控制儀表及裝置第二章2

1、內(nèi)容安排內(nèi)容安排第一節(jié)第一節(jié) 變送器的構(gòu)成變送器的構(gòu)成第二節(jié)第二節(jié) 差壓變送器差壓變送器第三節(jié)第三節(jié) 溫度變送器溫度變送器第四節(jié)第四節(jié) 電電/ /氣轉(zhuǎn)換器氣轉(zhuǎn)換器第一節(jié)第一節(jié) 變送器的構(gòu)成變送器的構(gòu)成一、構(gòu)成原理一、構(gòu)成原理0()1KyCxzKF01()yCxzF1 K F變送器的構(gòu)成原理和輸入輸出特性yxymaxxmaxxminymin0測量部分測量部分C放大器放大器K反饋部分反饋部分F調(diào)零、零點遷移調(diào)零、零點遷移Zi Zf Z0 yx信號處理部分信號處理部分變送器是基于負反饋原理工作的二、量程調(diào)整、零點調(diào)整和零點遷移二、量程調(diào)整、零點調(diào)整和零點遷移量程調(diào)整量程調(diào)整相當于改變變送器相當于改變

2、變送器的輸入輸出特性的斜率，也的輸入輸出特性的斜率，也就是改變變送器輸出信號就是改變變送器輸出信號y y與輸入信號與輸入信號x x之間的比例系之間的比例系數(shù)。數(shù)。 量程調(diào)整量程調(diào)整（即滿度調(diào)整）的目的是（即滿度調(diào)整）的目的是使變送器的輸使變送器的輸出信號上限值出信號上限值y ymaxmax與測量范圍的上限值與測量范圍的上限值x xmaxmax相對應。相對應。方法方法：改變反饋部分反饋系數(shù)改變反饋部分反饋系數(shù) 改變測量部分轉(zhuǎn)換系數(shù)改變測量部分轉(zhuǎn)換系數(shù)零點調(diào)整零點調(diào)整使變送器測量起始點為零；使變送器測量起始點為零；零點遷移零點遷移是把測量起是把測量起始點由零遷移到某一數(shù)值始點由零遷移到某一數(shù)值。當

3、測量起始點由零變?yōu)槟骋徽敎y量起始點由零變?yōu)槟骋徽?，稱正遷移；而由零變?yōu)槟骋回撝?，稱為負遷移。值，稱正遷移；而由零變?yōu)槟骋回撝?，稱為負遷移。 零點調(diào)整和零點遷移零點調(diào)整和零點遷移都是都是使變送器的輸出信號下限使變送器的輸出信號下限值值y ymimin n與測量范圍的下限值與測量范圍的下限值x xmimin n相對應，在相對應，在x xmimin n= = 0 0時，時，稱為零點調(diào)整，在稱為零點調(diào)整，在x xminmin 0 0時，稱為零點遷移時，稱為零點遷移。 實現(xiàn)方法：實現(xiàn)方法：零點遷移的方法：FZxFCyyFZxCZZZZfifi00 輸入轉(zhuǎn)換調(diào)零、零點遷移放大器 FXYCKZiZ0Zf

4、注意：零點遷移（Z0)，量程不變； 量程調(diào)節(jié)（F），則零點變； 量程調(diào)節(jié)（C），則零點不變。/053. 03001670010004203%1300%170010002/0123. 01300160130042013%10130045 . 045 . 25 . 10 . 15 . 04 . 035. 02 . 01 . 005. 002. 0005. 0%1001maxmaxmASmASxIxS）（被測參數(shù)的變化量儀表輸出的變化量靈敏度定義：級精度一般工業(yè)用表為等、度等級有：我國過程檢測儀表的精儀表量程最大絕對誤差）定義：儀表精度解：（三、線性化三、線性化原因：傳感器組件的輸出信號與被測參數(shù)之

5、間往往存在著非線性關系模擬式變送器非線性補償方法: 1、使反饋部分與傳感器組件具有相同的非線性特性 2、使測量部分與傳感器組件具有相反的非線性特性 不不變變。小小小小大大，大大器器為為線線性性。環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)特特性性相相同同，則則變變送送使使反反饋饋環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)特特性性與與輸輸入入FCKFCFCKxxFCy 1、反饋補償、反饋補償同反饋補償則變送器為線性。元件特性相同，使測量部分特性與檢測2、測量補償、測量補償?shù)诙?jié)第二節(jié) 差壓變送器差壓變送器作用：作用：用來將用來將壓力、壓力、差壓、流量、液位等被測參數(shù)差壓、流量、液位等被測參數(shù) 轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標準的信號，以實現(xiàn)對這些參數(shù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標準的信號，以實現(xiàn)對這些

6、參數(shù) 的顯示、記錄或自動控制的顯示、記錄或自動控制。應用：應用：壓力變送器壓力變送器顯示、記錄或控制顯示、記錄或控制配電器配電器測壓力：測壓力：差壓變送器差壓變送器配電器配電器顯示、記錄控制顯示、記錄控制開方器開方器測流量：測流量：H 通大氣通大氣測液位：測液位：一、力平衡式差壓變送器一、力平衡式差壓變送器測量部分測量部分杠杠系統(tǒng)杠杠系統(tǒng)位移檢測位移檢測放大器放大器電磁反饋電磁反饋機構(gòu)系統(tǒng)機構(gòu)系統(tǒng)piFiFfI0變送器構(gòu)成方框圖變送器構(gòu)成方框圖力平衡式差壓變送器力平衡式差壓變送器 電容式差壓變送器電容式差壓變送器 擴散硅式差壓變送器擴散硅式差壓變送器膜盒式差壓變送器膜盒式差壓變送器1、低壓室、

7、低壓室2、高壓室、高壓室3、測量膜盒、測量膜盒4、軸封膜片、軸封膜片5、主杠桿、主杠桿6、過載保護彈簧、過載保護彈簧7、靜壓調(diào)整螺釘、靜壓調(diào)整螺釘8、矢量機構(gòu)、矢量機構(gòu)9、零點遷移彈簧、零點遷移彈簧10、平衡錘、平衡錘11、量程調(diào)整螺釘、量程調(diào)整螺釘12、檢測片、檢測片13、差動變、差動變壓器壓器14、副杠桿、副杠桿15、放大器、放大器16、反饋動圈、反饋動圈17、永久磁鋼、永久磁鋼18、電源、電源19、負載、負載20、調(diào)零彈簧、調(diào)零彈簧變送器信號傳輸方框圖如下: tan3L21LLA1K2KfKfL0LiP iF1FiMfMfF0IS0M0F構(gòu)構(gòu)常常數(shù)數(shù)；電電磁磁反反饋饋機機構(gòu)構(gòu)的的電電磁磁

8、結(jié)結(jié)電電流流轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換系系數(shù)數(shù)；移移低低頻頻位位移移檢檢測測放放大大器器位位位位移移轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換系系數(shù)數(shù)；副副杠杠桿桿力力矩矩矢矢量量角角；的的力力臂臂；到到副副杠杠桿桿支支點點，的的力力臂臂；到到主主杠杠桿桿支支點點膜膜片片有有效效作作用用面面積積； fffiKKKMFFFLLLHFFLLA210203121, 作用：作用：把被測差壓把被測差壓P轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成作用于主杠桿下端的換成作用于主杠桿下端的輸入力輸入力Fi 1.測量部分測量部分1、負壓室、負壓室2、基座、基座3、正壓室、正壓室4、C型彈簧型彈簧5、主杠桿、主杠桿6、硬鋅、硬鋅10、軸封膜片、軸封膜片8、硅油、硅油7、金屬膜片、金屬膜片9、密封圈

9、、密封圈作用：作用：進行進行力的傳遞和力的傳遞和力矩比較力矩比較。 2.2.杠桿系統(tǒng)杠桿系統(tǒng) fiffMMMKLKK 021)時時，有有：當當變變送送器器處處于于穩(wěn)穩(wěn)定定狀狀態(tài)態(tài)，的的乘乘積積足足夠夠大大的的情情況況下下和和反反饋饋系系數(shù)數(shù)（數(shù)數(shù)（在在差差壓壓變變送送器器的的放放大大系系 00002312131332tantantanIKLFLMLFMPALLLLFLLFLLFMfffffiii ，各項力矩為：，各項力矩為：由杠桿系統(tǒng)受力圖可知由杠桿系統(tǒng)受力圖可知00002310tanFKLLPKFKLLPKLLALLIffiPffiff 代入上式得：代入上式得：F2L3L2L1HMfFfL0

10、F0LiF杠桿系統(tǒng)受力圖l零點及量程調(diào)整零點及量程調(diào)整（1）調(diào)零及零點遷移F2L3L2L1HMfFfL0F0LiF0F 0L 的的。大大小小，來來達達到到調(diào)調(diào)零零的的目目的的簧簧改改變變調(diào)調(diào)零零：通通過過調(diào)調(diào)整整調(diào)調(diào)零零彈彈0F.4040000000mAIPmAIFIPKFKLLPKIiiPffiP 時，變送器輸出時，變送器輸出即當即當?shù)拇笮?，使的大小，使通過調(diào)整通過調(diào)整因：因：零點遷移：通過調(diào)節(jié)遷移彈簧來實現(xiàn)零點遷移：通過調(diào)節(jié)遷移彈簧來實現(xiàn)。F2L3L2L1HMfFfL0F0LiF0F 0L tantan,2001320013000LFLPALLLFLFLLMLHFFiii 則則有有：的的距

11、距離離為為到到主主杠杠桿桿支支點點施施加加的的遷遷移移力力為為設設：遷遷移移彈彈簧簧對對主主杠杠桿桿 0001000200130tanFKLLFALLPKFKLLKLLFLPALLIffiPffffi ?？蓪崿F(xiàn)正向或負向遷移可實現(xiàn)正向或負向遷移的方向可以改變，所以的方向可以改變，所以因因時，變送器輸出時，變送器輸出的大小，使的大小，使通過調(diào)整通過調(diào)整000.40FmAIPFi 3.3.電磁反饋裝置電磁反饋裝置 作用：作用：把變送把變送器的輸出電流器的輸出電流I0轉(zhuǎn)換成作用轉(zhuǎn)換成作用于副杠桿的電于副杠桿的電磁反饋力磁反饋力Ff 1、反饋動圈、反饋動圈2、導磁體、導磁體3、永久磁鋼、永久磁鋼4、副

12、杠桿、副杠桿可調(diào)整變送器量程。同樣，來改變電磁結(jié)構(gòu)常數(shù)通過調(diào)整動圈匝數(shù),fKW1W2W11R12456V2421121,1450725WRRWW 匝匝匝匝，已已知知：量程大；量程大；小小大大匝，匝，短接，短接，高量程時，高量程時，量程??；量程小；大大小小匝，匝，短接，短接，低量程時，低量程時， PfPfKKWWWKKWW21751272542211Ff =BDWI0 設設 Kf =BDW 則則 Ff = Kf*I0 改變反饋動圈的匝數(shù)，可以改變改變反饋動圈的匝數(shù)，可以改變 Kf的大小的大小B：氣隙感應強度：氣隙感應強度D：動圈平均直徑：動圈平均直徑W：動圈匝數(shù)：動圈匝數(shù) 4.4.低頻位移檢測低

13、頻位移檢測放大器放大器 作用：作用：把副杠桿上位移檢測片（銜鐵）的微小位把副杠桿上位移檢測片（銜鐵）的微小位 移移S轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成420mA的直流輸出電流。的直流輸出電流。組成：組成：由由差動變壓器差動變壓器、低頻振蕩器、整流濾波電、低頻振蕩器、整流濾波電 路、功率放大器組成。路、功率放大器組成。 差動變壓器差動變壓器BD上罐形磁芯上罐形磁芯下罐形磁芯下罐形磁芯AC檢測片檢測片差動變壓器的結(jié)構(gòu)差動變壓器的結(jié)構(gòu)S差動變壓器原理圖差動變壓器原理圖ABCDABUCDU2e 2e 變化。變化。大小而大小而隨隨是固定值，而是固定值，而時，時，一定一定之差，當之差，當和和值為值為；為副邊繞組的感應電壓為副邊

14、繞組的感應電壓為原邊繞組的電壓；為原邊繞組的電壓；圖中圖中SeeUeeUUUABCDCDAB2222 DACS1、當S=2上下磁阻相等 Ucd=02、當S2上半部磁阻增大， Ucd與Uab反相低頻放大器低頻放大器由振蕩器、整流濾波及功率放大器由振蕩器、整流濾波及功率放大器ABCD2e 2e 4C1VT2C2R6REKHzfFCmLLCLfABAB4047. 0,39210440 已知：已知：固有頻率為：固有頻率為：VD1,VD2,R6-構(gòu)成分壓式偏置電路；R2電流負反饋電阻， 穩(wěn)定VT1的直流工作點。低頻放大器低頻放大器由振蕩器、整流濾波及功率放大器由振蕩器、整流濾波及功率放大器ABCD2e

15、2e 4C1VT2C2R6RE振蕩條件分析：相位條件：只要UCD與UAB的相位相同，則反饋信號與放大器的輸入信號同相，電路就形成正反饋。故能振蕩；滿足振蕩的相位條件，同相，形成正反饋，與因時在反相，也不能振蕩；與因時在故不能振蕩；時，在檢測片的位移ABCDABCDCDUUSUUSUS,2,2, 02振幅條件：KF=1只要選擇合適的電路參數(shù)，容易滿足。 整流濾波整流濾波AB4C4VD5C4R1VT功率放大器功率放大器4R3R5R2VT3VT2CI3CI可提高電路穩(wěn)定性可提高電路穩(wěn)定性為穿透電流提供通路，為穿透電流提供通路，穩(wěn)定工作點穩(wěn)定工作點復合放大復合放大 533, 2RRVTVT（一）概述（

16、一）概述二、二、電容式差壓變送器電容式差壓變送器檢測元件檢測元件差動電容差動電容構(gòu)成原理位移平衡式構(gòu)成原理位移平衡式變送器變送器構(gòu)成方框圖構(gòu)成方框圖感壓感壓膜片膜片差動差動電容電容電容電容-電流電流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 放大和輸放大和輸出限制電路出限制電路反饋反饋電路電路調(diào)零、遷移信號調(diào)零、遷移信號反饋信號iPS2121iiiiCCCC21II0I（二）測量部件（二）測量部件 作用：作用：iP2121iiiiCCCCi1i20CC時，iPi1i10CC時，電容量減小，電容量增大iP測量部件結(jié)構(gòu)測量部件結(jié)構(gòu)21002210001/()1/()1/()1/()iiiiCCASSSSSKSCCASSSS

17、S 1iSKP2121221iiiiiCCKSK KPCC11110iAACSSS 22220iAACSSS結(jié)論：結(jié)論：1212iiiiCCCC(1) 相對變化值相對變化值 與被測差壓與被測差壓 成線性關系。成線性關系。 iP(2) 與介電常數(shù)與介電常數(shù) 無關無關 ,可大大減小溫度對變送器的影響?？纱蟠鬁p小溫度對變送器的影響。 (3) 與與 有關。有關。 愈小，靈敏度越高。愈小，靈敏度越高。0S0S（三）轉(zhuǎn)換放大電路（三）轉(zhuǎn)換放大電路作用：作用： 將差動電容的相對變化值，轉(zhuǎn)換成標準的電將差動電容的相對變化值，轉(zhuǎn)換成標準的電流輸出信號。流輸出信號。 此外，還要實現(xiàn)零點調(diào)整、正負遷移、量程此外，還

18、要實現(xiàn)零點調(diào)整、正負遷移、量程調(diào)整、阻尼調(diào)整等功能。調(diào)整、阻尼調(diào)整等功能。電路包括電容電流轉(zhuǎn)換電路電容電流轉(zhuǎn)換電路及放大電路放大電路兩部分轉(zhuǎn)換放大部分電路原理方框圖轉(zhuǎn)換放大部分電路原理方框圖E1245V振蕩器振蕩器解調(diào)器解調(diào)器穩(wěn)壓穩(wěn)壓源源調(diào)零及調(diào)零及 零點遷移零點遷移功放和功放和 輸出限制輸出限制量程調(diào)整量程調(diào)整（負反饋）（負反饋）基準基準 電壓電壓IC1IC3Ci1Ci2RLI 0420mA共模信號共模信號差動信號差動信號振蕩控制振蕩控制放大器放大器前置前置放大器放大器1.1.電容電流轉(zhuǎn)換電路電容電流轉(zhuǎn)換電路 振蕩器振蕩器 包括包括VT1、T1等，向等，向Ci1和和Ci2提供高頻電源提供高頻

19、電源作用：作用：將差動電容的相對變化值成比例地轉(zhuǎn)換為將差動電容的相對變化值成比例地轉(zhuǎn)換為 差動電流信號差動電流信號 (電流變化值電流變化值)。 是一種變壓器反是一種變壓器反饋型振蕩電路，其振饋型振蕩電路，其振蕩頻率由檢測電容和蕩頻率由檢測電容和變壓器次級繞組的電變壓器次級繞組的電感決定。感決定。 振蕩器的輸出幅振蕩器的輸出幅值值由由控制放大器控制放大器 ICIC1 1 的輸出電壓決定。的輸出電壓決定。 解調(diào)和振蕩控制電路解調(diào)和振蕩控制電路振振蕩蕩器器01U1IC8C9R7R8R6R1iU2iURU2I1I2I1IiR11C17C1VD5VD2VD6VD4VD8VD3VD7VD1I2I1iC2i

20、C121112103電流電流i1的路線的路線:T1（11）C11 C17Ci1C1VD4、VD8T1（2） 振蕩器輸出為正半周時:電流電流i2的路線為的路線為 : T1（2）VD6、VD6C2Ci2C17C11T1（11） 電流電流i1的路線為的路線為: T1（3）R4VD7、VD3C1Ci1C17R6R8T1 (10) 振蕩器輸出為負半周時:電流電流i2的路線為的路線為: T1（12）R7R9C17Ci2C2VD1VD5R3T1（1）i2,i1以相反的方向流過C11，兩者平均值之差I2-I1即為解調(diào)器輸出的差動信號Id ， i1、i2流過R6R8和R9R7產(chǎn)生的電壓兩者平均值之和I2I1即為

21、解調(diào)器輸出的共模信號Ic 。 高高頻頻電電壓壓的的頻頻率率高高頻頻電電壓壓的的周周期期同同理理得得根根據(jù)據(jù)：峰峰值值峰峰振振蕩蕩器器輸輸出出高高頻頻電電壓壓的的兩兩端端電電壓壓的的變變化化，等等于于、可可以以認認為為， fTfUCTUCIfUCTUCITIUCItCVqUCCPPiPPiPPiPPiPPiPPii,:.2221111121fUCIfUCTUCIPPiPPiPPi22111fUCCIIIPPiid)(1212fUCCIIIPPiic)(1221121212121212)(iiiiciiiiiCCCCICCCCIIIIIPKPKIImcifUCIfUCTUCIPPiPPiPPi22

22、111 解調(diào)和振蕩控制電路解調(diào)和振蕩控制電路 只要設法使只要設法使I I1 1+I+I2 2保持不變，即可實現(xiàn)電流信號保持不變，即可實現(xiàn)電流信號I Ii i與電容與電容相對變化值成線性關系。相對變化值成線性關系。Ii = I2 - I1 = ( I2+ + I1) Ci2- -Ci1Ci2+ +Ci1= K3Ci2- -Ci1Ci2+ +Ci1 解調(diào)器解調(diào)器 由由VD1VD1VD8VD8構(gòu)成構(gòu)成 振蕩控制放大器振蕩控制放大器 主要包括放大器主要包括放大器 ICIC1 1，其作用是保持，其作用是保持I I1 1+I+I2 2不變不變振振蕩蕩器器01U1IC8C9R7R8R6R1iU2iURU2I

23、1I2I1IiR11C17C1VD5VD2VD6VD4VD8VD3VD7VD1I2I1iC2iC121112103IC1的作用，就是使流過的作用，就是使流過VD3,VD7和和VD1,VD5的電流之和的電流之和I1+I2等于常數(shù)。等于常數(shù)。 21868628698187969797286861972861299788619786212891,/IIRRRRUURRRRURRRRRRRRIRRRRIRRIRRIURRRURRRUURRRRIIURRUUiRiiRRiiRi 則：則：設設上的壓降；則：上的壓降；則：和和在在為為上的壓降；上的壓降；和和在在為基準電壓為基準電壓設設電電壓壓近近似似相相等

24、等，即即：使使放放大大器器輸輸入入端端的的兩兩個個，分分電電路路構(gòu)構(gòu)成成深深度度負負反反饋饋、振振蕩蕩器器、及及解解調(diào)調(diào)器器部部為為理理想想運運放放時時，由由當當11ICIC21iiUU 為為常常數(shù)數(shù)38698212186868698KURRRRIIIIRRRRURRRRRR iiiiiiPKKKCCCCKIII 2131212312振振蕩蕩器器01U1IC8C9R7R8R6R1iU2iURU2I1I2I1IiR11C17C1VD5VD2VD6VD4VD8VD3VD7VD1I2I1iC2iC1211121032.2.放大及輸出限制電路放大及輸出限制電路作用：作用：將電流信號將電流信號 Ii 放

25、大，并輸出放大，并輸出4 20mA的直的直 流電流。流電流。19R31Rc1VZ2PR21PR22PR36R11CiI20RS21R34R37RBA10R13R14R11R4PR22C39R38R16R2VT17R3VT18R11VD12VD33R3PR31PRdV4524LR4VT3ICFUTU0IfI 放大電路放大電路( (包括包括ICIC3 3、VTVT3 3、 VTVT4 4等等) ) ICIC3 3起前置放大作用，起前置放大作用， VTVT3 3、 VTVT4 4組成復合管，將組成復合管，將ICIC3 3的輸出電壓變換為變送器的輸出電流。的輸出電壓變換為變送器的輸出電流。 電阻電阻R

26、 R3131、 R R3333、 R R3434和電位器和電位器R Rp p3 3組成反饋網(wǎng)絡，輸出電流組成反饋網(wǎng)絡，輸出電流I Io o經(jīng)這一網(wǎng)絡分流，得到反饋電流經(jīng)這一網(wǎng)絡分流，得到反饋電流I If f，送至放大器的輸入端，送至放大器的輸入端，這深度負反饋保證了這深度負反饋保證了I Ii i 和和 I Io o的線性關系。的線性關系。 電位器電位器R Rp p2 2用以調(diào)整輸出零位。用以調(diào)整輸出零位。S S為正負遷移調(diào)整開關，為正負遷移調(diào)整開關，可實現(xiàn)變送器的正向或負向遷移。電位器可實現(xiàn)變送器的正向或負向遷移。電位器R Rp p3 3用以調(diào)整變送器用以調(diào)整變送器的量程。的量程。對電路的分析

27、，可推得如下的輸入、輸出關系式：對電路的分析，可推得如下的輸入、輸出關系式：11413101413aVZAFURRRRRUU ）（輸入輸出關系：輸入輸出關系：iiVZiiiiBTIRUURCUBIUUb 111,13)(則則：兩兩端端的的等等效效電電阻阻為為設設并并聯(lián)聯(lián)在在電電容容點點產(chǎn)產(chǎn)生生的的電電壓壓在在）解解調(diào)調(diào)器器的的輸輸出出電電流流（個個電電壓壓信信號號疊疊加加而而成成由由 100362222036222110000/)2(VZPPPPVZURRRRRRRRRUUBURUB 點點處處的的等等效效電電阻阻，則則：時時為為計計算算設設點點產(chǎn)產(chǎn)生生的的調(diào)調(diào)零零電電壓壓調(diào)調(diào)零零電電路路在在1

28、VZ2PR21PR22PR36RB0R 點點處處的的等等效效電電阻阻流流經(jīng)經(jīng)時時為為計計算算設設點點產(chǎn)產(chǎn)生生的的電電壓壓在在調(diào)調(diào)量量程程電電路路的的反反饋饋電電流流BIURUBIfffff)3(c33R3PR31PRdfI1VZ31R0I34RBfRfU調(diào)量程電路33RfI1VZ0I34RBfRfU調(diào)量程電路cdR3133131 YRRRRRPPcd 變變換換方方法法得得：按按fVZffffVZfVZcdfcdfRRURIRURRUIRRUIRRIRRRR 341034103410333334)( 故：故：fiABAFTUUUUUUUUIC 0),(3則則有有：為為理理想想運運放放時時，有有：

29、當當 134141310141303410111141310141311VZffiifiiffVZffVZiiVZVZURRRRRRRRRRRIRRIRRURIRUIRUURRRRR 即：即： 15421341541212341544054,1,VZiVZiiiiVZiiifUKKPKKKKUKKCCCCKKUKKIKIRKRRK 則則：令令;42212mARP使使變變送送器器輸輸出出電電流流為為項項調(diào)調(diào)第第調(diào)調(diào)在在測測量量下下限限時時，通通過過調(diào)調(diào)項項為為調(diào)調(diào)零零信信號號。）等等式式右右邊邊第第討討論論：（ 調(diào)整；調(diào)整；即可實現(xiàn)變送器的量程即可實現(xiàn)變送器的量程調(diào)調(diào)調(diào)調(diào)通過調(diào)整通過調(diào)整為電路放

30、大倍數(shù)。為電路放大倍數(shù)。）（4342KRRKcdP 所所以以，應應反反復復調(diào)調(diào)整整。量量程程；不不僅僅改改變變零零點點，也也改改變變零零點點；調(diào)調(diào)不不僅僅改改變變量量程程，也也改改變變）調(diào)調(diào)（ 3 輸出限制電路輸出限制電路( (包括包括VT2、 R18等等) 當輸出電流超過允許值時，當輸出電流超過允許值時，R R1818上壓降變大，使上壓降變大，使VTVT2 2的集電極電位降低，從而使該管處于飽和狀態(tài)，流過的集電極電位降低，從而使該管處于飽和狀態(tài)，流過VTVT2 2( (也即也即VTVT4 4) )的電流受到限制的電流受到限制( (I Io o不超過不超過30mA30mA) )。其它元件的作用

31、其它元件的作用 R R3838、R R3939、C C2222和和R RP4P4構(gòu)成阻尼電路，抑制變送器的輸構(gòu)成阻尼電路，抑制變送器的輸出波動，出波動，R RP4P4用來調(diào)整阻尼時間。用來調(diào)整阻尼時間。VZVZ2 2起穩(wěn)壓作用，還可防止電源反接時損壞器件。起穩(wěn)壓作用，還可防止電源反接時損壞器件。 VDVD1212在指示儀表未接同時，為輸出電流提供通路在指示儀表未接同時，為輸出電流提供通路, , 同時起反向保護作用。同時起反向保護作用。三、擴散硅電子式三、擴散硅電子式差壓差壓（壓力）（壓力）變送器變送器 擴散硅電子式差壓（壓力）變送器采用硅杯壓阻傳擴散硅電子式差壓（壓力）變送器采用硅杯壓阻傳感器

32、作為感壓元件，它具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、感器作為感壓元件，它具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好和測量精度比較高等特點。穩(wěn)定性好和測量精度比較高等特點。 這種變送器的感壓元件由兩片研磨后膠合成杯狀的這種變送器的感壓元件由兩片研磨后膠合成杯狀的硅片組成，如圖所示的硅杯。硅片組成，如圖所示的硅杯。 當當p1p2p1p2時，硅杯杯底受側(cè)時，硅杯杯底受側(cè)向壓力差作用而向一側(cè)彎曲，這向壓力差作用而向一側(cè)彎曲，這就使在杯底表面擴散的電阻阻值就使在杯底表面擴散的電阻阻值發(fā)生變化，這些電阻阻值變化再發(fā)生變化，這些電阻阻值變化再通過電橋等電路的進一步處理，通過電橋等電路的進一步處理，最終將待測壓力或差壓

33、轉(zhuǎn)換為標最終將待測壓力或差壓轉(zhuǎn)換為標準信號（準信號（4 420mA DC20mA DC）輸出。）輸出。11外殼；外殼；22低壓腔；低壓腔；33電阻（擴散硅）；電阻（擴散硅）；44高壓腔；高壓腔； 55硅杯；硅杯；66引線引線PKRUUSZS41SWURRRU)21 (1580119010RUI放大線路部分fR1SR2SR3SR4SRmA5 . 0mA1ICVT0ImA204LRV24mAIe193 ABbUmAImAIIIUURRURRmAImAIRRRReebBSSASSeSSSS204193,)2(;43)1(00234104321 當當硅硅杯杯受受壓壓時時當當硅硅杯杯未未受受壓壓時時，工

34、工作作原原理理：第三節(jié)第三節(jié) 溫度變送器溫度變送器作用作用: :將來自熱電將來自熱電偶偶或熱電阻的溫度信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng)或熱電阻的溫度信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng) 一標準的信號一標準的信號(4(4 2020mADCmADC或或1 1 5 5VDCVDC) )，以實以實 現(xiàn)對溫度的顯示、記錄或自動控制現(xiàn)對溫度的顯示、記錄或自動控制。分類：分類：變送器變送器有有兩線制兩線制和和四線制四線制之分之分，主要討論主要討論四線制四線制 變送器變送器。有有三個品種：三個品種：直流毫伏變送器、熱電偶直流毫伏變送器、熱電偶 溫度變送器、熱電阻溫度變送器溫度變送器、熱電阻溫度變送器。溫度變送器溫度變送器顯示、記錄或控制顯示、記錄或控制

35、電源電源熱電阻熱電阻熱電偶熱電偶毫伏信號毫伏信號420mADC或15VDC電阻或mV24VDC 四線制溫度變送器的特點：四線制溫度變送器的特點： 1、在熱電偶和熱電阻溫度變送器中，采用了線性化、在熱電偶和熱電阻溫度變送器中，采用了線性化 電路，實現(xiàn)了變送器輸出信號與溫度的線性關系。電路，實現(xiàn)了變送器輸出信號與溫度的線性關系。 2、變送器輸入、輸出之間具有隔離變壓器，并且采、變送器輸入、輸出之間具有隔離變壓器，并且采 取了本安防爆措施。取了本安防爆措施。一、四線制溫度變送器一、四線制溫度變送器（一）概述（一）概述電動溫度變送器電動溫度變送器溫度變送器結(jié)構(gòu)方框圖溫度變送器結(jié)構(gòu)方框圖 在線路結(jié)構(gòu)上分

36、為量程單元和放大單元在線路結(jié)構(gòu)上分為量程單元和放大單元，放大放大單元是通用的，而量程單元則隨品種、測量范圍的單元是通用的，而量程單元則隨品種、測量范圍的不同而異不同而異。輸入回路輸入回路電壓放大電壓放大反饋回路反饋回路直流直流-交流交流變換器變換器功率放大功率放大整流濾波整流濾波隔離輸出隔離輸出UZUfUi、Et-+UoIo量程單元量程單元放大單元放大單元（二）（二）放大單元放大單元由由ICIC1 1構(gòu)成，構(gòu)成，要求采用要求采用低漂移、高增益低漂移、高增益的運算放大器。的運算放大器。 （參見P7375圖）1.1.電壓放大電路電壓放大電路作用作用：是將量程單元輸出的毫伏信號放大，輸出是將量程單元

37、輸出的毫伏信號放大，輸出 直流電流直流電流Io 和直流電壓和直流電壓Uo信號。0.3/osVVct 當溫度變送器的最小量程當溫度變送器的最小量程 U Ui i 為為3 3mVmV，溫升溫升 t t為為3030o oC C，要求附加誤差小于等于要求附加誤差小于等于0.30.3% %時，時，通過計算可得失通過計算可得失調(diào)電壓的溫漂系數(shù)：調(diào)電壓的溫漂系數(shù)： 2. 2. 功率放大電路功率放大電路 由由VTVT1 1、VTVT2 2、T T0 0等組成。等組成。其作用是把其作用是把 ICIC1 1 輸出的電壓輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號轉(zhuǎn)換成電流信號，再通過隔離變壓器實現(xiàn)隔離輸出。信號，再通過隔離變壓器

38、實現(xiàn)隔離輸出。 VTVT1 1、VTVT2 2起起功放作用，由交功放作用，由交流方波電壓供電。流方波電壓供電。 在方波的前在方波的前后半周期后半周期，二極二極管輪流導通管輪流導通，電電流通過流通過T T0 0的兩個的兩個繞組而產(chǎn)生交變繞組而產(chǎn)生交變磁通，磁通，在在T T0 0副邊副邊產(chǎn)生交變電流產(chǎn)生交變電流i iL L 。3.3.隔離輸出電路隔離輸出電路 由整流二極管由整流二極管VDVD1313VDVD1616、保護二極管保護二極管VDVD1717VDVD1818等等組成。組成。其其作用作用是將是將功放功放輸出的交流信號轉(zhuǎn)換成直流輸出的交流信號轉(zhuǎn)換成直流信號信號, , 并實現(xiàn)隔離輸出。并實現(xiàn)隔

39、離輸出。7 7、8 8端接輸出負載，為電流輸出（端接輸出負載，為電流輸出（4-20mA4-20mA）5 5、6 6端為電壓輸出（端為電壓輸出（1-5V1-5V）7 74. 4. 直流直流- -交流交流- -直流直流( (DC/AC/DC)DC/AC/DC)變換器變換器組成：組成：由整流二極管由整流二極管VDVD38、變壓器變壓器T T 1等等組成組成。（P7375）方法：方法：先把先把2424V V直流電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率的的交流方波電直流電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率的的交流方波電 壓，再經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓，提供直流電壓。壓，再經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓，提供直流電壓。電路核心：電路核心：直流直流- -交流交

40、流( (DC/AC)DC/AC)變換器（實質(zhì)上是一個磁耦變換器（實質(zhì)上是一個磁耦 合多諧振蕩器）合多諧振蕩器）。振蕩頻率：振蕩頻率：可求得感應電勢：可求得感應電勢： ES =4WcBmST因此振蕩頻率為：因此振蕩頻率為： f =4WcBmST( (T T為周期為周期, , S S為磁為磁芯截面積，芯截面積，B Bm m為磁為磁感應強度感應強度) )作用作用：是對是對儀表進行隔離式供電。儀表進行隔離式供電。（三）直流毫伏變送器量程單元（三）直流毫伏變送器量程單元R109R110R140上K下 量程單元由輸入回路量程單元由輸入回路( (左半部分左半部分) )和反饋回路和反饋回路( (右半右半部分部

41、分) )組成，組成，將其與將其與ICIC1 1 聯(lián)系起來畫成下圖聯(lián)系起來畫成下圖。R R101、R R102及及VZVZ101、VZVZ102分別起限流分別起限流和限壓作用。和限壓作用。R R103103、R R104 104 、R R105105及及R RP1P1組成零點調(diào)整組成零點調(diào)整和零點遷移電路和零點遷移電路基基準電壓基基準電壓U UZ Z準電壓準電壓U UZ Z輸入回路輸入回路: :按疊加原理，按疊加原理，ICIC1 1同相輸入端的電壓同相輸入端的電壓U UT T為為UT = Ui + Uz = Ui +Rcd + R103R103 + RP1/R104 + R105Uz( 式中式中

42、 Rcd =RP11 R104RP1+ R104 Ui +R105Rcd + R103Uz= Ui + Uz)從從反饋回路反饋回路可得可得ICIC1 1反相輸入端的電壓反相輸入端的電壓U UF F為為UF =R106 + R111 + RP21R111 + R114UzR115R115 + R116U05+R106R107=1U0 + Uz因 UT UF故 U0 = Ui + ( - ) Uz 結(jié)論結(jié)論：(1)改變改變 值值, 即更換即更換R103和調(diào)整和調(diào)整RP1,可實現(xiàn)零遷和調(diào)零?？蓪崿F(xiàn)零遷和調(diào)零。 (2)改變改變 值值, 即更換即更換R114和調(diào)整和調(diào)整RP2, 可實現(xiàn)量程調(diào)整可實現(xiàn)量程

43、調(diào)整。 (3)零位和滿度必須反復調(diào)整零位和滿度必須反復調(diào)整。 （四）熱電偶溫度變送器量程單元（四）熱電偶溫度變送器量程單元R R105、R R103及及R R100為錳銅電阻或者精密金屬膜電阻RCu1、RCu2為銅線繞電阻，其阻值在0時為50B1B1接接B3B3時，時，B1B1接接B2B2時時線性化調(diào)線性化調(diào)整電路整電路1. 1. 冷端溫度補償冷端溫度補償 采用采用兩個銅電阻兩個銅電阻，固定為固定為50 。當熱電偶型號不同。當熱電偶型號不同時，只需調(diào)整幾個錳銅電阻或金屬膜電阻。時，只需調(diào)整幾個錳銅電阻或金屬膜電阻。按疊加原理，可求得按疊加原理，可求得ICIC1 1同相端的電壓同相端的電壓U U

44、T T為為UT = Ei +RCu1 RCu2R103 + RCu1+ RCu2)Uz1R105(R100 + 從上式可知，冷端環(huán)境溫度變化時，從上式可知，冷端環(huán)境溫度變化時，R RCu1Cu1、R RCu2Cu2的阻值的阻值也隨之變化，從而補償了由于環(huán)境溫度升降引起的熱電偶也隨之變化，從而補償了由于環(huán)境溫度升降引起的熱電偶電勢的變化。而且，補償特性與熱電偶的特性相似，故補電勢的變化。而且，補償特性與熱電偶的特性相似，故補償精度高。償精度高。熱電偶溫度變送器線性化原理方框圖熱電偶溫度變送器線性化原理方框圖熱電偶熱電偶放大部分放大部分非線性非線性反饋回路反饋回路EtVz+-ttttEtVoVo(

45、Vo)tVfVf2. 2. 線性化線性化 采取在反饋回路中置入與采取在反饋回路中置入與熱電偶特性相一熱電偶特性相一致的非線性電路的方法，如下圖所示。致的非線性電路的方法，如下圖所示。 用四段折線來模擬非線性運算電路，用四段折線來模擬非線性運算電路，如下如下圖。折線的段數(shù)及斜率大小由熱電偶的特性來圖。折線的段數(shù)及斜率大小由熱電偶的特性來確定。確定。 表示直線的斜率。表示直線的斜率。Va4Vf5Vf4Vf3Vf2Vf1Va3Va2Va10Va5VfVa1432非線性電路的實現(xiàn)非線性電路的實現(xiàn) 在在ICIC2 2的反饋回路中加入一些的反饋回路中加入一些穩(wěn)壓管和基準電穩(wěn)壓管和基準電壓，利用穩(wěn)壓管的擊穿

46、特性實現(xiàn)折線電路。壓，利用穩(wěn)壓管的擊穿特性實現(xiàn)折線電路。第一段，UfUf2，斜率r1;要求：Uc=Ud+Us1, UcUd+Us2,UcUd+Us3,UaUd+Us4,第2段，Uf2Uf=Uf3，斜率r2;要求： Ud+Us1 Uc=Ud+Us2, UcUd+Us3,Ua=Ud+Us4,Ir（五）熱電阻溫度變送器量程單元（五）熱電阻溫度變送器量程單元 tttVI R17161716191617FzttRVVRRRRRIRR1zttgVIgR1.1.線性化線性化 線行化電路置于輸入回路線行化電路置于輸入回路，采用正反饋的方法來，采用正反饋的方法來達到線性化的目的，如下圖所示。達到線性化的目的，如下圖所示。 當當R Rt t隨溫度而增加時，隨溫度而增加時，I It t將增大。而從上式可知，將增大。而從上式可知，R Rt t的增的增加導致加導致I It t的進一步加大，從而實現(xiàn)線性化。