横河差压变送器广泛应用于石油、化工、电力、制药、水处理及钢铁等工业领域,主要用于精确测量液体、气体或蒸汽的差压,并据此推算流量、液位、密度和压力等关键工艺参数。其核心技术采用单晶硅谐振式传感器。这种传感器利用单晶硅优异的物理特性,将压力变化直接转化为频率信号,具有高的灵敏度与稳定性。相比传统模拟传感器,它能有效消除温度漂移、静压干扰和单向过载影响,实现±0.055%的高测量精度和长达10年0.1%URL的长期稳定性。
一、核心传感器结构
H形谐振梁
在单晶硅芯片表面,通过微电子机械加工技术(MEMS)制作两个形状、大小完q一致的H形谐振梁,分别位于芯片中心和边缘。
谐振梁处于微型真空腔中,避免与充灌液接触,同时消除空气阻尼对振动的影响。
磁场与正反馈回路
谐振梁置于永9磁铁提供的磁场中,与变压器等元件组成正反馈回路,使谐振梁在回路中产生高频振荡(频率可达数千赫兹)。
二、压力传导与转换系统
膜盒组件
高压端和低压端的金属膜片直接感受被测介质的压力差。
膜片通过密封液(如硅油)将压力传递至单晶硅片的上下表面,避免介质与传感器直接接触,适用于腐蚀性或高黏度介质。
压力形变与频率变化
当单晶硅片上下表面受到压力差时,中心谐振梁因受压缩力而频率降低,边缘谐振梁因受张力而频率升高。
两个谐振梁的频率差直接对应被测压力差,形成原始差动信号。
三、数字信号处理与输出
频率差转换
脉冲计数器将两谐振梁的频率差转换为数字信号,送入CPU(微处理器)进行数据处理。
CPU通过内置算法对信号进行温度补偿、静压补偿及非线性校正,确保测量精度。
输出信号与通信
经D/A转换器将数字信号转换为4~20mA DC标准电流信号输出,同时叠加BRAIN/HART数字信号进行通信。
支持高频2.4kHz(BRAIN协议)或1.2kHz(HART协议)数字信号叠加在4~20mA信号线上,实现双向数字通信。
四、结构优势
高精度与稳定性
单晶硅材料对压力变化响应迅速,无滞后现象,基本精度可达±0.055%,稳定性为±0.1%URL/10年。
双谐振回路设计使差动信号不易受温度和静压影响,简化补偿工序。
耐环境性与可靠性
膜盒组件内置特性修正存储器,存贮传感器环境温度、静压及输入/输出特性修正数据,经PU运算后获得优良的温度特性和静压特性。
坚固耐用的四螺栓保压设计、特氟龙涂层316L不锈钢法兰垫圈及ANSI/ISA 12.27.01认证双重密封,延长变送器使用寿命。
多功能性与易维护性
提供HART 5/7、FF现场总线、PROFIBUS PA等多种通讯协议,支持远程设定和自诊断功能。
内置显示表可显示测量数据、警报代码及条形图,并支持程序化设置,便于现场调试与维护。
