位、流量、密度等也往往是通过测压力或差压来实现的。电容式压力变送器是应用最广泛的压力变送器之一。近年来，随着微电子技术、微处理器技术以及现场总线技术的发展，出现了以硅微电容作为压力传感器、符合现场总线协议的智能型压力/差压变送器。

　　2工作原理

　　(1) CXT结构　　

　　1测量膜片(硅微电容);2固定电极;3金属化通孔;

　　4陶瓷片;5引线;6电极

　　图1 硅微电容传感器结构图　　

　　1波纹座;2隔离膜片;3封液;4测量膜片;5保护膜片

　　图2 浮动膜盒结构

　　CXT仍采用电容测量原理，但在结构上和传统的电容传感元件有很大不同，电容用硅材料制成，体积特别小，仅9mm×9mm×7mm，故称硅微电容传感器。其结构如图1所示。为了消除被测介质温度和静压对测量膜片的影响，变送器采用了独特的浮动膜盒结构。硅微电容传感器是整体封装，周围被封液包，故称浮动膜盒结构，如图2所示。硅微电容传感器的膜盒结构与传统膜盒结构有很大不同，硅微电容传感器不在膜盒的下部，而是在上部，传感器移到膜盒上部，远离测量介质，受介质温度变化的影响减小;同时检测器内部装有温度敏感元件，根据敏感元件测量的温度，变送器微处理器随时修正温度变化带来的影响，所以仪表具有优异的温度特性;膜盒基座四周均受压力作用，所以受静压影响极小;保护膜片不再是测量膜片，当单向超压大于量程3倍时，保护膜片产生变形，吸收部分封液压力，从而保护硅微电容，使变送器抗过压能力大大增强。

　　(2) 感测原理

　　图1中，硅材料膜片形成两个电容，设B、C两极间电容为C1，A、B两极间电容为C2，当传感器两端压力PH、PL变化时，会引起硅微电容C1和C2的变化，测量电容的变化量即可计算出压力差的大小。图3是CXT智能变送器电容感测电路的原理简图。当接通电源时，电容C1通过R1得到充电，C2因开关S2闭合而为零电位。当C1的充电电压达到触发器Q的门槛电压时，触发电路Q翻转，并以R3及C3的时间常数控制脉冲开关输出。当开关S1接通时，C1放电，C2通过R2充电。与此同时，计数器对充放电进行重复计数，并以N次为1个循环，计数器对N次的脉冲时间进行计数，最后求得与静电容量C1成比例的时间T1(T1已是数字量)，同样也可求得与静电容量C2成比例的时间数字T2，根据电容充放电时间和电容容量的关系，可得到下式：