自動(dòng)調(diào)節(jié)儀表第二章

1、自動(dòng)調(diào)節(jié)儀表第二章 變送器和轉(zhuǎn)換器電氣院自動(dòng)化教研室2電氣院自動(dòng)化教研室第二章 變送器和轉(zhuǎn)換器第一節(jié) 變送器的構(gòu)成第二節(jié) 差壓變送器（*）第三節(jié) 溫度變送器（*）第四節(jié) 電/氣轉(zhuǎn)換器變送器和轉(zhuǎn)換器3電氣院自動(dòng)化教研室2.1 變送器的構(gòu)成一、構(gòu)成原理測量部分C放大器K反饋部分F調(diào)零、零點(diǎn)遷移Zi Zf Z0 yx圖2-1 變送器的構(gòu)成原理和輸入輸出特性變送器基于負(fù)反饋原理工作yxymaxxmaxxminymin04電氣院自動(dòng)化教研室二、量程調(diào)整、零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移 量程調(diào)整相當(dāng)于改變變送器的輸入輸出特性的斜率，也就是改變變送器輸出信號(hào)y與輸入信號(hào)x之間的比例系數(shù)。 1、量程調(diào)整（即滿度調(diào)整）的目

2、的是使變送器的輸出信號(hào)上限值ymax與測量范圍的上限值xmax相對應(yīng)。方法：改變FF大，斜率小，量程大 改變CC小，斜率小，量程大圖 2-2 變送器量程調(diào)整 前后的輸入輸出特性5電氣院自動(dòng)化教研室2、零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移 二者都是使變送器的輸出信號(hào)下限值ymin與測量范圍的下限值xmin相對應(yīng)：在xmin= 0時(shí)，稱為零點(diǎn)調(diào)整，在xmin 0時(shí)，稱為零點(diǎn)遷移。 （1）零點(diǎn)調(diào)整使變送器測量起始點(diǎn)為零。（2）零點(diǎn)遷移是把測量起始點(diǎn)由零遷移 到某一數(shù)值。6電氣院自動(dòng)化教研室當(dāng)測量起始點(diǎn)由零變?yōu)槟骋徽?，稱正遷移，圖b；而由零變?yōu)槟骋回?fù)值，稱為負(fù)遷移，圖c。 實(shí)現(xiàn)方法：改變調(diào)零信號(hào)z0 ，當(dāng)z0 為負(fù)時(shí)

3、可實(shí)現(xiàn)正遷移。注意：零點(diǎn)遷移后，變送器的輸入輸出特性沿x向左或右平移一段距離，但斜率不變，因此變送器的量程不變。 圖 2-3 變送器零點(diǎn)遷移前后的輸入輸出特性7電氣院自動(dòng)化教研室2.2 差壓變送器 用來將壓力、流量、液位等被測參數(shù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對這些參數(shù)的顯示、記錄或自動(dòng)控制。一、力平衡式差壓變送器（一）概述圖2-4 力平衡式差壓變送器構(gòu)成方框圖測量部分杠桿系統(tǒng)位移檢測放大器電磁反饋機(jī)構(gòu)piFiFfI0s測量部分C放大器K反饋部分F調(diào)零、零點(diǎn)遷移Zi Zf Z0 yx8電氣院自動(dòng)化教研室 工作過程： 測量部分將被測差壓pi轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸入力Fi，該力與電磁反饋機(jī)構(gòu)輸出的作用力Ff

4、一起作用于杠桿系統(tǒng)，使杠桿產(chǎn)生微小的偏移，再經(jīng)位移檢測放大器轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的直流電流輸出信號(hào)Io。9電氣院自動(dòng)化教研室（二）工作原理和結(jié)構(gòu)1. 工作原理 （1）力平衡式差壓變送器基于力矩平衡原理工作。它以電磁反饋力產(chǎn)生的力矩Mf去平衡輸入力產(chǎn)生的力矩Mi。 由于采用深度負(fù)反饋，因而測量精度較高，而且保證了被測差壓pi和輸出電流Io之間的線性關(guān)系。10電氣院自動(dòng)化教研室（2）結(jié)構(gòu)示意圖11電氣院自動(dòng)化教研室檢測部分: P 輸入力Fi 杠桿系統(tǒng): 力的傳遞和力矩比較 位移檢測放大器: 位移 輸出電磁反饋裝置: 輸出反饋力Ff（2）結(jié)構(gòu)示意圖12電氣院自動(dòng)化教研室杠桿系統(tǒng)受力圖13電氣院自動(dòng)化教研室Al

5、1/l2tanl3MilfK2K1loKf+MoPiFiF1-MfFfIosFo（3）變送器信號(hào)傳輸方框圖tan矢量機(jī)構(gòu)的力傳遞系數(shù)， 為矢量角K1副杠桿力矩-位移轉(zhuǎn)換系數(shù)；K2低頻位移檢測放大器位移-電 流轉(zhuǎn)換系數(shù)；Kf電磁反饋機(jī)構(gòu)的電磁結(jié)構(gòu)常數(shù)F214電氣院自動(dòng)化教研室Al1/l2tanl3MilfK2K1loKf+MoPiFiF1-MfFfIosFo（4）變送器輸入輸出關(guān)系：15電氣院自動(dòng)化教研室(5)結(jié)論：零點(diǎn)和滿度值應(yīng)反復(fù)調(diào)整。在滿足深度負(fù)反饋的條件下,輸出電流Io與輸入差壓Pi成正比。后一項(xiàng)用于確定變送器輸出電流的起始值，對III型變送器，該項(xiàng)使輸出為4mA。改變調(diào)零彈簧作用力Fo

6、可調(diào)整變送器的零點(diǎn)。調(diào)整變送器的量程可通過改變tan和Kf來實(shí)現(xiàn)。16電氣院自動(dòng)化教研室2、結(jié)構(gòu)（1）測量部分（2）杠桿系統(tǒng)、調(diào)零和零點(diǎn)遷移機(jī)構(gòu)、靜壓調(diào)整和過載保護(hù)裝置、平衡錘、矢量機(jī)構(gòu)（3）電磁反饋機(jī)構(gòu)包括主、副杠桿以及17電氣院自動(dòng)化教研室作用：把被測差壓Pi轉(zhuǎn)換成作用于主杠桿下端的輸入力Fi A1= A2= AFi= A (P1 -P2 ) = APi Fi= A1P1 -A2P2因: 故:2. 結(jié)構(gòu)（1）測量部分組成：高、低壓室，膜盒，膜片 Fi 雙膜片結(jié)構(gòu)可減小溫度的影響（雙膜片受溫度變化抵消）。 膜盒內(nèi)有充有硅油。18電氣院自動(dòng)化教研室18電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室19電氣院自動(dòng)

7、化教研室（2）杠桿系統(tǒng) 作用：進(jìn)行力的傳遞和力矩比較，然后轉(zhuǎn)換成檢測片的位移。 組成： 主杠桿1、矢量機(jī)構(gòu)2和副杠杠4，以及調(diào)零機(jī)構(gòu)、零點(diǎn)遷移機(jī)構(gòu)、靜壓調(diào)整和過載保護(hù)、平衡錘。20電氣院自動(dòng)化教研室 主杠桿將輸入力Fi轉(zhuǎn)換為作用于矢量機(jī)構(gòu)上的力F1 ：21電氣院自動(dòng)化教研室 副杠桿進(jìn)行力矩的比較 22電氣院自動(dòng)化教研室 調(diào)零和零點(diǎn)遷移機(jī)構(gòu)23電氣院自動(dòng)化教研室 靜壓調(diào)整和過載保護(hù)裝置24電氣院自動(dòng)化教研室 平衡錘 作用：使副杠桿的重心和支點(diǎn)M重合，提高儀表的耐沖擊力、耐振動(dòng)性能，而且在儀表不垂直安裝時(shí)也不影響精度。25電氣院自動(dòng)化教研室 矢量機(jī)構(gòu)將主杠桿傳來的推力F1轉(zhuǎn)換為作用于副杠桿上的力F

8、2 ：改變tan，可改變差壓變送器的量程:：415，量程比為 tan15/tan4=3.8326電氣院自動(dòng)化教研室27電氣院自動(dòng)化教研室 Ff（3）電磁反饋機(jī)構(gòu) 作用：把變送器的輸出電流I0轉(zhuǎn)換成作用于副杠桿的電磁反饋力Ff ，此力作用于副杠桿，產(chǎn)生反饋力矩Mf 。反饋力Ff =B0DWI0 設(shè)電磁結(jié)構(gòu)常數(shù)Kf =B0DW 改變反饋動(dòng)圈的匝數(shù)W，可以改變 Kf 的大小 則 Ff = KfI01反饋動(dòng)圈，2導(dǎo)磁體3永久磁鋼28電氣院自動(dòng)化教研室1-3短接、2-4短接：W = W1=725匝 1-2短接： W = W1+W2=2175匝 可實(shí)現(xiàn)3:1的量程調(diào)整。 W1=725匝，W2=1450匝。

9、29電氣院自動(dòng)化教研室（三）低頻位移檢測放大器 作用：把副杠桿上位移檢測片（銜鐵）的微小位移s 轉(zhuǎn)換成420mA的直流輸出電流 Io。低頻位移檢測放大器構(gòu)成圖差動(dòng)變壓器s低頻放大器 組成：差動(dòng)變壓器、低頻振蕩器、整流濾波電路、功率放大器。30電氣院自動(dòng)化教研室1. 差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器原理圖差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)作用：將檢測片的位移 s 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)UCD。組成：檢測片（銜鐵），上、下罐形磁芯和四組線圈。uAB為原邊繞阻電壓，uCD為副邊繞阻感應(yīng)電動(dòng)勢。s uCDBD上罐形磁芯下罐形磁芯AC檢測片s31電氣院自動(dòng)化教研室當(dāng)uAB一定時(shí)， 是固定值， 隨s的大小而變化。BD上罐形磁芯下罐形磁芯

10、AC檢測片s32電氣院自動(dòng)化教研室 時(shí)，因差動(dòng)變壓器上、下兩部分磁路的磁阻相等，原、副邊繞阻之間互感也相等，故 ，得 ，差動(dòng)變壓器無輸出。 時(shí)，因差動(dòng)變壓器上半部 磁路磁阻加大，互感下降，故 ，且uCD隨s增加而增加， 此時(shí)uCD與uAB反相。 時(shí)，因差動(dòng)變壓器上半部磁路磁阻減小，互感增加，故 ，且uCD隨s減小而增加，此時(shí)uCD與uAB同相。33電氣院自動(dòng)化教研室2.低頻振蕩器VD10、VD11 可以提供偏置電壓，使三極管VT1正常工作。R2起電流負(fù)反饋?zhàn)饔? 從而穩(wěn)定了VT1的直流工作點(diǎn)。（1）電路元件振蕩器電路uCD uAB34電氣院自動(dòng)化教研室 振蕩器的輸出電壓 uAB 經(jīng)差動(dòng)變壓器耦

11、合得到的 uCD，反饋至放大器的輸入端。 如果反饋信號(hào)能滿足振蕩的相位條件和振幅條件，則放大器能形成自激振蕩。（2）工作原理振蕩器電路35電氣院自動(dòng)化教研室振蕩器電路（3）低頻振蕩器的起振條件：振蕩頻率：相位條件 ： s /2 時(shí)， uCD 與 uAB 相位相同，則電路就形成正反饋。振幅條件： uCD=uAB ，即K F = 1, 選擇合適的電路參數(shù)，可滿足該條件。滿足以上兩條自激振蕩條件時(shí)，電路振蕩。36電氣院自動(dòng)化教研室(4) 振蕩器的放大特性和反饋特性幅值可控工作點(diǎn)即： s F 交點(diǎn)P上移 uAB 工作中，F(xiàn) 隨s 的變化而變化。 s 較大時(shí)，F(xiàn) 較小。（磁阻較大） 穩(wěn)定后的工作點(diǎn)P對應(yīng)

12、的電壓uAB是振蕩器的輸出電壓 。（s與uAB的關(guān)系）37電氣院自動(dòng)化教研室3. 整流濾波電路 振蕩器的輸出電壓UAB經(jīng)二極管VD4整流，通過電阻R8-9和電容C5濾波，得到平滑的直流電壓信號(hào)UR4 ，再送至功放級(jí)。整流濾波電路uAB uR438電氣院自動(dòng)化教研室4. 功率放大器穩(wěn)定工作點(diǎn) 提高輸入阻抗為穿透電流提供旁路，以改善溫度特性采用復(fù)合管，目的一是提高電流放大倍數(shù)；二是電平配置uR4 IO39電氣院自動(dòng)化教研室其他元件作用R1、C1：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。R10：改變放大器靈敏度。高量程時(shí)，通過端子7、8將其接入，以降低靈敏度。R7

13、：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。VD9：防止電源反接。40電氣院自動(dòng)化教研室限能限流負(fù)載兩線制位移檢測放大器總圖及本安防爆措施如下：整流濾波電路差動(dòng)變壓器功率放大器低頻振蕩器41電氣院自動(dòng)化教研室42電氣院自動(dòng)化教研室42（一）概述P2P1 輸出信號(hào)4 20mA固定電極Ci1Ci2解調(diào)器功放器反饋、保護(hù)電源、振蕩硅油可動(dòng)電極二、電容式差壓變送器43電氣院自動(dòng)化教研室圖2-19 電容式差壓變送器構(gòu)成方框圖感壓膜片差動(dòng)電容電容-電流轉(zhuǎn)換電路 放大和輸出限制電路反饋電路調(diào)零、遷移信號(hào)I 反饋信號(hào)I1測量部件轉(zhuǎn)換放大電路電流信號(hào)I2電容變化二、電容式差壓變送器44電氣院

14、自動(dòng)化教研室1、構(gòu)成原理位移平衡式s二、電容式差壓變送器45電氣院自動(dòng)化教研室45 可動(dòng)極板 固定極板2、檢測元件差動(dòng)電容 固定極板Ci1 s1Ci2 s2二、電容式差壓變送器46電氣院自動(dòng)化教研室46是Ci1 s1Ci2 s2 可動(dòng)極板 固定極板 固定極板2、檢測元件差動(dòng)電容二、電容式差壓變送器47電氣院自動(dòng)化教研室47（1）電容式接近開關(guān)在物位測量控制中的使用。二、電容式差壓變送器3、應(yīng)用舉例48電氣院自動(dòng)化教研室48（2）利用電容式差壓變送器測量液體的液位。 電容式差壓變送器 施加在高壓側(cè)腔體內(nèi)的壓力與液位成正比： P = g h二、電容式差壓變送器3、應(yīng)用舉例49電氣院自動(dòng)化教研室投入

15、式水位計(jì)二、電容式差壓變送器（2）利用電容式差壓變送器測量液體的液位。 3、應(yīng)用舉例50電氣院自動(dòng)化教研室（二）測量部件 1、作用：正壓室Ci1, s1負(fù)壓室Ci2, s2Pi使硅油向右移動(dòng)，使中心感壓膜片向右產(chǎn)生微小位移s。二、電容式差壓變送器1,2,3-電極引線;4-差動(dòng)電容膜盒座;5-差動(dòng)電容膜盒;6-負(fù)壓側(cè)導(dǎo)壓口;7-硅油;8-負(fù)壓側(cè)隔離膜片;9-負(fù)壓室基座;10-負(fù)壓側(cè)弧形電極;11-中心感壓膜片;12-正壓側(cè)弧形電極;13-正壓室基座;14-正壓側(cè)隔離膜片;15-正壓側(cè)導(dǎo)壓口;16-放氣排液螺釘;17-O形密封環(huán);18-插頭。51電氣院自動(dòng)化教研室51二、電容式差壓變送器52電氣院

16、自動(dòng)化教研室二、電容式差壓變送器（二）測量部件 2、關(guān)系：53電氣院自動(dòng)化教研室上式說明：二、電容式差壓變送器差動(dòng)電容為(1) 相對變化值 與被測差壓 成線性關(guān)系。 (2) 與介電常數(shù) 無關(guān)，可減小溫度對變送器的影響。 (3) 與 有關(guān)。 愈小，差動(dòng)電容的相對變化量越大，靈敏度越高。54電氣院自動(dòng)化教研室（三）轉(zhuǎn)換放大電路(了解)作用：將差動(dòng)電容的相對變化值，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流 輸出信號(hào)。其他功能： 零點(diǎn)調(diào)整、正負(fù)遷移、量程調(diào)整、阻尼調(diào)整。 該電路包括電容電流轉(zhuǎn)換電路和放大及輸出限制電路兩部分。55電氣院自動(dòng)化教研室轉(zhuǎn)換放大部分電路原理方框圖振蕩器解調(diào)器穩(wěn)壓源調(diào)零及 零點(diǎn)遷移功放和 輸出限制量程

17、調(diào)整（負(fù)反饋）基準(zhǔn) 電壓IC1IC3E1245VCi1Ci2RLI 0420mA共模信號(hào)差動(dòng)信號(hào)振蕩控制放大器前置放大器56電氣院自動(dòng)化教研室圖2-28 電容式差壓變送器電路圖57電氣院自動(dòng)化教研室 將差動(dòng)電容的相對變化值成比例地轉(zhuǎn)換為差動(dòng)信號(hào) ( 即電流變化值) 。 1.電容電流轉(zhuǎn)換電路58電氣院自動(dòng)化教研室差動(dòng)信號(hào) Ii= (I1 I2) 共模信號(hào) Ic=( I2 + I1 ) 差動(dòng)信號(hào)Ii經(jīng)電流放大電路放大成420mA的輸出電流Io；共模信號(hào)Ic使得I2+I1保持不變,從而保證Ii 與輸入差壓Pi之間成比例關(guān)系。 59電氣院自動(dòng)化教研室包括VT1、T1等，向Ci1和Ci2提供高頻電流。是

18、一種變壓器反饋型振蕩電路。振蕩器的輸出幅值由放大器 IC1 的輸出電壓決定。（1）振蕩器60電氣院自動(dòng)化教研室 解調(diào)(即相敏整流)后輸出兩組電流信號(hào)：差動(dòng)信號(hào)和共模信號(hào)。解調(diào)器振蕩控制放大器（2）解調(diào)和振蕩控制電路61電氣院自動(dòng)化教研室 對通過差動(dòng)電容Ci1、Ci2 的高頻電流進(jìn)行半波整流。 電流I2的路線為 :T1(2)VD2、VD6Ci2C17 Ri T1(11) 繞阻2-11輸出的高頻電壓經(jīng)VD4、VD8 和VD2、VD6 整流得到直流I1和I2，電流I1的路線為: T1(11)Ri C17 Ci1 VD8、VD4T1 (2) 解調(diào)器62電氣院自動(dòng)化教研室T1 (3) VD3、VD7 C

19、i1 C17 R6R8 T1(10) 電流I2的路線為: T1(12)R7R9C17Ci2VD5、VD1T1(1) 繞阻3-10和繞阻1-12輸出的高頻電壓經(jīng)VD3、VD7 和VD1、VD5 整流得到直流I1和I2，電流I1的路線為: 解調(diào)器63電氣院自動(dòng)化教研室 I1、I2以相反的方向流過Ri，兩者平均值之差I(lǐng)2-I1即為解調(diào)器輸出的差動(dòng)信號(hào)Ii ， I1、I2流過R6R8和R9R7產(chǎn)生的電流兩者平均值之和I2I1即為解調(diào)器輸出的共模信號(hào)Ic 。 電路時(shí)間常數(shù)比振蕩周期小得多，可以認(rèn)為Ci1、Ci2兩端電壓的變化等于振蕩器輸出高頻電壓的峰峰值UPP，則可求得電流I1、I2的平均值如下： 解調(diào)

20、器64電氣院自動(dòng)化教研室 兩電流平均值之差I(lǐng)i 及兩者之和Ic 分別為 只要Ic恒定，即可實(shí)現(xiàn)差動(dòng)電容相對變化值與電流信號(hào)Ii的線性關(guān)系。 解調(diào)器65電氣院自動(dòng)化教研室 振蕩控制放大器IC1的作用是使流過VD1、VD5和VD3、VD7的電流之和I2+I1即 Ic 等于常數(shù)。 66電氣院自動(dòng)化教研室 振蕩控制放大器Ii = I2 - I1 = K3Ci2-Ci1Ci2+Ci167電氣院自動(dòng)化教研室定性分析如下： I2+I1 Ui 振蕩器振蕩幅度 使I2+I1恢復(fù)到原 來的數(shù)值, I2+I1 變壓器T1輸出電 壓減小 Uo1 振蕩控制放大器68電氣院自動(dòng)化教研室線性調(diào)整電路(包括VD9、VD10、

21、R22、R23、RP1等) 檢測元件中分布電容的存在，使差動(dòng)電容的相對變化值減小，Ii減小，造成非線性誤差，故設(shè)計(jì)了線形調(diào)整電路。 電路通過提高振蕩器輸出電壓幅度以增大解調(diào)器輸出電流的方法，來補(bǔ)償分布電容所產(chǎn)生的非線性誤差。（3）線性調(diào)整電路69電氣院自動(dòng)化教研室非0的Ui3作用于IC1, IC1輸出電位 振蕩器振蕩幅度 Ii 則補(bǔ)償了分布電容造成的誤差。 （3）線性調(diào)整電路振蕩器供電電壓 70電氣院自動(dòng)化教研室2.放大及輸出限制電路作用：將電流信號(hào) Ii 放大，并輸出4 20mA的直流 電流Io 。71電氣院自動(dòng)化教研室 IC3起前置放大作用， VT3、 VT4組成復(fù)合管，將IC3的輸出電壓

22、變換為變送器的輸出電流。(1)放大電路(包括IC3、VT3、 VT4等)72電氣院自動(dòng)化教研室 電阻R31、 R33、 R34和電位器Rp3組成反饋網(wǎng)絡(luò)，輸出電流Io經(jīng)這一網(wǎng)絡(luò)分流，得到反饋電流If，送至放大器的輸入端，構(gòu)成深度負(fù)反饋保證了Ii 和 Io的線性關(guān)系。73電氣院自動(dòng)化教研室 電位器Rp2用以調(diào)整輸出零位。S為正負(fù)遷移調(diào)整開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)變送器的正向或負(fù)向遷移。電位器Rp3用以調(diào)整變送器的量程。74電氣院自動(dòng)化教研室式中：K4 =RiRf，K5 =1Ri，、a為分壓系數(shù)。 對電路進(jìn)行分析，可推得如下的輸入、輸出關(guān)系式：75電氣院自動(dòng)化教研室上式表明pi與IO間成比例關(guān)系，并有：等式右邊

23、第二項(xiàng)為調(diào)零信號(hào)。K4為電路放大倍數(shù)。改變值，同時(shí)影響變送器量程和調(diào)零信號(hào)。式中：K4 =RiRf，K5 =1Ri，、a為分壓系數(shù)。76電氣院自動(dòng)化教研室(2)輸出限制電路(包括VT2、 R18等) 當(dāng)輸出電流超過允許值時(shí)，R18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)，流過VT2(也即VT4)的電流受到限制(Io不超過30mA)。77電氣院自動(dòng)化教研室(3)放大電路中其它元件的作用R38、R39、C22和RP4構(gòu)成阻尼電路，抑制變送器的輸出波動(dòng)，RP4用來調(diào)整阻尼時(shí)間。78電氣院自動(dòng)化教研室(3)放大電路中其它元件的作用VD12在指示儀表未接通時(shí)，為輸出電流提供通路, 同

24、時(shí)起反向保護(hù)作用。79電氣院自動(dòng)化教研室2.3 溫度變送器4、四線制溫度變送器的特點(diǎn)：（1）在熱電偶和熱電阻溫度變送器中，采用了線性化電路，實(shí)現(xiàn)了變送器輸出信號(hào)與溫度的線性關(guān)系。（2）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，具有良好的抗干擾性能。1、作用：將來自熱電偶或熱電阻的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)(420mA直流電流或15V直流電壓)，以實(shí)現(xiàn)對溫度的顯示、記錄或自動(dòng)控制。2、分類：兩線制和四線制 ，主要討論四線制。3、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。80電氣院自動(dòng)化教研室圖2-31 溫度變送器 結(jié)構(gòu)方框圖一、四線制溫度變送器 在線路結(jié)構(gòu)上分

25、為量程單元和放大單元，放大單元是通用的，而量程單元?jiǎng)t隨品種、測量范圍的不同而異。輸入回路電壓放大反饋回路直流-交流變換器功率放大整流濾波隔離輸出UZUfUi、Et-+UoIo（一）概述ACDCDC方波信號(hào)電源24VDC量程單元放大單元81電氣院自動(dòng)化教研室圖2-44 直流毫伏變送器電路圖 電壓放大功率放大隔離輸出直流-交流變換器82電氣院自動(dòng)化教研室（二）放大單元工作原理 由IC1構(gòu)成。由于來自量程單元的輸入信號(hào)很小，且放大電路采用直接耦合方式，故對溫度漂移必須加以限制。1. 電壓放大電路放大單元作用：將量程單元輸出的毫伏信號(hào)進(jìn)行電壓和功率的放大，輸出直流電流Io 和直流電壓Uo信號(hào)。溫度漂移

26、系數(shù)指失調(diào)電壓Uos隨溫度而變化的數(shù)值 。若設(shè)變送器使用環(huán)境溫度范圍為t，失調(diào)電壓溫漂系數(shù)為，則在溫度變化t時(shí)失調(diào)電壓的變化量Uos為83電氣院自動(dòng)化教研室 當(dāng)溫度變送器的最小量程Ui 為3mV，溫升t為30oC，要求附加誤差小于等于0.3%時(shí)，通過計(jì)算可得失調(diào)電壓的溫漂系數(shù)： 現(xiàn)設(shè) 為由于Uos的變化給儀表帶來的附加誤差，即說明溫漂系數(shù)越大，引起的相對誤差就越大。 要求采用低漂移、高增益的運(yùn)算放大器。84電氣院自動(dòng)化教研室2. 功率放大電路 （1）組成VT1、VT2及其射級(jí)電阻R3、R4和To等。（2）作用把 IC1 輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成有一定負(fù)載能力的電流信號(hào)，再通過隔離變壓器實(shí)現(xiàn)隔離輸出

27、。85電氣院自動(dòng)化教研室方波前半個(gè)周期(極性如圖)，VD1導(dǎo)通，VD2截止，由輸入信號(hào)產(chǎn)生ic1；（3）工作原理VT1、VT2起功放和調(diào)制作用，由交流方波電壓供電。在方波的前后半周期，二極管輪流導(dǎo)通，電流通過To的兩個(gè)繞組而產(chǎn)生交變磁通，在To副邊產(chǎn)生交變電流iL 從而實(shí)現(xiàn)隔離輸出。方波后半個(gè)周期， VD2導(dǎo)通，VD1截止，由輸入信號(hào)產(chǎn)生ic2。86電氣院自動(dòng)化教研室3. 隔離輸出電路（1）組成整流二極管VD1316、保護(hù)二極管VD1718 （2）作用將功放輸出的交流信號(hào)iL轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)Io, 并實(shí)現(xiàn)隔離輸出。7、8端接輸出負(fù)載，為電流輸出Io（4-20mA）5、6端為電壓輸出Uo（1-5v

28、）787電氣院自動(dòng)化教研室（3）工作過程：為了避免輸出與輸入之間有直接電的聯(lián)系，在功放與輸出回路之間采用隔離變壓器TO來傳遞信號(hào)。To副邊電流iL經(jīng)橋式整流和由R14,C6組成的阻容濾波器濾波，得到420mA的直流輸出電流IO，IO在阻值為250歐的電阻R15上的壓降UO（15V）作為變送器輸出電壓信號(hào)。788電氣院自動(dòng)化教研室4. 直流-交流-直流(DC/AC/DC)變換器（1）組成整流二極管VD38、變壓器T 1等組成。（2）作用對儀表進(jìn)行隔離式供電。（3）工作過程 先把24V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。直流-交流(DC/AC)變換器89電

29、氣院自動(dòng)化教研室（4）電路核心直流-交流 (DC/AC)變換器，即一個(gè)磁耦合多諧振蕩器。（5）振蕩頻率 對于理想的變換器，當(dāng)晶體管集電極電流到達(dá)最大值時(shí)，罐形磁芯接近飽和，即在T/2時(shí)間內(nèi)磁通由-M增加到M ?？汕蟮酶袘?yīng)電勢：|ec|=ES =4WcBmST因此振蕩頻率為：f =4WcBmSES(T為周期, S為磁 芯截面積，Bm為磁感應(yīng)強(qiáng)度,ES為電源電壓)90電氣院自動(dòng)化教研室（三）直流毫伏變送器量程單元R109R110R140上S下 量程單元由輸入回路(左半部分)和反饋回路(右半部分)組成，將其與IC1 聯(lián)系起來畫成下圖。輸入回路反饋回路報(bào)警電路UTUF91電氣院自動(dòng)化教研室（三）直流毫

30、伏變送器量程單元R109R110R140上S下輸入回路反饋回路報(bào)警電路UTUF1、R101、R102及VZ101、VZ102分別起限流和限壓作用，使得流入危險(xiǎn)場所的電能量限制在安全電平以下。92電氣院自動(dòng)化教研室（三）直流毫伏變送器量程單元R109R110R140上S下輸入回路反饋回路零遷調(diào)零報(bào)警電路UTUF2、R103、R104 、R105及RP1組成零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移電路，橋路基準(zhǔn)電壓UZ由集成穩(wěn)壓器提供。93電氣院自動(dòng)化教研室（三）直流毫伏變送器量程單元R109R110R140上S下輸入回路反饋回路報(bào)警電路UTUF3、輸入信號(hào)斷路報(bào)警電路。0.3V7.5M94電氣院自動(dòng)化教研室R109R

31、110R140上S下輸入回路反饋回路零遷調(diào)零報(bào)警電路4、反饋回路中，按疊加原理，IC1同相輸入端的電壓UT為(見p67) UT = Ui + Uz = Ui +Rcd + R103R103 + RP1/R104 + R105Uz Ui +R105Rcd + R103Uz= Ui + Uz( 式中Rcd =RP11 R104RP1+ R104)UTUFRp115V95電氣院自動(dòng)化教研室從反饋回路可得IC1反相輸入端的電壓UF為R109R110R140上S下輸入回路反饋回路零遷調(diào)零報(bào)警電路UTUFRp115V96電氣院自動(dòng)化教研室=1U0 + UzUF =R106 + R111 + RP21R11

32、1 + R114UzR115R115 + R116Uo5+R106R107197電氣院自動(dòng)化教研室Uo = Ui + ( - ) Uz 變送器輸入輸出關(guān)系式為：R105Rcd + R103 =R106 + R111 + RP21R111 + R114R115R115 + R116151R106R107 =98電氣院自動(dòng)化教研室結(jié)論：(1) ( - ) Uz表示調(diào)零信號(hào)，改變值, 即更換R103和調(diào)整RP1,可實(shí)現(xiàn)零遷和調(diào)零。 (2) 為輸入與輸出之間的比例系數(shù)，而輸出UO為15V不變，則越大表示量程越小。改變值, 即更換R114和調(diào)整RP2, 可實(shí)現(xiàn)量程調(diào)整。 (3)零位和滿度必須反復(fù)調(diào)整。

33、(4)Uo和Ui成線性關(guān)系。 UO = Ui + ( - ) Uz R105Rcd + R103 =R106 + R111 + RP21R111 + R114R115R115 + R116151R106R107 =99電氣院自動(dòng)化教研室（四）熱電偶溫度變送器量程單元線性化電路冷端溫度補(bǔ)償電路100電氣院自動(dòng)化教研室（四）熱電偶溫度變送器量程單元1. 冷端溫度補(bǔ)償采用兩個(gè)銅電阻，0時(shí)固定為50。按疊加原理，IC1同相端的電壓UT為101電氣院自動(dòng)化教研室 從上式可知，冷端環(huán)境溫度變化時(shí)，RCu1、RCu2的阻值也隨之變化，使式中第二項(xiàng)發(fā)生變化，從而補(bǔ)償了由于環(huán)境溫度升降引起的熱電偶電勢的變化。電

34、路設(shè)計(jì)時(shí)使102電氣院自動(dòng)化教研室圖2.37 熱電偶溫度變送器線性化原理方框圖2. 線性化原理及電路分析（1）線性化電路的作用：使熱電偶溫度變送器的輸出信號(hào)（UO,IO）與被測溫度信號(hào)t 之間呈線性關(guān)系。（2）線性化原理：在反饋回路中置入與熱電偶特性相一致的非線性電路。tEtt熱電偶放大部分非線性反饋回路EtUz+-UotUf(Uo)tUftUo103電氣院自動(dòng)化教研室（3）線性化電路 用四段折線來模擬非線性運(yùn)算電路。折線的段數(shù)及斜率大小由熱電偶的特性來確定。 表示直線的斜率。Ua4Uf5Uf4Uf3Uf2Uf1Ua3Ua2Ua10Ua5UfUa1432104電氣院自動(dòng)化教研室（五）熱電阻溫度

35、變送器量程單元105電氣院自動(dòng)化教研室1. 線性化原理 線性化電路置于輸入回路，采用正反饋的方法來達(dá)到線性化的目的，如下圖所示。 當(dāng)Rt隨溫度而增加時(shí)， It將增大。而從上式可知，Rt的增加導(dǎo)致It的進(jìn)一步加大，從而實(shí)現(xiàn)線性化。106電氣院自動(dòng)化教研室2. 引線電阻補(bǔ)償Ir 為消除引線電阻的影響， 熱電阻采用三導(dǎo)線接法，要求r1 = r2 = r3 = r 。由R23、R24、r2構(gòu)成的支路為引線電阻補(bǔ)償電路。 調(diào)整R24,使Ir =It,流過r3的兩電流大小相等, 方向相反，故r3上不產(chǎn)生壓降。另電阻 r1 、r2 上的壓降Itr1和Irr2亦極性相反，從而消除了引線電阻影響。107電氣院自

36、動(dòng)化教研室（六）本質(zhì)安全防爆措施 在四線制溫度變送器的線路中采取了下列措施：（1）輸入、輸出及電源回路之間通過變壓器T0和T1而相互隔離，在變壓器中設(shè)有“防止短接板”。這樣，在儀表的輸出端或電源部分可能存在的高電位就不可能傳到輸入端，即不能傳送到現(xiàn)場去。（2）在輸入端設(shè)有限壓元件（穩(wěn)壓管）、限流元件（電阻），以防止高電能傳遞到現(xiàn)場。（3）在輸出端及電源端裝有功率二極管即熔斷絲。當(dāng)高的交流電壓或高的正向電壓加到輸入端或電源兩端時(shí)，將在二極管回路產(chǎn)生一個(gè)大電流，從而把熔斷絲燒毀，斷開電源，保護(hù)了回路中的其它元件。由于二極管功率較大，因而在熔斷絲燒毀過程中不致被毀壞。108電氣院自動(dòng)化教研室2.4

37、電/氣轉(zhuǎn)換器一、概述 將電動(dòng)儀表輸出的420mA直流電流轉(zhuǎn)換成可被氣動(dòng)儀表接受的 20100kPa 標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)、氣動(dòng)儀表的聯(lián)用。二、氣動(dòng)儀表的基本元件（一）氣阻（二）氣容（三）彈性元件（四）噴嘴-擋板機(jī)構(gòu)（五）功率放大器109電氣院自動(dòng)化教研室（一）氣阻 R 氣阻與電阻相似，它可以改變氣路中的氣體流量。 當(dāng)流體呈層流狀態(tài)時(shí)，氣阻可表示如下：1、公式：p氣阻兩端的壓降 M氣體的質(zhì)量流量110電氣院自動(dòng)化教研室2、層流、過渡流和紊流（b）振蕩搖擺的波形色線（c）色線破裂擴(kuò)散（a）平穩(wěn)而鮮明的細(xì)色線層流過渡流紊流111電氣院自動(dòng)化教研室3、氣阻的分類恒氣阻（毛細(xì)管、小孔等）可調(diào)氣阻（變氣阻）線性氣阻（流過氣阻的流體為層流狀態(tài)）非線性氣阻（流過氣阻的流體為紊流狀態(tài)）112電氣院自動(dòng)化教研室（二）氣容 氣容與電容相似，它是具有一定容積的氣室，是儲(chǔ)能元件，其兩端的氣壓不能突變。 固定氣容的氣容量為恒值。 彈性氣容在工作過程中容積V發(fā)生變化，氣容量變化。Ae波紋管有效面積Cb波紋管剛度系數(shù) 氣體密度113電氣院自動(dòng)化教研室1、彈性元件有不同形狀的彈簧、波紋管、金屬膜片和非金屬膜片等。（三）彈性元件114電氣院自動(dòng)化教研室