過程控制儀表第2章變送器2

1、2.6 2.6 物位的檢測與變送（液位、料位、界位）物位的檢測與變送（液位、料位、界位） 2.6.1 物位檢測的主要方法物位檢測的主要方法 靜壓式測量法：根據(jù)流體靜力學原理，裝有液體的容器中某一 點的靜壓力與液體上方自由空間的壓力之差同該點上方液體的 高度成正比。 壓力式：敞口容器； 差壓式：閉口容器 電氣式測量法 物位變化電氣參數(shù)：電阻、電容、磁場等 變化與電容式差壓變送器配合標準信號。 聲學式測量法：利用特殊聲波（如超聲波）在介質(zhì)中傳播速度 及在不同相界面之間的反射特性來檢測物位。 4. 射線式測量法：利用同位素放出的射線（如r射線等）穿過被 測介質(zhì)時被介質(zhì)吸收的程度來檢測物位。 2 液位

2、是指密封容器或開口容器中液位的高低，通過液位測液位是指密封容器或開口容器中液位的高低，通過液位測 量可知道容器內(nèi)的原料，半成品或成品的數(shù)量，以便調(diào)節(jié)流量可知道容器內(nèi)的原料，半成品或成品的數(shù)量，以便調(diào)節(jié)流 入流出容器的物料，使之達到物料平衡，從而保證生產(chǎn)過程入流出容器的物料，使之達到物料平衡，從而保證生產(chǎn)過程 順利進行。順利進行。 此外，通過液位測量可對生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)所耗物料進行此外，通過液位測量可對生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)所耗物料進行 統(tǒng)計和經(jīng)濟核算。統(tǒng)計和經(jīng)濟核算。 液位測量由于受到被測介質(zhì)的物理性質(zhì)，化學性質(zhì)以及工液位測量由于受到被測介質(zhì)的物理性質(zhì)，化學性質(zhì)以及工 作條件的影響，再加上以往未得到

3、足夠重視，因此，目前仍作條件的影響，再加上以往未得到足夠重視，因此，目前仍 然是一個比較薄弱的環(huán)節(jié)。然是一個比較薄弱的環(huán)節(jié)。 3 一、浮力式液位變送器一、浮力式液位變送器 浮力式液位變送器是根據(jù)阿基米德 原理工作的，即液體對一個物體浮力 的大小，等于該物體所排出的液體的 重量。浮力式液位變送器可分為恒浮 力式和變浮力式兩種。 恒浮力式液位計原理 1恒浮力式液位變送器恒浮力式液位變送器 4 2.變浮力式液位變送器變浮力式液位變送器 浮筒式液位計原理 右圖為浮筒式變浮力液位計原理圖。右圖為浮筒式變浮力液位計原理圖。 圓柱形浮筒部分沉浸于液體中，當浮筒圓柱形浮筒部分沉浸于液體中，當浮筒 被液體浸沒的

4、高度變化時，其所受浮力被液體浸沒的高度變化時，其所受浮力F 也變化，也變化，F(xiàn)的變化壓縮彈簧，彈簧的彈性的變化壓縮彈簧，彈簧的彈性 力與浮筒的重力相平衡時，浮筒便處于力與浮筒的重力相平衡時，浮筒便處于 某一平衡位置，測量彈簧的壓縮位移，某一平衡位置，測量彈簧的壓縮位移， 并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標準信號，便可得知液位并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標準信號，便可得知液位 高度。高度。 5 浮 筒 G F彈F浮 浮 筒 彈簧 磁鋼室 輸出指示器 內(nèi)置式 外置式 靜井 6 二、靜壓力式液位變送器二、靜壓力式液位變送器-差壓（壓力）液位變送器差壓（壓力）液位變送器 7 例 8 右圖為吹氣式液位變 送的原理。將一根吹氣管 插入至被測

5、液體的最低液 位（零液位）處。壓縮空 氣或惰性氣體經(jīng)恒壓閥和 流量計吹入貯液罐內(nèi)，當 吹氣管的下端有微量氣泡 溢出時，導管內(nèi)的壓力幾 乎與液封壓力相等。 吹氣式液位測量原理 三、吹氣式液位變送 四、四、 電容式液位計電容式液位計 原理：介電常數(shù)不同電容變化物位 )ln( 2 )( )ln( 2 0 0 120 d D H C H d D CC Lx Lxx H d D CCC)( )ln( 2 120 高頻電源E；AB為可調(diào)橋臂，DA為測量 橋臂；開關(guān)S檢查工作狀況（工作時Cx接入， 檢查時C2接入）。 用這種方法測量時要求物料的介電常數(shù) 必須穩(wěn)定。 交流電橋法測量電容原理圖 五、超聲波液位計

6、 vth 2 1 換能器原理（壓電效應(yīng)）：交變電 場作用下，壓電晶體將電能轉(zhuǎn)換成 振動稱逆壓電效應(yīng)；將振動聲波轉(zhuǎn) 換成交變電場稱正壓電效應(yīng)； 發(fā) 射器和接收器。 電子裝置：產(chǎn)生交變電信號、處理電 信號 缺點及補償：超聲波液位計測量精度主要取決于傳播速度 和時間，而傳播速度受溫度、成分影響大。常在換能器附 近安裝一個溫度傳感器，并根據(jù)聲速與溫度的關(guān)系進行補 償或修正。 11 六、輻射式物位計 原理：射線強度隨介質(zhì)厚度的增加而衰減 )exp( 0 hII i Ii I0 h 12 成分分析儀表是對物質(zhì)的成分及性質(zhì)進行分析和測量的成分分析儀表是對物質(zhì)的成分及性質(zhì)進行分析和測量的 儀表。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)

7、過程中，必須對生產(chǎn)過程中的原料儀表。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，必須對生產(chǎn)過程中的原料 、成品、半成品的化學成分、化學性質(zhì)、粘度、濃度、密、成品、半成品的化學成分、化學性質(zhì)、粘度、濃度、密 度、重度、以及度、重度、以及PH值等進行自動測量和自動控制，以達到值等進行自動測量和自動控制，以達到 優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、降低能源消耗和產(chǎn)品成本，保證安全生產(chǎn)和防優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、降低能源消耗和產(chǎn)品成本，保證安全生產(chǎn)和防 止環(huán)境污染的目的。止環(huán)境污染的目的。 按使用場合來分，成分分析儀表又分為實驗室分析儀表按使用場合來分，成分分析儀表又分為實驗室分析儀表 和過程分析儀表，自動分析儀表或在線分析儀表。和過程分析儀表，自動分析儀表或在

8、線分析儀表。 按儀表原理分類如下表按儀表原理分類如下表 13 成分分析儀表的分類成分分析儀表的分類 類別品種 熱學式熱導式分析儀表，熱化學式分析儀表，差熱式分析儀表 磁力式熱磁式分析儀表，磁力機械式分析儀表 光學式光電比色分析儀表，紅外吸收式分析儀表，紫外吸收式分析儀表，光干涉式分析 儀表，光散射式分析儀表，光度式分析儀表，分光光度分析儀表，激光分析儀表 ，化學發(fā)光式分析儀表 射線式X射線分析儀表，電子光學式分析儀表，核輻射式分析儀表，微波式分析儀表 電化學 式 電導式分析儀表，電量式分析儀表，電位式分析儀表，電解式分析儀表，極譜儀 ，酸度計，離子濃度計 色譜儀氣相色譜儀， 液相色譜儀 質(zhì)譜儀

9、靜態(tài)質(zhì)譜儀，動態(tài)質(zhì)譜儀，其他質(zhì)譜儀 波譜儀核磁共振波譜儀，電子順磁共振波譜儀，共振波譜儀 物性儀溫度計，水分計，粘度計，密度計，濃度計，塵量計 其他晶體振蕩分析儀表，蒸餾及分離分析儀表，氣敏式分析儀表，化學變色式分析儀 表 14 2.7.1紅外氣體分析儀紅外氣體分析儀 紅外氣體分析儀是利用不同的氣體對不同波長的紅外線輻紅外氣體分析儀是利用不同的氣體對不同波長的紅外線輻 射能具有選擇性吸收的特性來進行氣體濃度分析的。它具有射能具有選擇性吸收的特性來進行氣體濃度分析的。它具有 量程范圍寬、靈敏度高、反應(yīng)迅速、選擇性強的特點。量程范圍寬、靈敏度高、反應(yīng)迅速、選擇性強的特點。 紅外線的波長范圍為紅外線

10、的波長范圍為0.751000，紅外氣體分析儀中利用，紅外氣體分析儀中利用 的波長范圍為的波長范圍為225，可以用恒定電流加熱鎳鉻絲到某一適當，可以用恒定電流加熱鎳鉻絲到某一適當 的溫度而產(chǎn)生某一特定波長范圍的紅外線。的溫度而產(chǎn)生某一特定波長范圍的紅外線。 氣體特征吸收峰波長/m氣體特征吸收峰波長/m CO CO2 CH4 NH3 SO2 4.65 2.7，4.26，14.5 2.4，3.3，7.65 2.3，2.8，6.1，9 7.3 H2S HCl C2H4 H2O 7.6 3.4 3.4，5.3，7，10.5 在2.610之間都有相當?shù)奈?表表2-4 部分氣體特征吸收峰波長部分氣體特征吸

11、收峰波長 15 紅外氣體分析儀原理框圖紅外氣體分析儀原理框圖 光源平行光束切光 片光脈沖濾波氣室 吸收干擾組分兩室能量 差監(jiān)測室壓差電容 變化正比于被測組分的 含量。 優(yōu)點：可與電容式變送器 配合使用以產(chǎn)生標準信號。 不足：1）不能保證線性； 2）不能檢測雙原子分子 (如氧氣、氯氣）和單原子 分子（如氬氣）氣體；3） 一臺儀表只能測一種被測 氣體。 16 樣氣在色譜柱中的分離過程樣氣在色譜柱中的分離過程 2.7.2 氣相色譜分析儀氣相色譜分析儀 基于各種組分吸附和脫離某種介質(zhì)的差異情況，得出一系列色譜峰，以 反映混合物中各組分的含量。 17 2.7.3 氧成分分析儀氧成分分析儀 在生產(chǎn)過程中，

12、尤其是燃燒和氧化過程中，以及安全保護 和糧食果品儲存等方面，準確測量和嚴格控制混合氣體中的 氧含量，對節(jié)約能源和安全生產(chǎn)等具有十分重要的作用。 在氧分析儀表中，應(yīng)用最廣泛的是熱磁式氧分析儀，它具 有量程寬，穩(wěn)定性好，不消耗被分析氣體和使用簡便等優(yōu)點。 傳感器是一個具有中間水平通道的測量環(huán)室。 （一）熱磁式氧氣分析儀（一）熱磁式氧氣分析儀 1. 原理：物質(zhì)處于磁場被磁化，磁化率不同；氧氣的磁化 率遠高于其他氣體，且對溫度特別敏感。 2. 熱磁式氧氣分析儀的構(gòu)成及工作原理 樣氣中無氧氣中間 通道中氣體不流動， 橋路輸出為零；樣氣 中含有氧氣時，氧氣 受磁場作用進入中間 通道并被加熱，順磁 性能下降

13、“磁風” 電阻之差橋路輸 出不為零。含氧量 磁風電阻之差 橋路輸出。從而 實現(xiàn)對氧氣的連續(xù)測 量。 19 (二）氧化鋯氧量分析儀二）氧化鋯氧量分析儀 氧化鋯氧分析器是近年來發(fā)展起來的一種新型分析儀表， 它由氧化鋯探頭和變送器兩部分組成。氧化鋯探頭可直接 插入管道內(nèi)進行檢測。它將被測氣體中的氧含量（濃度） 轉(zhuǎn)換成氧濃差電勢，經(jīng)變送器將氧濃差電勢轉(zhuǎn)換成 DC 15V或 420mA的統(tǒng)一標準信號輸出或遠傳。 因此，在冶金、煉油、化工等工業(yè)部門被廣泛用于測量各 種鍋爐、軋鋼加熱爐等煙道氣的氧含量；它亦可方便地與調(diào) 節(jié)器配合組成氧含量自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)最佳燃燒控制。 20 1、檢測原理：、檢測原理： 氧

14、化鋯對含氧量的檢測原理是基于它在800C以上的 高溫時對氧離子具有良好的傳導特性而導致“濃差電池” 的生成過程。如圖所示。 當溫度達到800C以上時，空穴型氧化鋯就成為良好的氧離子導體； 在氧化鋯管的內(nèi)外側(cè)固定了一層多孔性鉑膜電極，其內(nèi)側(cè)與空氣接觸，而 外側(cè)與煙道氣接觸；由于兩側(cè)氧含量的百分比不同，因而使兩極的氧離子 濃度產(chǎn)生差異，導致兩極間產(chǎn)生氧濃差電動勢，可算出一定溫度下該氧濃 差電動勢與待測氣體的含氧量的關(guān)系。 能斯特方程： 1 2 ln P P nF RT E R-理想氣體常數(shù)（8.3151/mol.K） F-法拉第常數(shù)（96500C/mol), n為電子數(shù)（4） 當兩壓力相等時： 1

15、 2 ln 4C C F RT E 當參比氣體含氧量與溫度一定： 1 24 lg104961.0 C C TE 當空氣的含氧量為20.8%,溫度控制在850時: 1 4 208.0 lg)850273(104961.0 C E 按此式可算出氧濃差電動 勢與含氧量的關(guān)系。 說明：說明：工作溫度越高，靈敏度越高，但氧化鋯探頭受溫度所限，一般在800850 為宜。 練習 1.如圖所示，利用雙室平衡容器對鍋爐汽包液位進行測量。 已知p1=4.52MPa， 汽液 冷12 23 2.8 二線制變送器的電路分析與設(shè)計二線制變送器的電路分析與設(shè)計 “二線制二線制”：變送器工作電源線和：變送器工作電源線和420

16、mA輸出信輸出信 號線共用兩根線。與非二線制（四線制）儀表相比，節(jié)號線共用兩根線。與非二線制（四線制）儀表相比，節(jié) 省兩根傳輸線，便于施工和維護，有利于省兩根傳輸線，便于施工和維護，有利于HART通信協(xié)通信協(xié) 議的實施。議的實施。 由于集成電路和由于集成電路和MEMS的發(fā)展，傳感器越來越精細，的發(fā)展，傳感器越來越精細， 體積越來越小。與之匹配的是多種型號的專用體積越來越小。與之匹配的是多種型號的專用IC電路芯電路芯 片，完成由片，完成由mV420mA的變送轉(zhuǎn)換功能。的變送轉(zhuǎn)換功能。 24 XTR101芯片芯片 它是美國它是美國BURRBROW公司生產(chǎn)的變送器通用電路芯公司生產(chǎn)的變送器通用電路芯

17、 片。片。 1）組成：由儀用放大器，雙匹配電流源和輸出驅(qū)動電）組成：由儀用放大器，雙匹配電流源和輸出驅(qū)動電 路等三部分組成。路等三部分組成。 2) 性能指標：偏置電壓性能指標：偏置電壓30V，電壓漂移，電壓漂移0.75V/， 非線性非線性0.01工作電壓：工作電壓：11.640VDC，一般采用，一般采用 24VDC溫度：溫度：4085。采用小型。采用小型14引腳雙列直插引腳雙列直插 式封裝。式封裝。 工作原理工作原理 1）原理分析）原理分析 簡化電路如圖所示。簡化電路如圖所示。 25 26 設(shè)設(shè)IC1和和IC2為理想運算放大器，同相端和反相端電位相為理想運算放大器，同相端和反相端電位相 等，運

18、放的輸入電流為等，運放的輸入電流為0，則跨導設(shè)置電阻，則跨導設(shè)置電阻RS中的電流中的電流 IS=(e1N4e1N3)/RS= e1N/RS IS和 和I3形成形成I1，由芯片參數(shù)（內(nèi)部）設(shè)定，得到輸出電流，由芯片參數(shù)（內(nèi)部）設(shè)定，得到輸出電流I0 和輸入信號和輸入信號 e1N的關(guān)系為：的關(guān)系為： I0=4mA+(0.016S+40/RS)e1N 由上式可知：當由上式可知：當e1N0， I0=4mA； 當為最大值，當為最大值， I0=20mA， 可知可知(0.016S+40/RS)e1N.M16mA 則則 RS=40/(16mA/e1N.M0.016S) 由此根據(jù)由此根據(jù)e1N.M選擇選擇RS。

19、 27 2）應(yīng)用中的注意事項）應(yīng)用中的注意事項 負載電阻和電源匹配負載電阻和電源匹配 由于由于XTR101為單電源工作，工作電源電壓為單電源工作，工作電源電壓11.640V。負。負 載電阻和電源電壓為線性關(guān)系，如下圖所示。一般變送器電源載電阻和電源電壓為線性關(guān)系，如下圖所示。一般變送器電源 電壓為電壓為24V，因此最大負載電阻為，因此最大負載電阻為750 。實際應(yīng)用中變送器輸。實際應(yīng)用中變送器輸 出來帶出來帶3個個250的負載（顯示器、調(diào)節(jié)器、的負載（顯示器、調(diào)節(jié)器、A/D輸入電阻等）。輸入電阻等）。 28 外接晶體管電路外接晶體管電路 如下圖所示，在如下圖所示，在8，9，12腳外接一個晶體管

20、，用以分流腳外接一個晶體管，用以分流 內(nèi)部晶體管的大部分電流。以減少芯片的功耗和溫度的變內(nèi)部晶體管的大部分電流。以減少芯片的功耗和溫度的變 化，從而提高化，從而提高XTR101的精度和穩(wěn)定性。但采用這樣設(shè)計方的精度和穩(wěn)定性。但采用這樣設(shè)計方 式應(yīng)確保外部晶體管的功率參數(shù)。式應(yīng)確保外部晶體管的功率參數(shù)。 29 輸入端空載電位輸入端空載電位 放大器工作電壓放大器工作電壓VCC，即信號輸入端應(yīng)比信號輸出端高，即信號輸入端應(yīng)比信號輸出端高46V， 保證電路處于線性工作范圍，由外接電阻保證電路處于線性工作范圍，由外接電阻R2來實現(xiàn)。如下圖所示。輸來實現(xiàn)。如下圖所示。輸 入端入端3，4輸入信號為輸入信號為

21、e1n(E2）。由內(nèi)部電流源輸出（）。由內(nèi)部電流源輸出（10，11）IREF1和和 IREF2(2mA)產(chǎn)生偏置電位。（當產(chǎn)生偏置電位。（當R2=2.5K，偏置電位，偏置電位3，47為為5V）。）。 30 失調(diào)誤差的補償失調(diào)誤差的補償 為了消除偏置電壓的電流影響，在為了消除偏置電壓的電流影響，在1，2和和14 引腳之間設(shè)置電位計引腳之間設(shè)置電位計RP2，調(diào)節(jié)中心點位置使，調(diào)節(jié)中心點位置使 eIN=0時，時，I0=4mA。 設(shè)計實例設(shè)計實例 31 1）熱電偶溫度變送器）熱電偶溫度變送器 原理電路如圖所示。設(shè)熱電偶分度號為原理電路如圖所示。設(shè)熱電偶分度號為K,設(shè)定測設(shè)定測 量范圍量范圍01000。

22、 32 首先查熱電偶分度表，其熱電勢首先查熱電偶分度表，其熱電勢041.269mV(01000)； 計算量程電阻計算量程電阻RS 由上面由上面I0的表達式，的表達式，I0=16mA，計算，計算RS得到得到 RS=40/(I0 / e1n-0.016S)=107.6 計算冷端補償電路計算冷端補償電路 利用二極管利用二極管VD的的PN結(jié)電壓溫度特性，產(chǎn)生冷端補償電壓。結(jié)電壓溫度特性，產(chǎn)生冷端補償電壓。 設(shè)設(shè)PN結(jié)在結(jié)在25時，時，VVD=0.6V（硅管），（硅管）， 溫度特性溫度特性VVD /T 2mV/ 由由R5、R6組成組成VVD的分壓器，使的分壓器，使R6上的電壓變化率和熱電上的電壓變化率和

23、熱電 偶的溫度變化率近似相等。偶的溫度變化率近似相等。 K型熱電偶在型熱電偶在25時，時， ET /T=0.04mV/ 33 計算分壓電路，由計算分壓電路，由VVD/ T(R6/(R5+R6)= ET/T 選擇選擇R5=2K，解得，解得R6=40.82 熱電偶輸入回路校驗熱電偶輸入回路校驗 由上圖熱電偶輸入回路電壓平衡方程式：由上圖熱電偶輸入回路電壓平衡方程式： e1n=e2-e1=et+V4-e1 當冷端溫度為當冷端溫度為25，熱電偶工作端為，熱電偶工作端為0時，時， et=1.0mV, VVD=600mV，代入上式得到，代入上式得到-1+V4-R6/(R5+R6)VVD=0 算出算出 V4

24、=13.0mV，R4=V4/1mA=13.0 R4、RS采用精密多圈電位器，用于調(diào)節(jié)變送器的采用精密多圈電位器，用于調(diào)節(jié)變送器的0點和點和 量程，量程，R5和和R6用溫度系數(shù)很小的繞線精密電阻。用溫度系數(shù)很小的繞線精密電阻。VD用專門用專門 測溫二極管。測溫二極管。 34 2）熱電阻溫度變送器）熱電阻溫度變送器 原理電路如下圖所示。原理電路如下圖所示。熱電阻分度號熱電阻分度號Pt100，要求測量范圍，要求測量范圍25150。 35 查表可知查表可知 Pt100 R25=109.73，R150=157.31 由由1mA電流源激勵，輸入電流源激勵，輸入e1N的變化量為：的變化量為： 求求 e1N

25、： e1N =1mA(157.31-109.73)=47.58mV 計算量程電阻計算量程電阻RS ： RS =40 /(16 mA/ e1n-0.016S)=124.89 36 0點輸出的實現(xiàn)點輸出的實現(xiàn)(R4的計算的計算) 在溫度下限在溫度下限25時，時， Pt100的阻值為的阻值為109.73 ，變送器，變送器 輸出為輸出為4mA，此時，此時e1N 0，因此，因此V4=VRt(上的壓降上的壓降)，得到，得到 R4=109.73 計算計算R2，檢查共模電壓，檢查共模電壓 在在25時，時，e2=109.73mV，在，在150時，時，e2=157.3mV 由于由于e2和和V4比偏置電壓（比偏置電

26、壓（5V）小得多，所以它們可忽略，）小得多，所以它們可忽略， 于是偏置電阻于是偏置電阻R2=5V/2mA=2.5K ， 這樣，放大器的輸入端電壓為：這樣，放大器的輸入端電壓為：(e2)min=(5+0.10973)V e1=(5+0.10973)V 最大輸入最大輸入150時，時，VRt=157.31mV 保證保證e1和和e2在在46V正常工作范圍內(nèi)，使正常工作范圍內(nèi)，使XTR101工作工作 在線性區(qū)內(nèi)。在線性區(qū)內(nèi)。 37 3）壓力變送器）壓力變送器 典型的壓力變送器原理電路如圖所示。典型的壓力變送器原理電路如圖所示。 38 傳感器部分為低阻抗應(yīng)變電橋（傳感器部分為低阻抗應(yīng)變電橋（300）XTR

27、101輸出輸出 2mA電流源（電流源（10，11引腳輸出）向應(yīng)變橋和穩(wěn)壓管供電。引腳輸出）向應(yīng)變橋和穩(wěn)壓管供電。 圖中圖中R3為偏置電阻；為偏置電阻；R2為限流電阻；為限流電阻；R1用于調(diào)整穩(wěn)壓用于調(diào)整穩(wěn)壓 管工作電流，使其溫度系數(shù)最??；管工作電流，使其溫度系數(shù)最?。籖5 和和RP2組成組成4mA的的0位位 調(diào)節(jié)電路；調(diào)節(jié)電路；R4和和RP1組成增益（滿量程）調(diào)節(jié)電路。組成增益（滿量程）調(diào)節(jié)電路。 信號（壓力信號）從信號（壓力信號）從XTR101的的3，4引腳輸入，輸出信引腳輸入，輸出信 號（號（420mA）從負載電阻）從負載電阻RL獲得。獲得。 39 注意：注意： XTR101是通用變送器電

28、路芯片，它不具有非線性補償是通用變送器電路芯片，它不具有非線性補償 電路，為了應(yīng)用于熱電偶、熱電阻等具有非線性特性的傳電路，為了應(yīng)用于熱電偶、熱電阻等具有非線性特性的傳 感器，要適當?shù)膲嚎s量程范圍，即應(yīng)用于傳感器的線性段。感器，要適當?shù)膲嚎s量程范圍，即應(yīng)用于傳感器的線性段。 可選用專用連接口芯片，例如可選用專用連接口芯片，例如XTR103，它專用于，它專用于RTD 熱電阻二線制熱電阻二線制420mA變送器專用電路芯片。它用的變送器專用電路芯片。它用的PT100 測量范圍可在測量范圍可在200850的寬范圍，降低非線性的寬范圍，降低非線性40倍。倍。 40 2.9 智能變送器智能變送器 一、一、

29、 智能變送器的特點智能變送器的特點 （1） 雙向通信能力；雙向通信能力； （2） 自診斷能力；自診斷能力； （3） 模、數(shù)信號同時傳送；模、數(shù)信號同時傳送； （4） 測量精度高；測量精度高； （5） 量程比大量程比大 4001； （6） 可輸出直流信號；可輸出直流信號； （7） 正、反作用切換；正、反作用切換； （8） PID控制功能；控制功能； 調(diào)整遙控化調(diào)整遙控化 零點量程調(diào)整獨立化零點量程調(diào)整獨立化 儀表標簽內(nèi)置化儀表標簽內(nèi)置化 儀表信息數(shù)字化儀表信息數(shù)字化 41 二、二、 ST3000智能差壓變送器智能差壓變送器 ST3000/900 系列全智能差壓變送器是以微處理器為基礎(chǔ)系列全智能差

30、壓變送器是以微處理器為基礎(chǔ) 的智能變送器。最新推出的的智能變送器。最新推出的R300 版本，全面提升了變送器的版本，全面提升了變送器的 精度，可靠性及長期穩(wěn)定性指標。它能測量各種液體和氣體精度，可靠性及長期穩(wěn)定性指標。它能測量各種液體和氣體 的壓力，并輸出對應(yīng)的的壓力，并輸出對應(yīng)的 420mA 模擬信號和數(shù)字信號。它獨模擬信號和數(shù)字信號。它獨 特的溫度和靜壓誤差自動修正功能使其能滿足苛刻的使用環(huán)特的溫度和靜壓誤差自動修正功能使其能滿足苛刻的使用環(huán) 境。境。 它具有它具有DE通訊協(xié)議，可與霍尼韋爾的集散控制系統(tǒng)和智通訊協(xié)議，可與霍尼韋爾的集散控制系統(tǒng)和智 能現(xiàn)場通訊器（能現(xiàn)場通訊器（SFC）實現(xiàn)

31、雙向數(shù)字通訊，消除了模擬信號傳）實現(xiàn)雙向數(shù)字通訊，消除了模擬信號傳 輸誤差，方便了變送器的調(diào)試、校驗和故障診斷。輸誤差，方便了變送器的調(diào)試、校驗和故障診斷。 特點特點 1. 先進的傳感器技術(shù)：采用離子注入硅技術(shù)，在差壓傳感器先進的傳感器技術(shù)：采用離子注入硅技術(shù)，在差壓傳感器 上集成了靜壓和溫度傳感器，隨時修正過程溫度和靜壓引起上集成了靜壓和溫度傳感器，隨時修正過程溫度和靜壓引起 的誤差，提高了測量精度和穩(wěn)定性。的誤差，提高了測量精度和穩(wěn)定性。 2.高可靠性：高可靠性： 3.高穩(wěn)定性：高穩(wěn)定性：0.015/年。年。 42 4.高精度：高精度：0.075。 5.測量范圍寬：測量范圍寬： STG94

32、4 0-3.5MPa STG974 0-21MPa 6.規(guī)格齊全：接液部分有各種防腐材料備選，能滿足各種工規(guī)格齊全：接液部分有各種防腐材料備選，能滿足各種工 況條件下的使用。況條件下的使用。 7.具備各種本安和隔爆認證。具備各種本安和隔爆認證。 8.可選可選HART協(xié)議。協(xié)議。 9.可選現(xiàn)場總線（可選現(xiàn)場總線（FF）通訊協(xié)議。）通訊協(xié)議。 10.使用現(xiàn)場通訊器或使用現(xiàn)場通訊器或MCT多協(xié)議通訊器實現(xiàn)對多協(xié)議通訊器實現(xiàn)對ST3000變送變送 器的組態(tài)、校驗和故障診斷等。器的組態(tài)、校驗和故障診斷等。 11.可通過便攜電腦，用可通過便攜電腦，用SCT組態(tài)工具組態(tài)。組態(tài)工具組態(tài)。 12.可與霍尼韋爾集

33、散控制系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字一體化。可與霍尼韋爾集散控制系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字一體化。 13.體積小、重量輕：體積小、重量輕：4.1Kg。 43 組成與原理組成與原理 如下圖所示為如下圖所示為Honeywell公司公司ST3000900智能變送器的結(jié)構(gòu)，變智能變送器的結(jié)構(gòu)，變 送器的生產(chǎn)主要由機器人完成。該變送器由表頭和信號處理兩部分組成。送器的生產(chǎn)主要由機器人完成。該變送器由表頭和信號處理兩部分組成。 表頭的核心部分是在一片硅片上通過離子注入，經(jīng)激光精細加工而成的表頭的核心部分是在一片硅片上通過離子注入，經(jīng)激光精細加工而成的 復合式傳感器，其中含有差壓、溫度、靜壓三種固體傳感器。復合式傳感器，其中含有差壓、溫度

34、、靜壓三種固體傳感器。 44 當過程壓力或差壓通過隔離膜片，填充液傳到膜盒內(nèi)的當過程壓力或差壓通過隔離膜片，填充液傳到膜盒內(nèi)的 傳感器上時，傳感器的電阻值產(chǎn)生變化。阻值的變化量由芯傳感器上時，傳感器的電阻值產(chǎn)生變化。阻值的變化量由芯 片上的惠斯頓電橋檢出，并經(jīng)片上的惠斯頓電橋檢出，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，送信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，送信號 處理部分的微處理器。與此同時，芯片上另兩個輔助傳感器處理部分的微處理器。與此同時，芯片上另兩個輔助傳感器 分別檢測表體溫度和介質(zhì)靜壓，經(jīng)多路開關(guān)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并分別檢測表體溫度和介質(zhì)靜壓，經(jīng)多路開關(guān)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并 送微處理器。在信號處理部分，三路數(shù)字量經(jīng)微處理器運

35、算送微處理器。在信號處理部分，三路數(shù)字量經(jīng)微處理器運算 處理后轉(zhuǎn)換成處理后轉(zhuǎn)換成420mA的模擬信號或數(shù)字信號輸出。的模擬信號或數(shù)字信號輸出。 在變送器的制造過程中，生產(chǎn)線上的計算機對每臺變送在變送器的制造過程中，生產(chǎn)線上的計算機對每臺變送 器的工況，即表體工況與介質(zhì)靜壓進行模擬仿真，將采集的器的工況，即表體工況與介質(zhì)靜壓進行模擬仿真，將采集的 特征數(shù)據(jù)存放在特征數(shù)據(jù)存放在PROM中。因此，測量結(jié)果中消除了溫度、中。因此，測量結(jié)果中消除了溫度、 靜壓帶來的測量誤差。靜壓帶來的測量誤差。 45 基于基于 ST3000智能變送器的雙向數(shù)字通信技術(shù)，操作人智能變送器的雙向數(shù)字通信技術(shù)，操作人 員使用

36、智能現(xiàn)場手操通信器員使用智能現(xiàn)場手操通信器 SFC與其進行通信。手操通信與其進行通信。手操通信 器由電池供電。只要把器由電池供電。只要把SFC接到變送器信號線的回路上，接到變送器信號線的回路上， 就可對變送器發(fā)送或接受信息。這種具有遠程通訊的方法，就可對變送器發(fā)送或接受信息。這種具有遠程通訊的方法， 減少了維修成本，并可使操作人員不進入危險區(qū)域?qū)ΜF(xiàn)場減少了維修成本，并可使操作人員不進入危險區(qū)域?qū)ΜF(xiàn)場 變送器完成操作，另外變送器完成操作，另外ST3000也能選用流行的也能選用流行的HART手操手操 通信器對其進行操作。通信器對其進行操作。 46 三、三、3051C壓力變送器壓力變送器 47 該系

37、列最高精度為該系列最高精度為0075，且有，且有100：1的大范圍量的大范圍量 程比，從上圖可見，變送器由傳感組件和電子組件兩部分組程比，從上圖可見，變送器由傳感組件和電子組件兩部分組 成，電路采用專用集成電路（成，電路采用專用集成電路（ASIC）和表面安裝技術(shù)）和表面安裝技術(shù) （SMT），傳感器組件選用高精度的電容傳感器，過程壓力），傳感器組件選用高精度的電容傳感器，過程壓力 通過隔離膜片及灌充液傳送到電容中心膜片上，中心膜片與通過隔離膜片及灌充液傳送到電容中心膜片上，中心膜片與 兩邊固定電容極板形成一差動電容，與過程壓力差成正比。兩邊固定電容極板形成一差動電容，與過程壓力差成正比。 電容室

38、為激光封焊，并在機械、電子和熱力上獨立于過程介電容室為激光封焊，并在機械、電子和熱力上獨立于過程介 質(zhì)及外部環(huán)境。質(zhì)及外部環(huán)境。 傳感組件中增加了一溫度測量，用以補償熱效應(yīng)。在變傳感組件中增加了一溫度測量，用以補償熱效應(yīng)。在變 送器的生產(chǎn)過程中，所有傳感器要經(jīng)過壓力和溫度的循環(huán)測送器的生產(chǎn)過程中，所有傳感器要經(jīng)過壓力和溫度的循環(huán)測 試，由此產(chǎn)生正確的溫度校正系數(shù)，存入傳感組件的存儲器試，由此產(chǎn)生正確的溫度校正系數(shù)，存入傳感組件的存儲器 中。變送器工作時，傳感組件將差壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，此數(shù)字中。變送器工作時，傳感組件將差壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，此數(shù)字 量信息連同傳感器組件存儲器中的校正系數(shù)一并送入電子組量信息連同傳感器組件存儲器中的校正系數(shù)一并送入電子組 件模塊。電子組件有一塊混合件模塊。電子組件有一塊混合ASIC和和 SMT的信號板，上面的信號板，上面 的微處理器對組件的信息進行處理，最后由的微處理器對組件的信息進行處理，最后由 D/A輸出輸出