變送器的測(cè)量膜片是金屬平膜片，為什么其特性是線(xiàn)性的？
和杠桿式變送器相比，電容式、振弦式、擴(kuò)散硅式等變送器有什么優(yōu)點(diǎn)？
電容式、振弦式、擴(kuò)散硅式等變送器是20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)出來(lái)的一代變送器，和它的上一代杠桿式變送器相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)。
① 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。它們是基于微位移檢測(cè)和轉(zhuǎn)換技術(shù)，是微位移平衡式變送器，體積小，重量輕。不像杠桿式變送器，為了保證足夠的測(cè)量力矩和反饋力矩，需要杠桿、支點(diǎn)、軸封膜片和較大的反饋機(jī)構(gòu)。
② 精度高。電容式、振弦式、擴(kuò)散硅式等變送器一般都0.25級(jí)，穩(wěn)定性也好。而杠桿式變送器一般為0.5級(jí)，且由于機(jī)械零件多，支承、拉條、反饋波紋管等的彎曲疲勞、熱膨脹等原因，穩(wěn)定性也較差。
③ 測(cè)量范圍寬，靜壓誤差小。例如1151系列變送器的測(cè)量范圍0～1.3kPa 到0～6890kPa。靜壓為13780kPa，零點(diǎn)變化***大量程的±0.5%。***大負(fù)遷移***小調(diào)校量程的600%，正遷移為***小調(diào)校量程的500%。
④ 調(diào)整、使用方便。
⑤ 二線(xiàn)制，本質(zhì)安全防爆。
由于以上原因，這一代變送器至今還在我國(guó)廣泛使用。
2.什么是1151變送器的δ室？它的結(jié)構(gòu)怎樣？
在1151變送器中，電容式敏感元件稱(chēng)δ室。它具有完全相同的兩室，每室由玻璃與金屬杯體燒結(jié)后，磨出球形凹面，然后鍍一層金屬薄膜，構(gòu)成電容器的固定極板。測(cè)量膜片焊接在兩個(gè)杯體之間，為電容器的活動(dòng)極板。杯體外側(cè)焊上隔離膜片，并在膜片內(nèi)側(cè)的空腔中充滿(mǎn)硅油或氟油，以便傳遞壓力。
當(dāng)被測(cè)壓力作用于膜片時(shí)，通過(guò)填充液使測(cè)量膜片產(chǎn)生位移，從而改變了可動(dòng)極板與固定極板間的間距，引起電容變化，并通過(guò)引線(xiàn)傳給測(cè)量電路。
當(dāng)δ室受到過(guò)載時(shí)，測(cè)量膜片緊貼在球形凹面上，從而保證了單向壓力時(shí)膜片不受損壞。
3.1151變送器中的測(cè)量膜片是金屬平膜片，但為什么它的特性是線(xiàn)性的呢？
1151變送器中的測(cè)量膜片都是金屬平膜片。平膜片形狀簡(jiǎn)單，加工方便，但壓力和位移的特性是非線(xiàn)性的，只有在下列情況下才是線(xiàn)性的：
① 膜片的位移遠(yuǎn)小于膜片的厚度時(shí)；
② 膜片在安裝時(shí)，把它繃得很緊，使其具有初始張力，則在一定范圍內(nèi)，壓力和位移也是線(xiàn)性的。
1151變送器要求測(cè)量膜片的位移很小，一般在0.1mm以下，而在測(cè)量高壓力時(shí)，又要求膜片有足夠的厚度和剛度，這正好滿(mǎn)足平膜片線(xiàn)性特性的條件。
1151變送器在測(cè)量低壓力時(shí)，采用薄膜片，而薄膜片在安裝時(shí)容易繃緊，這也正好滿(mǎn)足平膜片線(xiàn)性特性的另一條件。
所以1151在測(cè)高壓力時(shí)，用厚膜片；測(cè)低壓力時(shí)，用繃緊的平膜片，這樣兩者都有很好的線(xiàn)性特性。
4.請(qǐng)用框圖形式，簡(jiǎn)述1151變送器的工作原理。
1151變送器的整機(jī)框圖如圖所示。它的工作原理如下。
被測(cè)差壓△P作用到測(cè)量膜片兩側(cè)，使它產(chǎn)生位移，于是低壓側(cè)測(cè)量膜片和固定電極間的距離減小，電容CL增加；高壓側(cè)測(cè)量膜片和固定電極間距離增加，電容CH減小。由于該差動(dòng)電容是接在高頻振蕩器的輸出回路上，因此電容的變化就被轉(zhuǎn)換高頻電流IL和IH的變化，經(jīng)解調(diào)（相敏整流）后輸出兩組信號(hào)：一組為差動(dòng)信號(hào)IL-IH，另一組共模信號(hào)IL+IH。
共模信號(hào)IL+IH在振蕩控制放大器輸入端的兩對(duì)基準(zhǔn)電阻上產(chǎn)生輸入電壓U1，以和基準(zhǔn)電壓源在這兩對(duì)電阻上產(chǎn)生的電壓U2相比較，差值△U經(jīng)放大后去振蕩器。由于振蕩器、解調(diào)器和振蕩控制放大器組成深度負(fù)反饋電路，所以共模電流IL+IH的值保持不變，從而使振蕩器的輸出電壓幅度Vpp、頻率f和IL+IH三者的乘積不變，以提高儀表的穩(wěn)定性。
差動(dòng)電流IL-IH與被測(cè)差壓成正比，它進(jìn)入電流控制放大器，經(jīng)放大與處理后，輸出4~20mA電流信號(hào)。
零位和正負(fù)遷移調(diào)節(jié)是改變加在電流放大器輸入端的偏置電流，量程調(diào)節(jié)則是改變電流負(fù)反饋系數(shù)，限流器是不讓輸出電流超過(guò)規(guī)定范圍，以免損壞電子元件和保證本質(zhì)安全的實(shí)現(xiàn)，反極性保護(hù)是在電源極性接反的情況下不使儀表?yè)p壞。
5.1151變送器采用的是近似平行板電容器，為什么電容和位移的關(guān)系又是線(xiàn)性的呢？
平行板電容器的電容公式
式中:C——電容量，F(xiàn)；
ε——介電常數(shù)，F(xiàn)/m；
A——極板面積，m2；
d——極板間距離，m。
顯然，電容量C和極板間距d是非線(xiàn)性的。但如果采用差動(dòng)電容結(jié)構(gòu)，并取測(cè)量電容之差和電容之和的比，則和距離的變化呈線(xiàn)性關(guān)系，即
式中：
CL——低壓側(cè)極板和測(cè)量膜片之間的電容；
CH——高壓側(cè)極板和測(cè)量膜片之間的電容；
d0——極板間的初始距離；
△d0——極板間的變化距離。
所以在1151變送器中，電子線(xiàn)路測(cè)量的是CL-CH/CL+CH值，它和極板間的距離變化△d0呈線(xiàn)性關(guān)系。
06.
1151變送器的電容-電流轉(zhuǎn)換電路由哪幾部分組成？各有什么作用？
1151電容-電流轉(zhuǎn)換電路的作用是將CL-CH/CL+CH轉(zhuǎn)換成比例的測(cè)量電流Is。如圖2-6所示，它由振蕩器、振蕩控制放大器和解調(diào)器組成。
振蕩器由晶體管VT1、電阻R29、R30、電容C19、C20和變壓器組成，其作用是產(chǎn)生交流激勵(lì)電壓供給調(diào)解器。振蕩頻率由測(cè)量部分的電容和變壓器的電感決定，約32kHz。振蕩幅度Vpp約為25~35V，幅值大小由振蕩控制放大器IC1控制。
解調(diào)器由二極管VD1~VD4，電阻R2、R4、R5，電容CL、CH組成，其作用是將由激勵(lì)電壓1-12、2-11、3-10產(chǎn)生的流過(guò)敏感電容CL、CH的交流電流解調(diào)成直流電流IL和IH。由于IL和IH之差正比于CL-CH/CL+CH，因而只要測(cè)量電路（其等效電阻R0）測(cè)出IL-IH值，便可知CL-CH/CL+CH。
振蕩控制放大器由線(xiàn)性電路IC1和基準(zhǔn)電壓源Es組成，它和解調(diào)器、振蕩器構(gòu)成深度負(fù)反饋控制電路，以保證流過(guò)CL、CH的電流IL、IH之和為定值。
