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1、变送器变送器概述概述 差压及压力变送器差压及压力变送器差压电容式变送器差压电容式变送器 扩散硅压力变送器扩散硅压力变送器 小结小结 一种通用二线制变送器芯片一种通用二线制变送器芯片 温度变送器温度变送器 智能压力智能压力变送器变送器设计原理设计原理1概述概述一、一、基本功能基本功能变送、现场仪表与防爆变送、现场仪表与防爆二、二、常见性能指标常见性能指标 三、三、应用技巧应用技巧 四、发展趋势四、发展趋势 现场信号现场信号标准输出标准输出测量信测量信号下限号下限测量信测量信号上限号上限量程量程仪表输出下限仪表输出下限仪表输出上限仪表输出上限2常见性能指标常见性能指标测量范围测量范围量程设定范围量
2、程设定范围如如 0.1URV140KPa 0.1URV140KPa、 0.1LRV140KPa 0.1LRV140KPa精度精度如如 0.5 0.5、0.250.25、0.10.1量程比：仪表可调的最大量程与最小量程之比量程比：仪表可调的最大量程与最小量程之比如如 11.491 11.491、271271、40014001电源电压与负载的关系电源电压与负载的关系可调阻尼时间可调阻尼时间零点迁移范围零点迁移范围电源电压电源电压V负载电阻可变范围负载电阻可变范围1204555负迁移负迁移正迁移正迁移3应用技巧应用技巧量程调整量程调整+ +零点迁移零点迁移 提高仪表的使用精度提高仪表的使用精度例：例
3、：X：40005000Pa，现有变送器量程，现有变送器量程3000 6000Pa，精度，精度0.5级。级。无迁移：基本误差无迁移：基本误差=（6000-3000)0.5%=15Pa 灵敏度灵敏度=（20-4）/（6000-3000） =16/3000mA/Pa迁移：基本误差迁移：基本误差=（5000-4000)0.5%=5Pa 灵敏度灵敏度=（20-4）/（5000-4000）=16/1000mA/PaXmaxXmin0%100%4发展趋势先进的检测原理应用普及先进的检测原理应用普及 电容式电容式 应变式应变式 电感式电感式 振弦式振弦式信号标准变化信号标准变化 4 20mA 数字数字/模拟混
4、合模拟混合 全数字全数字 多参数变送器多参数变送器5差压电容式变送器差压电容式变送器构成框图构成框图1151测量原理测量原理 1151工作原理工作原理 1151变送器电路原理变送器电路原理 P检测机构检测机构微小微小位移位移特种方法特种方法中间中间变量变量转换电路转换电路Io测量部分测量部分61151测量原理测量原理P1P2Ci1Ci2do由数学推导由数学推导,而而=K膜片膜片P,则则但是，但是，Ci1=Ci1+Co Ci2=Ci2+Co则则7工作原理工作原理解调器解调器IcmIs振荡控制振荡控制放大器放大器振荡器振荡器基准电压稳压器基准电压稳压器电流控制电流控制放大器放大器电流检测器电流检测
5、器电流控制器电流控制器电流限制器电流限制器8Ro:等效的输出电路的输入电阻等效的输出电路的输入电阻IH: 11RoC17CHVD8,42IL: 2 VD6,2CLC17Ro 11IH: 3VD7,3CHC17R6/R810IL: 12 R7/R9C17CLVD5,11设计使设计使IH= IH ,IL= IL IH=CHVppf, IL= CLVppf(因因 i=Cdu/dt, idt=CduC17CH,CLq=CHVpp，q/T=CHVpp/T所以，所以，IH=CHVppf)Icm= Vppf(CL+CH)IS= IL -IH =Vppf(CL-CH) = Vppf(CL+CH) (CL-CH
6、) /(CL+CH) = Icm (CL-CH) /(CL+CH)9负反馈电路Vi1= IHR6/R8 + ILR7/R9+VE(R9/(R7+R9) - R8(R6+R8)=0 令令R6=R8，R7=R9 则则 Icm= IH + IL= VE(R8 - R6)/ (R6 R8) =const震震荡荡控控制制放放大大器器10Is 转转换换输输出出Vz、Is、Vf，负反馈电路，负反馈电路IsViVo3Ic3 Ic4 Io Vf VF=const=VaVT=k1Vz-IsRp+k2Io=Va则则 Io=KPi+aK(Va-k1Vz)电源电压电源电压= 0.7V+VDw1+Vbe2 +Vce4 +
7、Io(R32+Rl)11线性调整电路线性调整电路思路：思路：Is=Icm VR22 负半波负半波 VR23VR22 Vi1交流分量交流分量而而Icm=(Cl+Ch)Vppf提高提高Vpp，可增加，可增加Is12整机电路分析整机电路分析13复复习习运运算算放放大大器器ri 所以所以Ii=0r0很小很小K运放未饱和时运放未饱和时 VF=VT负反馈电路时负反馈电路时 r0=0，输出为理想的电压信号，输出为理想的电压信号共模电压输入范围共模电压输入范围Vcm:E2+1VVcmE1-1VViVcmVo=KViE1E2运放电路分析方法：运放电路分析方法：极性分析确定负反馈极性分析确定负反馈节点电流法节点电
8、流法迭加原理法迭加原理法14R-R压阻传感器原理P1P2R+R15扩散硅压力变送器R-RR-RR+RR+RIV1V2VcmV1-V2=Vcm+I/2(R+ R) - Vcm+I/2(R- R)= IR以本机公共点为基准分析电路：以本机公共点为基准分析电路：VT=V1R11/(R8+R11)VF=V2R12/(R9+R12)+VOR9/(R9+R12)=VT且且R8=R9,R11=R12VO=(V1-V2)R12/R9IO /(V1-V2)= IO / (VOR9/ R12)= R12/(R9R14)调量程调量程调偏置调偏置16差压变送器小结差压变送器小结压力变送器的误差分析压力变送器的误差分析
9、静压误差静压误差Pi=0时，时，Io0原因：感压元件不对称或其它因素原因：感压元件不对称或其它因素特殊的原理性缺陷特殊的原理性缺陷温度影响温度影响两线制仪表的外特性两线制仪表的外特性阻值随被测信号变化的电阻阻值随被测信号变化的电阻PUI17一种通用二线制变送器芯片一种通用二线制变送器芯片美国美国BB公司的公司的XTR101非线性误差非线性误差0.01%电压漂移电压漂移0.75V/工作温度：工作温度：-4085 (工业级）工业级）抗电机启动、大容量开关等噪声抗电机启动、大容量开关等噪声18XTR101的主要应用外特性的主要应用外特性将将mV标准电流的二线制服务芯片标准电流的二线制服务芯片具有信号
10、的阻抗变换功能具有信号的阻抗变换功能输出级有保护输出级有保护有两个恒流源可供应用有两个恒流源可供应用片内电平浮动片内电平浮动应用限制：信号输入端应用限制：信号输入端3，4必须比输出必须比输出端端7高高4V6V19XTR101原理简图原理简图输入信号的阻抗变换输入信号的阻抗变换Rs=40/(Io/ ein-0.016S)功率保护功率保护Io 两个可用的恒流源两个可用的恒流源3，4电位必须高于电位必须高于7的电位的电位46VIo=4mA+(0.016S+40/Rs)einIo与与RL、Vps无关无关20温度变送器温度变送器作用作用 TIo(Vo) 测温元件：测温元件：温度变送器类型及其特殊问题温度
11、变送器类型及其特殊问题 用二线制芯片实现温度变送器例用二线制芯片实现温度变送器例 四线制温度变送器概述四线制温度变送器概述 智能温度巡检仪与现场总线智能温度巡检仪与现场总线 热电偶：铂铑热电偶：铂铑-铂铑、铂铑铂铑、铂铑-铂、铂、 镍铬镍铬-镍铝、镍铬镍铝、镍铬-考铜、铜考铜、铜-康铜康铜热电阻：铂电阻、铜电阻热电阻：铂电阻、铜电阻21温度变送器类型及其特殊问题热电偶温度变送器热电偶温度变送器 热电阻温度变送器热电阻温度变送器直流毫伏变送器直流毫伏变送器RTI=V恒流源恒流源线性化线性化共同的问题共同的问题隔离技术隔离技术保护技术保护技术防爆防爆22热电偶温度变送器热电偶温度变送器1.线性化问
12、题线性化问题2.冷端补偿问题冷端补偿问题铜电阻作感温元件铜电阻作感温元件晶体管的晶体管的PN结作感温元件结作感温元件TT0E=ET-ET0T1E=ET-ET030001500T(Fo)E(mV)铂铑铂铑-铂铂镍铬镍铬-考铜考铜106023用二线制芯片实现温度变送器例用二线制芯片实现温度变送器例1mA+-T=0时时的冷补的冷补1mA+-环境温度环境温度的冷补的冷补ein=E+ET0+V4-e1e1VDPN结感温结感温ein24四线制温度变送器概述四线制温度变送器概述T热热电电偶偶前前置置放放大大功功率率放放大大输出输出IoVo非线性校正非线性校正-24VDC/AC/DC稳稳压压器器冷端补偿冷端补
13、偿零点调整零点调整25智能温度巡检仪与现场总线智能温度巡检仪与现场总线DS1820DS1820DS18208051P1 GNDP2.7P3.2P3.3 VccVccP3.43150IO0IO7 IO8IO9IO10现场计算机现场计算机神经元芯片神经元芯片Dallas的单片温度传感器的单片温度传感器通过通过LonWorks网卡网卡与网络节点相连与网络节点相连温度传感器温度传感器9字节字节RAM64位快速存储器位快速存储器2个温度报警触发器个温度报警触发器48位序列号位序列号26复习线圈的同名端复习线圈的同名端两个线圈，当同时有两个线圈，当同时有两个电流流入两个电流流入/出同出同名端时，它们各自产
14、名端时，它们各自产生的磁通方向相同。生的磁通方向相同。因此，感应电势流出因此，感应电势流出的电流刚好同激发电的电流刚好同激发电流相反流相反.感应电流感应电流激发电流激发电流27一种DC/AC变换器ic3 eb3 ,eb4 ib3 ,ib4 T3饱和导通饱和导通(ic3ib3)，T4截止截止ec3 Es= const而而|ec3|=Wcd/dt,即即d/dt=const,dim/dt=const激磁电流激磁电流im=（Wcic3-Wbib3-Wlil)/Wcib3=(eb3-ic3R45)/R43则则ic3 ,ib3 T3退出饱和进入放大，即退出饱和进入放大，即ic3=ib3 ,d/dt=0 e
15、b3=0 T3T4FEs108/（4BmSWc3)=45KHz28智智能能压压力力变变送送器器特点：特点：1、应用微电脑、应用微电脑 多参数检测、补偿，从而高精度多参数检测、补偿，从而高精度 双向数字通讯：双向数字通讯： 组态：量程、阻尼时间、工程单位选择等组态：量程、阻尼时间、工程单位选择等 诊断：启动诊断软件诊断：启动诊断软件 校验：校输出，调零点校验：校输出，调零点 显示：读出变送器中的信息显示：读出变送器中的信息2、模数混合的过渡式：向现场总线过渡、模数混合的过渡式：向现场总线过渡3、基本指标的提高、基本指标的提高 精度：精度：0.1%、 0.075% 量程比：量程比：30:1、100
16、:1、400:129ST3000智能变送器框图智能变送器框图存储器存储器数模转换数模转换数字输入输出数字输入输出 (协议通讯芯片协议通讯芯片) P S T模模数数转转换换微处理器微处理器压力压力静压静压温度温度 输出输出420mA存存储储器器手手持持编编程程器器30温度信号电路温度信号电路压力压力+-温度补偿信号温度补偿信号31手手持持编编程程器器SFC开机开机自检自检设置变送器设置变送器新的工作状态新的工作状态显示变送器显示变送器当前工作状态当前工作状态显示变送器显示变送器输入输出输入输出将当前状态存储将当前状态存储结束结束发叫醒信号发叫醒信号32HART变送器典型连接变送器典型连接主设备主
17、设备从设备从设备副主设备副主设备主从设备以应答主从设备以应答或广播方式通讯或广播方式通讯33通用智能变送器原理图通用智能变送器原理图34AD7715AD7715内部功能框图内部功能框图( (高精度串行高精度串行ADAD转换器）转换器）电荷平移式电荷平移式A/D转换器转换器寄存器堆：寄存器堆：CRSRTRDR通信寄存器通信寄存器-数字滤波数字滤波时钟发生器时钟发生器PRA0/DRDY ZER0 RS1 RS0 R/W STBY G1 G0+-REF IN(-) REF IN(+) AVDD DVDDMCLKMCLKCSDINSCLKDOUTDRDY设定寄存器设定寄存器缓存器缓存器测试寄存器测试寄
18、存器数据寄存器数据寄存器MD1 MD0 CLK FS1 FS0 B/U BUF FSYNB15 B14 。 B1 B035AD7715控制软件流程图控制软件流程图初始化初始化AD7715：向向7715写写10H（写（写CR） 00010000向向7715写写68H（写（写SR） 01101000上电上电/复位复位增益为增益为1掉电模式掉电模式下一操作为写下一操作为写下一操作为向下一操作为向SR操作操作写有效写有效校正方式校正方式1A/D速度速度60HZ无帧滤波同步控制无帧滤波同步控制无缓冲无缓冲读（读（7715的）的）DRDY引脚，等待它转化为引脚，等待它转化为0向向7715写写38H （写（写CR） 00111000下一操作为读下一操作为读下一操作为向下一操作为向DR操作操作单极性输入单极性输入通过通过DATA OUT 线读线读771536AD421电路结构电路结构能隙基准能隙基准给给A/DREF OUT1给自己给自己REF OUT2作电源基准作电源基准VCC串行输入串行输入DATACLOCK输入移位输入移位寄存器寄存器锁存器锁存器16位位D/A转换转换LATCHV/I开关电开关电流源及流源及滤波器滤波器DRIVELVCOMPBOOSTLOOP RTN37
