EJA系列差壓變送器

EJA系列差壓變送器詳細(xì)介紹：

開發(fā)背景：

             DPharp EJA 差壓壓力變送器（Differen-tial Pressure/Pressure high accuracy reso-nant sensor pressure transmitter）是由日本橫河電機(jī)株式會社于94年開發(fā)的高性能智能式差壓、壓力變送器，采用了世界上的單晶硅諧振式傳感器技術(shù)，自投放市場以來，以其優(yōu)良的性能受到客戶好評。EJA在DPharp EJA變送器基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了以下設(shè)計(jì)目標(biāo)：

1、除保證高精度外，傳感器自身消除了靜壓、溫度等變化產(chǎn)生的。

2、可長期連續(xù)使用的高可靠性。

3、小型、輕量、使其不受安裝場所的限制，可自由安裝。

4、采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)，具有完整的自診斷功能和通訊功能。

5、能保持零點(diǎn)的長期穩(wěn)定性，提高了維護(hù)效率。

EJA特點(diǎn)：

♦單晶硅諧振式傳感器

♦采用微電子機(jī)械加工高新技術(shù)（MEMS）

♦傳感器直接輸出頻率信號，簡化與數(shù)字系統(tǒng)的接口

♦高精度，一般為0.065%

♦高穩(wěn)定性和高可靠性

♦連續(xù)10萬次過壓試驗(yàn)后量≤0.03%16MPa

♦BRAIN/HART/FF/PROFIBUS現(xiàn)場總線四種通訊協(xié)議

♦完善的自診斷及遠(yuǎn)程設(shè)定通訊功能。

♦可無需三閥組而直接安裝使用

♦基本品的接液膜片材質(zhì)為：哈氏合金C-276

♦外部零點(diǎn)/量程調(diào)校

工作原理：

              由單晶硅諧振式傳感器上的兩個(gè)H形的振動梁分別將差壓、壓力信號轉(zhuǎn)換為頻率信號，送到脈沖計(jì)數(shù)器，再將兩頻率之差直接傳遞到CPU（微處理器）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為輸入信號相對應(yīng)的4-20mA DC的輸出信號，并在模擬信號上疊加一個(gè)BRAIN/HART數(shù)字信號進(jìn)行通信。

              膜盒組件中內(nèi)置的特性修正存儲器存儲傳感器的環(huán)境溫度、靜壓及輸入/輸出特性修正數(shù)據(jù)，經(jīng)CPU運(yùn)算，可使變送器獲得優(yōu)良的溫度特性和靜壓特性及輸入/輸出特性。

              通過I/O口與外部設(shè)備（如手持智能終端BT200或275以及DCS中的帶通訊功能的I/O卡以數(shù)字通信方式傳遞數(shù)據(jù)，即高頻2.4KHZ（BRAIN協(xié)議）或1.2kHz（HART協(xié)議）數(shù)字信號疊加在4-20mA的信號線上。在進(jìn)行通訊時(shí)，頻率信號4-20mA的信號不產(chǎn)生任何擾動。

A、結(jié)構(gòu)原理：圖2為單晶硅諧振傳感器的核心部分，即在一單晶硅芯片上采用微電子機(jī)械加工技術(shù)（MEMS），分別在其表面的中心和邊緣作為兩個(gè)形狀、大小*一致的H形狀的諧振梁，且處于微型真空腔中，使其既不與充灌液接觸，又確保振動時(shí)不受空氣阻尼的。

B、諧振梁振動原理：圖3所示，硅諧振梁處于由*磁鐵提供的磁場中，與變壓器、放大器等組成一正反饋回路，讓諧振梁在回路中產(chǎn)生振蕩。

C、受力情況：當(dāng)單晶硅片的上學(xué)表面受到壓力并形成壓力差時(shí)將產(chǎn)生形變，中心處受到壓縮力，邊緣處受到張力，因而兩個(gè)H形狀諧振梁分別感受不同應(yīng)變作用，其結(jié)果是中心諧振梁因受壓縮力而頻率減少，邊側(cè)諧振梁因受張力而頻率增加，即兩個(gè)頻率之差對應(yīng)不同的壓力信號（如圖4）。

 EJA優(yōu)良性能：

A、優(yōu)良的溫度特性：如圖5所示數(shù)據(jù)是隨著環(huán)境溫度的變化觀測到的零點(diǎn)和滿度的變化，可以看出，具有很好的溫度特性。

溫度變化為什么對EJA沒有呢？這是由傳感器的固有結(jié)構(gòu)決定的。如圖6所示，為輸入差壓與頻率的關(guān)系，在正常溫度時(shí)，諧振片的頻率如圖中實(shí)線所示，邊側(cè)諧振片的頻率（fr）隨著壓力的增加而上升，中心諧振片的頻率（fc）隨著壓力增加而減少。

當(dāng)溫度上升，由于邊側(cè)諧振梁和中心諧振梁形狀、尺寸*一致，故在相同的溫度狀態(tài)下，變化量一致。

圖中虛線表示高溫度時(shí)的頻率特性，在同一溫度狀態(tài)下相同比率變化，由于需要的是頻率之差，故變化量相互抵消，因此自動消除誤差的。

可通過一下關(guān)系式得知：

Iout（0）：常溫時(shí)的輸出

Iout（t）：高溫時(shí)的輸出

Iout（0）=fr-fc

Iout（t）=（fr-△fr）-（fc-△fc）

             =（fr-fc）-（△fr-△fc）

             =Iout（0）-（△fr-△fc）

∵△fr=△fc

∴Iout（t）=Iout（0）

B、優(yōu)良的靜壓特性：圖7所示為膜盒受靜壓后的零點(diǎn)變化，分別承受50、100、150kgf/cm2的靜壓后，零點(diǎn)幾乎無變化，具有很好的靜壓特性。

為什么靜壓對EJA的輸出無呢？這也是由傳感器的固有結(jié)構(gòu)決定的。

如圖8所示為輸入壓力與傳感器頻率的關(guān)系，

圖中實(shí)線表示在大氣壓下頻率的變化，邊緣諧振片頻率（fr）隨著壓力的增加而增大，而中心諧振片的頻率（fc）隨著壓力的增加而減少。

當(dāng)加有靜壓（工作壓力）時(shí)，由于兩諧振片的形狀、尺寸*一致且又處于同一場所，故頻率的變化量（減少）一樣（如圖中虛線所示）。因需檢測兩頻率之差，所以兩頻率的變化梁相互抵消。

從以下關(guān)系式可知：

Iout（0）：在大氣壓下的輸出

Iout（p）：加靜壓時(shí)的輸出

Iout（0）=fr-fc

Iout（p）=（fr-△fr）-（fc-△fc）

             =（fr-fc）-（△fr-△fc）

             =Iout（0）-（△fr-△fc）

∵△fr=△fc

∴Iout（P）=Iout（0）

C、優(yōu)良的單向過壓特性圖9、圖10所示為在14mpa過壓下作持續(xù)

對EJA的高低壓側(cè)反復(fù)施加10萬次的試驗(yàn)后對零點(diǎn)（zero）的和過大壓后的長期穩(wěn)定性，可以看出前后幾乎沒有什么變化。

因此，EJA具有非常的單向過壓性能。

EJA為什么有的單向過壓性能呢？這是由傳感器的結(jié)構(gòu)決定的。

當(dāng)有單向壓力作用時(shí)，接液（隔離）膜片內(nèi)側(cè)的硅油向中心膜片移動，硅油傳遞壓力到硅諧振傳感器，壓力增大到某一數(shù)值時(shí)，接液（隔離）膜片與本體*接觸在一起，此時(shí)，外部壓力不管怎樣增大，硅油的壓力不會增大（如圖11），因此，硅諧振傳感器收到一定的壓力后就不會再受到更大的壓力，有很好的保護(hù)能力，即使收到了一定力的作用，由于單晶硅材料的恢復(fù)性能特別好，故也能*恢復(fù)而*。

電容式傳感器的中心膜片即起隔離作用，同時(shí)又起測量作用，當(dāng)有過大壓力作用其上時(shí)，中心膜片變形，去掉壓力后，由于金屬固有的滯后性，不能*恢復(fù)從而有誤差。