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智能型变送器一种与时俱进的造纸自动化仪表

2021-08-18 来源:内蒙古工程机械网

智能型变送器——一种“与时俱进”的造纸自动化仪表

胡松胡松,高级工程师,曾任民丰造纸厂计量仪表科科长,中国造纸学会自动化专业委员会常委。

提键要:介绍了一种与以往的模拟变送器有很大不同、且各造纸厂已开始投入使用的新一代变送器——智能型变送器的工作原理及其在使用中出现的一些新问题,供纸厂有关人员在选型和使用时参考。

关键词:智能变送器;工作原理;精度;量程迁移;通信

目前

目前,我国某些纸厂在生产中使用的是力矩平衡式DDZ-Ⅱ型仪表。随着计算机技术的发展及其在生产中的应用,使具有与计算机统一信号4~20mA(1~5V)DDZ-Ⅲ型仪表取代了DDZ-Ⅱ型仪表。半导体集成技术的发展促使性能更佳、精度更高的全电子仪表应运而生。近年来网络技术、数字通信技术的发展,人们在全电子仪表上附加入智能化模块,诞生了新一代的智能化仪表。据我所知,目前新建项目中已大部分采用智能化仪表。

1 智能化变送器的工作原理

目前由于目前计算机在自动化控制系统中不但完全替代了调节器的作用,并且已经大大地超越了调节器的功能,为此,我们只介绍智能化变送器的工作原理。

目前就目前智能化变送器而言,大体可归纳为:扩散硅谐振式、扩散硅应变式、电容式等。

1.1 扩散硅谐振式变送器

目前以横河EJA A系列为例说明。在一单晶硅芯片上采用微电子机械加工技术,分别在其表面的中心和边缘作成两个形状、大小完全一致的H形状谐振梁,且处于微型真空腔中,使其既不与充灌液接触,又确保振动时不受空气阻尼的影响。图1为硅谐振梁的结构。

图1 硅谐振梁的结构

图2为硅谐振器的自激振荡电路

目前硅谐振梁处于由永久磁铁提供的磁场中,与变压器、放大器等组成正反馈回路,让谐振梁在回路中产生振荡。图2为硅谐振器的自激振荡电路。

目前当单晶硅的上、下表面受到压力并形成压力差时,将产生形变,中心处受到压缩力,边缘处受到张力,因而两个H形状谐

振梁分别感受不同应变作用,其结果是中心谐振梁因受压缩力而频率减少,边缘谐振梁因受张力而频率增加。这样两个H形谐振梁分别将差压、压力信号转换为频率信号,送到脉冲计数器,再将两频率之差直接传递到CPU进行数据处理,经D/A转换器转换为与输入信号相对应的4~20mA DC的输出信号,并在模拟信号上叠加一个BRAIN/HART数字信号进行通信。图3为EJA智能变送器工作原理图。

图3为EJA智能变送器工作原理

目前膜盒组件中内置的特性修正存贮器存贮传感器的环境温度、静压及输入/输出特性修正数据,经CPU运算,可使变送器获得优良的温度特性、静压特性及输入/输出特性。

1.2 扩散硅应变式变送器

目前以福克斯波罗I/A SERIES为例。在一单晶硅芯片上采用集成电路扩散压阻技术,将硼扩散到硅片的晶格结构中形成一个十分灵敏的惠斯登电桥。用化学蚀刻方法将电桥下面硅片的后部蚀刻到对应测量范围的厚度,然后把完成的硅片再粘结到硼硅酸玻璃或氧化铝基板上,再将各种防蚀材料的隔离膜片焊接到传感器硅片的上方。在隔离膜片与硅片之间的空隙中,在真空条件下灌注硅油或氟油。

目前在表压力和差压应用场合,需在硼硅酸玻璃基板上穿一个孔通到硅片后面的孔腔,作压力引入口。

目前当压力施加到集成电路硅片上时,在电桥电阻上就产生了应力,该压力所形成的压阻效应改变了桥臂上的电阻值,这样

就产生了一个与压力成正比的电压。当电桥激励电流为1.0mA时,其对应于满量程压力的电桥输出的典型范围为75~150mV。传感器模块内的电桥输出信号及温度传感器信号直接传递到包括信号处理线路和微处理器的电子模块内进行数据处理,经D/A转换器转换为与输入信号相对应的4~20mA DC的输出信号,并在模拟信号上叠加一个基于FSK移频键控技术的FSK调制信息进行数字通信。智能型变送器框图见图4

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