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1、0755-83376489,1,第二章 变送器和转换器,变送器和转换器的作用是分别将各种工艺变量(如温度、压力、流量、液位)和电信号（如电压、电流、频率、气压信号等）转换成相应的统一标准信号。,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,上一页,目录,下一页,0755-83376489,2,第一节 变送器的构成,一、构成原理二、量程调整、零点调整和零点迁移,一、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。,上一页,目录,下一页,0755-83376489,3,一、构成原理,上一页,目录,下
2、一页,0755-83376489,4,二、量程调整、零点调整和零点迁移,变送器涉及的另一个问题是量程、零点调整和零点漂移。,1、量程调整 其目的是使变送器输出信号的上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应。相当于改变输入输出特性的斜率，也就是改变y与x的比例系数。,量程调整通常是通过改变反馈系数F的大小来实现的。F大，量程就大。F小，量程就小。 也有些变送器还可以通过改变转换系数c来调整量程。,上一页,目录,下一页,0755-83376489,5,2、零点调整和零点迁移,使变送器的输出信号下限值ymiin与测量范围的下限值xmin相对应。,在xmin=0时，称为零点调整；在xmin0时，
3、称为零点迁移。,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。,上一页,目录,下一页,0755-83376489,6,第二节 差压变送器,一、力平衡式差压变送器二、电容式差压变送器三、扩散硅式差压变送器,差压变送器是将液体、气体或蒸汽的压力、流量、液位等工艺量转换成统一的标准信号，作为只是记录仪、调节器或计算机装置的输入信号，以实现对上述变量的显示、记录或自动控制。本节着重讨论普遍使用的力平衡式差压变送器和电容式差压变送器。,上一页,目录,下一页,0755-83376489,7,一、力平衡式差压
4、变送器,（一）、概述（二）、工作原理和结构（三）、低频位移检测放大器,（一）、概述 力平衡式差压变送器包括测量部分、杠杆部分、位移检测放大器及电磁反馈机构。其构成方框图如下：,上一页,目录,下一页,0755-83376489,8,工作原理：是按力矩平衡原理工作的。,测量部分是将被测差压Pi转换成相应的输入力Fi，该力与电磁反馈机构输出的作用力Ff一起作用于杠杆系统，使杠杆系统产生微小的偏移，在经位移检测放大器转换成统一的直流电流输出信号。,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。,上一页,目录,下一页,0755-83376489,9,（二）工
5、作原理和结构,1、工作原理：,根据图叙述其工作原理：,被测差压信号P1、P2分别引入元件3的两侧，则Pi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420mA的Io，作为输出。,Io又流过16，产生Ff使副杠杆顺时针偏转，当Ff和Fi力矩平衡时，变送器状态稳定。,上一页,目录,下一页,0755-83376489,10,由上述工作原理可画出其传输方框图：,A-膜片有效面积 L1、L2Fi、F1到主杠杆支点H的力臂 L3、Lo、
6、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,上一页,目录,下一页,0755-83376489,11,在差压变送器的放大系数（K1K2）和反馈系数（LfKf）的乘积足够大时，当变送器处于稳定时，将满足力矩平衡关系：,Mi+Mo=Mf Io=KpPi+LoFo/LfKf,上一页,目录,下一页,0755-83376489,12,2.结构：（具体各部结构及作用）,检测部分: P 输入力Fi ，组成：由高低压式膜盒、轴封膜片 双膜
7、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。,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Fi 当Pi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：是变送器中机械传动和力矩平衡部分 作用：使F1产生力矩与电磁反馈力Ff产生的力矩进行比较，再转化为检测片的位移。现分析其主要机构：,上一页,目录,下一页,0755-83376489,13,、 调零和零点迁移机构：,零点迁移：调节迁移弹簧来实现。 调零：由调零弹簧来调整。迁移弹簧对杠杆施加一个迁移力Fo 设Fo到主杠杆支点的距离为Lo,
8、则有：,上一页,目录,下一页,0755-83376489,14,、静压调整和过载保护装置：,产生原因：膜盒两侧的膜片有效面积不等。 主杠杆、拉条等装配不正，会使主杠杆产生一个附加力矩。 消除方法：在主杠杆上安装一个静压调整装置。,、平衡锤： 在副杠杆重心与支点M重合，从而提高了仪表的耐冲击，耐振动性能，而且仪表不垂直安装时也不影响精度。,、矢量机构：组成：由矢量板、推板组成。 改变可改变差压变送器的量程。 当仅用矢量机构调整量程时的量程比为：,上一页,目录,下一页,0755-83376489,15,3.电磁反馈机构,作用是将输出电流Io转换成电磁反馈力Ff，此力作用于副杠杆，产生反馈力矩Mf，
9、以便和测量部分产生的输入力矩Mi相平衡。,反馈力Ff的大小为： Ff=Kf Io Kf是电磁结构常数，其值为：,上一页,目录,下一页,0755-83376489,16,（三）、低频位移检测放大器,作用：是将副杠杆上检测片的微小位移s转换成直流输出电流Io 其原理线路图2-12如下页： 其组成有：差动变压器、低频振荡器、整流滤波及功率放大器。,1、差动变压器 2、低频振荡器 3、安全火花防爆,上一页,目录,下一页,0755-83376489,17,上一页,目录,下一页,0755-83376489,18,1、差动变压器,差动变压器是由检测片（衔铁）、上、下罐形磁芯和四组线圈构成。如图2-13所示，
10、其作用是将检测片的位移s转换成相应的电压信号uCD,上一页,目录,下一页,0755-83376489,19,讨论：,当s=/2 时 e2=e2 UCD=e2- e2=0 差动变压器变压器输出,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。,上一页,目录,下一页,0755-83376489,20,2、低频振荡器,低频放大器由振荡器、整流滤波、及功率放大器三部分组成。,、振荡器 线路图如右图：由LAB、C4构成的并联振荡回路的固有频率也就是低频振荡器的振荡频率。,上一页,目
11、录,下一页,0755-83376489,21,振荡的振幅条件：即KF=1,检测片位移S与振荡器输出电压UAB之间的关系： 如下图，说明振荡器的放大特性是非线形的，而反馈特性在铁芯未饱和的情况下是线形的。两条线的交点p即为稳定后的工作点，p点对应的uAB就是振荡器的输出电压。,上一页,目录,下一页,0755-83376489,22,、整流滤波,振荡器的输出电压UAB经二极管VD4整流以及通过电阻R8、R9和电容C5滤波得到平滑的直流电压信号，再送至功放级。,整流滤波电路并联在LAB、C4回路的两端，因此它的总阻抗不能太小，否则将要影响振荡器的工作。,上一页,目录,下一页,0755-8337648
12、9,23,、功率放大器,功率放大器由晶体管VT2、VT3和电阻R3、R4、R5组成，如2-18所示。放大器采用PNP-NPN互补型复合管，其目的一是提高电流大系数；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。,R3为稳定工作的反馈电阻，同时提高功放级的输入阻抗，有利于滤波器输出电压的稳定。R5为VT2、VT3集电极与发射级之间的穿透电流提供旁路，用以改善放大器的温度性能，提高了电路的稳定性。,上一页,目录,下一页,0755-83376489,24,3、安全火花防爆,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
13、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。,上一页,目录,下一页,0755-83376489,25,二、电容式差压变送器,（一）、概述（二）、测量部件（三）、转换放大器,电容式差压变送器是没有杠杆机构的变送器。它采用差动电容作为检测元件，整个变送器无机械传动、调整装置，并且测量部分采用全封闭焊接的固体化结构。,上一页,目录,下一页,0755-83376489,26,（一）、概述 变送器包括测量部分和转换放大电路两部分。 其结构图如下。,此电容变化量由电容-电流转换电路转换成直流信号，电流信号与调零信号的代数和同反馈信号进行比较，其差值送入放大电路，经放大得到整机的输出电
14、流Io。,上一页,目录,下一页,0755-83376489,27,（二）、测量部件,测量部件的作用是把被测差压P i转换成电容量的变化。它由正、负压测量室和差动电容检测元件（膜盒）等部分组成。 其结构图如下：,若不考虑边缘电场的影响，感压膜片和两边固定电极构成的电容Ci1、Ci2为：,上一页,目录,下一页,0755-83376489,28,上一页,目录,下一页,0755-83376489,29,（三）、转换放大器,作用：是将上述差动电容的相对变化值转换成标准的电流输出信号。此外还要完成零点调整、正负迁移、量程调整、阻尼调整等功能。其结构原理图如下：,它是由电容-电流转换电路和放大电路组成。,上
15、一页,目录,下一页,0755-83376489,30,图2-28 电容式差压变送器电路图,上一页,目录,下一页,0755-83376489,31,1.电容-电流转换电路,作用：将差动电容的相对变化值成比例的转化成差动电流信号。 、振荡器 作用是用来向差动电容Ci1、Ci2提供高频电流。 其线路图如2-23,由图知这是一种变压器反馈型振荡电路，只要适当的选择电路元件的变量，便可满足振荡条件。 供电：由IC1输出电压Uo1供电， IC1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。,上一页,目录,下一页,0755-83376489,32,、解调和振荡控制电路,上一页,目录,下一页,0
16、755-83376489,33,、线性调整电路,由于差动电容检测元件中分布电容的存在，将造成非线形误差。 分布电容使差动电容变化量减小而使Ii减小，为使Ii增大而设计了此电路。,上一页,目录,下一页,0755-83376489,34,2.放大及输出限制电路,作用：是将电流信号Ii放大，并输出420mA的直流电流。,、放大电路,、输出限制电路,由VT2、R18组成 作用：防止输出电流过大，损坏器件。Io30mA,上一页,目录,下一页,0755-83376489,35,三、扩散硅式差压变送器,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。,
