差壓變送器是工業過程控制中至關重要的儀表,用于測量兩個點之間的壓力差,并將其轉換為標準信號輸出。其核心工作流程可分為壓力感知、機械轉換和電子信號變送三個環節。
一、壓力感知與機械轉換
差壓變送器的核心感知元件通常是膜片或波紋管。它內部有一個高(H)、低(L)兩個壓力容室,分別引入需要比較的兩個壓力P1和P2。
當兩側壓力不等時,壓力差(ΔP=P1-P2)會作用在敏感的膜片上,使其產生微小的形變位移。這個形變量與差壓值ΔP成正比,即差壓越大,形變位移量也越大。這一過程完成了將不可見的壓力差轉換為可測量的機械位移。
二、信號檢測與轉換機制
膜片的微小位移需要被精確地檢測并轉換。傳統和現代變送器采用不同的機制:
電容式原理(主流技術):膜片本身作為電容器的活動電極,其兩側的固定電極與它構成兩個電容器。當膜片因差壓而位移時,會改變兩個電容器的電容值(一個增大,一個減?。?。檢測電路精確測量這個電容差值,它直接對應于輸入的差壓值。
應變片原理:膜片的位移會通過填充液傳遞到一個金屬應變體上,使其發生形變。粘貼在應變體上的應變片電阻值隨之變化,再通過惠斯通電橋電路將電阻變化轉換為電壓信號。
三、電子信號變送與輸出
經過檢測電路得到的電信號(電壓或電容變化量)非常微弱且非線性。它會被送入信號調理電路進行放大、線性化和溫度補償,以消除環境干擾的影響。
最后,經過處理的信號由微處理器控制的電路轉換為工業標準的4~20mADC模擬信號或符合特定協議(如HART、Profibus-PA)的數字信號。這個標準信號與被測差壓成精確的線性關系,可以遠距離傳輸至控制系統、記錄儀或顯示儀表,實現對過程壓力的精確監控與控制。
綜上所述,差壓變送器通過“壓力差→機械位移→電信號變化→標準信號”的鏈式反應,實現了從物理量到標準化信息的精確轉換,成為工業自動化領域的“感知神經”。