装置-第二章-变送器和转换器

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1、1,控制仪表及装置,第二章 变送器和转换器,2,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,3,一、基本定义:量程调整、零点调整和零点迁移 二、变送器的构成,本节重点内容介绍,第一节 变送器的构成,4,第一节 变送器的构成,一、构成原理,变送器的构成原理和输入输出特性,5,二、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:使变送器输出信号上限值ymax与测量范围上限值xmax相对应。,方法：改变反

2、馈部分反馈系数 改变测量部分转换系数,6,零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输出信号下限值ymin与测量范围的下限值xmin相对应，在xmin= 0时，称为零点调整，在xmin 0时，称为零点迁移。,7,一、力平衡式差压变送器 熟悉其结构、掌握其工作原理、读懂电路图 二、电容式差压变送器 理解其结构、掌握其工作原理,本节重点内容介绍,第二节 差压变送器,8,第二节 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

3、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,Fi,Ff,I0,变送器构成方框图,9,1. 工作原理,（二）工作原理和结构,10,（二）工作原理和结构,1. 工作原理,11,作用：把被测差压P转换成作用于主杠杆下端的输入力Fi,A1= A2= A,Fi= A (P1 -P2) = APi,Fi= A1P1 -A2P2,因:,故:,2. 结构 (1)测量部分,12,(2)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。,13, 主杠杆,

4、将输入力Fi转换为作用于矢量机构上的力F1 ：,14, 矢量机构,将输入力F1转换为作用于副杠杆上的力F2 ：,改变tan，可改变差压变送器的量程 ：415，量程比为tan15/tan4=3.83,15, 副杠杆,进行力矩的比较,16,几点结论,(1)在满足深度负反馈的条件下,输出电流Io与输入 差压Pi成正比。 (2)改变调零弹簧作用力Fo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Kf来实现。 (4)零点和满度应反复调整。,17, 调零和零点迁移机构,零点由调零弹簧调整； 零点迁移由迁移弹簧调整；,零点迁移原则：零点迁移后被测差压的上限不能超过该表所规定的上限值，迁移后的

5、最小量程不得小于该表的最小量程。,设迁移力 到主杠杆支点的距离为 ,则有,18,19,平衡带拉条,静压调整和过载保护装置,20,静压调整和过载保护装置,作用：克服变送器的静压误差和过载时起保护作用。 静压误差：属于系统误差 静压误差产生原因： 1.测量膜片的有效面积不等； 2.拉条装配不正。 解决办法： 调静压调整螺钉。,21,平衡锤,作用：使副杠杆的重心和其支点M重合，提高仪表的耐冲击、耐振动性能；在仪表不垂直安装时，不影响精度。,22,1-3短接、2-4短接：,W = W1=725匝,1-2短接：,W = W1+W2=2175匝,可实现3:1的量程调整,W1=725匝 W2=1450匝,K

6、f =B0DW,23,(3)电磁反馈装置,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,Ff =B0DWI0,设 Kf =B0DW,改变反馈动圈的匝数，可以改变 Kf 的大小,则 Ff = KfI0,24,（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420mA的直流输出电流。,构成方框图,25,由差动变压器、低频振荡器、整流滤波电路、功率放大器组成。,26,1.差动变压器,B,(1)结构,27,1.差动变压器,B,(2)工作原理,（a）位移s=/2 uCD =0 （b）位移s/2 uCD 、uAB反相,28,讨论：,当s=/2 时 e2=e2

7、 UCD=e2- e2=0 差动变压器无输出,当se2 UCD=e2- e20 此时，UCD与UAB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 e2e2 UCD=e2- e20 此时，UCD与UAB反相。,29,2.低频放大器,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。,振荡器电路,（1）振荡器,由振荡器、整流滤波电路、功率放大器组成。,30,低频振荡器的起振条件,振荡频率：,相位条件 ： s /2 时， uCD 与 uAB 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。

8、,1,f0 =, LABC4,2,振荡频率：,1,f0 =, LABC4,2,31,振荡器的放大特性和反馈特性,即： S F P点上移 uAB ,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） 。,交点P即为稳定后的工作点，P点对应的电压uAB就是振荡器的输出电压 ；,32,(2)整流滤波电路,整流滤波电路,振荡器的输出电压uAB经二极管D4整流，通过电阻R8-9和电容C5滤波，得到平滑的直流电压信号UR4 ，再送至功放级。,33,(3)功率放大器,稳定工作点 提高输入阻抗,为VT2、VT3集电极与发射级之间的穿透电流提供旁路，改善温度特性，提高电路

9、的稳定性。,采用复合管，目的一是提高电流放大倍数；二是电平配置,使VT2的基级电平与前级输出信号的电平相匹配。,34,其他元件作用,R1、C1：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。,R10：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。,R7：稳定振荡管输入电压。,C3、C6：高频旁路电容，可减小交流分量。,D9：防止电源反接。,35,3、安全火花防爆措施,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。

10、,36,位移检测放大器总图及本安防爆措施见下：,37,根据位移检测放大器原理线路图，有以下四点防爆考虑：,差动变压器原边线圈兼做振荡器的谐振电感，减少了储能原件的数量： 反馈动圈W1、W2 两端并联二极管VD5VD8,提供了断电时的能量释放通路； 二极管VD10VD12用以限制C5两端的电压，二极管VD3用以限制C2两端的电压； R8、R9为C5的放电能量限流电阻，在VD4击穿时，可限制C5的放电电流。,38,（一）概述,检测部分,转换部分,二、电容式差压变送器,电容式差压变送器构成方框图,39,（二）测量部件,作用：,测量部件结构,Ci2,40,结论：,(1) 相对变化值 与被测差压 成线性

11、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。,41,（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。,电路构成:包括电容电流转换电路及放大电路两部分,42,转换放大部分电路原理方框图,43,1.电容电流转换电路,振荡器 包括VT1、T1等，向Ci1和Ci2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

12、IC1 的输出电压决定。,44,解调和振荡控制电路:包括解调器和振荡控制电路,Ii = I2 - I1 = ( I2+ I1),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,Ci2-Ci1,Ci2+Ci1,= K3,Ci2-Ci1,Ci2+Ci1,45,线性调整电路:包括VD9、VD10、R22、R23、RP1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RP1的阻值。,46,2.放大及输出限制电

13、路,将电流信号 Ii 放大，并输出4 20mA的直流电流。,47,放大电路:包括IC3、VT3、 VT4等,IC3起前置放大作用， VT3、 VT4组成复合管，将IC3的输出电压变换为变送器的输出电流。,电阻R31、 R33、 R34和电位器Rp3组成反馈网络，输出电流Io经这一网络分流，得到反馈电流If，送至放大器的输入端，这深度负反馈保证了Ii 和 Io的线性关系。,电位器Rp2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Rp3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：,48,调零和调量程电路,Io = K3K4,Ci2-Ci1

14、,Ci2+Ci1,+ K4K5 ( UA- aUVZ1),式中：,K4 =,Ri,Rf,，K5 =,1,Ri,，、a为分压系数。,49,输出限制电路:包括VT2、 R18等,当输出电流超过允许值时，R18上压降变大，使VT2的集电极电位降低，从而使该管处于饱和状态，流过VT2(也即VT4)的电流受到限制(Io不超过30mA)。,其它元件的作用,R38、R39、C22和RP4构成阻尼电路，抑制变送器的输出波动，RP4用来调整阻尼时间。,VZ2起稳压作用，还可防止电源反接时损坏器件。,VD12在指示仪表未接同时，为输出电流提供通路, 同时起反向保护作用。,50,第三节 温度变送器,1.变送器分类：

15、两线制和四线制 2.变送器品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送器、热电阻温度变送器 3.四线制温度变送器的特点（2条） 4.变送器的线路结构：量程单元和放大单元 5.读懂直流毫伏变送器量程单元电路图、热电偶温度变送器量程单元电路图、热电阻温度变送器量程单元电路图,本节重点内容介绍,51,第三节 温度变送器,定义: 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(420mA直流电流或15V直流电压)，以实现对温度的显示、记录或自动控制。,分类： 变送器有两线制和四线制之分，主要讨论四线制变送器。 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。,52,一、四线制温度变送

16、器,1.四线制温度变送器的特点： 在热电偶和热电阻温度变送器中，采用了线性化电路，实现了变送器输出信号与温度的线性关系。 变送器输入、输出之间具有隔离变压器，并且采取了本安防爆措施。,（一）概述,53,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,UZ,Uf,Ui、Et,-,+,Uo,Io,量程单元,放大单元,温度变送器结构方框图,2.结构 线路结构上分为量程单元和放大单元，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。,54,图2-44 直流毫伏变送器电路图,55,（二）放大单元工作原理,由IC1构成，要求采用低漂移、高增益的运算放大器。 温漂系数：UOS随温度而变化的数值，即