扩散硅式差压变送器也是无杠杆的变送器.它采用硅杯压阻传感器为敏感元件,同样具有体积小、质量轻、结构简单和稳定性好的优点,精度也较高。
变送器包括侧量部件和放大转换电路两部分。
(一)测量部件
测量部件如图2-29所示。敏感元件是由两片研磨后胶合成杯状的硅片组成,即图中的硅杯。它既是弹性元件,又是检测元件。当硅杯受压时,压阻效应使其上的扩散电阻(应变电阻)阻值发生变化.从而使由这些电阻组成的电桥产生不平衡电压。
1-过载保护装置;2-金属隔离 膜片;3-硅油;4-硅杯; 5-玻璃密封;6-引出线
硅杯两面浸在硅油中,硅油和被测介质之间用金属隔离膜片分开.硅杯上各应变电阻通过金属丝连到印刷电路板上,再穿过玻璃密封部分引出.当被侧差压输人到测量室内作用于隔离膜片上时,膜片将驱使硅油移动,并把压力传递给硅杯压阻传感器。于是传感器上的不平衡电桥就有电压信号输出至放大器。
值得注意的是,上述应变电阻并不是用应变电阻丝或元件粘贴在弹性膜片上构成的,而是采用集成电路技术,直接在单晶硅片上用扩散、掺杂、掩膜等工艺制成。采用这种工艺有如下优点。
①单晶硅片既是制作应变电阻的基片,又是承受差压的弹性元件。两者结合,省去粘贴工艺,不但便于生产,而且特性比较一致.
②只要沿硅片晶轴不同方向上布置电阻,在差压作用下,便可得到电阻增大、减小或者不变的效果,前两类用在桥臂中,后一类用在温度补偿电路中。
③同一硅片上的各个电阻,以及同一批产品之间,阻值和温度系数比较接近,,便于大量生产。
④这种工艺便于制造尺寸小的敏感元件。而且控制掺杂的浓度,易于改变敏感元件的灵敏度、线性、温度系数等特性.
(二)放大转换电路
放大转换电路由传感器供电电路、前置放大器和电压/电流转换电路组成,其电路原理如图2-30所示。
1.传感器供电电路
该电路为传感器(图2-30虚线框内的桥路)提供恒定的桥路工作电流.它由运算放大器IC1 ,稳压管vz1,及一些电阻构成。传感器置于IC1的反馈回路之中,其工作电流的大小取决于vz1的稳压值和R3的阻值。
2.前置放大器
该放大器起电压放大作用,它是一个由运算放大器IC2, IC3组成的高输入阻抗差动放大电路,传感器的输出电压加在IC2, IC3的同相输入端,IC2, I3的两个输出端之间的电压送至下一级。前置放大器的电压放大倍数可通过电位器W1调整。
3.电压/电流转换电路
该电路的作用是把前置放大器的输出电压转换成4~2OmA的直流输出电流。它由运算放大器IC4和晶体管VT1, VT2组成.VT2起电流放大作用,VT1则有输出限幅的功能.
当输出电流在R13上所产生的压降使VT1饱和导通时,输出电压不再增加而保持恒定。
图2-30中,晶体管VT3 ,稳压管Vz2和电阻R14 , R15组成稳压电路,用以对运算放大器和Vz1供电。VD1为防止电源反接的保护二极管。
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