變送器及綜述

1、變送器概述 差壓及壓力變送器差壓電容式變送器 擴散硅壓力變送器 小結(jié) 一種通用二線制變送器芯片 溫度變送器 智能壓力變送器設計原理1概述一、基本功能變送、現(xiàn)場儀表與防爆二、常見性能指標 三、應用技巧 四、發(fā)展趨勢 現(xiàn)場信號標準輸出測量信號下限測量信號上限量程儀表輸出下限儀表輸出上限2常見性能指標測量范圍量程設定范圍如 0.1URV140KPa、 0.1LRV140KPa精度如 0.5、0.25、0.1量程比：儀表可調(diào)的最大量程與最小量程之比如 11.491、271、4001電源電壓與負載的關(guān)系可調(diào)阻尼時間零點遷移范圍電源電壓V負載電阻可變范圍1204555負遷移正遷移3應用技巧量程調(diào)整+零點遷

2、移 提高儀表的使用精度例：X：40005000Pa，現(xiàn)有變送器量程3000 6000Pa，精度0.5級。無遷移：基本誤差=（6000-3000)0.5%=15Pa 靈敏度=（20-4）/（6000-3000） =16/3000mA/Pa遷移：基本誤差=（5000-4000)0.5%=5Pa 靈敏度=（20-4）/（5000-4000）=16/1000mA/PaXmaxXmin0%100%4發(fā)展趨勢先進的檢測原理應用普及 電容式 應變式 電感式 振弦式信號標準變化 4 20mA 數(shù)字/模擬混合 全數(shù)字 多參數(shù)變送器5差壓電容式變送器構(gòu)成框圖1151測量原理 1151工作原理 1151變送器電路原

3、理 P檢測機構(gòu)微小位移特種方法中間變量轉(zhuǎn)換電路Io測量部分61151測量原理P1P2Ci1Ci2do由數(shù)學推導,而=K膜片P,則但是，Ci1=Ci1+Co Ci2=Ci2+Co則7工作原理解調(diào)器IcmIs振蕩控制放大器振蕩器基準電壓穩(wěn)壓器電流控制放大器電流檢測器電流控制器電流限制器8Ro:等效的輸出電路的輸入電阻IH: 11RoC17CHVD8,42IL: 2 VD6,2CLC17Ro 11IH: 3VD7,3CHC17R6/R810IL: 12 R7/R9C17CLVD5,11設計使IH= IH ,IL= IL IH=CHVppf, IL= CLVppf(因 i=Cdu/dt, idt=Cd

4、uC17CH,CLq=CHVpp，q/T=CHVpp/T所以，IH=CHVppf)Icm= Vppf(CL+CH)IS= IL -IH =Vppf(CL-CH) = Vppf(CL+CH) (CL-CH) /(CL+CH) = Icm (CL-CH) /(CL+CH)9負反饋電路Vi1= IHR6/R8 + ILR7/R9+VE(R9/(R7+R9) - R8(R6+R8)=0 令R6=R8，R7=R9 則 Icm= IH + IL= VE(R8 - R6)/ (R6 R8) =const震蕩控制放大器10Is 轉(zhuǎn)換輸出Vz、Is、Vf，負反饋電路IsViVo3Ic3 Ic4 Io Vf VF

5、=const=VaVT=k1Vz-IsRp+k2Io=Va則 Io=KPi+aK(Va-k1Vz)電源電壓= 0.7V+VDw1+Vbe2 +Vce4 +Io(R32+Rl)11線性調(diào)整電路思路：Is=Icm VR22 負半波 VR23VR22 Vi1交流分量而Icm=(Cl+Ch)Vppf提高Vpp，可增加Is12整機電路分析13復習運算放大器ri 所以Ii=0r0很小K運放未飽和時 VF=VT負反饋電路時 r0=0，輸出為理想的電壓信號共模電壓輸入范圍Vcm:E2+1VVcmE1-1VViVcmVo=KViE1E2運放電路分析方法：極性分析確定負反饋節(jié)點電流法迭加原理法14R-R壓阻傳感器

6、原理P1P2R+R15擴散硅壓力變送器R-RR-RR+RR+RIV1V2VcmV1-V2=Vcm+I/2(R+ R) - Vcm+I/2(R- R)= IR以本機公共點為基準分析電路：VT=V1R11/(R8+R11)VF=V2R12/(R9+R12)+VOR9/(R9+R12)=VT且R8=R9,R11=R12VO=(V1-V2)R12/R9IO /(V1-V2)= IO / (VOR9/ R12)= R12/(R9R14)調(diào)量程調(diào)偏置16差壓變送器小結(jié)壓力變送器的誤差分析靜壓誤差Pi=0時，Io0原因：感壓元件不對稱或其它因素特殊的原理性缺陷溫度影響兩線制儀表的外特性阻值隨被測信號變化的電

7、阻PUI17一種通用二線制變送器芯片美國BB公司的XTR101非線性誤差0.01%電壓漂移0.75V/工作溫度：-4085 (工業(yè)級）抗電機啟動、大容量開關(guān)等噪聲18XTR101的主要應用外特性將mV標準電流的二線制服務芯片具有信號的阻抗變換功能輸出級有保護有兩個恒流源可供應用片內(nèi)電平浮動應用限制：信號輸入端3，4必須比輸出端7高4V6V19XTR101原理簡圖輸入信號的阻抗變換Rs=40/(Io/ ein-0.016S)功率保護Io 兩個可用的恒流源3，4電位必須高于7的電位46VIo=4mA+(0.016S+40/Rs)einIo與RL、Vps無關(guān)20溫度變送器作用 TIo(Vo) 測溫元

8、件：溫度變送器類型及其特殊問題 用二線制芯片實現(xiàn)溫度變送器例 四線制溫度變送器概述 智能溫度巡檢儀與現(xiàn)場總線 熱電偶：鉑銠-鉑銠、鉑銠-鉑、 鎳鉻-鎳鋁、鎳鉻-考銅、銅-康銅熱電阻：鉑電阻、銅電阻21溫度變送器類型及其特殊問題熱電偶溫度變送器 熱電阻溫度變送器直流毫伏變送器RTI=V恒流源線性化共同的問題隔離技術(shù)保護技術(shù)防爆22熱電偶溫度變送器線性化問題冷端補償問題銅電阻作感溫元件晶體管的PN結(jié)作感溫元件TT0E=ET-ET0T1E=ET-ET030001500T(Fo)E(mV)鉑銠-鉑鎳鉻-考銅106023用二線制芯片實現(xiàn)溫度變送器例1mA+-T=0時的冷補1mA+-環(huán)境溫度的冷補ein=

9、E+ET0+V4-e1e1VDPN結(jié)感溫ein24四線制溫度變送器概述T熱電偶前置放大功率放大輸出IoVo非線性校正-24VDC/AC/DC穩(wěn)壓器冷端補償零點調(diào)整25智能溫度巡檢儀與現(xiàn)場總線DS1820DS1820DS18208051P1 GNDP2.7P3.2P3.3 VccP3.43150IO0IO7 IO8IO9IO10現(xiàn)場計算機神經(jīng)元芯片Dallas的單片溫度傳感器通過LonWorks網(wǎng)卡與網(wǎng)絡節(jié)點相連溫度傳感器9字節(jié)RAM64位快速存儲器2個溫度報警觸發(fā)器48位序列號26復習線圈的同名端兩個線圈，當同時有兩個電流流入/出同名端時，它們各自產(chǎn)生的磁通方向相同。因此，感應電勢流出的電流剛

10、好同激發(fā)電流相反.感應電流激發(fā)電流27一種DC/AC變換器ic3eb3 ,eb4 ib3 ,ib4T3飽和導通(ic3ib3)，T4截止ec3 Es= const而|ec3|=Wcd/dt,即d/dt=const,dim/dt=const激磁電流im=（Wcic3-Wbib3-Wlil)/Wcib3=(eb3-ic3R45)/R43則ic3 ,ib3 T3退出飽和進入放大，即ic3=ib3 ,d/dt=0 eb3=0 T3T4FEs108/（4BmSWc3)=45KHz28智能壓力變送器特點：1、應用微電腦 多參數(shù)檢測、補償，從而高精度 雙向數(shù)字通訊： 組態(tài)：量程、阻尼時間、工程單位選擇等 診

11、斷：啟動診斷軟件 校驗：校輸出，調(diào)零點 顯示：讀出變送器中的信息2、模數(shù)混合的過渡式：向現(xiàn)場總線過渡3、基本指標的提高 精度：0.1%、 0.075% 量程比：30:1、100:1、400:129ST3000智能變送器框圖存儲器數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)字輸入輸出 (協(xié)議通訊芯片) P S T模數(shù)轉(zhuǎn)換微處理器壓力靜壓溫度 輸出420mA存儲器手持編程器30溫度信號電路壓力+-溫度補償信號31手持編程器SFC開機自檢設置變送器新的工作狀態(tài)顯示變送器當前工作狀態(tài)顯示變送器輸入輸出將當前狀態(tài)存儲結(jié)束發(fā)叫醒信號32HART變送器典型連接主設備從設備副主設備主從設備以應答或廣播方式通訊33通用智能變送器原理圖34AD7

12、715內(nèi)部功能框圖(高精度串行AD轉(zhuǎn)換器）電荷平移式A/D轉(zhuǎn)換器寄存器堆：CRSRTRDR通信寄存器-數(shù)字濾波時鐘發(fā)生器PRA0/DRDY ZER0 RS1 RS0 R/W STBY G1 G0+-REF IN(-) REF IN(+) AVDD DVDDMCLKMCLKCSDINSCLKDOUTDRDY設定寄存器緩存器測試寄存器數(shù)據(jù)寄存器MD1 MD0 CLK FS1 FS0 B/U BUF FSYNB15 B14 。 B1 B035AD7715控制軟件流程圖初始化AD7715：向7715寫10H（寫CR） 00010000向7715寫68H（寫SR） 01101000上電/復位增益為1掉電模式下一操作為寫下一操作為向SR操作寫有效校正方式1A/D速度60HZ無幀濾波同步控制無緩沖讀（7715的）DRDY