1、概述
電容式壓力變送器是應(yīng)用zui廣泛的壓力變送器之一。近年來，隨著微電子技術(shù)、微處理器技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了以硅微電容作為壓力傳感器、符合現(xiàn)場總線協(xié)議的智能型壓力/差壓變送器。
2、工作原理
（1）cxt結(jié)構(gòu)
1測量膜片（硅微電容）;2固定電極;3金屬化通孔;4陶瓷片;5引線;6電極
圖1硅微電容傳感器結(jié)構(gòu)圖
1波紋座;2隔離膜片;3封液;4測量膜片;5保護膜片
圖2浮動膜盒結(jié)構(gòu)
cxt仍采用電容測量原理，但在結(jié)構(gòu)上和傳統(tǒng)的電容傳感元件有很大不同，電容用硅材料制成，體積特別小，僅9mm×9mm×7mm，故稱硅微電容傳感器。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。為了消除被測介質(zhì)溫度和靜壓對測量膜片的影響，變送器采用了*的浮動膜盒結(jié)構(gòu)。硅微電容傳感器是整體封裝，周圍被封液包，故稱浮動膜盒結(jié)構(gòu)，如圖2所示。硅微電容傳感器的膜盒結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)膜盒結(jié)構(gòu)有很大不同，硅微電容傳感器不在膜盒的下部，而是在上部，傳感器移到膜盒上部，遠離測量介質(zhì)，受介質(zhì)溫度變化的影響減小;同時檢測器內(nèi)部裝有溫度敏感元件，根據(jù)敏感元件測量的溫度，變送器微處理器隨時修正溫度變化帶來的影響，所以儀表具有優(yōu)異的溫度特性;膜盒基座四周均受壓力作用，所以受靜壓影響極小;保護膜片不再是測量膜片，當(dāng)單向超壓大于量程3倍時，保護膜片產(chǎn)生變形，吸收部分封液壓力，從而保護硅微電容，使變送器抗過壓能力大大增強。
（2）感測原理
圖1中，硅材料膜片形成兩個電容，設(shè)b、c兩極間電容為c1，a、b兩極間電容為c2，當(dāng)傳感器兩端壓力ph、pl變化時，會引起硅微電容c1和c2的變化，測量電容的變化量即可計算出壓力差的大小。圖2是cxt智能變送器電容感測電路的原理簡圖。當(dāng)接通電源時，電容c1通過r1得到充電，c2因開關(guān)s2閉合而為零電位。當(dāng)c1的充電電壓達到觸發(fā)器q的門檻電壓時，觸發(fā)電路q翻轉(zhuǎn)，并以r3及c3的時間常數(shù)控制脈沖開關(guān)輸出。當(dāng)開關(guān)s1接通時，c1放電，c2通過r2充電。與此同時，計數(shù)器對充放電進行重復(fù)計數(shù)，并以n次為1個循環(huán)，計數(shù)器對n次的脈沖時間進行計數(shù)，zui后求得與靜電容量c1成比例的時間t1（t1已是數(shù)字量），同樣也可求得與靜電容量c2成比例的時間數(shù)字t2，根據(jù)電容充放電時間和電容容量的關(guān)系，可得到下式：
（1）
式（1）中tc為補正系數(shù);cs為線性補正電容。
微處理器對t1、t2和線性補正系數(shù)tc進行運算，得到與壓力成比例的結(jié)果，即：
（2）
式（2）中k為比例系數(shù)。
（3）變送原理
圖3是標準型cxt變送器的工作原理框圖。圖中，傳感膜盒中的eeprom存放膜盒制造過程中由生產(chǎn)線上的計算機采集到的數(shù)據(jù)，包括測量范圍、輸入輸出特性、靜壓和溫度特性、修正數(shù)據(jù)等參數(shù);電子單元中的eeprom中存放變送器調(diào)試過程中儀表的各種參數(shù)。雙存儲器結(jié)構(gòu)使儀表有良好的部件互換性。同時微處理器根據(jù)兩個溫度傳感器測得的溫度隨時修正溫度帶來的影響。
圖3cxt變送電路原理框圖
cxt標準型帶有hart通訊功能。hart（highwayaddressableremotetransducer，可尋址遠程傳感器數(shù)據(jù)公路）是用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設(shè)備間通訊的一個過渡性協(xié)議。所謂“過渡”就是指hart兼容了傳統(tǒng)4~20ma模擬信號與數(shù)字通訊信號。hart協(xié)議采用了bell202標準的fsk頻移鍵控信號。它在4~20ma的模擬信號上疊加幅度為0.5ma的正弦調(diào)制波，1200hz代表邏輯“1”，2200hz代表邏輯“0”。由于所疊加的正弦信號平均值為0，所以不會影響4～20ma的輸出電流。因此，模擬儀表在數(shù)字通訊時仍可以照常工作，這是hart標準的重要優(yōu)點之一。
全數(shù)字通訊是現(xiàn)場儀表發(fā)展的趨勢，cxt還采用了現(xiàn)場總線標準中使用zui廣泛的ff協(xié)議和profibus協(xié)議。標準型變送器更換通訊板后，即可升級為全數(shù)字型智能壓力/差壓變送器。
3、典型應(yīng)用
（1）測量壓力/絕壓
這是zui基本的測量方法，只需將引壓管接于正壓室即可實現(xiàn)。
（2）測量流量
流量是單位時間內(nèi)流體流過某一截面的總體積或總質(zhì)量。人們在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)流體在經(jīng)過管道某一小于管徑的截面時會突然收縮，通過后又會恢復(fù)原狀，這樣就會在此截面的兩側(cè)產(chǎn)生一個壓力差，而此壓力差的平方根與體積流量成正比關(guān)系，即：
（3）
對于質(zhì)量流量m，可由下式計算：
（4）
式（3）、（4）中
為體積流量;
為壓力差;
為流體的密度;k為系數(shù)。
為獲得壓力，只需將cxt差壓變送器的正壓室接截面的高壓側(cè)，負壓室接截面的低壓側(cè)即可。然后用式（3）或式（4）計算就可以得到此處的流量值。要形成一個管道截面有多種方法，常用的有孔板、噴嘴、文丘里管、皮托管及均速管等。
（3）測量液位
對于一個儲液容器，容器內(nèi)液位越高，容器底部所受的靜壓力越大，因此只要測出容器底部的靜壓力，就可由下式計算出液位。
（5）
式（5）中h為液位;p為容器底部的靜壓力;為密度;g為重力加速度。
圖4cxt測量液位
如圖4所示，在開口容器的zui低液位點取一引壓點，將此壓力引入cxt智能變送器的正壓室，由于液體的密度和重力加速度g都是已知定值，將cxt測得的壓力代入式（5）即可計算出液位的高度。同樣，對于密閉容器的液位cxt也能測量。
cxt除了能用在以上工業(yè)參數(shù)測量外，還可用做介位、密度等參數(shù)的測量。
4、cxt智能變送器的性能指標
（1）精度0.07%（標準模式）
（2）溫度特性和靜壓影響
（3）穩(wěn)定性
5、結(jié)語
cxt系列智能壓力/差壓變送器在電廠、石化、化工等行業(yè)的項目中，cxt變送器的使用非常成功，以其可靠性、性以及優(yōu)廉性得到用戶的認可。