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1、n过程控制装置三环节：变送器：压力变送器，差压变送器，温度 变送器，流量变送器，液位变送器。调节器：PID调节器。执行器：气动执行器，电动执行器，电气转换器。第第4 4章章 过程控制装置过程控制装置1 对工业过程进行检测、显示、控制和执行等仪表总称为自动控制仪表，又称自动化仪表。 自动化仪表的作用是代替人对生产过程进行测量、控制、监督和保护，在了解控制原理的同时，还要理解自动化仪表的工作原理和性能特点，以便合理地选择和正确地使用。2n自动控制仪表可以从不同的角度分类，下面仅从使用能源种类和结构形态分类。按能源分类 气动仪表气动仪表 以压缩空气为能源及传递信号的仪表，其传送距离受到限制，具有防爆
2、特点，其执行器作用力大、工作平稳可靠。3 电动仪表电动仪表 以电作为能源及传送信号的仪表，传送距离远，便于与计算机配合，在生产自动化中被广泛应用。电动仪表又分为电气（又称电动机械）式和电子式两大类。 电气式不使用电子元器件，依靠传感器从被测介质中取得能量，就可以推动电接点或电位器动作。它的结构简单、价格便宜。 电子式采用电子元器件，由于采用放大器等电子器件，不但可提高测量精度，还可以利用反馈电路，对输入信号进行各种控制规律的运算，从而实现多种控制 规律，提高控制品质。4 直接作用式仪表直接作用式仪表 这种仪表不需要辅加能源，只是传感器从被测（控）介质中取得能量，就足以推动执行器动作，故又称自力
3、式仪表。常见的有浮球式液位调节器、膨胀式温度调节器和燃气压力直接作用调节器等。它们将传感器、控制器及执行器等组合在一起，习惯上称为调节器。它们结构简单，不产生火花，使用安全，维修方便，适用于控制精度要求不高的场合。 5 按结构形式分类 基地式仪表基地式仪表 以指示、记录仪表为主体，附加调节装置而组成，即把变送、调节、显示等部分装在一个壳内形成整体。利用一台仪表就能完成一个简单控制系统的测量、记录 及控制等全部功能。 结构比较简单,常用于单机控制系统单机控制系统。6单元组合式仪表单元组合式仪表 单元组合式仪表把整套仪表按照其功能和使用要求，分成若干独立作用的单元，各单元之间用统一的标准信号联系。
4、 使用时，针对不同的要求,将各单元以不同的形式组合，可以组成各种各样的自动检测和控制系统。 优点优点 可以用有限的单元组成各种各样的控制系统,具有高度的通用性和灵活性。 可以通过转换单元,把气动表、电动表,甚至液动表联系起来,混合使用。 7 由于各单元独立作用,所以在布局、安装、维护上也更合理、更方便。 仪表大都采用力平衡或力矩平衡原理,工作位移小、无机械摩擦、精度高、使用寿命长、性能较好。 由于零部件的标准化、系列化,有利于大规模生产,降低了成本,提高了产量和质量。 有利于发展新品种,采用新工艺、新技术。8分分类类 根据使使用用能能源源的的不不同同,单元组合仪表主要分为气动单元组合仪表和电动
5、单元组合仪表。单元组合仪表一般可以分为七大类单元。单元组合仪表一般可以分为七大类单元。变送单元(B)显示单元(X)给定单元(G)辅助单元(F)控制单元(T)计算单元(J)转换单元(Z)在电动单元组合仪表中还包括执行单元(K)。9 气气动动单单元元组组合合仪仪表表是以 0.14MPa压缩空气为能源,各单元之间以统一的 0.020.1MPa气压标准信号相联系,整套仪表的精度为1级。 电动单元组合式仪表的发展阶段电动单元组合式仪表的发展阶段： DDZ-型电子管器件为主要器件 DDZ-型晶体管等分立元件为主要器件 DDZ-型线性集成电路作为核心器件10 组装电子式调节仪表组装电子式调节仪表 组装电子式
6、调节仪表是在单元组合仪表的基础上发展起来的成套仪表装置。它的基本组件是一块一块具有不同功能的功能模件。 功能模件，是指各种典型线路构成的标准电路板，每种电路板具有一种或数种功能，并有同一规格尺寸、输入输出端子、电源和信号灯。这种仪表又称功能模件式仪表或插入式仪表。现代化的大型控制，需要组成各种复杂控 制系统及集中的显示操作。设计人员只要根据工程要求，选用相应的功能模件，配上标准化的机箱和外部设备，就可灵活地组成各种专用的控制装置。11组装电子式调节仪表特点：n功能齐全、组装灵活。由于组件系列化、标准化、功能独立、插接件和输入输出信号统一，因此可以合理地组成各种不同装置，以满足不同对象的要求。
7、n安全可靠、维修方便。可以根据每个组件的特点，确定合理的例行试验条件，有利于提高整机的可靠性。当某一组件有故障时，可以迅速更换备用组件，保证系统正常运行。而且由于组件标准化，检查和维修也容易。n操作方便，便于集中监督管理。组件采用集成电路和小型元器件，装置小，控制盘（板）面小，操作方便。n成套性，便于选型设计。由于采用通用接线，以适用成套装置的形式提供用户，方 便了设计，缩短安装调校时间。12使用常规仪表的中央控制室使用常规仪表的中央控制室13早期的早期的DCSDCS控制系统控制系统14DCSDCS控制系统控制系统15 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
8、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(4-20mA电流信号）。4.1 变送器 变送器分类：气动变送器 电动变送器161.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。4.1.0 变送器原理与 量程调整零点迁移17 18192.2.量程调整、零点调整和零点迁移量程调整、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。v量程调整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
9、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。20v零点调整和零点迁移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对应。 在xmin=0时，称为零点调整；在xmin0时，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。21例4-2 已知被测参数的最大波动范围为4000-5000Pa,按照不进行零点迁移和进行零点迁移分别选择测量变送器，并分析精度为1.0级时各自变送器的基本误差值和仪表灵敏度。
10、解：当不进行零点迁移时，需选择量程为0-5000Pa的变送器，输出为4-20mADC.若有迁移，可选用4000-5000Pa的变送器，量程为1000Pa. 若精度为1.0级，不加迁移时，仪表的误差为： 5000Pa1%=50Pa,仪表的灵敏度为：（20-4）mA/5000Pa使用迁移后，仪表的基本误差为：1000Pa1%=10Pa,仪表的灵敏度为： （20-4）mA/1000Pa。 零点迁移后，测量精度与灵敏度都提高了5倍。224.1.1 4.1.1 差压变送器差压变送器v力平衡式差压变送器力平衡式差压变送器v电容式差压变送器电容式差压变送器v扩散硅式差压变送器扩散硅式差压变送器差压变送器是将
11、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。23力平衡式差压变送器力平衡式差压变送器 概述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电磁反馈机构 工作原理：工作原理：力矩平衡原理。力矩平衡原理。24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
12、了被测差压Pi和输出电流Io之间的线性关系。2526工作原理工作原理： 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。27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、LfF2、Fo、Ff到副杠杆支点M的力臂L4检
13、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28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=MfIo=KpPi+LoFo/LfKf29结构：结构：（具体各部结构及作用）检测检测部分部分: : P 输入力Fi ，组成：由高低压式膜盒、轴封膜片，双膜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
14、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：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：30、 调零和零点迁移机构：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,则有：31、静压调整和过载保护装置：、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
15、置。、平衡锤：、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：、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：323. .电磁反馈机构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，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=KfIoKf是电磁结构常数，其值为：33低频位移检测放大器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其原理线路图其原理线路图2-12如下页：如下页：其组
16、成有：其组成有：差动变压器差动变压器低频振荡器低频振荡器整流滤波电路整流滤波电路功率放大器功率放大器。3435差动变压器差动变压器 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，其作用是将检测片的位移s转换成相应的电压信号uCD36讨论：讨论：当s=/2 时e2=e2UCD=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。37低频振荡器低频振荡器低频放大器由振荡器振荡器、整流滤波整流滤波、及功率放大器功率放大器
17、三部分组成。、振荡器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。38振荡的振幅条件：即振荡的振幅条件：即KF=1KF=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。39 、整流滤波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。40、
18、功率放大器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。41安全防爆基础知识安全防爆基础知识安全防爆基础知识安全防爆基础知识 n易燃易爆的固体粉尘、气体或蒸汽，与空气混合成为具有火灾或爆炸危险的混合物n安装在这类场所的检测仪表和执行器，如果产生的火花具
19、有点燃这些危险混合物的能量，则产生火灾或爆炸。 42危险场所的分类危险场所的分类 n第一类 含有可燃性气体或蒸汽的爆炸性混合物的场所，称为Q类场所。 n第二类 含有可燃性粉尘或纤维混合物的场所，称为G类场所。 n第三类 火灾危险场所，称为H类场所。43Q Q类场所类场所n第一类危险程度最高，将其又分为三级：nQ-1级 在正常情况下能形成爆炸性混合物的场所 nQ-2级 仅在不正常情况下形成爆炸性混合物的场所 nQ-3级 在不正常情况下，只能在局部地区形成爆炸性混合物的场所44仪表防爆要求仪表防爆要求仪表防爆要求仪表防爆要求 n用于危险区的控制系统中，一部分仪表安装在控制室内，无防爆要求；n一部分
20、安装在现场，如电动仪表中的变送器、执行器、电气转换器等，有防爆要求；n两部分仪表需经防爆安全栅联接；n当两部分距离较远时，还要采用防爆联接电缆。 45爆炸性物质的分类、分级与分组爆炸性物质的分类、分级与分组分类分类 通常将爆炸性物质分为三类I类物质-矿井甲烷； 类物质-爆炸性气体、可燃蒸气；类物质-爆炸性粉尘、易燃纤维。分分级级与与分分组组 爆炸性气体的分级与分组(I、类)：在标准试验条件下，按照其最大试验安全间隙和最小引爆电流比分级，按照其引燃温度值分组。如表4-1给出了部分示例。 爆炸性粉尘和易燃纤维的分级与分组(类)，爆炸性粉尘和易燃纤维按照其物理性质分级、按照其自燃温度分组。4647防
21、爆仪表的分类、分级和分组防爆仪表的分类、分级和分组 自动化仪表属于低压电气仪表，用于危险场合时，应按照电气设备防爆规程管理。按照规定，防爆电气设备可制成隔爆型、本质安全型等10种结构类型。其设备的分类、分级、分组与爆炸性物质的分类、分级、分组方法相同，其等级参数及符号也相同，其中温度等级是按照最高表面温度确定的、对隔爆型是指外壳温度，其余各类型是指可能与爆炸性混合物接触的表面的温度。 自动化仪表的防爆结构主要有两种类型：隔爆型，标志为“d”；本质安全型，标志为“i”。 48 隔爆型隔爆型 隔爆型仪表的特点是：仪表的电路和接线端子全部置于隔爆壳体中，表壳的强度足够大，表壳结合面间隙足够深，最大的
22、间隙宽度又足够窄。即使仪表因事故产生火花，也不会引起仪表外部的可燃性物质发生爆炸。 设计隔爆型仪表结构的具体措施有：采用耐压(8-10)*102kPa以上的表壳表壳外部的温升不得超过由气体或蒸气的自燃温度所规定的数值，表壳结合面的缝隙宽度和深度应根据它的容积和气体的级别采取规定的数值等。 49 隔爆仪表在安装及维护正常时，处于安全状态。但在揭开仪表表壳时, 它就失去了防爆性能。因此，不能在通电运行的情况下打开外壳进行检修或调整。对于组别、级别高的易燃易爆性气体如氢气、乙炔、二硫化碳等，不宣采用隔爆型防爆仪表。这是因为一方面对这些气体所要求的隔爆型仪表的表壳在加工上有因难，另一方面，即使能解决加
23、工问题，但经过长期使用后，由于磨损，很难长期保持要求的间隙，会逐渐失去防爆性能。这些都是隔爆型防爆仪表的弱点。50本质安全防爆型本质安全防爆型 是指在正常状态下和故障状态下，由电路及设备产生的火花能量和达到的温度都不能引起易燃易爆性气体或蒸气爆炸的防爆类型。正常状态指在设计规定条件下的工作状态，如设计规定的断开和闭合电路动作所产生的火花。故障状态指因事故而发生短路、断路等情况。 具有本质安全防爆的系统包括两种电路：安装在危险场所中的本质安全电路及安装在非危险场所中的非本质安全电路。为了防止非本质安全电路中过大的能量传入危险场所中的本质安全电路中，在两者之间采用了防爆安全栅，使整个仪表系统具有本
24、质安全防爆性能，如图4-26所示。5152 本质安全防爆系统的性能主要由以下措施来保证本质安全防爆系统的性能主要由以下措施来保证。 首先，本质安全防爆仪表采用低的工作电压和小的工作电流。如正常工作时电压不大于24V DC，电流不大于20 mA DC；故障电压不大于35VDC，电流不大于35mADC。限制仪表所用电阻、电容和电感参数的大小，以保证在正常及故障条件时所产生的火花能量不足以点燃爆炸性混合物。 其次，用防爆安全栅将危险场所和非危险场所的电路隔开。 再次，在现场仪表到控制室仪表之间的连接导线不得形成过大的分布电感和电容。 本质安全防爆型仪表的防爆性能最好，理论上讲它适用于一切危险场所和一
25、切易爆气体；其安全性能不随时间而变化；而且维修方便，可在运行状态下进行维修和调整。 53防爆安全栅防爆安全栅 n防爆栅:安全保持器，用途-限制送往现场单元的电压、电流，保证进入现场的电功率在安全范围之内。n传统-包括充油型、充气型、隔爆型等，将可能产生火花的电路从结构上与爆炸性气体隔开；n新型-（安全火花型）电路设计上考虑防爆，将电路在短路、开断及误操作下产生的火花限制在爆炸性气体的点燃能量之下。n归类：属于本质安全防爆仪表，比结构防爆仪表高一等级。 54n性质-安全火花防爆仪表和安全火花防爆系统属于两个不同的概念；n内容-防爆仪表只保证仪表内部不产生危险火花，不包括外部引线（电源线、信号线等
26、-注：系统与仪表的区别）。n定义-由安全火花仪表和经过防爆栅连接组成的工业控制系统。安全火花防爆系统的基本结构（注意：防爆栅的作用）安全火花防爆系统的基本结构（注意：防爆栅的作用） 55n防爆栅的局限性：只能限制进入现场的瞬时功率，必须与安全火花型仪表配合。n安全火花防爆系统的充分必要条件：n（1）在危险现场的仪表必须是安全火花型；n（2）现场仪表与非危险场所之间的电路连接必须经过防爆栅。 56防爆栅的基本工作原理 齐纳式齐纳式 改进型齐纳式改进型齐纳式 主要种类：电阻式、齐纳式、隔离式。电阻式：电阻串联于电源线或信号线限制进入危险现场的电流，缺点：电源、信号受衰减。齐纳式：利用串联电阻限流、
27、利用并联齐纳稳压管限压。过流限制分析过流限制分析57隔离式防爆栅 （1 1）检测端检测端防爆栅防爆栅 DDZ-防爆栅的隔离方案:具体措施-变压器作为输入输出电源隔离；晶体管截止限压、限流截止式控制电路。两处隔离-变送器配合使用的检测端防爆栅，执行其配合使用的执行端防爆栅。分为检测端和执行端防爆栅58隔离示意图信号隔离信号隔离电源隔离电源隔离涉及内容：（涉及内容：（1 1）电路组成；（）电路组成；（2 2）信号流程分析；（）信号流程分析；（3 3）调制解调原理）调制解调原理59检测端防爆栅的简化原理图分析内容分析内容：（：（1 1）DC-ACDC-AC转换原理；（转换原理；（2 2）调制原理；（
28、）调制原理；（3 3）解调放大原理）解调放大原理60基本工作原理描述 信号流向：由变送器输入，经限压、限流电路，经调制电路，经隔离防爆栅，经解调电路至控制室。 供电电源：+24V电源接通，VT1 、VT2得电，产生推挽振荡，DC-AC转换，输出3路。a. 为420mA产生电路供电；b. 作为调制开关切换控制信号；c. 为限压、限流保护电路供电。 限压限流：过压VD15、VD16击穿，VT3、VT5导通，VT4、VT6截至，信号通道关断。 调制电路：调制开关VD13、VD14轮流切换变送器引入信号，分时流过调制变压器T2原边上、下绕组，将电平信号转换为交变信号。 解调电路：副边信号时VT7、VT
29、8，VT9、VT10轮流导通，导通程度由原边420mA电平决定，对施加电源控制后还原420mA信号。61限压限流电路原理及特性曲线检测端防爆栅简化原理图检测端防爆栅简化原理图 限压限流特性曲线限压限流特性曲线 62调制解调电路工作原理调制和解调放大电路原理图调制和解调放大电路原理图 斩波斩波供电供电63（2）执行端防爆栅）执行端防爆栅执行端防爆栅电路原理图执行端防爆栅电路原理图 执行端防爆栅工作原理64隔离式安全栅隔离式安全栅隔离式安全栅隔离式安全栅 n通过隔离、限压和限流等措施，限制注入危险场所的能量来保证安全火花性能。n危险侧设备与安全侧设备的一切联系（如供能、信号传递等）都是通过电磁转换
30、方式进行的。n利用符合要求的非线性特性的电路，把危险侧的电源、电压值限制在安全值以下。 65隔离式安全栅的主要指标隔离式安全栅的主要指标 n输入信号n输入式420mA，DCn输出式420mA，DC。 n输出信号n输入式15V，DC；420mA，DCn输出式420mA，DC。 n负载电阻n输入式电流负载电阻0100； n输出式负载电阻为250750。 n防爆额定电压 220V，DC/AC。 66隔离式安全栅特点隔离式安全栅特点n通用性强，使用时不需要特别本安接地，系统可以在危险区或安全区认为合适的任何一方接地，使用方便； n电源、信号输入、信号输出均通过变压耦合，实现信号的输入、输出完全隔离，使
31、安全栅的工作更加安全可靠。 67电源隔离处理电源隔离处理n采用变压器隔离，输入电源经DC/AC变换器变成交流方波；n再经变压器耦合、AC/DC、滤波得到直流稳压电源；n通过电流、电压限制电路，给现场提供隔离电源。68输入隔离式安全栅输入隔离式安全栅n接受变送器的输出电流，经调制变成交流方波信号；n通过信号变压器耦合到安全侧，经解调放大还原为直流信号输出，实现危险侧输入信号与安全侧输出信号隔离。 69输出隔离式安全栅输出隔离式安全栅n安全侧的输入直流信号通过调制变成交流方波信号；n经信号变压器耦合到危险侧，送入解调放大器，输出直流信号。n在危险侧信号输出端通过快速熔丝、限压电路、限流电路组成齐纳
32、式限压限流电路，把通往现场的电压和电流限制在一个安全值内。 70隔离式安全栅原理图隔离式安全栅原理图 71安全火花防爆安全火花防爆安全火花防爆原则：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。72电容式差压变送器电容式差压变送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。 变送器包括测量部分和转换放大电路两部分。73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
33、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流Io。74测量部件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。 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：7576转换放大器转换放大器作用：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，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：它由电容电容-电流电流转换电路转换电路和放放大电路大电路组成。77图2-28 电容式差压变送器电路图781.1.电容电容- -电流转换电路电流转换电路作
34、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。79、解调和振荡控制电路、解调和振荡控制电路80、线性调整电路、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。812.放大及输出限制电路放大及输出限制电路作用：是将电流信号Ii放大，并输出4
35、20mA的直流电流。、放大电路放大电路、输出限制电路、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。Io1可在R120上并联一个电阻，如R119此时负反馈减小，输出Ua增加。如要求后一段直线斜率小于前一段则可在Ra上并联一电阻。此时输出Ua减小。1015.热电阻温度变送器量程单元热电阻温度变送器量程单元与上述两种变送器的区别：线性化电路，置于输入回路中；热电阻引线补偿电路。102 I I、线性化原理及分析线性化原理及分析热电阻线性化电路原理如图：现把IC2看成是理想运算放大器，UT=UF可得：103II、引线电阻补偿电路引线电阻补偿电路为消除引线电路的影响，热电阻采用三线接
36、法。由R23、R24、2构成的支路为引线电阻补偿电路。若不考虑此电路,则：Ut=Ut+2It若存在引线补偿电路，有电流I流过2、3，调整R24使I= It则流过3的电流大小相等，方向相反。所以3上不产生压降。因为设计时，R29=R30+R31，所以由1、2产生的压降引到反相端时，互相抵消。故三线制接法可消除引线电阻对测量的影响。1046.安全火花型防爆措施安全火花型防爆措施（1）、输入、输出及电源回路之间通过变压器To和T1而相互隔离，在变压器中设有“防止短接板”。（2）、在输入端设有限压元件、限流元件，以防高电能传递到现场。（3）、在输入端及电源端装有大功率二极管及熔断丝。105两线制温度变
37、送器两线制温度变送器1.输入回路输入回路包括电阻R6-R11、Rcu、电位器Rp1等组成的桥路、电容C2-C5电阻R17-R20等组成的滤波电路及由二极管组成的限幅电路。1、2端连接测温元件热电偶，3、4短接，桥路输出不平衡电压与热电偶的热电势相叠加，送至放大器的输入端。铜电阻Rcu起冷端温度补偿作用，Rp1用来调节零点。1062.反馈回路反馈回路反馈回路由电阻R13、R14电位器Rp2等组成。反馈电流If由晶体管VT5输出，通过R13Rp2在R10上的压降即为反馈电压，调节Rp2改变反馈量，即可调节量程。3.放大器放大器电压放大器采用低漂移、高增益、高输入阻抗、低噪声的集成运算放大器。4.稳
38、压源稳压源由于采用两线制方式，当输出电流及负载阻值变化时，仪表工作电压也随之变化，因此在线路中附加稳压环节。107q电电/气转换器气转换器v概述概述v气动仪表的基本元件气动仪表的基本元件v电电/ /气转换器工作原理气转换器工作原理108概述概述电/气转换器是将电动仪表输出的420mA直流电流信号转换成可被气动仪表接受的20100KPa标准气压信号，以实现电动仪表和气动仪表的联用，构成混合控制系统，发挥电、气仪表各自的优点。主要性能指标：（1）输入信号：420mA(DC)（2）输出信号：0.020.1MPa（3）变差：0.5%（4）基本误差：0.5%（5）灵敏度：0.05%（6）防爆等级：安全隔
39、爆复合型、安全火花型109气动仪表的基本元件气动仪表的基本元件气动仪表由气阻、气容、弹性元件、喷嘴-挡板机构和功率放大器等基本元件。1、气阻、气阻在流体呈层流状态时，可表示为：2、气容、气容包括固体气容和弹性气容1103.弹性元件弹性元件为适应不同的工作目的，可作成各种不同结构和形状。他包括各种不同形状的弹簧、波纹管、金属膜片和非金属膜片。弹性元件的指标：I、弹性特性。II、刚度与灵敏度。III、滞后与滞后量。1114 4、喷嘴挡板机构、喷嘴挡板机构作用：将微小的位移转换成相应的压力信号。5、功率放大器、功率放大器它是将喷嘴挡板的输出压力和流量都放大。目前采用耗气式放大器，它由壳体、膜片、锥阀
40、、球阀、簧片、恒气阻等组成。112电电/气转换器工作原理气转换器工作原理是基于力矩平衡原理工作的。其结构是多样的，现以具有正负两个反馈波纹管的电/气转换器为例讨论其工作原理。转换器是由电流-位移转换部分，位移-气压转换部分、气动功率放大部分和反馈部分组成。工作原理：当电流Ii进入动圈后，产生的磁通与永久磁钢相互作用，产生的磁力带动3饶5转动，挡板8靠近喷嘴9，使其背压升高，功率放大后输出Po，Po送至6所产生向上的负反馈力，Po同时送至正反馈波纹管产生向上的正反馈力，以抵消一部分负反馈的影响。因而不需要太大的力就可以达到平衡。113图图2-53为杠杆的受力图为杠杆的受力图得（1）、输入电流与输
41、出压力p。成比例关系，改变Lf1Lf2可调节转换器量程，改变Fo的零点。（）、当（A1Lf1-A2Lf2)取较小时，便能减小KiLi，从而可缩小转换器的体积。（）、波纹管面积随温度变化对输出的影响可以相互抵消，即起到温度补偿作用。114智能式温度变送器实智能式温度变送器实例TT302TT302温度变送器温度变送器 特点：量程范围宽、精度高、环境温度和振动影响小、抗干扰能力强、重量轻以及安装维护方便115电流二线制电流二线制电流二线制电流二线制 n检测回路串入电源，电源一般为24VDCn线路简单，但抗扰、防爆性能差。 116电流四线制电流四线制电流四线制电流四线制 n电源与检测回路相互独立n仪表的工作电源可为直流，也可为交流 n容易实现电源隔离、输入/输出隔离 117电阻三线制电阻三线制电阻三线制电阻三线制 n为防止由于远距离接线而造成桥臂不平衡n接两根电桥线和一根电源线（左图）n或接三根电桥线 （右图）118电阻四线制电阻四线制电阻四线制电阻四线制 n该接线可有效抑制由于调零电位器接触电阻变化而破坏电桥的平衡和正常工作状态。 119
