電容式壓力變送器是企業#常應用的壓力變送器，隨著科學技術的發展，微電子技術、微處理器技術以及現場總線技術不斷更新，以硅微電容作為壓力傳感器的智能型壓力差壓變送器出現并得到應用，這種變送器既符合現場總線協議，可靠性又得到極大提高，因而得到化工行業的青睞，在化工生產裝置中已應用相當普遍。河南神馬尼龍化工有限公司為加快發展尼龍產業，成套引進了日本技術裝置，許多裝置儀表中采用了硅微電容智能變送器，用于測量介質壓力、流量及液位等。硅微電容智能變送器的傳感器將被測參數轉換成靜電容量，然后通過測量硅電容來得到被測壓差或壓力值。變送器將檢測到的各種流體的差壓或壓力，轉換為電流信號傳輸給儀表;調整功能可通過 HHC(手持通信器)進行，即使在儀表室等院秒變送器的場所也可容易地變更各種設定(量程、阻尼時間常數、自檢等);同時，通過帶有本地調整功能的 LCD 單元可與 HHC 實現同步，大大提高了現場維護的可靠性和方便性。

 

1 變送器結構及工作原理

1． 1 硅微電容傳感器結構圖

從原理上講，硅微電容傳感器依然采用電容來進行測量，但其結構與原來的電容傳感元件有很大不同，用硅材料制成電容，#大特點是體積特別小(9 mm ×9 mm ×7 mm)，故稱硅微電容傳感器(結構如圖 1 所示)。硅微電容傳感器是整體封裝，周圍

被封液包裹，變送器采用了浮動膜盒結構，這樣可以消除被測介質溫度和靜壓對測量膜片的影響。

1． 2 新型浮動膜盒

新型浮動膜盒的結構(見圖 2)能保護傳感器，使其在多種惡劣環境中工作，傳感器工作的穩定性得到提高，方便了現場的設置操作。因此，相比傳統電容傳感器，其溫度特性、靜壓特性、過壓保護特性更優異。

1． 3 工作原理

感測原理:硅材料膜片形成兩個電容 C1 和 C2，當傳感器兩端的壓力 PH、PL 發生變化時，硅微電容C1 和 C2 也會相應發生變化，測量電容的變化量，并由此可計算出壓力差。

 

變送原理:傳感膜盒中存放著由生產線上計算機采集到的包括測量范圍、輸入輸出特性、靜壓和溫度特性、修正數據等在內的各種參數，變送器調試過程中儀表的各種參數則存放于電子單元中，這種雙存儲器結構使儀表具有良好的部件互換性，微處理器可以根據兩個溫度傳感器測得的溫度隨時修正，減小溫度變化產生的影響。

 

2 硅微電容智能型變送器特點

2． 1 傳感器特點

傳感器封裝后僅有 7 mm ×7 mm ×9 mm，體積非常小;測量膜片采用單晶硅材料，其熱膨脹系數僅有金屬膜片的 1/4，受環境溫度變化的影響較小;材料的抗疲勞性能強，儀器可以長周期穩定運行;硅材料沒有彈性滯后，因此儀器具有很好的線性特性，儀

表的回差率可忽略不計，使用過程中也不需要調整零點。在#大測量范圍內，硅膜片的#大位移量是其他移變送器的幾十分之一，膜片的移動接近理論的平行板電容器，因而儀表的線性好、精度高。傳感器是在單晶硅片上光刻出來的，其功耗低、響應快，便于集成并保證傳感器的一致性。

 

2． 2 新型浮動膜盒特點

2． 2． 1 溫度特性優良

因為將小型硅微電容傳感器從膜盒的下部移到了放大器臺內部，可使傳感器院秒過程介質，從而使傳感器受過程介質溫度變化的影響減小。傳感器內部安裝了溫度傳感元件，對溫度比較敏感，變送器的微處理器可隨時修正溫度變化產生的影響，所以儀表的溫度特性很好。

 

2． 2． 2 靜壓影響小

傳感器與過程介質和外部環境沒有直接接觸，改善了傳感器的受力狀況。膜盒四周設有基座，如果受到很高的過程壓力，基座會因受到軸向力的作用而產生徑向變形;硅微電容傳感器被封液所包圍，而傳感器受力是通過封液來傳遞，因而它受到的是周邊不同方向的均勻壓力，不會產生變形，因此儀表的靜壓影響極小。

 

2． 2． 3 可靠的單向過壓保護

膜盒中間的過壓保護膜片在儀表正常工作時，不會因測量壓力的作用產生位移或者發生彎曲。過壓保護膜片的移動壓力為#大測量值的 3 倍。當變送器承受單向壓力過大時，過壓保護膜片會發生彈性變形，抑制封液壓力的繼續上升，對傳感器的測量膜片(硅膜片)不會產生影響，起到了單向過壓保護作用。當單向壓力消失時，由于材料的彈性特性，測量膜片和過壓保護膜片可迅速恢復到初始位置。這使得安裝變送器時，可以將過程壓力直接引入變送器的測量室，而且不需要安裝附加的組合閥門。

 

2． 2． 4 結構緊湊、體積小

因為小型硅微電容傳感器是設置在放大器內，膜盒結構簡單緊湊，體積也相對減小不少，現場使用操作也更加方便。

 

3 維修、檢查和故障處理

河南神馬尼龍化工有限責任公司生產裝置中硅微電容智能型變送器配置數量很多，由于涉及多種化工產品的生產，硅微電容智能型變送器使用中出現問題的頻次較高，例如在己二酸生產工藝中儲存罐使用的溫度傳感器，檢測到的溫度變化后輸出電流曾出現超量程現象，變送器的微處理器修正溫度也產生誤差，以往處理排除此類故障需要從傳感器源頭排查，排除故障非常耗時，維修效率低，嚴重時會導致停車。通過不斷地總結和探究，現在當硅微電容智能型變送器使用中出現故障時，檢修工作人員很快就能查出故障原因，并準確、及時地進行維修。

 

3． 1 維修、檢查

為了保持變送器的精度和壽命，需根據運行狀況進行定期檢查(1 次/年)。包括:檢查變送器各部分是否有損壞、腐蝕等現象;傳輸部罩殼、段子部罩蓋、O 形圈是否損壞或出現老化;流體是否泄漏;去除變送器內和導壓管內積液等。

 

3． 2 硅微電容智能變送器常見故障及其處理方法

3． 2． 1 輸出電流出現超量程

造成這種現象的原因可能有如下幾種:歧管閥的開閉狀態不正確;有泄漏造成降壓;導壓配管連接方法不正確;導壓管內阻塞;放大部的外部連接端子部電壓失準等。在工作中，要及時檢查，逐項排除，有問題及時解決，使閥門及時恢復正常，堵漏、修正連接管、排除堵塞或更換元器件等。

 

3． 2． 2 無輸出電流

主要原因可能為:歧管閥的開閉狀態不正確;導壓配管連接方法不正確;有壓力泄漏;導壓管內阻塞;電源極性錯誤;外部連接端子部電壓錯誤。出現上述問題時，要及時調整、修正，檢查配線電纜絕緣情況，并進行適當處理。

 

3． 2． 3 輸出電流誤差大

主要原因可能為:導壓配管連接方法不正確;變送器內混入氣體或液體;介質密度發生變化;環境溫度變化較大;電子部不良等。出現上述問題時，要及時修正，進行排氣、排液;密度不對時，要及時修正，重新調整，加強控制，減少溫度變化;電子部件出現問題時，要及時更換。

 

4 結束語

通過對硅微電容變送器的特性進行分析，結合變送器在化工生產中應用情況，針對硅微電容變送器出現常見故障，根據長期從事化工裝置的實際維檢工作經驗，提出了維修處置措施，為從事化工儀表操作的技術人員借鑒。隨著化工行業的產業調整和技術升級，硅微電容智能變送器在化工生產中的應用范圍將會越來越大。

 

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