過程控制儀表及裝置

1、過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第1頁頁掌握控制儀表的信號標(biāo)準(zhǔn)及使用方法掌握控制儀表的信號標(biāo)準(zhǔn)及使用方法掌握控制儀表防爆知識掌握控制儀表防爆知識理解理解DDZ-DDZ-型儀表的型號含義和命名方法型儀表的型號含義和命名方法 掌握掌握DDZ-DDZ-型儀表分析方法型儀表分析方法能理解電動儀表采用電流信號傳送和控制室采用電能理解電動儀表采用電流信號傳送和控制室采用電壓信號接線的道理壓信號接線的道理能識別控制儀表銘牌上關(guān)于型號、防爆等級的含義能識別控制儀表銘牌上關(guān)于型號、防爆等級的含義第第1章章 過程控制儀表的基本知識過程控制儀表的基本知識知識目標(biāo)

2、知識目標(biāo)技能目標(biāo)技能目標(biāo)過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第2頁頁1.1 控制儀表的信號制控制儀表的信號制1.2 電動儀表信號標(biāo)準(zhǔn)的使用電動儀表信號標(biāo)準(zhǔn)的使用1.3 控制儀表的防爆知識控制儀表的防爆知識1.4 過程控制儀表的型號命名過程控制儀表的型號命名1.5 過程控制儀表的分析方法過程控制儀表的分析方法過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第3頁頁1.1 1.1 信號制信號制下限下限上限上限20kPa(0.2Kgf/cm20kPa(0.2Kgf/cm2 2) )100kPa(1Kgf/cm10

3、0kPa(1Kgf/cm2 2) )電流信號電流信號負(fù)載電阻負(fù)載電阻mAmA歐歐0-10mA0-10mA歐歐歐歐過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第4頁頁1.2 電動儀表信號標(biāo)準(zhǔn)的使用電動儀表信號標(biāo)準(zhǔn)的使用現(xiàn)場與控制室儀表之間采用現(xiàn)場與控制室儀表之間采用直流電流信號直流電流信號 優(yōu)點(diǎn)：直流比交流干擾少優(yōu)點(diǎn)：直流比交流干擾少 直流信號對負(fù)載的要求簡單直流信號對負(fù)載的要求簡單 電流比電壓更利于遠(yuǎn)傳信息電流比電壓更利于遠(yuǎn)傳信息 缺點(diǎn)：多個儀表接收同一電流信息，它們?nèi)秉c(diǎn)：多個儀表接收同一電流信息，它們 必須串聯(lián)。必須串聯(lián)。 要求：要求：接收儀表輸入電

4、阻小接收儀表輸入電阻小 任何一個儀表在拆離信號回路之任何一個儀表在拆離信號回路之前首先要把該儀表的兩個輸入端短前首先要把該儀表的兩個輸入端短接，否則其它儀表將會因電流中斷接，否則其它儀表將會因電流中斷而失去信號而失去信號 儀表無公共接地點(diǎn)，須浮空工作儀表無公共接地點(diǎn)，須浮空工作變送器變送器發(fā)送者發(fā)送者rrIoRL1RL2負(fù)載負(fù)載接受者接受者現(xiàn)場現(xiàn)場控制室控制室過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第5頁頁控制室內(nèi)部儀表之間采用直流電壓信號控制室內(nèi)部儀表之間采用直流電壓信號IoViRL1RL2RL3現(xiàn)場現(xiàn)場控制室控制室優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 任何一個儀表拆離

5、信號回路都不會影響其它儀表的運(yùn)行。任何一個儀表拆離信號回路都不會影響其它儀表的運(yùn)行。 各個儀表具有公共接地點(diǎn)，可以共用一個直流電源。各個儀表具有公共接地點(diǎn)，可以共用一個直流電源。要求：接收儀表的輸入阻抗要足夠高要求：接收儀表的輸入阻抗要足夠高過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第6頁頁1.3 1.3 儀表防爆的基本知識儀表防爆的基本知識氣動儀表從本質(zhì)上來說具有防爆性能（不可能產(chǎn)生氣動儀表從本質(zhì)上來說具有防爆性能（不可能產(chǎn)生火花）。火花）。電動儀表必須采取必要的防爆措施才具有防爆性能。電動儀表必須采取必要的防爆措施才具有防爆性能。原因：在某些生產(chǎn)

6、現(xiàn)場存在著各種易燃、易爆氣體原因：在某些生產(chǎn)現(xiàn)場存在著各種易燃、易爆氣體（煉油、化工等生產(chǎn)現(xiàn)場）。安裝在這種危險（煉油、化工等生產(chǎn)現(xiàn)場）。安裝在這種危險場所的儀表如果產(chǎn)生火花，就容易引起爆炸，場所的儀表如果產(chǎn)生火花，就容易引起爆炸，因而必須具有防爆性能。因而必須具有防爆性能。過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第7頁頁1.1.防爆儀表的標(biāo)準(zhǔn)防爆儀表的標(biāo)準(zhǔn)防爆儀表的分類防爆儀表的分類 防爆儀表的分級和分組防爆儀表的分級和分組 防爆儀表的標(biāo)志防爆儀表的標(biāo)志國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)GB3836.1GB3836.1爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備通用要求爆炸性環(huán)境用防

7、爆電氣設(shè)備通用要求iaIICT5iaIICT5，iaIICT6iaIICT6，dIIBT3dIIBT3過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第8頁頁防爆儀表的分類防爆儀表的分類S特殊型特殊型 n無火花型無火花型 q充沙型充沙型 O充油型充油型 P正壓型正壓型 i本質(zhì)安全型本質(zhì)安全型 e增安型增安型 d隔爆型隔爆型 按照國標(biāo)按照國標(biāo)GB3836.1GB3836.1規(guī)定，防爆電氣設(shè)備分為兩大類：規(guī)定，防爆電氣設(shè)備分為兩大類： I I 類：煤礦井下用電氣設(shè)備類：煤礦井下用電氣設(shè)備 IIII類：工廠用電氣設(shè)備類：工廠用電氣設(shè)備IIII類類( (工廠用工廠

8、用) )電氣設(shè)備又分為電氣設(shè)備又分為8 8種類型。其標(biāo)志如下：種類型。其標(biāo)志如下： 過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第9頁頁在爆炸性氣體或蒸汽中使用的儀表，引起爆在爆炸性氣體或蒸汽中使用的儀表，引起爆炸主要有兩方面原因：炸主要有兩方面原因：2.2.儀表過高的表面溫度儀表過高的表面溫度IIII類類( (工廠用工廠用) )防爆儀表的分級和分組就是針對防爆儀表的分級和分組就是針對上述兩個方面進(jìn)行的。上述兩個方面進(jìn)行的。1.1.儀表產(chǎn)生能量過高的電火花或儀表內(nèi)部儀表產(chǎn)生能量過高的電火花或儀表內(nèi)部因故障產(chǎn)生的火焰通過表殼的縫隙引燃儀因故障產(chǎn)生的火焰通

9、過表殼的縫隙引燃儀表外的氣體或蒸汽表外的氣體或蒸汽過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第10頁頁防爆儀表的分級防爆儀表的分級0.45MICR 0.45MICR 0.5dmax 0.5dmax II C II C 0.8MICR0.45 0.8MICR0.45 0.9 dmax0.9 dmax0.5 0.5 II B II B MICR0.8 MICR0.8 d dmax0.9 max0.9 II A II A MICR MICR d dmaxmax (mm) (mm) 級別級別根據(jù)：最大試驗(yàn)安全間隙根據(jù)：最大試驗(yàn)安全間隙d dmaxmax 或或

10、 最小點(diǎn)燃電流的比值最小點(diǎn)燃電流的比值MICRMICR根據(jù)：儀表最高表面溫度根據(jù)：儀表最高表面溫度450450T1T1300300T2T2200200T3T3135135T4T48585100100最高表面溫度最高表面溫度T6T6T5T5溫度組別溫度組別儀表的最高表面溫度儀表的最高表面溫度= =實(shí)測最高表面溫度實(shí)測最高表面溫度實(shí)測時環(huán)境溫度實(shí)測時環(huán)境溫度 + +規(guī)定最高環(huán)境溫度規(guī)定最高環(huán)境溫度過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第11頁頁防爆儀表的標(biāo)志防爆儀表的標(biāo)志防爆儀表的防爆標(biāo)志為防爆儀表的防爆標(biāo)志為“”；儀表的防爆等級標(biāo)志的順序?yàn)椋?；儀表

11、的防爆等級標(biāo)志的順序?yàn)椋骸＿^程控制儀表常見的防爆等級有。過程控制儀表常見的防爆等級有iaIICT5 ( (iaIICT6) )和和dIIBT3二種。前者表示二種。前者表示II類本質(zhì)安全型類本質(zhì)安全型ia等級等級C C級級T5T5組；后者表示組；后者表示II類隔爆型類隔爆型B B級級T3T3組。組。防爆儀表的分級與分組，與易燃易爆氣體或蒸汽的分級和分組是相對應(yīng)的。防爆儀表的分級與分組，與易燃易爆氣體或蒸汽的分級和分組是相對應(yīng)的。 硝酸乙脂硝酸乙脂 二硫化碳二硫化碳 乙炔乙炔 氫、水煤氣氫、水煤氣 IIC 乙醚、二乙醚、二乙醚乙醚 二甲醚、丙烯二甲醚、丙烯醛、碳化氫醛、碳化氫 環(huán)氧丙烷、丁二烯、環(huán)

12、氧丙烷、丁二烯、乙烯乙烯 丙烯脂、二甲醚、環(huán)丙烷、丙烯脂、二甲醚、環(huán)丙烷、市用煤氣市用煤氣 IIB 亞硝酸乙脂亞硝酸乙脂 乙醛、三乙醛、三甲胺甲胺 環(huán)乙烷、戊烷、環(huán)乙烷、戊烷、己烷、庚烷、辛己烷、庚烷、辛烷、汽油、煤油、烷、汽油、煤油、柴油、戊醇、己柴油、戊醇、己醇、環(huán)乙醇醇、環(huán)乙醇 乙醇、丁醇、丁烷、乙醇、丁醇、丁烷、醋酸丁脂、醋酸戊醋酸丁脂、醋酸戊脂、環(huán)戊烷、丙烯、脂、環(huán)戊烷、丙烯、乙苯、甲醇、丙醇乙苯、甲醇、丙醇 甲烷、氨、乙烷、丙烷、甲烷、氨、乙烷、丙烷、丙酮、苯、甲苯、一氧化丙酮、苯、甲苯、一氧化碳、丙烯酸、甲脂、苯乙碳、丙烯酸、甲脂、苯乙烯、醋酸乙脂、醋酸、氯烯、醋酸乙脂、醋酸、氯

13、苯、醋酸甲脂苯、醋酸甲脂 IIA T685100 T5100135 T4135200 T3200300 T2300400 T1450 組別組別過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第12頁頁 過程控制儀表的防爆措施過程控制儀表的防爆措施過程控制儀表主要有過程控制儀表主要有: : 隔爆型防爆儀表隔爆型防爆儀表 本質(zhì)安全型防爆儀表本質(zhì)安全型防爆儀表 過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第13頁頁隔爆型防爆儀表隔爆型防爆儀表特點(diǎn)：特點(diǎn)：儀表的電路和接線端子全部置于防爆殼體內(nèi)儀表的電路和接線端子全部置于防

14、爆殼體內(nèi) 防爆措施：防爆措施：v采用耐壓采用耐壓8080100N/cm100N/cm2 2以上的表殼以上的表殼v表殼外部的溫升不得超過由易爆性氣體或蒸汽表殼外部的溫升不得超過由易爆性氣體或蒸汽的引燃溫度所規(guī)定的數(shù)值的引燃溫度所規(guī)定的數(shù)值v表殼接合面的縫隙寬度及深度，應(yīng)根據(jù)它的容表殼接合面的縫隙寬度及深度，應(yīng)根據(jù)它的容積和易爆性氣體的級別采用規(guī)定的數(shù)值積和易爆性氣體的級別采用規(guī)定的數(shù)值使用注意：使用注意：* *揭開儀表表殼后，將失去了防爆性能揭開儀表表殼后，將失去了防爆性能 * *長期使用會逐漸降低防爆性能長期使用會逐漸降低防爆性能 過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石

15、化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第14頁頁本質(zhì)安全型防爆儀表本質(zhì)安全型防爆儀表v正常狀態(tài)指在設(shè)計規(guī)定條件下的工作狀態(tài)，故障狀態(tài)正常狀態(tài)指在設(shè)計規(guī)定條件下的工作狀態(tài)，故障狀態(tài)指電路中非保護(hù)性元件損壞或產(chǎn)生短路、斷路、接地指電路中非保護(hù)性元件損壞或產(chǎn)生短路、斷路、接地及電源故障等情況。及電源故障等情況。v本質(zhì)安全型防爆儀表也稱安全火花型防爆儀表。這種儀本質(zhì)安全型防爆儀表也稱安全火花型防爆儀表。這種儀表，在正常狀態(tài)下或規(guī)定的故障狀態(tài)下產(chǎn)生的電火花和熱表，在正常狀態(tài)下或規(guī)定的故障狀態(tài)下產(chǎn)生的電火花和熱效應(yīng)均不會引起規(guī)定的易爆性氣體混合物爆炸。效應(yīng)均不會引起規(guī)定的易爆性氣體混合物爆炸。本質(zhì)安全型本質(zhì)安全型iai

16、a和和ibib兩個等級分別表示：兩個等級分別表示： 在正常工作、一個故障和兩個故障時均不能在正常工作、一個故障和兩個故障時均不能點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物的電氣設(shè)備。點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物的電氣設(shè)備。 在正常工作和一個故障時不能點(diǎn)燃爆炸性氣在正常工作和一個故障時不能點(diǎn)燃爆炸性氣體的電氣設(shè)備。體的電氣設(shè)備。過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第15頁頁控制系統(tǒng)的防爆措施控制系統(tǒng)的防爆措施要使整個測量或控制系統(tǒng)的防爆性能符合安全火花防爆要要使整個測量或控制系統(tǒng)的防爆性能符合安全火花防爆要求，必須滿足：求，必須滿足：1.1.在危險場所使用安全火花型防爆儀表在

17、危險場所使用安全火花型防爆儀表2.2.在控制室儀表與危險場所儀表之間設(shè)置安全柵在控制室儀表與危險場所儀表之間設(shè)置安全柵變送器變送器安全柵安全柵控制器控制器安全柵安全柵執(zhí)行器執(zhí)行器現(xiàn)場現(xiàn)場危險場所危險場所控制室控制室非危險場所非危險場所要真正實(shí)現(xiàn)安全火花防爆，必須注意：要真正實(shí)現(xiàn)安全火花防爆，必須注意：4 4方面的要求。方面的要求。過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第16頁頁（8）執(zhí)行單元：氣動執(zhí)行器、電氣閥門定位器等。）執(zhí)行單元：氣動執(zhí)行器、電氣閥門定位器等。過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT

18、第第17頁頁過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第18頁頁在變送單元中：在變送單元中： W-溫度和溫差；溫度和溫差；Y-壓力；壓力； C-差壓。差壓。在調(diào)節(jié)單元中：在調(diào)節(jié)單元中：L-連續(xù)；連續(xù)； D-斷續(xù)。斷續(xù)。在運(yùn)算單元中：在運(yùn)算單元中： J-加減；加減； S-乘除；乘除；K-開方。開方。在顯示單元中：在顯示單元中： Z-指示；指示； J-記錄；記錄；B-報警；報警； S-積算。積算。在執(zhí)行單元中：在執(zhí)行單元中： Z-直行程；直行程；J-角行程。角行程。過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第1

19、9頁頁過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第20頁頁第三個字母表示測量參數(shù)或儀表品種第三個字母表示測量參數(shù)或儀表品種第二個字母代表儀表大類，字母含義同第二個字母代表儀表大類，字母含義同DDZ-型儀表型儀表過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第21頁頁過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第22頁頁總體分析思路總體分析思路從儀表整體結(jié)構(gòu)上看，模擬式控制儀表有兩種構(gòu)成形式：從儀表整體結(jié)構(gòu)上看，模擬式控制儀表有兩種構(gòu)成形式： 1.1.儀表整機(jī)采用單個放大

20、器，儀表整機(jī)采用單個放大器， 其放大器可由若干級放大電路或不同的放大器串其放大器可由若干級放大電路或不同的放大器串聯(lián)而成。聯(lián)而成。 屬于這一類的儀表有：屬于這一類的儀表有：DDZ-IIDDZ-II型儀表、型儀表、 大部分的變送器、氣動儀表等。大部分的變送器、氣動儀表等。 2.2.整機(jī)由數(shù)目不等的運(yùn)算放大器電路以不同形式（主整機(jī)由數(shù)目不等的運(yùn)算放大器電路以不同形式（主要是串聯(lián)形式）組裝而成。要是串聯(lián)形式）組裝而成。 采用運(yùn)算放大器的儀表都屬于這一類構(gòu)成形式采用運(yùn)算放大器的儀表都屬于這一類構(gòu)成形式 如：如：DDZ-IIIDDZ-III型系列、型系列、I I系列、系列、EKEK系列儀表等。系列儀表等

21、。 過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第23頁頁采用單個放大器的儀表分析采用單個放大器的儀表分析fiKKKKxy1采用單個放大器的儀表一般有如下的結(jié)構(gòu)：輸入部分、放采用單個放大器的儀表一般有如下的結(jié)構(gòu)：輸入部分、放大器和反饋部分。大器和反饋部分。KiKKf+ zi zfxy輸入部分輸入部分放大器放大器反饋部分反饋部分ifKyxK. .在滿足在滿足的條件時，儀表的輸出與輸入關(guān)系僅取決于的條件時，儀表的輸出與輸入關(guān)系僅取決于輸入部分的特性和反饋部分的特性；輸入部分的特性和反饋部分的特性；2. 2. 在滿足在滿足的條件時，放大器的凈輸入的條件時，放

22、大器的凈輸入e e趨向于零（趨向于零（ e e 00）。）。過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第24頁頁分析方法分析方法 1 1、將儀表劃分為輸入部分、放大器和反饋部分；、將儀表劃分為輸入部分、放大器和反饋部分； 2 2、對各個部分分析，重點(diǎn)是輸入部分和反饋部分；、對各個部分分析，重點(diǎn)是輸入部分和反饋部分； 3 3、求出整機(jī)輸出與輸入之間的關(guān)系，得整機(jī)特性。、求出整機(jī)輸出與輸入之間的關(guān)系，得整機(jī)特性。 比較環(huán)節(jié)的確定可以從放大器的輸入端即比較環(huán)節(jié)的確定可以從放大器的輸入端即e e所加位置著手；所加位置著手；取樣環(huán)節(jié)的確定可以從儀表的輸出信號回

23、路著手取樣環(huán)節(jié)的確定可以從儀表的輸出信號回路著手 。過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第25頁頁采用運(yùn)算放大器的儀表分析方法采用運(yùn)算放大器的儀表分析方法這類儀表的線路是由這類儀表的線路是由。由于每一個運(yùn)算放大器電路的輸出電阻很小，而由于每一個運(yùn)算放大器電路的輸出電阻很小，而輸入電阻又都足夠大，這樣，前、后級運(yùn)算放大輸入電阻又都足夠大，這樣，前、后級運(yùn)算放大器電路之間相互影響很小。器電路之間相互影響很小。分析這類儀表時，分析這類儀表時，。過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第26頁頁運(yùn)算放大器的

24、基本知識運(yùn)算放大器的基本知識輸入端輸入端(+(+、-)-)：+ +端為同相輸入端端為同相輸入端 - -端為反相輸入端端為反相輸入端U UT T 為同相端對地的電壓為同相端對地的電壓U UF F 為反相端對地的電壓為反相端對地的電壓電壓差電壓差U Ud d 從同相端到反相端從同相端到反相端輸出端：輸出端：U Uo o 為輸出端對地的電壓為輸出端對地的電壓( (輸出電壓輸出電壓) )UTUFUdUoU+U電源端（電源端（U+ U+ 、U- U- ）分析線路時往往把運(yùn)算放大器看成是雙端輸入、單端輸出的分析線路時往往把運(yùn)算放大器看成是雙端輸入、單端輸出的三端器件。三端器件。過程控制儀表及裝置過程控制儀

25、表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第27頁頁運(yùn)算放大器的基本性能運(yùn)算放大器的基本性能222dcFTFTFUUUUUUU222dcFTFTTUUUUUUUUc為共模輸入電壓為共模輸入電壓Ud為差模輸入電壓為差模輸入電壓任何一個運(yùn)算放大器，其允許承受的任何一個運(yùn)算放大器，其允許承受的U Uc c和和U Ud d都有一定的限制都有一定的限制，制造廠規(guī)定了運(yùn)算放大器的最大差模輸入電壓，制造廠規(guī)定了運(yùn)算放大器的最大差模輸入電壓( (又稱差模又稱差模輸入范圍輸入范圍) )和最大共模輸入電壓和最大共模輸入電壓( (又稱共模輸入范圍又稱共模輸入范圍) )。運(yùn)算放大器的輸出電壓和電流也都

26、有一定的限制，最大輸出運(yùn)算放大器的輸出電壓和電流也都有一定的限制，最大輸出電壓一般比電源電壓低電壓一般比電源電壓低1 12V,2V,最大輸出電流一般為最大輸出電流一般為5mA5mA或或10mA10mA，在儀表電路中需要輸出大電流時，往往采用三極管進(jìn)行電，在儀表電路中需要輸出大電流時，往往采用三極管進(jìn)行電流放大。流放大。過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第28頁頁理想運(yùn)算放大器的基本理想運(yùn)算放大器的基本性能性能+ + +K Ko oR Ro oR Ri iU UF FU UT TI IbFbFI IbTbTU Ud dU Uo o輸入電阻：輸入

27、電阻：Ri Ri輸出電阻：輸出電阻：Ro Ro0開環(huán)增益：開環(huán)增益：Ko Ko失調(diào)、漂移為零失調(diào)、漂移為零正常正常1.差模輸入為差模輸入為0：UTUF（Ud0）2.輸入端電流為輸入端電流為0：IbF0，IbT0過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第29頁頁基本運(yùn)放電路：反相端輸入基本運(yùn)放電路：反相端輸入= 0= 0UFUTUoUiR1R2R3UT = ?UT = 0UF = ?211212FiORRUUURRRR12RRUUio1 1輸出電壓與輸入電壓成正比，其比例系數(shù)為輸出電壓與輸入電壓成正比，其比例系數(shù)為R R2 2/R/R1 1；2 2輸

28、出與輸入極性相反；輸出與輸入極性相反；3 3反相端不接地，但反相端不接地，但U UF F =0 =0，故稱反相端為，故稱反相端為“虛地虛地”；4 4輸入電阻約等于輸入回路電阻輸入電阻約等于輸入回路電阻R R1 1；5 5輸入回路電流輸入回路電流I Ii i，全部流經(jīng)反饋回路，即，全部流經(jīng)反饋回路，即I If f = = I Ii iIiIf過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第30頁頁基本運(yùn)放電路：同相端輸入基本運(yùn)放電路：同相端輸入= UiUT = ?UT = UiUF = ?112FORUURR211oiURUR UFUTUoUiR1R2R3

29、1 1輸出電壓與輸入電壓成正比，其比例系數(shù)為（輸出電壓與輸入電壓成正比，其比例系數(shù)為（1+R2/R11+R2/R1）；）；2 2輸出與輸入極性相同；輸出與輸入極性相同；3 3同相端和反相端存在共模電壓同相端和反相端存在共模電壓UC =Ui ；4 4輸入電阻等于運(yùn)放本身的輸入電阻，通常為輸入電阻等于運(yùn)放本身的輸入電阻，通常為1 1 500M500M。 過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第31頁頁基本運(yùn)放電路：差動輸入基本運(yùn)放電路：差動輸入UT = ?UF = ?212112FiFORUURRRURR2211()oiTiFidRRUUUURR1在

30、滿足在滿足R1 /R3= R2 /R4 電阻匹配條件時，差動輸入放大器電路的輸出電壓僅電阻匹配條件時，差動輸入放大器電路的輸出電壓僅僅取決于兩個輸入電壓之差僅取決于兩個輸入電壓之差Uid = UiT -UiF ，即這種電路只放大差動信號，不，即這種電路只放大差動信號，不放大共模信號，且與差動信號放大共模信號，且與差動信號Uid 成正比，比例系數(shù)為成正比，比例系數(shù)為R2/R1。輸出電壓與。輸出電壓與差動信號極性相同。差動信號極性相同。 在儀表線路中，往往取得在儀表線路中，往往取得R1=R3、R2=R4，形成所謂對稱差動運(yùn)放電路。，形成所謂對稱差動運(yùn)放電路。2運(yùn)算放大器輸入端存在共模電壓運(yùn)算放大器

31、輸入端存在共模電壓 UFUTUoUiTR1R2R3UiFR4 IbT =0434TiTRUURR IbF =0UT =UFR1 /R3= R2 /R4過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第32頁頁基本運(yùn)放電路：電壓跟隨器基本運(yùn)放電路：電壓跟隨器UoUiU0 = Ui 特點(diǎn)特點(diǎn)：輸入電阻高：輸入電阻高 輸出電阻低輸出電阻低 它在儀表電路應(yīng)用中，起隔離作用它在儀表電路應(yīng)用中，起隔離作用12RRUUio211oiURUR 21ooiTiFidUURUUURU0 = Ui過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXI

32、T第第33頁頁運(yùn)算放大器的單電源供電運(yùn)算放大器的單電源供電運(yùn)算放大器需要電源，通常有運(yùn)算放大器需要電源，通常有2種供電方式：單電源供電和雙種供電方式：單電源供電和雙電源供電電源供電UoUTUFE= Ep +EoUoUTUFEp En出于儀表總體設(shè)計的需要、便于儀表的安裝以及變送器采用出于儀表總體設(shè)計的需要、便于儀表的安裝以及變送器采用二線制等原因，在儀表線路中，一般都采用單電源供電，即二線制等原因，在儀表線路中，一般都采用單電源供電，即由一組由一組+24V電源供電。電源供電。過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第34頁頁運(yùn)算放大器的使用條件運(yùn)算

33、放大器的使用條件運(yùn)算放大器不論采用單電源供電還是雙電源供電，運(yùn)算放大器不論采用單電源供電還是雙電源供電，都必須滿足以下條件：都必須滿足以下條件：UoUTUFUU0V24V19V2V12V12V7V10V0V24V23V1V12V12V11V11V共模輸入電壓范圍共模輸入電壓范圍輸出電壓范圍輸出電壓范圍過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第35頁頁III型儀表中運(yùn)放的供電型儀表中運(yùn)放的供電DDZ-IIIDDZ-III型型等系列儀表的信號范圍為等系列儀表的信號范圍為1 15V5V，在，在24V24V單電源供電時，顯單電源供電時，顯然不能滿足共模輸入

34、范圍的要求。然不能滿足共模輸入范圍的要求。UoUTUFE= Ep +EoEp En為此，在儀表的電路中，采用電平移動的方法，即為此，在儀表的電路中，采用電平移動的方法，即另加電平移動電源另加電平移動電源U UB B ，以便使，以便使U UT T 和和U UF F 進(jìn)入共模輸入范圍以內(nèi)進(jìn)入共模輸入范圍以內(nèi)。 另加電平移動電源另加電平移動電源U UB B 之后，運(yùn)算放大器電路在單電源供電時以之后，運(yùn)算放大器電路在單電源供電時以U UB B 為為基準(zhǔn)的運(yùn)算關(guān)系，跟雙電供電時以地（基準(zhǔn)的運(yùn)算關(guān)系，跟雙電供電時以地（0V0V）為基準(zhǔn)的）為基準(zhǔn)的運(yùn)算關(guān)系，在形運(yùn)算關(guān)系，在形式上完全相同式上完全相同。在在D

35、DZ-IIIDDZ-III型儀表及其它系列儀表中，所有接收儀表型儀表及其它系列儀表中，所有接收儀表的的輸入電路均采用這種形式的電路。輸入電路均采用這種形式的電路。過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第36頁頁分析方法分析方法 采用運(yùn)算放大器的儀表分析方法是把整個儀表線路采用運(yùn)算放大器的儀表分析方法是把整個儀表線路分成一個個運(yùn)算放大器電路單獨(dú)地進(jìn)行分析，最后再綜分成一個個運(yùn)算放大器電路單獨(dú)地進(jìn)行分析，最后再綜合得到整機(jī)的特性。因此，采用運(yùn)算放大器的儀表線路合得到整機(jī)的特性。因此，采用運(yùn)算放大器的儀表線路分析的基礎(chǔ)是單個運(yùn)算放大器電路的分析。分析的

36、基礎(chǔ)是單個運(yùn)算放大器電路的分析。 單個運(yùn)算放大器電路的分析方法通常有如下兩種：單個運(yùn)算放大器電路的分析方法通常有如下兩種： 1.1.利用基本運(yùn)算放大器電路的關(guān)系式利用基本運(yùn)算放大器電路的關(guān)系式2.2.利用理想運(yùn)算放大器輸入端的兩個特征利用理想運(yùn)算放大器輸入端的兩個特征過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第37頁頁利用基本運(yùn)算放大器電路的關(guān)系式利用基本運(yùn)算放大器電路的關(guān)系式 要點(diǎn)要點(diǎn)：熟練靈活掌握基本運(yùn)算放大器電路的關(guān)熟練靈活掌握基本運(yùn)算放大器電路的關(guān)系式系式，就能很容易看出運(yùn)算放大器電路的運(yùn)算關(guān)系，并就能很容易看出運(yùn)算放大器電路的運(yùn)算關(guān)系，并能

37、很快地了解整個儀表的特性。能很快地了解整個儀表的特性。當(dāng)然，儀表中的實(shí)際電路，有時可能是兩種基本電當(dāng)然，儀表中的實(shí)際電路，有時可能是兩種基本電路的合成，或者輸入回路電阻和反饋回路電阻包含有電路的合成，或者輸入回路電阻和反饋回路電阻包含有電容等非純阻性元件。容等非純阻性元件。 這時可以采用疊加法、等效電源定理、這時可以采用疊加法、等效電源定理、Y Y變換、變換、阻抗變換法等方法進(jìn)行處理，將這些比較復(fù)雜的運(yùn)算放阻抗變換法等方法進(jìn)行處理，將這些比較復(fù)雜的運(yùn)算放大器電路轉(zhuǎn)化為基本電路。大器電路轉(zhuǎn)化為基本電路。過程控制儀表及裝置過程控制儀表及裝置蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第38頁

38、頁利用理想運(yùn)算放大器輸入端的兩個特征利用理想運(yùn)算放大器輸入端的兩個特征 理想運(yùn)算放大器輸入端的兩個特征：理想運(yùn)算放大器輸入端的兩個特征： （1 1）差模輸入電壓等于零，即）差模輸入電壓等于零，即U Ud d=0=0或或U UT T=U=UF F； （2 2）輸入端輸入電流等于零，即）輸入端輸入電流等于零，即I IbTbT=0=0，I IbFbF=0=0。 這兩個特征是分析運(yùn)算器放大電路輸入這兩個特征是分析運(yùn)算器放大電路輸入輸出關(guān)系輸出關(guān)系的出發(fā)點(diǎn)的出發(fā)點(diǎn) 關(guān)鍵：關(guān)鍵：求得運(yùn)算放大器兩個輸入端的電位求得運(yùn)算放大器兩個輸入端的電位U UT T和和U UF F 根據(jù)電路具體結(jié)構(gòu)，找出輸入、輸出信號與根據(jù)電路具體結(jié)構(gòu)，找出輸入、輸出信號與U UT T、U UF F之之間的關(guān)系，然后依據(jù)間的關(guān)系，然后依據(jù)U UT T=U=UF F，求出輸出與輸入之間的關(guān)系。，求出輸出與輸入之間的關(guān)系。方法：方法：斷開反饋又保證等效，把原電路轉(zhuǎn)化