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1、1,控制仪表与计算机控制装置,第三章变 送 器,2,3.1 概述,作用:对各种工艺参数,如温度、压力、流 量、液位、 成分等物理量进行检测， 以供显示、记录、控制 仪表使用。分类：差压变送器、压力变送器、温度变送器、液位 变送器、流量变送器。,XMIN,XMAX,YMIN,YMAX,XMAX-XMIN,Y=,YMAX-YMIN,*X+YMIN,Y,X,3,3.1.1变送器的构成原理:,测量部分K1,X,放大部分K,反馈部分Kf,零点调整零点迁移,+,-,Y=,K,1+K*Kf,（K1X+Z）,Y,Z,有：K*Kf1则：Y=（K1*X/Kf）+Z/ Kf,4,3.1.2变送器的共性问题:,1）量
2、程调整：使变送器的输出信号上限与输 入信号上限相对应。,X/MAX,XMAX,YMAX,YMIN,量程调整相当于改变输入输出特性的斜率。,量程：指变送器的输 入测量范围。,Y=（K1*X/Kf）+Z/ Kf,5,2、变送器的零点调整和零点迁移：,目的：使变送器的输出信号上限与输 入信号上限相 对应。在XMIN=0时，称为零点调整；在XMIN0时，称为零点迁移。正迁移： XMIN0负迁移： XMIN0零点迁移不改变变送器的量程。,X1MIN,X2MIN,Y,X,Y=（K1*X/Kf）+Z/ Kf,6,3、线性化：,在测量回路中引入一个与传感元件相反的非线性特性电路进行线性化处理；一般采用分段线性
3、化方法或电压正反馈方法,7,在反馈回路中引入一个与传感元件相同的非线性特性电路进行线性化处理；一般采用分段线性化方法,8,4、变送器的信号传输：,变送器安装在生产现场，工作电源从控制室提供，而输出信号传送到控制室。,9,二线制和四线制传输,电源,生产现场,控制室,电源,工作电流IUT+IOMAX（RLMAX+r）,RL,E,UT,11,3.2 差压变送器:,作用:将差压、流量、液位等被测参数转换为标准的电流信号或数字信号。种类：膜盒式、电容、扩散硅、电感式差压变送器。主要以电容差压变送器为主进行介绍,12,一、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,
4、Fi,Ff,I0,变送器构成方框图,13,（二）工作原理和结构,1. 工作原理,14,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。,15,3.2电容式差压（压力）变送器：,检测元件：电容式压力传感器。目前使用最广 泛的变送器（如：1151系列、ST3000系列）主要生产厂家：罗斯蒙特（Rosmount）、霍尼韦尔Honeywell）及合资厂家。,检测电容,C/I,电流放大,零点调整、迁移,反馈,P、P,IO,测量部分,放大部分,工作原
5、理！,16,（二）测量部件,作用：,测量部件结构,17,测量部分,电容压力传感器：,S0,S0,Ci1=,S0+,Ci2=,S0-,18,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,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
6、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 IC1 的输出电压决定。,22,电容/电流转换,非线性化,C11:正半周i2从左到右流过 负半周i1从右到左流过,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。,25,放大、反馈部分,将电流信号 Ii 放大，
7、并输出4 20mA的直流电流。,A3起前置放大作用， VT3、 VT4组成复合管，将A3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W3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。,26,电位器W2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。,27,调零和调量程电路,Io = K3K4,Ci2-Ci1,Ci2+Ci1,+ K4K5 ( UA- aUVZ1),式中：,K4 =,Ri,Rf,，K5 =,1,Ri,，、a为分压系数。
8、,28,29,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)。,30,3.3温度变送器：,温度变送器与测温元件配合使用,将温度或温差信号转换成为统一标准信号或数字信号,以实现对温度参数显示、记录、自动控制。温度变送器也可作为直流毫伏变送器和电阻变送器，实现对直流毫伏信号和电阻信号的测量。,31,四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。,将来自热电偶或热电阻的温度
9、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。,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。,32,典型模拟式温度变送器:,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,在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。,33,DDZ- 型温度变送器:,DDZ- 型温度变送器可分为热电偶温度变送器、热电阻温度变送
10、器、直流毫伏变送器。它们分别将直流毫伏信号、热电偶毫伏信号、热电阻电阻信号转换为4-20mADC的输出信号。DDZ- 型温度变送器属安全火花型防爆仪表采用四线制连接方式。电路中增加了DC/AC/DC电路。,34,35,量程单元,36,直流毫伏变送器量程单元,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IC1 联系起来画成下图。,输入回路:,R101、R102及VZ101、VZ102分别起限流和限压作用，将其与IC1 联系起来画成下图。,R103、R104 、R105及RP1组成零点调整和零点迁移电路，桥路基准电压UZ由集成稳压器提供。,图中红笔部分为输入信号断路报警电路。,
11、按叠加原理，IC1同相输入端的电压UT为,UT = Ui + Uz = Ui +,Rcd + R103,R103 + RP1/R104 + R105,Uz,( 式中,Rcd =,RP11 R104,RP1+ R104, Ui +,R105,Rcd + R103,Uz,= Ui + Uz,),38,从反馈回路可得IC1反相输入端的电压UF为,UF =,R106 + R111 + RP21,R111 + R114,Uz,R115,R115 + R116,U0,5,+,R106,R107,=,1,U0 + Uz,因 UT UF,故 U0 = Ui + ( - ) Uz ,结论：,(1)改变值, 即更
12、换R103和调整RP1,可实现零迁和调零。,(2)改变值, 即更换R114和调整RP2, 可实现量程调整。,(3)零位和满度必须反复调整。,40,功率放大及隔离输出,功率放大电路,由VT1、VT2、T0等组成。其作用是把 IC1 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。,VT1、VT2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T0的两个绕组而产生交变磁通，在T0副边产生交变电流iL 。,3. 隔离输出电路,由整流二极管VD1316、保护二极管VD1718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
13、载，为电流输出（4-20mA）5、6端为电压输出（1-5v）,4. 直流-交流-直流(DC/AC/DC)变换器,由整流二极管VD38、变压器T 1等组成。其作用是对仪表进行隔离式供电。,先把24V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。,电路核心是直流-交流(DC/AC)变换器，一个磁耦合多谐振荡器。,振荡频率,可求得感应电势：,ES =,4WcBmS,T,因此振荡频率为：,f =,4WcBmS,T,(T为周期, S为磁 芯截面积，Bm为磁感应强度),44,DC/AC电源,45,热电偶温度变送器： 与热电偶配合使用，将T变换成4-20mADC输出信号；电路的两点修改： （1）、增加铜电阻RCU1、RCU2等元件组成热电偶冷端补偿 电路。 （2）、在反馈电路中增加了由运算放大器A2等构成的线 性化电路。,46,ET,B2-B1,UZ,UZ0,UC,47,48,热电阻温度变送器： 与热电阻配合使用，将T转换成4-20mADC输出信号；电路： 在直流毫伏变送器的基础上增加了由A2和R16-R19的 线性化电路和由R23、R24等组成的热电阻导线补偿电 路。,49,图,50,t,Rt,Rt,Ut,返回,
