控制仪表及装置第二章.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,控制仪表及装置第二章,第二章 变送器和转换器,第一节 变送器的构成,第二节 差压变送器,第三节 温度变送器,第四节 电,/,气转换器,变送器,和,转换器,变送器是单元组合仪表中不可缺少的单元，其作用是将检测元件的输出信号转换成统一标准信号，送到显示仪表或控制装置进行显示、记录或控制,由于变量种类多，因此，变送器的类型也较多,温度变送器,压力变送器,液位变送器,流量变送器,按工作能源可分为：,电动变送器,气动变送器,生产过程最常用的变送器是,温度变送器,差压变送器,有些变送器测量与变送单元做在一起，如差压变送器，有些变送器则只有变送功能，如温度变送器,变送器的构成,构成原理：,变送器是基于负反馈原理工作的，其构成原理如图所示，它包括测量部分（既输入转换部分）、放大器和反馈部分。,测量部分,C,放大器,K,反馈部分,F,调零、零点迁移,Z,i,Z,f,Z,0,y,x,y,x,y,max,x,max,x,min,y,min,0,变送器的构成原理和输入输出特性,差压（压力）变送器,量程调整、零点调整和零点迁移,量程调整,相当于改变变送器的输入输出特性的斜率，也就是改变变送器输出信号,y,与输入信号,x,之间的比例系数。,量程调整,（即满度调整）的目的是使变送器的输出信号上限值,y,max,与测量范围的上限值,x,max,相对应。,方法,：,改变反馈部分反馈系数,改变测量部分转换系数,零点调整使变送器测量起始点为零；零点迁移是把测量起始点由零迁移到某一数值。当测量起始点由零变为某一正值，称正迁移；而由零变为某一负值，称为负迁移。,零点调整和零点迁移,都是使变送器的输出信号下限值,y,mi,n,与测量范围的下限值,x,mi,n,相对应，在,x,mi,n,=,0,时，称为零点调整，在,x,min,0,时，称为零点迁移。,实现方法,：,改变调零信号,Z,0,由上图可知，零点迁移后变送器的输出特性沿,x,坐标向右或左平移，其斜率没有变，即变送器量程不变。进行零点迁移，在辅以量程调整，可提高仪表的测量灵敏度。,应用分析,正迁移情况,负迁移情况,正迁移量：,负迁移量：,差压变送器,用来将差压、流量、液位等被测参数转换为统一标准的信号，以实现对这些参数的显示、记录或自动控制。,一、力平衡式差压变送器,（一）概述,测量部分,杠杠系统,位移检测,放大器,电磁反馈,机构系统,p,i,F,i,F,f,I,0,变送器构成方框图,（二）工作原理和结构,被测差压信号,P1、P2,分别引入元件3的两侧，则,P,i,转换为,Fi，,该力作用于主杠杆的下端，使主杠杆以轴封膜片4为支点偏转，,F1,沿水平推动8。,F1,分解,F2,和,F3，F2,带动14以,M,为支点逆时针偏转，此时12靠近差动变压器，使两者间气隙减小。检测片的位移变化量通过15转换为4,-20mA,的,Io，,作为输出。,Io,又流过16，产生,F,f,使副杠杆顺时针偏转，当,F,f,和,Fi,力矩平衡时，变送器状态稳定。,1,、,工作原理,：,A,l,1/,l,2,tan,l,3,M,i,l,f,K,2,K,1,l,o,K,f,+,M,o,P,i,F,i,F,1,-,M,f,F,f,I,o,S,F,o,A,-,膜片有效面积,L1、L2Fi、F1,到主杠杆支点,H,的力臂,L3、Lo、LfF2、Fo,、Ff,到副杠杆支点,M,的力臂,L4,检测片12到副杠杆支点,M,的距离,tg,矢量机构的力传递系数，,为矢量角,K1,副杠杆力矩-位移转换系数,Kf,电磁反馈机构的电磁结构常数,K2,低频位移检测放大器位移-电流转换系数,由上述工作原理可画出其传输方框图：,测量部分将被测差压转换成相应的作用力，该力与反馈机构输出的作用力一起作用于杠杠，引起杠杠发生微小偏移，再经过位移检测放大器转换成统一的电流（或气压）输出。,由于采用了深度负反馈，因而测量精度较高，而且保证了被测差压Pi和输出电流Io之间的线性关系,。,几点结论,(,1,),在满足深度负反馈的条件下,输出电流,I,o,与,输入 差压,P,i,成正比。,(,2,),改变调零弹簧作用力,F,o,可调整变送器的零点。,(,3,),调整变送器的量程可通过改变,tan,和,K,f,来实现。,(,4,),零点和满度应反复调整。,作用：把被测差压,P,转换成作用于主杠杆下端的输入力,F,i,A,1,=A,2,=A,F,i,=A,(P,1,-P,2,)=AP,i,F,i,=A,1,P,1,-A,2,P,2,因,:,故,:,2.,结构,测量部分,测量部分分析(一）,检测部分:,P,输入力,Fi,，组成：由高低压式膜盒、轴封膜片,双膜片结构可减小温度的影响（双膜片受温度变化抵消）。,膜盒内有充有,硅油,。（,为一种无色透明液体。它具有优异的电绝缘性和耐高低温性。闪点高、凝固点低，可在50+200下长期使用，粘温系数小、压缩率大，表面张力低，憎水防潮性好，比热和导热系数小，生理惰性好。）,测量部分分析（二）,工作过程,：,P,作用膜盒上时，膜片2和硬心同时向右移动，迫使盒内硅油通过孔向右流动，并在连接片6上产生集中力,F,i,当,P,i,逐渐加大，超过额定差压时，膜片与机座接触，起到单向过载保护作用。,杠杆系统,作用：,进行力的传递和力矩比较。,组成：,主杠杆,1,、矢量机构,2,和副杠杠,4，,以及调零机构、零点迁移机构、静压调整和过载保护、平衡锤。,主杠杆,将输入力,F,i,转换为作用于矢量机构上的力,F,1,：,矢量机构,将输入力,F,1,转换为作用于副杠杆上的力,F,2,：,改变,tan,，可改变差压变送器的量程,：,4,15,，量程比为,副杠杆,进行力矩的比较,调零和零点迁移机构,静压调整和过载保护装置、平衡锤,作用：进行力的传递和力矩比较。,（6）防爆等级：安全隔爆复合型、安全火花型,将喷嘴挡板的输出压力和流量放大，由壳体、膜片、锥阀、球阀、簧片、恒气阻等组成。,变送器包括测量元件和放大线路两部分。,（2）输出信号：20100KPa （3）变差：0.,（2）、在输入端设有限压元件、限流元件，以防高电能传递到现场。,1、硅杯不受压时，Pi=0)Rs1=Rs2=Rs3=Rs4,25（12 个月）对于DP 量程代号3、4、5 为最高量程的0.,R103+RCu1+RCu2,温度范围：过程：-2060,变送器有两线制和四线制之分，主要讨论四线制变送器,作用：把变送器的输出电流I0转换成作用于副杠杆的电磁反馈力Ff（B气隙磁感应强度、D动圈平均直径、W动圈匝数）,安装位置影响最大可产生0.,作用：把变送器的输出电流I0转换成作用于副杠杆的电磁反馈力Ff（B气隙磁感应强度、D动圈平均直径、W动圈匝数）,作用：把副杠杆上位移检测片（衔铁）的微小位移S转换成420mA的直流输出电流。,平衡带拉条,电磁反馈装置,作用：,把变送器的输出电流,I,0,转换成作用于副杠杆的电磁反馈力,F,f,（,B,气隙磁感应强度、,D,动圈平均直径、,W,动圈匝数）,F,f,=BD,c,WI,0,设,K,f,=BD,c,W,改变反馈动圈的匝数，可以改变,K,f,的大小,则,F,f,=K,f,I,0,1-3短接、2-4短接：,W=W,1,=725,匝,1-2短接：,W,=,W,1,+W,2,=2175,匝,可实现,3:,1的量程调整,W,1,=725,匝，,W,2,=1450,匝,（三）低频位移检测放大器,作用：,把副杠杆上位移检测片（衔铁）的微小位移,S,转换成420,mA,的直流输出电流。它实质上就是一个位移,-,电流转换器。,由差动变压器、低频振荡器、整流滤波电路、功率放大器组成。,构成方框图,1.,差动变压器,：,将检测片的位移s转换成相应的电压,U,CD,。,B,差动变压器原理图,D,上罐形磁芯,下罐形磁芯,A,C,检测片,差动变压器的结构,S,当,s=,/2,时,e,2,=e,2,U,CD,=,e,2,-,e,2,=0,差动变压器无输出,当,s,e,2,U,CD,=,e,2,-,e,2,0,此时,U,CD,与,U,AB,同相,当,s,/2,时，因差动变压器，上半部磁路磁阻增大互感减小,e,2,e,2,U,CD,=,e,2,-,e,2,0,此时,U,CD,与,U,AB,反相。,2.,低频振荡器,D1,、,D2,可以提供偏置电压，使三极管,BG1,正常工作。两个,二极管,D1,、,D2,就相当于一个稳压管。,R2,起负反馈作用,从而稳定了,BG1,的工作点。,振荡器电路,低频振荡器的起振条件,振荡频率,：,相位条件,：,s,/2,时,，,u,CD,与,u,AB,相位相同，则电路就形成正反馈。,振幅条件,：,K,F,=1,选择合适的电路参数，可满足这一条件。,1,f,0,=,L,AB,C,4,2,振荡器的放大特性和反馈特性,幅值可控,工作点,即：,S,F,P,点上移,u,AB,工作中，,F,随,S,的变化而变化。,S,较大时，,F,较小；（磁阻较大）,S,较小时，,F,较大。（磁阻较小）,3.,整流滤波电路,整流滤波电路,震荡器的输出,电压,u,AB,经二,极管,D4,整流，通过电阻,R,8-9,和电容,C5,滤波，得到平滑的直流电压信号，再送至功放级,。,4.,功率放大器,稳定工作点 提高输入阻抗,穿透电流旁路，改善温度特性,采用复合管，目的一是提高电流放大倍数；二是电平配置,其他元件作用,R,1,、,C,1,：相位校正作用，对高次谐波造成相移，破坏其振荡条件，防止高次谐波产生寄生振荡。,R,10,：,改变放大器灵敏度。高量程时，通过端子,7,、,8,将其接入，以降低灵敏度。,R,7,：,稳定振荡管输入电压。,C,3,、,C,6,：高频旁路电容，可减小交流分量。,D,9,：,防止电源反接。,位移检测放大器总图及本安防爆措施见下：,安全火花防爆原则：,、,电子线路设计上。,、,安装使用上（不让火花窜入现场）隔离。,尽可能减小贮能元件（,L、C）,并使现有贮能元件在故障情况下释放的能量（电流、电压）限制在安全额定以下。,限能,限流,负载,两线制,1151,模拟压力变送器,SP1151,智能压力变送器,认识电容式差压变送器,（一）,概述,二、电容式差压变送器,检测元件,差动电容,感压膜片,差动电容,电容,-,电流转换电路,放大和输出限制电路,反馈电路,调零、迁移信号,反馈,信号,构成原理位移平衡式,变送器构成方框图,结构框图,P,2,P,1,输出信号,0 20mA,定电极,C,1,C,2,解,调,器,功,放,器,反馈、保护,电源、振荡,硅油,动电极,（二）测量部件,作用：,测量部件结构,电容式传感器的工作原理,感压极板,钢性绝缘材料,固定电容极板,过程隔离模片,仪表灌充液,信号引出线,固定电容极板和位于中间的感压极板组成两个电容室,过程压力通过导压灌充液/硅油传导至感压极板,感压极板产生与压力基本成正比的位移,该位移使两电容室的差分电容值改变,差分电容由电子电路转换为与电容的介电常数无关的毫伏信号,进入后面的放大及信号处理板,3051C,的共平面法兰模头,First Generation,1986-1996,Second Generation,1996-,Third Generation,1996-,3051C,密封结构,3051C,封焊式弹性伸缩中间信号电缆引出结构,3051S,气密封装及单电子板设计超级模头,(,无中间信号引出,),结论,：,(1),相对变化值 与被测差压 成线性关系。,(2),与介电常数 无关,可大大减小温度对变送器的影响。,(,3),与 有关。愈小，灵敏度越高。,（三）转换放大电路,作用：,将差动电容的相对变化值，转换成标准的电流输出信号。,此外，还要实现零点调整、正负迁移、量程调整、阻尼调整等功能。,电路包括,电容电流转换电路,及,放大电路,两部分,转换放大部分电路原理方框图,振荡器,解调器,稳压源,调零及 零点迁移,功放和 输出限制,量程调整（负反馈）,基准 电压,IC,1,IC,3,E,12,45V,C,i1,C,i2,R,L,I,0,4,20mA,共模信号,差动信号,振荡控制放大器,前置放大器,1.,电容电流转换电路,振荡器,包括,VT,1,、T,1,等，向,C,i1,和,C,i2,提供,高频电源,将差动电容的相对变化值成比例地转换为差动电流信号(电流变化值)。,是一种变压器反馈型振荡电路，其振荡频率由检测电容和变压器次级绕组的电感决定。,振荡器的输出幅值由控制放大器,IC,1,的输出电压决定。,供电：由,IC,1,输出电压,U,o1,供电，,IC,1,可控制振荡器输出幅度。,频率：即为,L、C,构成的并联谐振电路。约,32KHz,解调,和振荡控制电路,(,包括解调器和振荡控制电路,),解调(即相敏整流)后输出两组电流信号：差动信号和共模信号，使后者保持不变，可得,I,i,=I,2,-,I,1,=,(,I,2,+,I,1,),C,i2,-,C,i1,C,i2,+,C,i1,=,K,3,C,i2,-,C,i1,C,i2,+,C,i1,线性调整电路,(,包括,VD,9,、,VD,10,、,R,22,、,R,23,、,R,P1,等,),检测元件中分布电容的存在，使差动电容的相对变化值减小，造成非线性误差，故设计了线形调整电路。,电路通过提高振荡器输出电压,幅度,以增大解调器输出电流的方法，来补偿分布电容所产生的非线性误差。,补偿电压大小取决于,R,P1,的阻值。,2,.,放大及输出限制电路,将电流信号,I,i,放大，并输出4 20,mA,的直流电流。,放大,电路,(,包括,IC,3,、,VT,3,、,VT,4,等,),IC,3,起前置放大作用，,VT,3,、,VT,4,组成复合管，将,IC,3,的输出电压变换为变送器的输出电流。,电阻,R,31,、,R,33,、,R,34,和电位器,R,p,3,组成反馈网络，输出电流,I,o,经这一网络分流，得到反馈电流,I,f,，,送至放大器的输入端，这深度负反馈,保证了,I,i,和,I,o,的线性关系。,电位器,R,p,2,用以调整输出零位。,S,为正负迁移调整开关，可实现变送器的正向或负向迁移。电位器,R,p,3,用以调整变送器的量程。,对电路的分析，可推得如下的输入、输出关系式：,P58-59,调零和调量程电路,I,o,=K,3,K,4,C,i,2,-,C,i1,C,i,2,+,C,i1,+,K,4,K,5,(,U,A,-,a,U,VZ1,),式中：,K,4,=,R,i,R,f,，,K,5,=,1,R,i,，,、,a,为分压系数。,输出限制,电路,(,包括,VT,2,、,R,18,等,),当输出电流超过允许值时，,R,18,上压降变大，使,VT,2,的集电极电位降低，从而使该管处于饱和状态，流过,VT,2,(,也即,VT,4,),的电流受到限制(,I,o,不超过,30mA,)。,其它元件的作用,R,38,、,R,39,、,C,22,和,R,P4,构成阻尼电路,，,抑制变送器的输出波动，,R,P4,用来调整阻尼时间。,VZ,2,起稳压作用，还可防止电源反接时损坏器件,。,VD,12,在指示仪表未接通时,，,为输出电流提供通路,同时起反向保护作用,。,GD1151/3051,普通型电容式压力/差压变送器,GD1151/3051,型压力/差压变送器主要用于测量液体、气体或蒸汽的压力、差压、液位、真空度和流量等工业参数，并将其转换成420mADC 标准信号输出。GD1151S 智能型变送器是以微处理器为核心的现场型压力仪表。它在传统的1151 电容式变送器的结构上增加了通讯和其他功能。用268、275 通讯器或HART 协议的其它主机，可在控制室、变送器现场或只要同控制回路相连的任何地方，进行读、写数据和诊断的电双向通讯。GD3051 是小型化的电容式压力/差压变送器，以微处理器为核心，比传统的1151 电容式变送器结构更小巧，性能更优越，而且具有通讯等智能变送器功能。,结构原理,被测介质的压力通过室（见下图）的隔离膜片和其中灌充油传到中心的测量膜片上。除AP 型绝对压力变送器，其测量膜片的另一侧是绝对真空基准点外，其它品种的测量膜片的另一侧不是大气压力就是被测差压的低压侧。测量膜片是一种预涨紧的弹性元件，其位移与被测介质的压力成正比，测量膜片的位置由它两侧的电容固定极板检测出来。测量膜片和两电容固定极板的差压电容被放大电路线性地转换成420mADC 的二线制电流信号。,传感器结构图,（智能型变送器）,智能型变送器采用智能电子部件，微处理器控制A/D 和D/A 转换，同时实现自诊断及数字通讯。如果变送器检测出故障，则输出由用户可选择22mA 或3.8mA，并且任何的HART 的上位机设备均能显示该变送器的信息。工作时，一个数字压力值被微处理器所处理，并作为数字储存，以确保精密的修正和工程单位的转换。此外，微处理器还能完成传感器的特征化、量程化、阻尼时间以及其他的功能，EEPROM 存储所有的组态、特征化及数字微调的参数，存储器为非易失性的，因此即使断电，所存储的数据仍能完好保持，以随时实现智能的通讯,375,型HART/FF手操器支持3051的组态调试,覆盖全部智能仪表的调试工具,同时用于现场总线仪表,1151/3051/3051S,的接线端子,TEST,+,-,TEST,+,-,1151,3051,3051S,3051S,带现场清零及量程校验钮,主要技术参数,参数名称GD1151GD1151SGD3051,输出信号二线制，420mA,输出二线制420mA 直流信号上叠加HART 数字信号，由用户选择开方或线性输出,供电电源1245VDC，一般工作电源为24VDC,精度调校量程的0.25,线性输出：0.1,开方输出：0.25,微差压为0.5,线性输出：0.075,开方输出：0.2,稳定性0.25（12 个月）对于DP 量程代号3、4、5 为最高量程的0.2对于其他的量程代号，为最高量程的0.25,阻尼016 秒可调,电气阻尼为032 秒，可按0.1 秒的时间隔调整,指示0100线性指示、LCD 液晶显示或LED 数字显示,技术参数续,指示0100线性指示、LCD 液晶显示或LED 数字显示,量程和零位调节接线盒外部调节螺钉智能电子部件上的设定按钮，或通过HART 通讯器进行调整,温度范围电子电路：-4085,敏感元件：-40104,启动时间在最小阻尼时，最多2 秒钟,容积吸取量小于0.16cm3导压连接普通型压力容室上连接螺孔为1/4-18NPT，引压接头上的连接螺孔为1/2-14NPT或按订货要求,温度影响在最大量程零点误差为量程的0.5/56；,零点、量程总误差为量程的1.0/56,在最小量程零点误差为量程的3.0/56；,零点、量程总误差为量程的3.5/56,技术参数续,对于量程范围编号3，影响量加倍振动影响在任意轴向上，频率为200Hz，引起的误差为最大量程的0.05/g,超压影响对不同的量程，按规定过压，其过压误差为最大量程的0.25,电源影响小于输出量程的0.005/V,安装位置影响最大可产生0.24KPa 的零点误差，但可校正，对量程无影响电磁射频干扰影响按照SAMA PMC33.1，从201000MHz 进行试验，场强可高至30V/m,防爆等级隔爆型：ExdBT1T6 本安型ExiaIICT1T6防护等级IP65,三、扩散硅式压力变送器,是一种无杠杆的变送器，采用硅杯压阻传感器作为敏感元件。,特点：体积小、重量轻、结构简单、稳定性好、精度也高。变送器包括测量元件和放大线路两部分。,硅杯（敏感元件、弹性元件、检测元件）由两片研磨后胶合成杯状的硅片组成。,硅可变电阻式传感器的结构及工作原理,用于表压及绝压测量,传感器表面生成集成化的惠斯登电桥,压力作用使传感器表面产生形变,该形变引起可变电阻桥臂的失衡,电桥的失衡电流经放大处理,处理后的信号经A/D转换送往微处理器进行量化,量化数据经D/A电路转换为4-20MA.,Pressure,硅传感器的内部结构,3051T,的模头,测量原理：当硅杯受压时，压阻效应使其上的扩散电阻发生变化。从而使由这些电阻组成的电桥产生不平衡电压。经差分放大和输出放大器放大，最后经V/A电压电流转换成与被测介质(液体)的压力（液位）成线性对应关系的4-20mA标准电流输出信号。,变送器原理,1、硅杯不受压时，,Pi,=0),Rs1=Rs2=Rs3=Rs4,2、硅杯受压时，(,Pi,0),Rs1、Rs3,Rs2、Rs4,主要技术参数 电源：24VDC 输出420mA 二线制,零位可调范围：5%F.S,量程调节比：3：1以上,量程范围：-100kPa060MPa,负载特性：负载在0600内(24VDC供电)维持恒流输出,隔爆型d II BT4,本安型 ia II CT5,过压极限：2倍于以上限压力,温度范围：过程：-2060,精度等级：0.5%稳定性：0.2%F.S,重量：约1kg,作业：,2-1,、,2-2,、,2-7,、,2-10,、,2-11,温度变送器,将来自热电,偶,或热电阻的温度信号转换为统一标准的信,号,(4,20,mA,直流电流或15,V,直流电压,),，,以实现对温度的,显示、记录或自动控制。,变送器,有,两线制,和,四线制,之分,，,主要讨论,四线制变送器,。,有,三个品种：,直流毫伏变送器、热电偶温度变送器、,热电阻温度变送器,。,四线制温度变送器的特点：,（1）、主放大器为低漂移、高增益的运算放大器，使仪表具有良好的可靠性和稳定性。,（2）、在热电偶和热电阻温度变送器中采用了,线性化,电路，从而使变送器的,输出,信号和,被测温度,呈线形关系，便于指示和记录。,（3）、变送器的输入、输出之间具有隔离变压器，采用了安全隔离变压器，并采用了安全火花防爆措施，故具有良好的抗干扰性能，且能测量来自危险场所的直流毫伏或温度信号。,温度变送器,温度变送器,架装式 墙挂式 导轨插装式,U,o,I,o,（一）概述,在线路结构上分为量程单元和放大单元两部分分别设置在两块印刷线路板上，用插接件相互连接，其中放大单元是通用的，而量程单元则随品种、测量范围的不同而异。,输入回路,电压放大,反馈回路,直流,-,交流,变换器,功率放大,整流滤波,隔离输出,U,Z,U,f,U,i,、,E,t,-,+,量程单元,放大单元,温度变送器结构方框图,（二）放大单元工作原理,由,IC,1,构成，,要求采用,低漂移、高增益,的运算放大器。（因输入信号很小，且放大电路采用直接耦合方式，所以必须对温漂加以限制。,),1.,电压放大电路,其作用是将量程单元输出的毫伏信号放大，输出直流电流,I,o,和直流电压,U,o,信号,。,当温度变送器的最小量程,U,i,为,3,mV,，,温升,t,为30,o,C，,%,时，通过计算可得失调电压的温漂系数：,2.,功率放大电路,由,VT,1,、VT,2,、T,0,等组成。其作用是把,IC,1,输出的电压信号,转换成电流信号，再通过隔离变压器实现隔离输出。,VT,1,、VT,2,起功放作用，由交流方波电压供电。,在方波的前后半周期,，,二极管轮流导通,，,电流通过,T,0,的两个绕组而产生交变磁通，在,T,0,副边产生交变电流,i,L。,3.,隔离输出电路,由整流二极管,VD,1316,、,保护二极管,VD,1718,等组成。其作用是将功放输出的交流信号转换成直流信号,并实现隔离输出。,7,、,8,端接输出负载，为电流输出（,4-20mA,）,5,、,6,端为电压输出（,1-5v,）,为了避免输出、输入之间有直接电的联系，在功率放大器与输出回路之间采用隔离变压器To来传递信号。,To-实为电流互感器，交流比为1：1,所以输出电流i,L,等于功放电路复合管集电极电流。,二极管VD1316整流、R14C6滤波、VD17VD18保护、VZ0稳压、R15为250电阻将4-20mA电流转换成1-5v电压。,分析：,4.,直流,-,交流,-,直流(,DC/AC/DC),变换器,由整流二极管,VD,38,、,变压器,T,1,等组成。其作用是对仪表进行隔离式供电。,先把24,V,直流电压转换成一定频率的的交流方波电压，再经过整流、滤波和稳压，提供直流电压。在温度变送器中，为,功率放大器,提供,方波,电源、为,集成运放和量程单元,提供,直流,电源。,电路核心是直流-交流(,DC/AC),变换器，一个磁耦合多谐振荡器,。,可求得感应电势：,4,W,c,B,m,S,T,E,S,=,因此振荡频率为：,f,=,4,W,c,B,m,S,E,S,(,T,为周期,S,为磁 芯截面积，,B,m,为磁感应强度),（三）直流毫伏变送器量程单元,R,109,R,110,R,140,上,K,下,量程单元由输入回路(左半部分,),和反馈回路(右半部分,),组成，将其与,IC,1,联系起来画成下图。,输入回路:,R,101,、,R,102,及,VZ,101,、,VZ,102,分别起限流和限压作用，,R,103,、,R,104,、,R,105,及,R,P1,组成零点调整和零点迁移电路，桥路基准电压,U,Z,由集成稳压器提供，其输出电压为,5V.,图中,红笔,部分为输入信号,断路报警电路,。,按叠加原理，,IC,1,同相输入端的电压,U,T,为(见教材,P67),U,T,=,U,i,+,U,z,=,U,i,+,R,cd,+,R,103,R,103,+,R,P1,/,R,104,+,R,105,U,z,(,式中,R,cd,=,R,P11,R,104,R,P1,+,R,104,U,i,+,R,105,R,cd,+,R,103,U,z,=,U,i,+,U,z,),从,反馈回路,可得,IC,1,反相输入端的电压,U,F,为,U,F,=,R,106,+,R,111,+,R,P21,R,111,+,R,114,U,z,R,115,R,115,+,R,116,U,0,5,+,R,106,R,107,=,1,U,0,+,U,z,因,U,T,U,F,故,U,0,=,U,i,+,(,-,),U,z,结论,：,(1),改变,值,即更换,R,103,和调整,R,P1,可实现零迁和调零。,(2),改变,值,即更换,R,114,和调整,R,P2,可实现量程调整,。,(3),零位和满度必须反复,调整,。,才能满足精度要求。,将喷嘴挡板的输出压力和流量放大，由壳体、膜片、锥阀、球阀、簧片、恒气阻等组成。,（1）、输入、输出及电源回路之间通过变压器To和T1而相互隔离，在变压器中设有“防止短接板”。,它具有优异的电绝缘性和耐高低温性。,有恒气阻(毛细管、小孔等)与可调气阻(变气阻)。,差分电容由电子电路转换为与电容的介电常数无关的毫伏信号,进入后面的放大及信号处理板,二、气动仪表的基本元件,直流-交流-直流(DC/AC/DC)变换器,测量膜片和两电容固定极板的差压电容被放大电路线性地转换成420mADC 的二线制电流信号。,输出信号二线制，420mA,在最小量程零点误差为量程的3.,作用：把变送器的输出电流I0转换成作用于副杠杆的电磁反馈力Ff（B气隙磁感应强度、D动圈平均直径、W动圈匝数）,工作时，一个数字压力值被微处理器所处理，并作为数字储存，以确保精密的修正和工程单位的转换。,(T为周期,S为磁 芯截面积，Bm为磁感应强度),超压影响对不同的量程，按规定过压，其过压误差为最大量程的0.,供电：由IC1输出电压Uo1供电，IC1可控制振荡器输出幅度。,3051S带现场清零及量程校验钮,固定电容极板和位于中间的感压极板组成两个电容室,（四）热电偶温度变送器量程单元,输入信号断路报警电路的作用与直流毫伏变送器的作用相同。,区别在于：,I、,在热电偶温度变送器的,输入回路,中增加了热电偶,冷端温度补偿,电路。,II、,在,反馈回路,中增加了,线性化,电路。,1.,冷端温度补偿,采用,两个铜电阻,，,固定为,50,。当热电偶型号不同时，只需调整几个锰铜电阻或金属膜电阻。,按叠加原理，可求得,IC,1,同相端的电压,U,T,为(,见教材,P68,),U,T,=,E,i,+,R,Cu1,R,Cu2,R,103,+,R,Cu1,+,R,Cu2,),U,z,1,R,105,(,R,100,+,从上式可知，冷端环境温度变化时，,R,Cu1,、,R,Cu2,的阻值也随之变化，从而补偿了由于环境温度升降引起的热电偶电势的变化。而且，补偿特性与热电偶的特性相似，故补偿精度高。,热电偶温度变送器线性化原理方框图,热电偶,放大部分,非线性,反馈回路,E,t,V,z,+,-,t,t,t,t,E,t,V,o,V,o,(V,o,),t,V,f,V,f,2.,线性化,采取在,反馈回路中置入,与,热电偶特性相一致的非线性电路的方法，如下图所示。,用四段折线来模拟非线性运算电路，,如下图。折线的段数及斜率大小由热电偶的特性来确定。,表示直线的斜率。,V,a4,V,f5,V,f4,V,f3,V,f2,V,f1,V,a3,V,a2,V,a1,0,V,a5,V,f,V,a,1,4,3,2,非线性电路的实现,在,IC,2,的反馈回路中加入一些,稳压管和基准电压，利用稳压管的击穿特性实现折线电路。,I,r,（五）热电阻温度变送器量程单元,与上述两种变送器的区别：,线性化,电路，置于,输入回路,中；热电阻,引线补偿,电路。,1.,线性化,线行化电路置于输入回路,，采用正反馈的方法来达到线性化的目的，如下图所示。（,P72),当,R,t,随温度而增加时，,I,t,将增大。而从上式可知，,R,t,的增加导致,I,t,的进一步加大，从而实现线性化。,I,r,2.,引线电阻补偿,I,r,为消除引线电阻的影响,，热电阻采用三导线接法，要求,r,1,=,r,2,=,r,3,=,r=1,。,由,R,23,、,R,24,、,r,2,构成的支路为引线电阻补偿电路。,调整,R,24,使,I,r,=I,t,流过,r,3,的两电流大小相等,方向相反，故,r,3,上不产生压降,。,另电阻,r,1、,r,2,上的压降,I,t,r,和,I,r,r,亦,极性相反，从而消除了引线电阻影响。,六、安全火花型防爆措施,（1）、输入、输出及电源回路之间通过变压器To和T1而相互隔离，在变压器中设有,“,防止短接板,”,。,（2）、在输入端设有限压元件、限流元件，以防高电能传递到现场。,（3）、在输入端及电源端装有大功率二极管及熔断丝。,电/气转换器,一、概述,电/气转换器是将电动仪表输出的420,mA,直流电流信号转换成可被气动仪表接受的20100,KPa,标准气压信号，以实现电动仪表和气动仪表的联用，构成混合控制系统，发挥电、气仪表各自的优点。,主要性能指标：,（1）输入信号：420,mA(DC),（2）,输出信号：,20100KPa （3）,变差：,0.5%,（4）,基本误差：,0.5%（5）灵敏度：0.05%,（6）防爆等级：安全隔爆复合型、安全火花型,电气转换器,气阻与电阻相似，它可以改变气路中的气体流量。流过气阻的流体为层流状态时，气阻呈现为线性；而流体为紊流状态时，气阻呈现非线性。,有,恒气阻,(毛细管、小孔等)与,可调气阻,(变气阻)。,二、气动仪表的基本元件,（一）气阻,（二）气容,气容与电容相似，它是具有一定容积的气室，是储能元件；有,固定气容,与,弹性气容,两种。,固定气室的气容量为恒值,。,弹性气容在工作过程中容积发生变化，气容量也随之改变,。,（三）弹性元件,用来产生力、储存机械能、缓冲振动，把力、差压等物理量转换为位移。,为适应不同的工作目的，可作成各种不同结构和形状。他包括各种不同形状的弹簧、波纹管、金属膜片和非金属膜片。,弹性元件的指标：,I、,弹性特性。,II、,刚度与灵敏度。,III、,滞后与滞后量。,。,图,2-2,弹性元件示意图,（四）喷嘴挡板机构,把微小的位移转换成相应的压力信号，由,恒节流孔,与,喷嘴挡板,(,变,节流孔,)组成。,喷嘴挡板构成一个变气阻,，气阻值决定于,喷嘴挡板间的间隙,，气源压力,p,S,经恒节流孔进入节流气室，由,喷嘴挡板的间隙排出，,改变时，,喷嘴背压,p,B,也改变,。见下图。,（五）功率放大器,将喷嘴挡板的输出压力和流量放大，由,壳体、膜片、锥阀、球阀、簧片、恒气阻,等组成。,当输入信号,(喷嘴背压,),p,B,增大时，金属膜片受力而产生向下的推力，使球阀开大，锥阀关小，输出压力随之增加,。,三、电,/,气转换器,由,电流-位移转换,部分,(动圈、磁钢、杠杆等),，,位移-气压转换,部分,(喷嘴挡板、杠杆系统等)，,气动功率放大器,和,反馈部件,(正、负反馈波纹管)组成。,工作原理,：,当电流,Ii,进入动圈后，产生的磁通与永久磁钢相互作用，产生的磁力带动3饶5转动，挡板8靠近喷嘴9，使其背压升高，功率放大后输出,Po，Po,送至6所产生向上的负反馈力，,Po,同时送至正反馈波纹管产生向上的正反馈力，以抵消一部分负反馈的影响。因而不需要太大的力就可以达到平衡。,图,2-53,为杠杆的受力图(p80),（1）、输入电流与输出压力,P。,成比例关系，改变,L,f1,L,f2,可调节转换器量程，改变,Fo,的零点。,（）、当（,A,1,L,f1,-A,2,L,f2,),取较小时，便能减小,K,i,L,i,，,从而可缩小转换器的体积。,（）、波纹管面积随温度变化对输出的影响可以相互抵消，即起到温度补偿作用。,作业：,2-14,、,2-15,、,2-17,、,谢谢观看,