自動化儀表及裝置-第二章-變送器和轉(zhuǎn)換器.

1、1控制儀表及裝置控制儀表及裝置第二章第二章 變送器和轉(zhuǎn)換器變送器和轉(zhuǎn)換器2第二章第二章 變送器和轉(zhuǎn)換器變送器和轉(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3 一、基本定義一、基本定義:量程調(diào)整、零點調(diào)整和零量程調(diào)整、零點調(diào)整和零點遷移點遷移二、變送器的構(gòu)成二、變送器的構(gòu)成本節(jié)重點內(nèi)容介紹本節(jié)重點內(nèi)容介紹第一節(jié)第一節(jié) 變送器的構(gòu)成變送器的構(gòu)成4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)成原理測量部分測量部分C C放大器放大器K K反饋部分反饋部分F F調(diào)零、零點遷移調(diào)零、零點

2、遷移Z Zi i Z Zf f Z Z0 0 y yx xy yx xy ymaxmaxx xmaxmaxx xminminy yminmin0 0變送器的構(gòu)成原理和輸入輸出特性變送器的構(gòu)成原理和輸入輸出特性0()1KyCxzKF01()yCxzF1K F 5二、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)整相當于改變變相當于改變變送器的輸入輸出特性的送器的輸入輸出特性的斜率，也就是改變變送斜率，也就是改變變送器輸出信號器輸出信號y y與輸入信號與輸入信號x x之間的比例系數(shù)。之間的比例系數(shù)。 量程調(diào)整量程調(diào)整（即滿度調(diào)整）的目的（即滿度調(diào)整）的目的: :使變送器

3、輸出信號使變送器輸出信號上限值上限值y ymaxmax與測量范圍上限值與測量范圍上限值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)01()yCxzF6零點調(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始點由零遷移到某一數(shù)值是把測量起始點由零遷移到某一數(shù)值。當測量起始點由零變?yōu)槟骋徽?，稱當測量起始點由零變?yōu)槟骋徽担Q正遷移正遷移；而由零變?yōu)椋欢闪阕優(yōu)槟骋回撝?，稱為某一負值，稱為負遷移負遷移。 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輸出信號下限值使變送器輸出

4、信號下限值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，稱為零時，稱為零點調(diào)整，在點調(diào)整，在x xminmin 0 0時，稱為零點遷移時，稱為零點遷移。 7 一、一、力平衡式差壓變送器力平衡式差壓變送器熟悉其結(jié)構(gòu)、掌握其工作原理、讀懂電路圖熟悉其結(jié)構(gòu)、掌握其工作原理、讀懂電路圖二、二、電容式差壓變送器電容式差壓變送器理解其結(jié)構(gòu)、掌握其工作原理理解其結(jié)構(gòu)、掌握其工作原理本節(jié)重點內(nèi)容介紹本節(jié)重點內(nèi)容介紹第二節(jié)第二節(jié) 差壓變送器差壓變送器8第二節(jié)第二節(jié) 差壓變送器差壓變送器用來將差壓、流量、液位等被測參數(shù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)

5、一標準的用來將差壓、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)的顯示、記錄或自動控制信號，以實現(xiàn)對這些參數(shù)的顯示、記錄或自動控制。一、力平衡式差壓變送器一、力平衡式差壓變送器（一）概述（一）概述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)piF Fi iF Ff fI0變送器構(gòu)成方框圖變送器構(gòu)成方框圖9（二）工作原理和結(jié)構(gòu)（二）工作原理和結(jié)構(gòu)1.1. 工作原理工作原理Al1/l2tan l3MilfK2K1loKf+MoPiFiF1-MfFfIoSFo1 3000200taniffffpiffl l AlIpFl l Kl KlK

6、pFl K10作用：把被測差壓作用：把被測差壓PP轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成作用于主杠桿下端的輸入力作用于主杠桿下端的輸入力F Fi i A1= A2= AFi= A (P1 -P2) = APi Fi= A1P1 -A2P2因因: : 故故: :2. 2. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(1)(1)測量部分測量部分11(2)杠桿系統(tǒng)杠桿系統(tǒng) 作用：作用：進行力的傳遞和進行力的傳遞和力矩比較力矩比較。 組成：組成： 主杠桿主杠桿1、矢量機、矢量機構(gòu)構(gòu)2和副杠杠和副杠杠4，以及調(diào)零以及調(diào)零機構(gòu)、零點遷移機構(gòu)、靜機構(gòu)、零點遷移機構(gòu)、靜壓調(diào)整和過載保護、平衡壓調(diào)整和過載保護、平衡錘。錘。12 主杠桿主杠桿將輸入力將輸入力Fi轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換

7、為作用于矢量機構(gòu)上的力作用于矢量機構(gòu)上的力F1 ：iFllF21113 矢量機構(gòu)矢量機構(gòu)將輸入力將輸入力F1轉(zhuǎn)換為作用于副轉(zhuǎn)換為作用于副杠桿上的力杠桿上的力F2 ：21tanFF改變改變tan ，可改變差，可改變差壓變送器的量程壓變送器的量程 ：415，量程比為，量程比為tan15/tan4=3.8314 副杠桿副杠桿tantantan2313213132iipAllllFlllFlFMi進行力矩的比較進行力矩的比較 0IlKFlMfffff000Ml FfMMMi01 3000200taniffffpiffl l AlIpFl l Kl KlKpFl K15幾點結(jié)論幾點結(jié)論(1)(1)在滿足

8、深度負反饋的條件下在滿足深度負反饋的條件下, ,輸出電流輸出電流Io與與輸入輸入 差壓差壓Pi成正比。成正比。(2)(2)改變調(diào)零彈簧作用力改變調(diào)零彈簧作用力Fo可調(diào)整變送器的零點?？烧{(diào)整變送器的零點。(3)(3)調(diào)整變送器的量程可通過改變調(diào)整變送器的量程可通過改變tan 和和Kf來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。(4)(4)零點和滿度應反復調(diào)整。零點和滿度應反復調(diào)整。1 3000200taniffffpiffl l AlIpFl l Kl KlKpFl K16000if31i0002f ff fPi(2)FF25. ,( A PF )tgIFKKKPooaFll lllllll杠桿系統(tǒng)：作用：把輸入力 與電磁

9、反饋力 比較，然后轉(zhuǎn)換成檢測片的位移。組成：主、副杠桿，調(diào)零機構(gòu)，零點遷移機構(gòu)，靜壓調(diào)整和過載保護裝置，平衡錘，矢量機構(gòu)。見圖。調(diào)零和零點遷移機構(gòu)：零點由調(diào)零彈簧調(diào)整；零點遷移由遷移彈簧調(diào)整。設遷移力到主杠桿支點的距離為則有0001f fFF (2-6)AKlll 調(diào)零和零點遷移機構(gòu)調(diào)零和零點遷移機構(gòu).1.2.2-92 9.2 5bcM零點遷移原則：零點遷移后被測差壓的上限不能超過該表所規(guī)定的上限值，遷移后的最小量程不得小于該表的最小量程。靜壓調(diào)整和過載保護裝置：作用：克服變送器的靜壓誤差和過載時起保護作用。靜壓誤差：屬系統(tǒng)誤差。靜壓誤差產(chǎn)生的原因：測量膜片有效面積不等；拉條裝配不正。見圖。解

10、決辦法：調(diào)靜壓調(diào)整螺釘。過載保護裝置：見圖。平衡錘：作用：見圖，使負杠桿的重心和支點 重合，提高儀表的耐沖擊、耐振動性能，而且在儀表不垂直安裝時也不影響精度。17tan)(tantan20013320013132llFlpAllllFlFlFlFMiii0F00121lFlFlFi0IlKFlMfffff000Ml FfMMMi0ffiPffffiKlFlAlFlpKKlFlKllFlpAllI0010000200130)(tan)(0F0l18平平衡衡帶帶拉拉條條過載保護裝置和靜壓調(diào)整過載保護裝置和靜壓調(diào)整19過載保護裝置和靜壓調(diào)整過載保護裝置和靜壓調(diào)整1.2.M靜壓調(diào)整和過載保護裝置：作用

11、：克服變送器的靜壓誤差和過載時起保護作用。靜壓誤差：屬系統(tǒng)誤差。靜壓誤差產(chǎn)生的原因：測量膜片有效面積不等；拉條裝配不正調(diào)靜壓調(diào)整螺釘。平衡錘：作用：使負杠桿的重心和支點重合，提高儀表的耐沖擊、耐振動性能，而且在儀表不垂直安裝時也不影解決辦法：響精度。20平衡錘平衡錘l作用：作用：使副杠使副杠桿的重心和其桿的重心和其支點支點M M重合，重合，提高儀表的耐提高儀表的耐沖擊、耐振動沖擊、耐振動性能；在儀表性能；在儀表不垂直安裝時，不垂直安裝時，不影響精度。不影響精度。21(3)電磁反饋裝置電磁反饋裝置 作用：作用：把變送器的輸出電流把變送器的輸出電流I0轉(zhuǎn)換成作用于轉(zhuǎn)換成作用于副杠桿的電磁反饋力副杠

12、桿的電磁反饋力Ff Ff =B0DWI0 設設 Kf =B0DW 改變反饋動圈的匝數(shù)，改變反饋動圈的匝數(shù)，可以改變可以改變 Kf 的大小的大小 則則 Ff = KfI0221-3短接、短接、2-4短接短接：W = W1=725匝匝 1-2短接：短接： W = W1+W2=2175匝匝 可實現(xiàn)可實現(xiàn)3:1的量程調(diào)整的量程調(diào)整 W1=725匝匝W2=1450匝匝Kf =B0DW 23（三）低頻位移檢測（三）低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）的微小位移把副杠桿上位移檢測片（銜鐵）的微小位移S轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成420mA的直流輸出電流。的直流輸出電流。 由差動變壓器、低頻振蕩

13、器、整流濾波電路、功率由差動變壓器、低頻振蕩器、整流濾波電路、功率放大器組成。放大器組成。 構(gòu)成方框圖構(gòu)成方框圖241.1.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 S 差動變壓器原理圖差動變壓器原理圖B DA C-+(1)(1)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)251.1.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 S 差動變壓器原理圖差動變壓器原理圖B DA C-+(2)(2)工作原理工作原理（a）位移）位移s=/2 uCD =0（b）位移）位移s/2 uCD 、uAB反

14、相反相262.2.低頻放大器低頻放大器D1、D2 可以提供偏置電可以提供偏置電壓，使三極管壓，使三極管BG1正常工正常工作。作。兩個二極管兩個二極管D1、D2就相就相當于一個穩(wěn)壓管。當于一個穩(wěn)壓管。振蕩器電路振蕩器電路（1）振蕩器）振蕩器27低頻振蕩器的起振條件低頻振蕩器的起振條件l 振蕩頻率振蕩頻率：l相位條件相位條件 ： s /2 時時， uCD 與與 uAB 相位相同，則相位相同，則電路就形成正反饋。電路就形成正反饋。l振幅條件振幅條件： K F = 1, 選擇合適的電路參數(shù)，選擇合適的電路參數(shù)，可滿足這一條件?？蓾M足這一條件。1f0 = LABC4228振蕩器的放大特性和反饋特性振蕩器

15、的放大特性和反饋特性幅值可控幅值可控工作點工作點即：即： S F P點上移點上移 uAB 工作中，工作中，F(xiàn)隨隨S的變化而變化。的變化而變化。 S較大時，較大時，F(xiàn)較??；（磁阻較大）較??；（磁阻較大） S較小時，較小時，F(xiàn)較大。（磁阻較?。┹^大。（磁阻較?。?9(2)(2)整流濾波電路整流濾波電路整流濾波電路整流濾波電路振蕩器的輸出振蕩器的輸出電壓電壓uAB經(jīng)二經(jīng)二極極管管D4整流，通過電阻整流，通過電阻R8-9和電容和電容C5濾波，得到平滑的直流電壓信號，再送至功濾波，得到平滑的直流電壓信號，再送至功放級放級。30(3)(3)功率放大器功率放大器穩(wěn)定工作點穩(wěn)定工作點 提高輸入阻抗提高輸入阻抗

16、穿透電流旁路，穿透電流旁路，改善溫度特性改善溫度特性采用復合管，目的一采用復合管，目的一是提高電流放大倍數(shù)；是提高電流放大倍數(shù)；二是電平配置二是電平配置31其他元件作用其他元件作用R1、C1：相位校正作用，對高次諧波造成相移，破：相位校正作用，對高次諧波造成相移，破壞其振蕩條件，防止高次諧波產(chǎn)生寄生振蕩。壞其振蕩條件，防止高次諧波產(chǎn)生寄生振蕩。R10：改變放大器靈敏度。高量程時，通過端子改變放大器靈敏度。高量程時，通過端子7、8將其接入，以降低靈敏度。將其接入，以降低靈敏度。R7：穩(wěn)定振蕩管輸入電壓。穩(wěn)定振蕩管輸入電壓。C3、C6：高頻旁路電容，可減小交流分量。：高頻旁路電容，可減小交流分量。

17、D9：防止電源反接。防止電源反接。32安全火花防爆原則：安全火花防爆原則：電子線路設計上。電子線路設計上。安裝使用上（不讓火花竄入現(xiàn)場）隔離。安裝使用上（不讓火花竄入現(xiàn)場）隔離。盡可能減少貯能元件（盡可能減少貯能元件（L L、C C）并使現(xiàn)有貯能元件在故障情并使現(xiàn)有貯能元件在故障情況下釋放的能量（電流、電壓）限制在安全額定以下。況下釋放的能量（電流、電壓）限制在安全額定以下。3 3、安全火花、安全火花( (本質(zhì)安全本質(zhì)安全) )防爆防爆33限能限能限流限流負載兩線制兩線制位移檢測位移檢測放大器總圖放大器總圖及本安防爆措施見下：及本安防爆措施見下：34（一）（一）概述概述檢測檢測部分部分感壓感壓

18、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、遷移信號反饋反饋信號信號iPS2121iiiiCCCC21II0I轉(zhuǎn)換部分轉(zhuǎn)換部分二、二、電容式差壓變送器電容式差壓變送器電容式差壓電容式差壓變送器變送器構(gòu)成方框圖構(gòu)成方框圖35（二）測量部件（二）測量部件 作用：作用：iP2121iiiiCCCCi1i20CCiP時，測量部件結(jié)構(gòu)測量部件結(jié)構(gòu)i1i10CCiP 時，電容量減小，電容量增大Ci23621002210001/() 1/()1/() 1/()iiiiCCASSSSSKSCCASSSSS1iSKP2121

19、221iiiiiCCKSK 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。可大大減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。0S0S37（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)換成標準的電流輸將差動電容的相對變化值，轉(zhuǎn)換成標準的電流輸出信號。出信號。 此外，還要實現(xiàn)零點調(diào)整、正負遷移、量程調(diào)整、此外，還要實現(xiàn)零點

20、調(diào)整、正負遷移、量程調(diào)整、阻尼調(diào)整等功能。阻尼調(diào)整等功能。電路構(gòu)成電路構(gòu)成:包括包括電容電流轉(zhuǎn)換電路電容電流轉(zhuǎn)換電路及及放大電路放大電路兩兩部分部分38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IC1IC3E1245VCi1Ci2RLI 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放大器前置放大器391.1.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

21、高頻電源提供高頻電源將差動電容的相對變化值成比例地轉(zhuǎn)換為差動電流將差動電容的相對變化值成比例地轉(zhuǎn)換為差動電流信號信號 (電流變化值電流變化值)。是一種變壓器反饋型是一種變壓器反饋型振蕩電路，其振蕩頻振蕩電路，其振蕩頻率由檢測電容和變壓率由檢測電容和變壓器次級繞組的電感決器次級繞組的電感決定。定。振蕩器的輸出幅值振蕩器的輸出幅值由由控制放大器控制放大器 IC1 的輸?shù)妮敵鲭妷簺Q定。出電壓決定。40解調(diào)解調(diào)和振蕩控制電路和振蕩控制電路:包括解調(diào)器和振蕩控制電路包括解調(diào)器和振蕩控制電路Ii = I2 - I1 = ( I2+ + I1) 解調(diào)解調(diào)(即相敏整流即相敏整流)后輸出兩組電流信號后輸出兩組電

22、流信號 ：差動信號：差動信號和共模信號，使后者保持不變，可得和共模信號，使后者保持不變，可得Ci2- -Ci1Ci2+ +Ci1= K3Ci2- -Ci1Ci2+ +Ci141線性調(diào)整電路線性調(diào)整電路: :包括包括VD9、VD10、R22、R23、RP1等等檢測元件中分布電容的存在，使差動電容的相對變檢測元件中分布電容的存在，使差動電容的相對變化值減小，造成非線性誤差，故設計了線形調(diào)整電化值減小，造成非線性誤差，故設計了線形調(diào)整電路。路。電路通過提高振蕩電路通過提高振蕩器輸出電壓幅度以器輸出電壓幅度以增大解調(diào)器輸出電增大解調(diào)器輸出電流的方法，來補償流的方法，來補償分布電容所產(chǎn)生的分布電容所產(chǎn)生

23、的非線性誤差。非線性誤差。補償電壓大小取決補償電壓大小取決于于RP1的阻值。的阻值。422. .放大及輸出限制電路放大及輸出限制電路將電流信號將電流信號 Ii 放大，并輸出放大，并輸出4 20mA的直流電流。的直流電流。43放大放大電路電路: :包括包括IC3、VT3、 VT4等等IC3起前置放大作用，起前置放大作用， VT3、 VT4組成復合管，將組成復合管，將IC3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R31、 R33、 R34和電位器和電位器Rp3組成反饋網(wǎng)絡，輸出電組成反饋網(wǎng)絡，輸出電流流Io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

24、If，送至放大器送至放大器的輸入端，這深度負反饋的輸入端，這深度負反饋保證了保證了Ii 和和 Io的線性關系。的線性關系。電位器電位器Rp2用以調(diào)整輸出零位。用以調(diào)整輸出零位。S為正負遷移調(diào)整開關，可實現(xiàn)變送器的正向或負向為正負遷移調(diào)整開關，可實現(xiàn)變送器的正向或負向遷移。遷移。電位器電位器Rp3用以調(diào)整變送器的量程。用以調(diào)整變送器的量程。對電路的分析，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：44調(diào)零和調(diào)量程電路調(diào)零和調(diào)量程電路Io = K3K4Ci2- -Ci1Ci2+ +Ci1+ K4K5 ( UA- - a aUVZ1) 式中：式中：K4 =RiRf，K5

25、 =1Ri，、a a為分壓系數(shù)。45輸出限制輸出限制電路電路: :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，R18上壓降變大，使上壓降變大，使VT2的集電極電位降低，從而使該管處于飽和狀態(tài)，流的集電極電位降低，從而使該管處于飽和狀態(tài)，流過過VT2(也即也即VT4)的電流受到限制的電流受到限制(Io不超過不超過30mA)。其它元件的作用其它元件的作用R38、R39、C22和和RP4構(gòu)成阻尼電路構(gòu)成阻尼電路，抑制變送器的輸抑制變送器的輸出波動，出波動，RP4用來調(diào)整阻尼時間。用來調(diào)整阻尼時間。VZ2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

26、時損壞器件。VD12在指示儀表未接同時在指示儀表未接同時，為輸出電流提供通路為輸出電流提供通路, 同同時起反向保護作用時起反向保護作用。46第三節(jié)第三節(jié) 溫度變送器溫度變送器1.變送器變送器分類：兩線制和四線制分類：兩線制和四線制2.變送器變送器品種：直流毫伏變送器、熱電偶溫度變送品種：直流毫伏變送器、熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器器、熱電阻溫度變送器3.四線制溫度變送器的特點（四線制溫度變送器的特點（2條）條）4.變送器變送器的的線路結(jié)構(gòu)線路結(jié)構(gòu)：量程單元和放大單元量程單元和放大單元5.讀懂讀懂直流毫伏變送器量程單元電路圖直流毫伏變送器量程單元電路圖、熱電偶溫、熱電偶溫度變送器量程單元電

27、路圖、熱電阻溫度變送器量程度變送器量程單元電路圖、熱電阻溫度變送器量程單元電路圖單元電路圖本節(jié)重點內(nèi)容介紹本節(jié)重點內(nèi)容介紹47第三節(jié)第三節(jié) 溫度變送器溫度變送器定義定義:l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)一標準的或熱電阻的溫度信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標準的信號信號(4 20mA直流電流或直流電流或1 5V直流電壓直流電壓)，以實現(xiàn)對溫以實現(xiàn)對溫度的顯示、記錄或自動控制度的顯示、記錄或自動控制。分類：分類：l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變送四線制變送器器。l變送器有變送器有三個品種：直流毫伏變送器、熱電偶溫度變?nèi)齻€品種：直流毫伏變送器、熱電

28、偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器。送器、熱電阻溫度變送器。48一、一、四線制溫度變送器四線制溫度變送器1.四線制溫度變送器的特點：四線制溫度變送器的特點： 在熱電偶和熱電阻溫度變送器中，采用了線性化電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。路，實現(xiàn)了變送器輸出信號與溫度的線性關系。 變送器輸入、輸出之間具有隔離變壓器，并且采取變送器輸入、輸出之間具有隔離變壓器，并且采取了本安防爆措施。了本安防爆措施。（一）概述（一）概述49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U

29、ZUfUi、Et-+ UoIo量程單元量程單元放大單元放大單元溫度變送器結(jié)構(gòu)方框圖溫度變送器結(jié)構(gòu)方框圖2.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)在線路結(jié)構(gòu)上分為在線路結(jié)構(gòu)上分為量程單元量程單元和和放大單元放大單元，放大單元是通放大單元是通用的，而量程單元則隨品種、測量范圍的不同而異用的，而量程單元則隨品種、測量范圍的不同而異。50（二）（二）放大單元放大單元工作原理工作原理由由IC1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。溫漂系數(shù)：溫漂系數(shù)：UOS隨溫度而變化的數(shù)值，即隨溫度而變化的數(shù)值，即在溫度變化在溫度變化t時，失調(diào)電壓的變化量為：時，失調(diào)電壓的變化量為：UOS的變化給儀表帶

30、來的附加誤差表示為：的變化給儀表帶來的附加誤差表示為：溫漂系數(shù)和儀表附加誤差的關系：溫漂系數(shù)和儀表附加誤差的關系：1. 1. 電壓放大電路電壓放大電路其作用是將其作用是將量程單元量程單元輸出的毫伏信號放大，輸出直流輸出的毫伏信號放大，輸出直流電流電流Io 和直流電壓和直流電壓Uo信號信號。tUOSttUUOSOSiOSUUiOSiOSUttUUU510.3/osVVct當溫度變送器的最小量程當溫度變送器的最小量程 Ui 為為3mV，溫升溫升 t為為30oC，要求附加誤差小于等于要求附加誤差小于等于0.3%時，時，通過計算可得失調(diào)電壓的溫漂系數(shù)：通過計算可得失調(diào)電壓的溫漂系數(shù)： 003. 0C3

31、03OiOSmVtUtUiOSiOSUttUUU522.2.功率放大電路功率放大電路由由VT1、VT2、T0等組成。等組成。其作用是把其作用是把 IC1 輸出的電輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換成電流壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號信號，再通過隔離變壓器實現(xiàn)隔再通過隔離變壓器實現(xiàn)隔離輸出離輸出。VT1、VT2起功放起功放作用，由交流方作用，由交流方波電壓供電。波電壓供電。在方波的前后半在方波的前后半周期周期，二極管輪二極管輪流導通流導通，電流通電流通過過T0的兩個繞組的兩個繞組而產(chǎn)生交變磁通，而產(chǎn)生交變磁通，在在T0副邊產(chǎn)生交副邊產(chǎn)生交變電流變電流iL 。533. 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

32、VD1316、保護二極管保護二極管VD1718等組成。等組成。其作用是將其作用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, 并并實現(xiàn)隔離輸出實現(xiàn)隔離輸出。7-8端接輸出負載，為電流輸出（端接輸出負載，為電流輸出（4-20mA）5-6端為電壓輸出（端為電壓輸出（1-5v）7544. 直流直流-交流交流-直流直流(DC/AC/DC)變換器變換器由整流二極管由整流二極管VD38、變壓器變壓器T 1等組成。等組成。其作用是對其作用是對儀表進行隔離式供電儀表進行隔離式供電。先把先把24V直流電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率的的交流方波電壓，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、

33、濾波和穩(wěn)壓，再經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓，提供直流電壓提供直流電壓。電路核心是直流電路核心是直流-交流交流(DC/AC)變換器變換器，一個磁耦合，一個磁耦合多諧振蕩器多諧振蕩器。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 =4WcBmSES( (T為周期為周期, S為磁為磁 芯截面積，芯截面積，Bm為為磁感應強度磁感應強度) )55（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上上K下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(右半部分右半部分)組成，組成，將其與將

34、其與IC1 聯(lián)系起來畫成下圖聯(lián)系起來畫成下圖。輸入電阻輸入電阻輸入電阻輸入電阻穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管U Ui i輸入電壓輸入電壓零點調(diào)整和零點遷零點調(diào)整和零點遷移電路移電路濾波電容濾波電容輸入信號斷路輸入信號斷路報警電路報警電路Rp1Rp21Rp22Rp11Rp2量程調(diào)整電位器量程調(diào)整電位器56輸入回路輸入回路: R101、R102及及VZ101、VZ102分別起限流和限壓作用。分別起限流和限壓作用。R103、R104 、R105及及RP1組成零點調(diào)整和零點遷移電組成零點調(diào)整和零點遷移電路，橋路基準電壓路，橋路基準電壓UZ由集成穩(wěn)壓器提供由集成穩(wěn)壓器提供。圖中圖中紅筆紅筆部分為部分為輸入信號斷路

35、報警電路輸入信號斷路報警電路。按按疊加原理，疊加原理，IC1同相輸入端的電壓同相輸入端的電壓UT為為:UT = Ui + Uz = Ui +Rcd + R103R103 + RP1/R104 + R105Uz( 式中式中 Rcd =RP11 R104RP1+ R104 Ui +R105Rcd + R103Uz= Ui + Uz)57從從反饋回路反饋回路可得可得IC1反相輸入端的電壓反相輸入端的電壓UF為為zPPfPPfFURRRRRRRRRRRRRRURRRRRRRRRRRRRRUU10710610611611511421111071061161151142211611511511611511

36、4211110710610710611121/550250/;00415040f1161152111107106114106107UURRURIURRRRRRRRRP又UF =R106 + R111 + RP21R111 + R114UzR115R115 + R116U05+R106R107=1 U0 + Uz58從從反饋回路反饋回路可得可得IC1反相輸入端的電壓反相輸入端的電壓UF為為UF =R106 + R111 + RP21R111 + R114UzR115R115 + R116U05+R106R107=1 U0 + Uz因因 UT UF故故 U0 = Ui + ( - ) Uz 結(jié)論：

37、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)量程調(diào)整。 (3)零位和滿度必須反復零位和滿度必須反復調(diào)整調(diào)整。 UT Ui +R105Rcd + R103Uz= Ui + Uz59（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EtVs4Vs2Vs3Vs1UzUz601. 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 。當熱電偶型號不同時，。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。只需調(diào)整幾個錳銅

38、電阻或金屬膜電阻。按按疊加原理，可求得疊加原理，可求得IC1同相端的電壓同相端的電壓UT為為(見教材見教材)105211031002110021100/)(RRRRRRRRRRREUEUcucucucucucutztT21103100105/)(cucuRRRRRUT = Et +RCu1 RCu2R103 + RCu1+ RCu2)Uz1R105(R100 + 所以，所以，611. 冷端溫度補償冷端溫度補償UT = Et+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，RCu1、RCu2的的阻

39、值也隨之變化，從而補償了由于環(huán)境溫度升降引阻值也隨之變化，從而補償了由于環(huán)境溫度升降引起的熱電偶電勢的變化。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，故補償精度而且，補償特性與熱電偶的特性相似，故補償精度高。高。62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+-ttttEtVo Vo(Vo)tVfVf2. 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致的非線熱電偶特性相一致的非線性電路的方法，如下圖所示。性電路的方法，如下圖所示。63用四段折線來模擬非線性運算電路，用四

40、段折線來模擬非線性運算電路，如下圖。如下圖。折線的段數(shù)及斜率大小由熱電偶的特性來確折線的段數(shù)及斜率大小由熱電偶的特性來確定。定。 表示直線的斜率。表示直線的斜率。Va4Vf5Vf4Vf3Vf2Vf1Va3Va2Va10Va5VfVa143264非線性電路的實現(xiàn)非線性電路的實現(xiàn)Vs4Vs3Vs2Vs1在在IC2的反饋回路中加入一些的反饋回路中加入一些穩(wěn)壓管和基準電壓，穩(wěn)壓管和基準電壓，利用穩(wěn)壓管的擊穿特性實現(xiàn)折線電路。利用穩(wěn)壓管的擊穿特性實現(xiàn)折線電路。65非線性電路的實現(xiàn)非線性電路的實現(xiàn)第一段直線第一段直線Vs4Vs3Vs2Vs1RaUaUcUfUbRo66oaaoaaaboaaabccfRRR

41、RRRRRRRURRRRRRRRRRUURRRUURRRRRRRUURRRU)1 (1 )1 (1 /)(/)(1201221211221151221211f120122121122115122121115120122121120122121122121122可見，聯(lián)立上述三式，得67非線性電路的實現(xiàn)非線性電路的實現(xiàn)第二段直線第二段直線Vs4Vs3Vs2Vs1RaUaUcUfUbRoR11968oaaoaaaboaaabccfRRRRRRRRRRRURRRRRRRRRRRUURRRUURRRRRRRRRUURRRU)/1 (1 )/1 (1 /)(/)(11912012212112211512

42、21212f119120122121122115122121115119120122121119120122121122121122可見，聯(lián)立上述三式，得斜率變大了斜率變大了69Ir（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701. 線性化原理與電路分析線性化原理與電路分析（1）熱電阻和溫度之間的關系）熱電阻和溫度之間的關系如鉑熱電阻，如鉑熱電阻，電阻阻值和溫度之間的關系，電阻阻值和溫度之間的關系，如下如下圖所示。圖所示。當當Rt隨溫度而增加時，隨溫度而增加時， 增加量將隨著溫增加量將隨著溫度的升高而減小。度的升高而減小。tRt上凸曲線上凸曲線71UzUo1716171619

43、1617FzttRVVRRRRRIRR1zttgVIgR1. 線性化原理與電路分析線性化原理與電路分析(2)正反饋正反饋線性化線性化采用正反饋的方法來達到線性化的目的，如下圖所示。采用正反饋的方法來達到線性化的目的，如下圖所示。當當Rt隨溫度而增加時，隨溫度而增加時， Ut將增大。而且將增大。而且Ut的增加量也的增加量也將隨著溫度的升高而增大，從而實現(xiàn)線性化。將隨著溫度的升高而增大，從而實現(xiàn)線性化。1zttgVVgRRt191617;RRRg 小于小于1下凹下凹曲線曲線tttVI R VT =72Ir2. 引線電阻補償電路引線電阻補償電路Ir為消除引線電阻的影響為消除引線電阻的影響， 熱電阻采

44、用三導線接法，熱電阻采用三導線接法，要求要求r1 = r2 = r3 = r 。由由R23、R24、r2構(gòu)成的支路為引構(gòu)成的支路為引線電阻補償電路。線電阻補償電路。 調(diào)整調(diào)整R24,使使Ir =It,流過流過r3的兩電流的兩電流大小相等大小相等, 方向方向相反，故相反，故r3上不上不產(chǎn)生壓降產(chǎn)生壓降。另，電阻另，電阻 r1 、r2 上的上的壓降壓降Itr和和Irr亦亦極性相反，極性相反，從而消除了引線從而消除了引線電阻影響。電阻影響。73第四節(jié)第四節(jié) 電電/ /氣轉(zhuǎn)換器氣轉(zhuǎn)換器1.掌握基本概念：氣阻、氣容掌握基本概念：氣阻、氣容2.理解噴嘴擋板機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、原理理解噴嘴擋板機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、原理3.理解電理解電/氣轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)、原理氣轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)、原理本節(jié)重點內(nèi)容介紹本節(jié)重點內(nèi)容介紹74第四節(jié)第四節(jié) 電電/ /氣轉(zhuǎn)換器氣轉(zhuǎn)換器一、概述一、概述電電/ /氣轉(zhuǎn)換器氣轉(zhuǎn)換器將電動儀表輸出的將電動儀表輸出的4 4 2020mAmA直流電流轉(zhuǎn)直流電流轉(zhuǎn)換成可被氣動儀表接受的換成可被氣動儀