第四章其他仪表.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,控制仪表和计算机控制装置,武汉工程大学电气信息学院,上页,下页,目 录,上页,下页,目 录,武汉工程大学电气信息学院测控教研室,过程控制仪表及装置,其它常用的单元仪表,在用单元组合仪表构成控制系统时，有时还需要使用一些其它单元的仪表，如运算单元、显示与积算单元和辅助单元等,1,4.1.,开方器,4.1.1.,开方器的作用,开方器的作用是对某一统一标准信号进行开方运算，并将运算结果以统一标准信号输出，供其它仪表使用,2,当采用差压方式测量流量时,系统构成如图所示,开方器在流量检测系统中的应用,3,4.1.2.,开方器的构成原理,在模拟式仪表中有多种方法可用来实现开方运算。可以利用二极管的开关作用，也可以利用负反馈原理使其输入与输出之间呈开方运算特性,开方特性实现原理,4,还有一种开方器是由乘除器演变来的开方器,乘法运算的方法,单向矩形脉冲法。,如图所示,单向矩形脉冲,5,其直流分量可表示,占空比，用,S,来表示则,再假设：,则可得,由此可见，,U,D,与,U,1,、,U,2,的乘积成正比，从而实现了乘法运算,6,根据这一原理，我们可以构造乘法运算电路，如图所示。其中，调高电路和滤波电路实现了乘法运算，称之为乘法电路。,乘法运算电路构成方框图,7,在此基础上，我们就可以利用负反馈原理来进一步实现乘除运算，其构成原理如图所示这里有两套乘法电路，一套用于实现输入信号,U,1,与,U,2,的乘法运算。另一套乘法电路设置在反馈通道中，就整机特性来讲相当于进行除法运算，所以输入信号,U,3,为除数,乘除器构成方框图,8,由图可知,由于深度负反馈,由上面两式,得,设,K,2,=,K,3,，,则有,若使,U,3,=,U,D,即可以实现对,U,1,的开方运算,（,4-9,）,（,4-10,）,（,4-13,）,（,4-12,）,（,4-11,）,9,4.1.3.DDZIII,型开方器,DDZ,III,型开方器的作用是对,1 5VDC,的输入信号进行开方运算，运算结果以,1 5VDC,或,4 20,mADC,输出,运算关系式10,4.1.3.1.DDZIII,型开方器的构成,DDZ,III,型开方器由输入电路、开方运算电路、小信号切除电路及输出电路等组成。,开方器构成方框图,11,4.1.3.2.,电路分析,输入电路减去与运算无关的零点电压并将电路基准移动到内部基准,U,B,为克服共模干扰，输入信号采用差动输入方式,输入电路图,12,差动电路的输出,同相端输出,可求得,由于,所以,（,4-20,）,13,开方运算电路,开方运算电路是开方器的核心电路，用于实现开方运算,它是由自激振荡时间分割器和比例放大电路两部分组成的。,14,自激振荡时间分割器,自激振荡时间分割器图,15,16,比例放大电路,比例放大电路的作用是将自激振荡时间分割器的输出信号,U,D,放大，其输出信号,U,3,一方面送至小信号切除电路，另一方面反馈至乘法电路,2,，以便实现开方运算,+,-,A,3,R,10,R,11,R,12,C,14,U,D,U,B,U,3,比例放大电路图,设,则,17,小信号切除电路,U,3,U,L,由于,VT,7,的饱和压降很小，可以忽略不计，所以此时的输出为,U,4,=,U,3,而当,U,3,U,L,由于,VT,8,的饱和压降很小，可以忽略不计,U,4,=0,此电路可以实现信号的切除。当输入信号小于满量程的,1%,（即,U,i,1.04V,）,时，将开方器的输出切除,而当输入信号大于或等于满量程的,1%,时输出与输入之间呈开方运算关系。,小信号切除电路图,18,输出电路的作用是将以,U,B,为基准的信号,U,4,转换为以,0V,为基准的信号，同时加上,1V,的零点值，并进行功率放大，最终得到整机输出,U,o,和,I,o,。,输出电路图,输出电路,19,4.1.3.3,整机特性,在输入信号大于,1.04V,时，,U,4,=,U,3,将开方运算部分特性,代入,得,最终得,20,开方器原理电路图,21,4.2,积算器,积算器属于显示单元仪表，其作用是对输入信号进行累计积算,比例积算器,开方积算器,22,4.2.1,积算的基本概念与原理,以流量累计积算为例，对于比例积算器，其输入信号为与瞬时流量成正比的信号,流体总量可表示为,累计字数,N,用脉冲频率积分表示,流体总量的积分,从而得,23,电流信号转换为脉冲频率信号,电流信号转换为脉冲频率信号可通过电容的充放电来实现,C,两端的电压,U,C,与充电电流之间的关系为,电流,频率转换原理图,I,i,C,S,(a),电容充放电原理电路图,(b),电容充放电波形图,U,a,U,C,t,24,由,得,充电电流与脉冲频率的关系示意图,T,t,U,a,U,C,T,t,U,（,a,）,充电电流小,T,t,U,a,U,C,t,U,T,（,b,）,充电电流大,25,4.2.2,比例积算器,比例积算器的作用是将,15VDC,信号转换为,010PPS,的脉冲信号，经整形及功率放大后驱动计数器转动，实现对输入信号的累计积算。,26,2.2.1,比例积算器的构成原理,它由输入电路、积分电路、比较电路、整形电路及步进电机驱动电路等几部分组成,输 入,电 路,比较,电路,整形,电 路,积分,电路,步进,电机,驱动,电路,积算,计数器,U,o1,U,i,U,o2,比例积算器构成框图,U,a,27,4.2.2.2,电路分析,（,1,）输入电路,(2)U/f,转换电路,（,3,）脉冲整形及步进电机驱动电路,28,输入电路为差动输入电平移动兼减,1V,电路其电路如图所示,输入电路,-,+,A,1,+,R,1,R,4,R,3,R,2,R,30,R,29,C,2,U,B,U,i,C,3,U,O1,输入电路图,29,差动输入运放输出为,同相端输出为,于是得,以,0V,为基准的与以,U,B,为基准的,U,o1,有如下关系,-,+,A,1,+,R,1,R,4,R,3,R,2,R,30,R,29,C,2,U,B,U,i,C,3,U,O1,输入电路图,30,U/f,转换电路,U/f,转换电路的作用是将输入电路的输出信号,U,o1,转换为锯齿波脉冲信号，且该锯齿波脉冲的频率与,U,o1,成正比,U-f,转换器电路图,R,28,VD,7,R,6,-,+,A,2,+,-,+,A,3,+,R,9,C,8,C,7,C,5,C,4,R,7,W,3,C,6,R,5,U,B,U,B,UO2,W,2,U,B,R,24,U,o1,U,a,VT,1,R,26,R,C,R,b,31,U,a,U,B,U,o2,t,U,a,0,U,T3,t,U/f,转换器输出波形图,U,o1,为,阶跃输入,当,U,o2,=,U,a,时，,t,=,T,1,可得锯齿波脉冲信号的频率为,：,32,脉冲整形及步进电机驱动电路,脉冲整形及步进电机驱动电路的作用是将,U-f,转换电路输出的,010Hz,锯齿波信号转换为,010Hz,的方波信号，经功率放大并倍频后推动计数器的步进电机转动,脉冲整形与输出电路图,33,脉冲整形电路,脉冲整形电路的作用是将锯齿波信号,U,o2,转换为同频率的方波信号,U,o4,，,以便用作计数器的步进电机控制信号。,U,o2,与,U,o4,的波形对应关系如图,4-21,所示。,0,U,o2,(V),t,-9,0,U,o4,(V),t,13,脉冲整形电路输出波形图,U,T4,34,步进电机驱动电路,步进电机驱动电路的作用是对脉冲整形电路的输出信号,U,o4,进行功率放大，,同时具有倍频作用，将,010Hz,的方波信号转换为,020Hz,的步进电机驱动信号。,所以，该电路也称为,脉冲倍频及功率放大电路。,35,积算计数器,积算计数器是积算器的显示单元，它是由步进电机及由步进电机带动的一套机械传动机构和计数字轮组成的。其构成如图所示。,步进电机,A,B,C,9,9,9,9,9,9,交换齿轮,积算计数器图,36,4.3,辅助单元仪表,4.3.1,安全栅,安全栅是构成安全火花防爆系统的关键仪表，其作用是：一方面保证信号的正常传输，另一方面控制流入危险场所的能量在爆炸性气体或爆炸性混合物的点火能量以下，以确保系统的安全火花性能。,常用的安全栅有两种，一种是齐纳式安全栅，一种是隔离式安全栅。,37,4.3.1.1,齐纳式安全栅,齐纳式安全栅是基于齐纳二极管反向击穿特性来工作的，其原理线路如图所示。图中：,VZ,1,和,VZ,2,为齐纳二极管，,F,为快速熔断器，,R,为限流电阻。,齐纳式安全栅原理电路图,38,4.3.1.2,隔离式安全栅,（,1,）检测端安全栅,检测端安全栅用于为两线制变送器进行隔离式供电，并将变送器送来的,4,20mADC,信号转换成隔离的且与之成正比的,4,20mADC,或,1,5VDC,的信号，而且在故障状态下，可限制其电流和电压值，使进入危险场所的能量限制在安全额定值以下。,（,2,）操作端安全栅,操作端安全栅是将控制仪表送来的,4,20mADC,信号由调制器利用直流,/,交流转换器提供的供电方波转换为交流方波信号,39,4.3.2,操作器,操作器的作用是以手动设定方式在输出端输出,4,20mADC,信号，以此进行手动遥控操作或为调节器提供外部给定信号,操作器构成框图,40,4.3.3,电源箱,这里所说的电源箱是指,24V,直流电源箱，其作用是将,220V,交流电转换为,24V,直流电，经稳压处理后，向,DDZ-III,各单元仪表集中供电它是由变压器、整流滤波电路、稳压电路和保护电路等组成,整流滤波电路,变,压,器,调整电路,保护电路,比较及,放大电路,基准电压,输出取样电路,220VAC,24VDC,电源箱构成框图,41,4.3.4,电源分配器,电源分配器用于为仪表盘上的各仪表电源配线时进行电源分配，以便于电源配线。,4.3.5,信号分配器,信号分配器是用于将,4,20mADC,信号转换成,1,5VDC,信号的信号转换器，以便于盘装仪表的信号连接及配线,42,