思考与练习题参考答案
第 2 章 变送器
思考与练习题
（1）变送器主要包括哪些仪表？各有何用途？
答：变送器主要包括压力变送器、差压变送器、流量变送器、液位变送器、 温度变送器等；各自将被测工艺参数，如压力、差压、流量、液位、温度等物 理量转换成相应的统一标准信号，并传送到指示记录仪、运算器和控制器，供 显示、记录、运算、控制、报警等。
（2）变送器是基于什么原理构成的？如何使输入信号与输出信号之间呈线 性关系？ 答：变送器都是基于负反馈的原理来工作的；保证放大器的放大系数和反馈 系数为常数可使输入信号与输出信号之间呈线性关系。
（3）何谓零点迁移？为什么要进行零点迁移？零点迁移有几种？
答：使变送器输出信号的下限值 ymin与测量范围的下限值Xmin相对应,即在Xmin 工0时，使Y=ymin的调整，为零点迁移；零点迁移是为了保证变送器的在不同的 输入范围时其输出仍是标准信号；零点迁移有正迁移和负迁移。
（4） 何谓量程调整和零点调整？
答:量程调整是使变送器输出信号的上限值 『max与测量范围的上限值Xmax相对 应。零点调整是使变送器输出信号的下限值 ymin与测量范围的下限值Xmin相对应, 即在 xmin=0 时，使 Y=ymin。
（5） 电容式、扩散硅式、电感式、振弦式差压变送器与矢量机构式差压变 送器相比有什么优点？
答：与矢量机构式差压变送器相比，电容式差压变送器是微位移式变送器， 无杠杆系统，体积小，它以差动电容膜盒作为检测元件，并且采用全密封熔焊 技术，因此整机的精度高、稳定性好、可靠性高、抗振性强，其基本误差一般 为± 0.2 ％或土 0.25 ％。 扩散硅式差压变送器也是微位移式两线制差压变送器。它的检测元件采用硅 杯压阻传感器，由于单晶硅材质纯、功耗小、滞后和蠕变极小、机械稳定性好、 体积小、重量轻、结构简单和精度高。
采用微位移式电平衡工作原理，没有机械传动、转换部分；外形美观、结构 小巧，重
量轻；调整方便，零点、满量程、阻尼均在仪表外部调整，且零点和 满量程调整时互不影响；具有独特的电感检测元件，敏感检测元件所在的测量 头部分采用全焊接密封结构；计算机进行温度、压力补偿，不需要调整静压误 差。
振弦式差压变送器通过振弦去改变谐振电路的谐振频率，将差压的变化转换 成振弦张力的变化，输出可以是频率或电流。
(6) 电容式差压变送器如何实现差压-位移转换？差压-位移转换如何满足 高精度的要求？
答：在电容式变送器中，电容膜盒中的测量膜片是平膜片， 平膜片形状筒单， 加工方便，但压力和位移是非线性的，只有在膜片的位移小于膜片的厚度的情 况下是线性的，膜片在制作时，无论测量高差压、低差压或微差压都采用周围 夹紧并固定在环形基体中的金属平膜片做感压膜片，以得到相应的差压 换。
-位移转
由于膜片的工作位移小于0.1mm当测量较低差压时，则采用具有初始预紧 应力的平膜片；在自由状态下被绷紧的平膜片；具有初始张力。这不仅提高线 性，还减少了滞后。对厚度很薄，初始张力很大的膜片，其中心位移与差压之 间也有良好的线性关系，满足高精度的要求。
(7) 电容式差压变送器如何保证位移-电容转换关系是线性的？
答：中心感压膜片位移厶S与差动电容的电容量变化示意图如图 2.1所示。 设中心感压膜片与两边弧形电极之间的距离分别为
S1、S2。
1 b 1 I1 i 1 I r F r j r \\ S, 1
图2.1 差动电容变化示意图
当被测差压△ Pi二0时，中心感压膜片与两边弧形电极之间的距离相等，设 其间距为So,则S = S2=S0;在有差压输入，即被测差压△ Pi工0时，中心感压膜 片在△ Pi作用下将产生位移 △ S, 则有S = $+△ S和So — △ So
若不考虑边缘电场影响，中心感压膜片与两边弧形电极构成的电容 G和C2, 可近似地看成是平行板电容器，其电容量可分别表示为
；A
Si
So LS
Ci2
S2
So -. ：s
-C i2 _ C ii
?A(
So
1 1
- ) -AS So IS
可见，两电容量的差值与中心感压膜片的位移△ S成非线性关系。显然不能 满足高精度的要求。但若取两电容量之差与两电容量和的比值，则有
1 1 卓(
■- 一 1
—) 1
S
C i 2 - i 1
C
S
o - ?So
K 2 二 S
G2 G1「八(
So -AS
+
& ) 0 So + AS
Ci2 -'C “
Ci2
差动电容的相对变化值 线性关
'Ci1与厶S成线性关系，要使输出与被测差压成
系，就需要对该值进行处理。
（8）对于不同测量范围的1151电容式差压变送器，为什么整机尺寸无太大 差别？ 答：由于膜片的工作位移小于 0.1mm当测量较低差压时，则采用具有初始 预紧应力的平膜片；在自由状态下被绷紧的平膜片；具有初始张力。这不仅提 高线性，还减少了滞后。对厚度很薄，初始张力很大的膜片，其中心位移与差 压之间也有良好的线性关系。 当测量较高差压时，膜片较厚，很容易满足膜片的位移小于膜片的厚度的条 件，所以这时位移与差压成线性关系。
可见，在1151变送器中，通过改变膜片厚度可得到变送器不同的测量范围, 即测量较高差压时，用厚膜片；而测量较低差压时，用张紧的薄膜片；两种情 况均有良好的线性，且测量范围改变后，其整机尺寸无多大变化。
（9）简述扩散硅式、电感式、振弦式差压变送器力 - 电转换的基本原理。 答 对于扩散硅式，当被测差压△P作用于测量室内隔离膜片时，膜片通过
过程控制仪表课后答案第2章
