第2章變送器(2)-V3

1、121. 電容式差壓變送器電容式差壓變送器34P=0 Ci1=Ci2=15pF P0 Ci1的電容量減小的電容量減小 Ci2的電容量增大的電容量增大 2） 電容式電容式差壓變送器差壓變送器測量原理測量原理 a.差動(dòng)差動(dòng)電容測量原理電容測量原理5P=0 S1=S2=S0 P0 S1=S0+ S2=S0- 01111SASACi02222SASACi21)11(0012SSACCCii61212iiiiCCCCPK 1PKPSKCCCCiiii011212相對(duì)變化值 與被測差壓P成線性關(guān)系 1212iiiiCCCC與灌充液的介電常數(shù)無關(guān) 結(jié)論：結(jié)論： 00000)/(1)/(1 )/(1)/(1

2、SSSASSA7b. 電容一電流轉(zhuǎn)換電路電容一電流轉(zhuǎn)換電路 將差動(dòng)電容的將差動(dòng)電容的相對(duì)變化值成比相對(duì)變化值成比例地轉(zhuǎn)換為差動(dòng)例地轉(zhuǎn)換為差動(dòng)信號(hào)信號(hào) ，非線性，非線性補(bǔ)償功能補(bǔ)償功能 dI8差動(dòng)信號(hào)差動(dòng)信號(hào) Id=（i2i1） 共模信號(hào)共模信號(hào) Ic=（i2+i1） 差動(dòng)信號(hào)差動(dòng)信號(hào)Id經(jīng)電流放大電路放大經(jīng)電流放大電路放大成成420mA的輸出電流的輸出電流I0；共模信；共模信號(hào)號(hào)Ic使得使得i2+i1保持不變保持不變,從而保證從而保證Id 與輸入差壓與輸入差壓P之間成比例關(guān)系之間成比例關(guān)系 電容一電流轉(zhuǎn)換電路電容一電流轉(zhuǎn)換電路 9c. 振蕩器振蕩器 向電容式壓力傳感向電容式壓力傳感器的器的Ci

3、1和和Ci2提供高提供高頻電源頻電源 振蕩器為變壓器振蕩器為變壓器反饋振蕩器反饋振蕩器 振蕩器的等效電路振蕩器的等效電路 10 d. 解調(diào)器解調(diào)器 對(duì)通過差動(dòng)電容對(duì)通過差動(dòng)電容Ci1、Ci2 的高頻電流進(jìn)行半波整流的高頻電流進(jìn)行半波整流 振蕩器輸出為正半周時(shí)振蕩器輸出為正半周時(shí)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）11振蕩器輸出為負(fù)半周時(shí)振蕩器輸出為負(fù)半周時(shí) 電流電流i1的路線的路線: T1（11） C11 C17Ci1C1VD4、VD8T1（2

4、） 電流電流i2的路線為的路線為: T1（12）R7R9C17Ci2C2VD1VD5R3T1（1） 解調(diào)器解調(diào)器 12fUCIfUCTUCIPPiPPiPPi22111 解調(diào)器解調(diào)器 13 i1、i2的平均值之差的平均值之差I(lǐng)d及兩者之和及兩者之和Ic分別為分別為 fUCCIIIPPiid)(1212fUCCIIIPPiic)(1221121212121212iiiiciiiidCCCCICCCCIIIII )(PKPKIImcd 解調(diào)器解調(diào)器 14 e.振蕩控制放大器振蕩控制放大器 )(12868602868621IIRRRRUURRRRUdd2866812OURRRRII15振蕩器振蕩幅度

5、振蕩器振蕩幅度 使使I2+I1恢復(fù)到原來的數(shù)值恢復(fù)到原來的數(shù)值 I2+I1 變壓器變壓器T1輸出電壓減小輸出電壓減小 I2+I1 Ud U01 2dU 振蕩控制放大器振蕩控制放大器 16f. 線性調(diào)整電路線性調(diào)整電路 線性調(diào)整電路的作用是進(jìn)行非線性補(bǔ)償，以保證測量部分線性調(diào)整電路的作用是進(jìn)行非線性補(bǔ)償，以保證測量部分輸出的差動(dòng)電流輸出的差動(dòng)電流I Id d 和輸入差壓和輸入差壓PP呈線性關(guān)系。呈線性關(guān)系。I Id d和和PP的的非線性關(guān)系是由電容式壓力傳感器的分布電容引起的非線性關(guān)系是由電容式壓力傳感器的分布電容引起的 。020121CCCCCCiiiipCCCKICCCCCCCICCCCCI

6、CCCCIIiiciiiiiicoiiiiciiiicd12012012121212121221212 1202221iicdCCCKKPKII , 考慮分布電容的影響時(shí)考慮分布電容的影響時(shí)17 線性調(diào)整電路線性調(diào)整電路 P P的增大，的增大，C Ci2i2增大，增大，C Ci1i1減小。減小。 C Ci2i2增大的速率要比增大的速率要比C Ci1i1減小的速率快減小的速率快, ,使得（使得（C Ci2i2+ C+ Ci1i1）隨著）隨著PP的增加而的增加而增大，即增大，即K K2 2隨隨PP的增加而增大，從而使得的增加而增大，從而使得I Id d與與PP之之間不存在線性關(guān)系。間不存在線性關(guān)系

7、。1202221iicdCCCKKPKII , 由由可以看出，如果使可以看出，如果使IC隨著隨著P的增大而減小，從而使的增大而減小，從而使I IC C與與K K2 2的乘積保持不變，則的乘積保持不變，則I Id d與與PP的線性關(guān)系也就保持不變。的線性關(guān)系也就保持不變。18R22=R23 RW1=0 RW0 Uc=0 Uc0 當(dāng)振蕩器的輸出線圈（當(dāng)振蕩器的輸出線圈（310，112）的同極性端為正的交）的同極性端為正的交流電壓時(shí)，流電壓時(shí)，VD9導(dǎo)通，導(dǎo)通，VD10截止，在截止，在R22、R23和和RW1上形成壓上形成壓降，經(jīng)降，經(jīng)C8濾波后可得補(bǔ)償電壓濾波后可得補(bǔ)償電壓Uc。當(dāng)輸出線圈的極性改

8、變時(shí)，。當(dāng)輸出線圈的極性改變時(shí)， VDVD9 9截止截止，VDVD1010導(dǎo)通，同理可得導(dǎo)通，同理可得補(bǔ)償電壓補(bǔ)償電壓UcUc。19cRcURRRRURRRRIII8686866821021cddUUUP （Ci2+ Ci1） 振蕩器振蕩幅度振蕩器振蕩幅度 UC Ic Ic和和K2的變化方向相反的變化方向相反Id與與P成線性關(guān)系成線性關(guān)系 線性調(diào)整電路線性調(diào)整電路20放大轉(zhuǎn)換部分放大轉(zhuǎn)換部分 把測量部分輸出的差動(dòng)信號(hào)把測量部分輸出的差動(dòng)信號(hào)I Id d放大并轉(zhuǎn)換成放大并轉(zhuǎn)換成4 420mA20mA的直流輸出電流的直流輸出電流 ，實(shí)現(xiàn)量程調(diào)整、零點(diǎn)調(diào)整和遷移、，實(shí)現(xiàn)量程調(diào)整、零點(diǎn)調(diào)整和遷移、輸出

9、限幅和阻尼調(diào)整功能輸出限幅和阻尼調(diào)整功能 21g. 電流放大電路電流放大電路 把把I Id d放大并轉(zhuǎn)換成放大并轉(zhuǎn)換成4 420mA20mA的直流輸出電流，并實(shí)現(xiàn)量的直流輸出電流，并實(shí)現(xiàn)量程調(diào)整。輸出電流程調(diào)整。輸出電流I Io o路線為：路線為： E+VD11R31 W3 R33VD12R18VT2VT4RLE R34 C11 22 電流放大電路的等效電路 電流放大電路電流放大電路23 電流放大電路電流放大電路 反饋電流反饋電流If與與Io的關(guān)系為的關(guān)系為 obaafIRRRRRRI343333 因?yàn)橐驗(yàn)镽34（R33+Ra+Rb） ofoafIKIRRRI343324dfoIKI1PKKI

10、mfo1（3-37） （3-38） 式（式（3-38）表明）表明 : I0和輸入信號(hào)和輸入信號(hào)P之間呈線性之間呈線性 改變改變反饋反饋系數(shù)的大小，可以調(diào)整變送器系數(shù)的大小，可以調(diào)整變送器的量程的量程 25 h.零點(diǎn)調(diào)整與零點(diǎn)遷移電路零點(diǎn)調(diào)整與零點(diǎn)遷移電路 電阻電阻R R3636，R R3737和和W W2 2構(gòu)成零點(diǎn)調(diào)整電路。調(diào)整電位器構(gòu)成零點(diǎn)調(diào)整電路。調(diào)整電位器W W2 2，即改，即改變變U UA A的大小，可以使得變送器的輸出零點(diǎn)電流為的大小，可以使得變送器的輸出零點(diǎn)電流為4mA4mA。 R R2020， R R2121和開關(guān)和開關(guān)S S1 1構(gòu)成零點(diǎn)遷移電路。構(gòu)成零點(diǎn)遷移電路。接通接通R

11、 R2020時(shí)實(shí)現(xiàn)正時(shí)實(shí)現(xiàn)正遷移，遷移，接通接通R R2121時(shí)實(shí)現(xiàn)負(fù)遷移。時(shí)實(shí)現(xiàn)負(fù)遷移。 26I. 輸出限幅電路輸出限幅電路 限制變送器輸出電流限制變送器輸出電流Io的最大數(shù)值不超過的最大數(shù)值不超過30mA 。它由。它由 晶體管晶體管VT2、R18和和VD12組成。組成。mAIRUUUUIwDcesbeDo30181221maxI Io o 最大值為最大值為: :27 J. 阻尼電路阻尼電路 抑制變送器的輸出抑制變送器的輸出 電流因輸入差壓快速電流因輸入差壓快速 變化所引起的波動(dòng)。它變化所引起的波動(dòng)。它由由R38，R39，C22，和和W4組組成。成。 W4為為 阻尼時(shí)間調(diào)整阻尼時(shí)間調(diào)整電位器

12、。電位器。28 R R2626R R2828用于變送器的零點(diǎn)溫度補(bǔ)償用于變送器的零點(diǎn)溫度補(bǔ)償 ； R R1 1、R R2 2、R R4 4、R R5 5用于量程溫度補(bǔ)償。二極管用于量程溫度補(bǔ)償。二極管V VD D1111用于在變用于在變送器輸出指示表未接通時(shí)，為輸出電流提供通路。送器輸出指示表未接通時(shí)，為輸出電流提供通路。 VZVZ2 2除起穩(wěn)壓作用外，還在電源接反時(shí)，提供電流通路，除起穩(wěn)壓作用外，還在電源接反時(shí)，提供電流通路，以免損壞電子器件；以免損壞電子器件； C C1717用于電容耦合接地。用于電容耦合接地。電路原理圖中其它元件的作用如下：電路原理圖中其它元件的作用如下：292.擴(kuò)散硅式

13、差壓變送器擴(kuò)散硅式差壓變送器 檢測元件檢測元件擴(kuò)散硅壓阻傳感器擴(kuò)散硅壓阻傳感器 30 1） 擴(kuò)散硅式擴(kuò)散硅式差壓變送器差壓變送器構(gòu)成方框圖構(gòu)成方框圖PKRUUSZS41SWURRRU)21 (1580119010RUI31 2）測量部分）測量部分 把被測差壓把被測差壓P成比例地轉(zhuǎn)換為不平衡電壓成比例地轉(zhuǎn)換為不平衡電壓US a. 擴(kuò)散硅壓阻傳感器擴(kuò)散硅壓阻傳感器設(shè)：設(shè)：RRRRR4321RRRRR4321)(2133RRIUSS)(2144RRISRIUSSPKISS32 b. 傳感器供電電路傳感器供電電路 為傳感器提供恒定的橋路工作電流為傳感器提供恒定的橋路工作電流UT1=UF1、IF1=0工

14、作電流工作電流IS為為 4141RURUIZFSPKRUUSZS4133c. 放大轉(zhuǎn)換部分放大轉(zhuǎn)換部分 )(91581501RRRRRRUUWWSSSWKUURRRU)21 (1580134圖3-40351901RUIO362.3.2 數(shù)字式差壓變送器數(shù)字式差壓變送器 ST3000差壓變送器差壓變送器 3051C差壓變送器差壓變送器1151數(shù)字式差壓變送器數(shù)字式差壓變送器37一、一、ST3000差壓變送器差壓變送器 38 二、二、3051C差壓變送器差壓變送器 檢測元件采用電容式壓力傳感器檢測元件采用電容式壓力傳感器 39 三、三、1151數(shù)字式差壓變送器數(shù)字式差壓變送器 404142AD77

15、15電路原理圖電路原理圖 4344454647484950vmq q51dt qQ2. 2. 流量的檢測方法流量的檢測方法 52顯示儀表顯示儀表Q差壓變送器差壓變送器節(jié) 流 裝節(jié) 流 裝置置53QP1P25455孔板前后流體孔板前后流體對(duì)管壁壓力對(duì)管壁壓力孔板前穩(wěn)定流動(dòng)孔板前穩(wěn)定流動(dòng)段段-截面截面流束未收流束未收縮前壓力縮前壓力平均流速平均流速v1流束最小處流束最小處-截面截面流束最小流束最小處壓力處壓力平均流速平均流速v256截面截面處能量處能量= 截面截面處能量處能量+損耗損耗gvgvgPgvgP2222222222111 靜壓能靜壓能 動(dòng)能動(dòng)能 靜壓能靜壓能 動(dòng)能動(dòng)能 損耗損耗根據(jù)伯努力

16、方程可列出：根據(jù)伯努力方程可列出：損耗損耗57式中：式中： 為流體在截面為流體在截面-與與-之間的之間的動(dòng)能損失系數(shù)；動(dòng)能損失系數(shù)；g 為重力加速度；為重力加速度； gvgvgPgvgP2222222222111 1、2 為流體在截面為流體在截面-和和-處的密度。處的密度。如果流體是不可壓縮的，那么如果流體是不可壓縮的，那么1= 2= 58S1、S2分別為分別為-和和-處的流束截面積。處的流束截面積。 21222112()S1 ()SvPP22211222222PvPvvgggggv1S1 =v2S2又因截面又因截面、處體積流量應(yīng)相等，有處體積流量應(yīng)相等，有聯(lián)立求解兩式，可得出：聯(lián)立求解兩式，

17、可得出：5901SSm S0孔板的開孔面積。孔板的開孔面積。另外，取緊挨孔板前后另外，取緊挨孔板前后的管壁壓差（的管壁壓差（P1- P2）代替）代替（P1- P2），為此引用系數(shù)），為此引用系數(shù) 加以修正：加以修正： 為簡化計(jì)算，引入兩個(gè)系數(shù)：為簡化計(jì)算，引入兩個(gè)系數(shù)： 截面收縮系數(shù)截面收縮系數(shù) 孔板口對(duì)管道的面積比孔板口對(duì)管道的面積比m20SS2121PPPP 602121PPPP 代入代入v2式，得式，得 )(2121222PPmv 因體積流量：因體積流量：Q = v2 S0012222S()1QPPm 稱流量系數(shù)稱流量系數(shù) 221m20SS01SSm 將將令令610122S()QPP體積

18、流量體積流量 012S2()mQQPP質(zhì)量流量質(zhì)量流量 結(jié)論：結(jié)論：流量與節(jié)流件前后壓差的平方根成正流量與節(jié)流件前后壓差的平方根成正比。只要測得差壓比。只要測得差壓（P1-P2）便可測得流量。便可測得流量。 則得到（則得到（不可壓縮的流體）不可壓縮的流體）流量基本方程式：流量基本方程式： 如果流體是可壓縮的（如蒸汽），則要對(duì)公式如果流體是可壓縮的（如蒸汽），則要對(duì)公式進(jìn)行修正。進(jìn)行修正。62 221m因?yàn)橐驗(yàn)?121PPPP 20SS01SSm 動(dòng)能動(dòng)能損失系數(shù)損失系數(shù)63 節(jié)流裝置節(jié)流裝置導(dǎo)壓管導(dǎo)壓管孔板孔板噴嘴噴嘴文丘里管文丘里管641管道法蘭管道法蘭2環(huán)室環(huán)室3孔板孔板4夾緊環(huán)夾緊環(huán)角接

19、取壓角接取壓 65湍流湍流v層流層流v66 vDRe 105ReRekm=0.5m=0.4m=0.267節(jié)流裝置節(jié)流裝置導(dǎo)壓管導(dǎo)壓管差壓計(jì)差壓計(jì)686970 717273S02pf=QSgVPz)-(=fS074hS0 = k hQ=kgVS)2(z -fhf7512767778792kS2dFvg式中式中: k靶的推力系數(shù)；靶的推力系數(shù)；Sd 靶的受力面積；靶的受力面積； 流體比重；流體比重； g 重力加速度；重力加速度； v 靶與管璧間環(huán)形間隙靶與管璧間環(huán)形間隙中流體平均流速中流體平均流速 8000022SSSk SSddgFgFQv1kS0Sd8182渦輪渦輪上的螺旋形葉片用高導(dǎo)上的螺旋形葉片用高導(dǎo)磁系數(shù)的不銹鋼材料制成。磁系數(shù)的不銹鋼材料制成。導(dǎo)流器導(dǎo)流器用用以穩(wěn)定流以穩(wěn)定流體的流向體的流向外殼由非外殼由非導(dǎo)磁的不導(dǎo)磁的不銹鋼制成銹鋼制成83NS84N儀表常數(shù)儀表常數(shù)NS85插入式插入式q特點(diǎn)特點(diǎn)渦輪轉(zhuǎn)速不用軸輸出，沒有齒渦輪轉(zhuǎn)速不用軸輸出，沒有齒輪傳動(dòng)誤差和密封問題，因而渦輪輪傳動(dòng)誤差和密封問題，因而渦輪流量計(jì)測量精度高（可達(dá)流量計(jì)測