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        1. 上自?xún)x表有限公司

          力矩平衡式差壓變送器

          時(shí)間:2014-12-15 閱讀:3444
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          一、力矩平衡式差壓變送器

          1.概述

          力矩平衡式差壓變送器是基于力矩平衡原理工作的,它由測(cè)量部分、杠桿系統(tǒng)、位 移檢測(cè)放大器和電磁反饋機(jī)構(gòu)組成,其原理框圖如圖2-8所示,其檢測(cè)元件采用膜盒或 膜片。被測(cè)差壓信號(hào)△Pii經(jīng)測(cè)量部分轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸入力Fi,F(xiàn)i與反饋機(jī)構(gòu)輸出的反饋 力Ff—起作用于杠桿系統(tǒng),使杠桿產(chǎn)生微小的位移,再經(jīng)位移檢測(cè)放大器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)輸出。當(dāng)輸入力與反饋力對(duì)杠桿系統(tǒng)所產(chǎn)生的力矩達(dá)到平衡時(shí),杠桿系統(tǒng)便達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),此時(shí)變送器的輸出信號(hào)Io(或P)反映了被測(cè)差壓△Pi的大小。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-9所示。

           

          在力平衡式差壓變送器的杠桿系統(tǒng)中,目前已廣泛采用了固定支點(diǎn)的矢量機(jī)構(gòu),并用平 衡錘使副杠桿的重心與其支點(diǎn)相蓽合,從而提高了儀表的可靠性和穩(wěn)定性。

          2.結(jié)構(gòu)

          (1)測(cè)量部分

          測(cè)量部分的作用是將被測(cè)差壓信號(hào)△Pi轉(zhuǎn)換成輸入力Fi,它由高、低壓室、膜盒、軸封  膜片等部分組成。輸入力Fi與差壓△Pi的關(guān)系為

          式中,A為測(cè)量膜片的有效面積,近似為常量。圖中的軸封膜片為主杠桿的彈性支點(diǎn),同時(shí)又起到密封作用。

          (2)杠桿系統(tǒng)

          杠桿系統(tǒng)是差壓變送器中的機(jī)械傳動(dòng)力和力矩平衡部分,它的作用是把輸入力Fi所產(chǎn)生的力矩與電磁反饋力Ff所產(chǎn)生的力矩進(jìn)行比較,然后轉(zhuǎn)換成檢測(cè)片的外移。該系統(tǒng)包括主、 副杠桿,調(diào)零和零點(diǎn)遷移機(jī)構(gòu),靜壓調(diào)整和過(guò)載保護(hù)裝置,平衡錘以及矢量機(jī)構(gòu),如圖2-9 所示。 

          ①調(diào)零和零點(diǎn)遷移機(jī)構(gòu)。變送器的零點(diǎn)由調(diào)零彈簧來(lái)調(diào)整。零點(diǎn)遷移則通過(guò)調(diào)節(jié)遷移彈簧實(shí)現(xiàn)的,遷移彈簧對(duì)主杠桿施加一遷移力F0',此時(shí)變送器輸入與輸出間的關(guān)系仍可用前述的推導(dǎo)方法算得。設(shè)F0'到主杠桿支點(diǎn)的距離為L(zhǎng)0',則有

          式中,A為膜片有效面積;L1、L2為Fi、Fi到主杠桿支點(diǎn)H的力臂;L3、L0、Lf為F2、F0、Ff 到副杠桿支點(diǎn)M的力臂;L4為檢測(cè)12到副杠桿支點(diǎn)M的距離;tanθ為矢量機(jī)構(gòu)的力傳遞系數(shù),θ為矢量角;K1為副杠桿力矩-位移轉(zhuǎn)換系數(shù);K2為低頻位移檢測(cè)放大器位移電流轉(zhuǎn)換系數(shù);Kf為電磁反饋機(jī)構(gòu)的電磁結(jié)構(gòu)常數(shù)。

          因遷移力F0'的作用方向可變,即可通過(guò)壓縮或拉伸遷移彈簧,使其值為負(fù)或?yàn)檎?,故式中遷移項(xiàng)之前有正負(fù)號(hào)。由式(2-4)可知,只要改變遷移力的大小和方向,變送器便可在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)正向或負(fù)向遷移。

          在對(duì)變送器進(jìn)行零點(diǎn)遷移時(shí)應(yīng)注意,遷移后被測(cè)差壓的上限不能超過(guò)該表所規(guī)定的上限值,遷移后的量程范圍也不得小于該表的zui小量程。

          順便指出,在有些變送器中,遷移后彈簧和調(diào)零彈簧是同一根,因?yàn)檫w移和調(diào)零都是變送器輸出的起始值與測(cè)量起始點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。只不過(guò)零點(diǎn)調(diào)零量通常較小,而零點(diǎn)遷移量比較大。

          ②靜壓調(diào)整和過(guò)載保護(hù)裝置。這兩個(gè)裝置可用圖2-10來(lái)說(shuō)明。

          靜差調(diào)整裝置用以克服變送器的靜差誤差,靜差誤差是指被測(cè)介質(zhì)靜壓力的作用而產(chǎn)生的一項(xiàng)附加誤差。它具體表現(xiàn)在:當(dāng)測(cè)量部分膜盒兩側(cè)同時(shí)受到靜壓力的作用而無(wú)差壓時(shí), 變送器的輸出并非為與零點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的起始值。由于此項(xiàng)附加誤差的存在,變送器在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí),即使出入差壓沒(méi)有變化,但靜壓的波動(dòng)也會(huì)是儀表的輸出發(fā)生變化,這就增大了酒量誤差,因此靜壓誤差必須在一定范圍之內(nèi)。

          產(chǎn)生靜壓誤差的主要原因是,膜盒兩側(cè)的膜片有效面積不等以及主杠桿、拉條等裝配不正,這會(huì)使靜壓力產(chǎn)生一個(gè)附加力矩(見(jiàn)圖2-10 (b)),從面使伩表的零點(diǎn)發(fā)生變化,造成附加誤差,為了消除這一誤差,在主杠桿上方設(shè)置一靜壓調(diào)整裝置,轉(zhuǎn)動(dòng)靜壓調(diào)整螺釘8可改變拉條和主杠桿的相對(duì)位置。因拉條和主杠桿的支點(diǎn)D和H分別在不同的高度,故當(dāng)靜壓力P向上作用時(shí),P分解為兩個(gè)分力p1和p2,Pi被拉條所平衡,P2則對(duì)杠桿產(chǎn)生一轉(zhuǎn)動(dòng)力矩P向上作用時(shí),因此順時(shí)針(零點(diǎn)增加)或逆時(shí)針(零點(diǎn)減?。┺D(zhuǎn)動(dòng)靜壓調(diào)整螺釘8可克服靜壓誤差。

          過(guò)載保護(hù)裝置參照?qǐng)D2-10 (c.),當(dāng)測(cè)量力F過(guò)大時(shí),反向力F也相應(yīng)加大,兩力大到一定程度時(shí),過(guò)載保護(hù)簧片5將彎曲變形而脫離主杠桿4,F(xiàn)再增大時(shí),只加大彈簧片的變形, 而矢量頂桿9承受的力不會(huì)增加,只是起到了過(guò)載保護(hù)的作用。

          ③平衡錘。由圖2-9可見(jiàn),在副杠桿上方裝有平衡錘10,使副杠桿的重心和其支點(diǎn)M重合,從而提高了了儀表的耐戶(hù)擊、耐振動(dòng)性能,而且在儀表不垂直安裝時(shí),也不影響精度。

          ④失量機(jī)構(gòu)。矢量機(jī)構(gòu)如圖2-11(a)所示,它由矢量板和推板組成。由主杠桿傳推力F1被分解為兩個(gè)分力F2和F3,F(xiàn)3順著矢量板方向,被矢量板固定支點(diǎn)的反作用力所平衡, 它不起作用,巧垂直向上,它作用于副杠桿,使其做逆時(shí)針?lè)较蚱D(zhuǎn)。

          由圖2-11 (b)的力分析矢量圖可知,F(xiàn)2=F1tanθ,如前所述,改變tanθ可改變差壓變送器的量程,這可通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘(見(jiàn)圖2-9)改變矢量角θ的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于矢量角在4°?15°范圍內(nèi)變化,故僅用矢量機(jī)構(gòu)調(diào)整量程時(shí)的量程比為

          (3)電磁反饋機(jī)構(gòu)

          電磁反饋機(jī)構(gòu)的作用是將輸出電流Io轉(zhuǎn)換成電磁反饋力Ff,此力作用于副杠桿上,產(chǎn)生反饋力矩Mf,以便和測(cè)量部分產(chǎn)生的輸入力矩mi相平衡。該機(jī)構(gòu)由反饋動(dòng)圈1、導(dǎo)磁體2、 *磁鋼3組成,如圖2-12 (a)所示。

          反饋力Ff的大小為

          Kf是電磁結(jié)構(gòu)常數(shù),其值為

          式中,B0為氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度;D為動(dòng)圈平均直徑;W為動(dòng)圈匝數(shù)。

          由前面的分析可知,改變Kf同枰可以調(diào)整變送器的量程,這可通過(guò)改變反饋動(dòng)圈的匝數(shù)W來(lái)實(shí)現(xiàn)。

          反饋動(dòng)圈有W1和W2兩部分組成,連接線(xiàn)路如圖2-12 (b)所示。W1為725匝,用于低量程擋;W2為1450匝,W1+W2=2175匝,用于高量程擋。圖中R11和W2的直流電阻相等。 在低量程擋時(shí),將W1和R11相串接,1、3短接,2、4短接;在高量程擋時(shí),將W1和W2串聯(lián)使用,即1、2短接。

          因?yàn)?img alt="" src="http://cms6.40017.net/Attached/image/20141203/20141203091858_9926.jpg" />,故改變反饋動(dòng)圈匝數(shù)可以實(shí)現(xiàn)3:1的量程調(diào)整,將調(diào)整矢量角和改變反饋動(dòng)圈匝數(shù)結(jié)合起來(lái),zui大和zui小兩車(chē)比可達(dá)3.83X1=11.4:1

           

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