变送器的测量膜片是金属平膜片，为什么其特性是线性的？

作者：xpyb 添加时间：2026-01-14 08:33:54

和杠杆式变送器相比，电容式、振弦式、扩散硅式等变送器有什么优点？

电容式、振弦式、扩散硅式等变送器是20世纪70年代开发出来的一代变送器，和它的上一代杠杆式变送器相比，具有许多优点。

① 结构简单。它们是基于微位移检测和转换技术，是微位移平衡式变送器，体积小，重量轻。不像杠杆式变送器，为了保证足够的测量力矩和反馈力矩，需要杠杆、支点、轴封膜片和较大的反馈机构。

② 精度高。电容式、振弦式、扩散硅式等变送器一般都0.25级，稳定性也好。而杠杆式变送器一般为0.5级，且由于机械零件多，支承、拉条、反馈波纹管等的弯曲疲劳、热膨胀等原因，稳定性也较差。

③ 测量范围宽，静压误差小。例如1151系列变送器的测量范围0～1.3kPa 到0～6890kPa。静压为13780kPa，零点变化***大量程的±0.5%。***大负迁移***小调校量程的600%，正迁移为***小调校量程的500%。

④ 调整、使用方便。

⑤ 二线制，本质安全防爆。

由于以上原因，这一代变送器至今还在我国广泛使用。

2.什么是1151变送器的δ室？它的结构怎样？

在1151变送器中，电容式敏感元件称δ室。它具有完全相同的两室，每室由玻璃与金属杯体烧结后，磨出球形凹面，然后镀一层金属薄膜，构成电容器的固定极板。测量膜片焊接在两个杯体之间，为电容器的活动极板。杯体外侧焊上隔离膜片，并在膜片内侧的空腔中充满硅油或氟油，以便传递压力。

当被测压力作用于膜片时，通过填充液使测量膜片产生位移，从而改变了可动极板与固定极板间的间距，引起电容变化，并通过引线传给测量电路。

当δ室受到过载时，测量膜片紧贴在球形凹面上，从而保证了单向压力时膜片不受损坏。

3.1151变送器中的测量膜片是金属平膜片，但为什么它的特性是线性的呢？

1151变送器中的测量膜片都是金属平膜片。平膜片形状简单，加工方便，但压力和位移的特性是非线性的，只有在下列情况下才是线性的：

① 膜片的位移远小于膜片的厚度时；

② 膜片在安装时，把它绷得很紧，使其具有初始张力，则在一定范围内，压力和位移也是线性的。

1151变送器要求测量膜片的位移很小，一般在0.1mm以下，而在测量高压力时，又要求膜片有足够的厚度和刚度，这正好满足平膜片线性特性的条件。

1151变送器在测量低压力时，采用薄膜片，而薄膜片在安装时容易绷紧，这也正好满足平膜片线性特性的另一条件。

所以1151在测高压力时，用厚膜片；测低压力时，用绷紧的平膜片，这样两者都有很好的线性特性。

4.请用框图形式，简述1151变送器的工作原理。

1151变送器的整机框图如图所示。它的工作原理如下。

被测差压△P作用到测量膜片两侧，使它产生位移，于是低压侧测量膜片和固定电极间的距离减小，电容CL增加；高压侧测量膜片和固定电极间距离增加，电容CH减小。由于该差动电容是接在高频振荡器的输出回路上，因此电容的变化就被转换高频电流IL和IH的变化，经解调（相敏整流）后输出两组信号：一组为差动信号IL-IH，另一组共模信号IL+IH。

共模信号IL+IH在振荡控制放大器输入端的两对基准电阻上产生输入电压U1，以和基准电压源在这两对电阻上产生的电压U2相比较，差值△U经放大后去振荡器。由于振荡器、解调器和振荡控制放大器组成深度负反馈电路，所以共模电流IL+IH的值保持不变，从而使振荡器的输出电压幅度Vpp、频率f和IL+IH三者的乘积不变，以提高仪表的稳定性。

差动电流IL-IH与被测差压成正比，它进入电流控制放大器，经放大与处理后，输出4~20mA电流信号。

零位和正负迁移调节是改变加在电流放大器输入端的偏置电流，量程调节则是改变电流负反馈系数，限流器是不让输出电流超过规定范围，以免损坏电子元件和保证本质安全的实现，反极性保护是在电源极性接反的情况下不使仪表损坏。

5.1151变送器采用的是近似平行板电容器，为什么电容和位移的关系又是线性的呢？

平行板电容器的电容公式

式中:C——电容量，F；

ε——介电常数，F/m；

A——极板面积，m2；

d——极板间距离，m。

显然，电容量C和极板间距d是非线性的。但如果采用差动电容结构，并取测量电容之差和电容之和的比，则和距离的变化呈线性关系，即

式中：

CL——低压侧极板和测量膜片之间的电容；

CH——高压侧极板和测量膜片之间的电容；

d0——极板间的初始距离；

△d0——极板间的变化距离。

所以在1151变送器中，电子线路测量的是CL-CH/CL+CH值，它和极板间的距离变化△d0呈线性关系。

06.

1151变送器的电容-电流转换电路由哪几部分组成？各有什么作用？

1151电容-电流转换电路的作用是将CL-CH/CL+CH转换成比例的测量电流Is。如图2-6所示，它由振荡器、振荡控制放大器和解调器组成。

振荡器由晶体管VT1、电阻R29、R30、电容C19、C20和变压器组成，其作用是产生交流激励电压供给调解器。振荡频率由测量部分的电容和变压器的电感决定，约32kHz。振荡幅度Vpp约为25~35V，幅值大小由振荡控制放大器IC1控制。

解调器由二极管VD1~VD4，电阻R2、R4、R5，电容CL、CH组成，其作用是将由激励电压1-12、2-11、3-10产生的流过敏感电容CL、CH的交流电流解调成直流电流IL和IH。由于IL和IH之差正比于CL-CH/CL+CH，因而只要测量电路（其等效电阻R0）测出IL-IH值，便可知CL-CH/CL+CH。

振荡控制放大器由线性电路IC1和基准电压源Es组成，它和解调器、振荡器构成深度负反馈控制电路，以保证流过CL、CH的电流IL、IH之和为定值。

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