《過程控制儀表》

過程控制儀表及裝置湖北科技職業(yè)學(xué)院朱婷E-MAIL：tiramisugirl811216@yahoo1整理課件1.過程控制儀表與控制系統(tǒng)的關(guān)系自動控制：是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置〔稱為過程控制儀表或裝置〕，使被控對象的工作狀態(tài)或參數(shù)〔壓力、物位、流量、溫度、pH值等〕自動的按照預(yù)定的程序運行。過程控制儀表：是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程自動化的重要工具，它被廣泛地應(yīng)用于石油、化工等各工業(yè)部門。在自動控制系統(tǒng)中，過程檢測儀表將被控變量轉(zhuǎn)換成電信號或氣壓信號后，除了送至顯示儀表進行指示和記錄外，還需送到控制儀表進行自動控制，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，使被控變量到達預(yù)期的要求。2整理課件過程控制儀表包括變送器、調(diào)節(jié)器〔也叫控制器〕、執(zhí)行器、操作器，以及可編程調(diào)節(jié)器等各種新型控制儀表及裝置。進料液位變送器控制器操作器顯示器出料給定值執(zhí)行器自動化裝置圖1儲罐液位自動控制系統(tǒng)3整理課件生產(chǎn)中與生活中通過過程控制實現(xiàn)自動化的例子：卷煙廠的防潮系統(tǒng)家用空調(diào)4整理課件2.過程控制儀表的開展和分類1)開展60年代：就地分散控制檢測和控制儀表：普遍采用基地式儀表和局部單元組合儀表〔多數(shù)是氣動儀表〕。目的：實現(xiàn)工藝參數(shù)的穩(wěn)定操作。70年代：集中控制〔一些工廠、企業(yè)實現(xiàn)了車間或大型裝置〕。使用儀表：DDZ－ⅠDDZ－ⅡDDZ－Ⅲ電動單元組合儀表氣動單元組合儀表QDZ－ⅠQDZ－ⅡQDZ－Ⅲ5整理課件80年代至今：集散控制系統(tǒng)〔DCS全名DistributedControlSystem〕。特點：集中管理，分散控制。儀表使用：微處理器、微機與傳統(tǒng)儀表相結(jié)合的過程控制儀表〔數(shù)字調(diào)節(jié)器或可編程序調(diào)節(jié)器〕。6整理課件2)分類控制儀表可按能源、信號類型、結(jié)構(gòu)形式來分類〔1〕按應(yīng)用能源分類：氣動、液動、液動等氣動控制儀表的特點：結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠，維護方便，價格廉價，并且具有本質(zhì)平安防爆性能，特別適用于石油、化工等有爆炸危險的場所。7整理課件電動控制儀表的特點：可以實現(xiàn)無滯后的遠距離傳送，同時又具有能源簡單、便于和計算機配合的特點。由于采取平安火花防爆措施解決了防爆問題，電動儀表同樣也能應(yīng)用于易燃易爆的危險場所，因此在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到越來越廣泛的應(yīng)用。8整理課件〔2〕按信號類型分類：模擬式、數(shù)字式數(shù)字式它以微型計算機為核心，功能完善，性能優(yōu)越，能解決模擬式儀表難以解決的問題，滿足現(xiàn)代生產(chǎn)過程的高質(zhì)量控制要求。它可實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)過程、斷續(xù)生產(chǎn)過程的控制，也可以通過在PLC中參加PID等控制功能，實現(xiàn)批量控制。模擬式

傳輸信號通常為連續(xù)變化的模擬量，其線路簡單，操作方便，價格較低9整理課件基地式儀表〔3〕按結(jié)構(gòu)形式分類：基地式、單元組合式、組裝式、數(shù)字控制式、集散控制、現(xiàn)場總線控制。以指示、記錄儀表為主體，附加某些控制機構(gòu)而組成。基地式控制儀表特點：—般結(jié)構(gòu)比較簡單、價格廉價．它不僅能對某些工藝變量進行指示或記錄，而已還具有控制功能，因此它比較適用于單變量的就地控制系統(tǒng)。目前常使用的XCT系列動圈式控制儀表和TA系列簡易式調(diào)節(jié)器即屬此類儀表。10整理課件單元組合式控制儀表將整套儀表劃分成能獨立實現(xiàn)一定功能的假設(shè)干單元，各單元之間采用統(tǒng)一信號進行聯(lián)系。使用時可根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，對各單元進行選擇和組合，從而構(gòu)成多種多樣的、復(fù)雜程度各異的自動檢測和控制系統(tǒng)。特點：使用靈活，通用性強，同時，使用、維護更作也很方便。它適用于各種企業(yè)的自動控制。廣泛使用的單元組合式控制儀表有電動單元組合儀表(DDZ型)和氣動單元組合儀表(QDZ型)。11整理課件組裝式綜合控制裝置：單元組合儀表的根底上開展起來的一種成套儀表裝置，結(jié)構(gòu)上包括控制機柜和顯示操作盤兩局部，它的主要特點是功能別離，結(jié)構(gòu)組件化，特別適用于要求組成各種復(fù)雜控制和集中顯示操作的大、中型企業(yè)的過程控制系統(tǒng)。數(shù)字式控制儀表以數(shù)字計算機為核心的數(shù)字控制儀表。其外形結(jié)構(gòu)、面板布置保存了模擬式儀表的一些特征，但其運算、控制功能更為豐富，通過組態(tài)可完成各種運算處理和復(fù)雜控制。12整理課件集散控制系統(tǒng)DCS:以CPU為核心，在4C技術(shù)〔即control、computer、communication、CRT陰極射線管顯象技術(shù)〕迅速開展根底上開展而來。將集中于一臺計算機完成的任務(wù)分派給各個微型過程控制計算機，再配上數(shù)字總線以及上一級過程控制計算機，組成各種各樣的，能適應(yīng)于不同過程的、積木式分級分布式計算機控制系統(tǒng).現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)以計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和現(xiàn)代儀器儀表技術(shù)的最新開展成果.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)引起了傳統(tǒng)技術(shù)結(jié)構(gòu)和設(shè)備的根本性變革,它將具有數(shù)字通信能力的現(xiàn)場智能儀表連成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),并同上一層監(jiān)控級、管理級連接起來成為全分布式的新型控制網(wǎng)絡(luò).13整理課件3.本課程的任務(wù)和學(xué)習(xí)方法1)本課程的任務(wù)2)本課程的學(xué)習(xí)方法14整理課件第一章過程控制儀表的根本知識1.1過程控制儀表的信號制式1.2電動儀表信號標(biāo)準的使用1.3過程控制儀表防爆的根本知識1.4過程控制儀表的型號命名1.5過程控制儀表的分析方法15整理課件1.1過程控制儀表的信號制式1.1.1信號制式:信號標(biāo)準,是指儀表之間采用的傳輸信號的類型和數(shù)值.1.1.2信號標(biāo)準1.氣動儀表的信號標(biāo)準2.電動儀表的信號標(biāo)準16整理課件1.2電動儀表信號標(biāo)準的使用1.2.1采用4~20mADC電流信號傳送1.采用直流電流信號的優(yōu)點〔1〕直流電流信號比交流電流信號干擾小.交流電流信號容易產(chǎn)生交變電磁場的干擾,對附近儀表和電路有影響,并且如果混入的外界交流干擾信號和有用信號形式相同時難以濾除.另外電流源內(nèi)阻無窮大，導(dǎo)線電阻串聯(lián)在回路中不影響精度，在普通雙絞線上可以傳輸數(shù)百米。〔2〕直流電流信號對負載的要求簡單.交流電流信號有頻率和相位的問題,對負載的感抗和容抗敏感,使得影響因素增多.〔3〕電流比電壓更利于遠傳信息.如果采用電壓形式傳送信息,當(dāng)負載電阻較小且進行遠距離傳輸時,導(dǎo)線上的電壓降會引起誤差.17整理課件2.采用4~20mADC電流信號傳送的理由〔1〕儀表的電器零點是4mA，不與機械零點重合。上限取20mA是因為防爆的要求：20mA的電流通斷引起的火花能量缺乏以引燃瓦斯。下限沒有取0mA的原因是為了能檢測斷線：正常工作時不會低于4mA，當(dāng)傳輸線因故障斷路，環(huán)路電流降為0。常取2mA作為斷線報警值?！?〕在現(xiàn)場使用兩線制變送器不僅節(jié)省電纜，布線方便，而且還便于使用平安柵，有利于平安防爆。18整理課件兩線制的根本知識兩線制是指現(xiàn)場變送器與控制室儀表聯(lián)系僅用兩根導(dǎo)線，這兩根線既是電源線，又是信號線。兩線制與三線制

(一根正電源線，兩根信號線,其中一根共GND)

和四線制(兩根正負電源線，兩根信號線,其中一根GND)相比，兩線制的優(yōu)點是：1、不易受寄生熱電偶和沿電線電阻壓降和溫漂的影響，可用非常廉價的更細的導(dǎo)線；可節(jié)省大量電纜線和安裝費用；2、在電流源輸出電阻足夠大時，經(jīng)磁場耦合感應(yīng)到導(dǎo)線環(huán)路內(nèi)的電壓，不會產(chǎn)生顯著影響，因為干擾源引起的電流極小，一般利用雙絞線就能降低干擾；兩線制與三線制必須用屏蔽線,屏蔽線的屏蔽層要妥善接地。

19整理課件3、電容性干擾會導(dǎo)致接收器電阻有關(guān)誤差，對于4～20mA兩線制環(huán)路，接收器電阻通常為250Ω〔取樣Uout=1～5V〕這個電阻小到缺乏以產(chǎn)生顯著誤差，因此，可以允許的電線長度比電壓遙測系統(tǒng)更長更遠；4、各個單臺示讀裝置或記錄裝置可以在電線長度不等的不同通道間進行換接，不因電線長度的不等而造成精度的差異，實現(xiàn)分散采集，分散式采集的好處就是：分散采集，集中控制5、將4mA用于零電平，使判斷開路與短路或傳感器損壞〔0mA狀態(tài)〕十分方便。6、在兩線輸出口非常容易增設(shè)一兩只防雷防浪涌器件,有利于平安防雷防爆。20整理課件3.采用直流電流信號需要注意的問題〔1〕采用電流傳送信息，接收端的儀表必須是低阻抗的。如果有多個儀表接受同一個電流信息，它們必須是串聯(lián)的?！?〕串聯(lián)連接的任何一個儀表在拆離信號回路之前首先要把該儀表的兩端短接，否那么其他儀表會因電流中斷而失去信號。〔3〕各個接收儀表一般都應(yīng)懸空工作，否那么會引起信號混亂。21整理課件1.2.2采用1-5VDC電壓信號實現(xiàn)控制室內(nèi)部儀表間聯(lián)絡(luò)(1)用電壓信號傳送的信息可以采用并聯(lián)連接方式,使同一個電壓信號為多個儀表所接收.在控制室內(nèi)部,各儀表之間的距離不遠,適合采用1-5VDC電壓作為儀表之間的相互聯(lián)絡(luò)信號.(2)任何一個儀表拆離信號回路都不會影響其他儀表的運行.(3)各個儀表既然并聯(lián)在同一信號線上,當(dāng)信號源負極接地時,各儀表內(nèi)部電路對地有同樣電位,這不僅解決了接地問題,而且各儀表可共用一個直流電源.22整理課件1.2.3控制系統(tǒng)儀表之間的典型連接方式穩(wěn)壓電源信號信號4-20mA4-20mA轉(zhuǎn)換器1-5VDC現(xiàn)場控制室圖1.1控制系統(tǒng)儀表之間的典型連接方式23整理課件1.3過程控制儀表防爆的根本知識防爆的意義:在石油、化工等工業(yè)部門中,某些生產(chǎn)場所存在著易燃易爆的固體粉塵、氣體或蒸汽,它們與空氣混合成為具有火災(zāi)或爆炸危險的混合物,使其周圍空間成為具有不同程度爆炸危險的場所.安裝在這些場所的檢測儀表和執(zhí)行器,如果產(chǎn)生的火花熾熱效應(yīng)能量點燃危險混合物,那么會引起火災(zāi)或爆炸.因此,用于這些場所的儀表和控制系統(tǒng),必須具有防爆性能.24整理課件1.3.1防爆儀表的標(biāo)準防爆表必須符合國家標(biāo)準GB3836.1—2000?爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第一局部:通用要求?的規(guī)定.1.防爆表的分類按照國家標(biāo)準的規(guī)定,防爆電氣設(shè)備分為兩大類.Ⅰ類:煤礦用電器設(shè)備.Ⅱ類:除煤礦外的其他爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備.其中Ⅱ類電氣設(shè)備又分為八種類型.這八種類型及其標(biāo)志為:d-隔爆型;e-增平安型;i-本質(zhì)平安型;p-正壓型;o充油型;q-充沙型;n-無火花型;s-特殊型.電動儀表主要有隔爆型(d)和本質(zhì)平安型(i)兩種.25整理課件2.防爆表的分級和分組引起爆炸的原因:(1)儀表產(chǎn)生能量過高的電火花或儀表內(nèi)部因故障產(chǎn)生火焰通過表殼的縫隙引燃儀表外的氣體或蒸汽;(2)儀表過高的外表溫度.根據(jù)原因?qū)Β蝾惙辣瑑x表進行了分級和分組(表1.1)對隔爆型的電氣設(shè)備,易燃易爆氣或蒸汽按最大試驗間隙進行分級;對于本質(zhì)平安型的,按照最小點燃電流與實驗室用甲烷的小點燃電流的比值進行分級.26整理課件最大試驗平安間隙;maximumexperimentalsafetygap;(MESG)在規(guī)定試驗條件下，兩個經(jīng)長25mm的間隙連通的容器，一個容器內(nèi)燃爆時不致引起另一個容器內(nèi)燃爆的最大連通間隙。中國規(guī)定氣體、蒸氣危險物質(zhì)按最大試驗平安間隙分為ⅡA級，ⅡB級和ⅡC級。甲烷(I類爆炸危險物質(zhì))的最大試驗平安間隙為1.14mm。最大試驗平安間隙≤1.14mm，>0.0mm的為ⅡA級；≤0.9mm，>0.5mm的為ⅡB級；≤0.5mm的為ⅡC級。27整理課件最小點燃電流比;minimumignitioncurrentratio;MICR在規(guī)定試驗條件下，氣體、蒸氣爆炸性混合物的最小點燃電流與甲烷爆炸性混合物的最小點燃電流之比。中國規(guī)定氣體、蒸氣危險物質(zhì)按最小點燃電流比分為ⅡA級，ⅡB級和ⅡC級。最小點燃電流比≤1.0，>0.8的為ⅡA級；≤0.8，>0.45的為ⅡB級；≤0.45的為ⅡC級。例如，乙烷、乙烯、乙炔分別為ⅡA級，ⅡB級，ⅡC級危險物質(zhì)。

28整理課件3.防爆表的標(biāo)志防爆儀表的防爆標(biāo)志為〞Ex〞;儀表的防爆等級標(biāo)志的順序為:防爆型式,類別,級別,溫度組別.舉例:iaⅡCT5說明此儀表為本質(zhì)平安型的a類,易燃易爆氣體的等級為ⅡC最高外表溫度級別為T529整理課件⑴控制儀表和控制系統(tǒng)有什么關(guān)系？答：過程控制系統(tǒng)是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的平臺,而過程控制儀表是過程控制系統(tǒng)不可缺少的重要組成局部。⑵什么是信號制？控制系統(tǒng)儀表之間采用何種連接方式最正確？為什么？答：信號制即信號標(biāo)準，是指儀表之間采用的傳輸信號的類型和數(shù)值。控制系統(tǒng)儀表之間采用4～20mADC直流電流信號傳送，現(xiàn)場變送器和控制室儀表之間采用串聯(lián)連接方式。電流信號便于遠距離傳送，不僅節(jié)省電纜、布線方便，而且還便于使用平安柵，有利于平安防爆。采用1～5VDC直流電壓信號實現(xiàn)控制室內(nèi)部儀表間聯(lián)絡(luò)。用電壓信號傳送的信息可以采用并聯(lián)連接方式，使同一個電壓信號為多個儀表所接收。在控制室內(nèi)，各儀表之間的距離不遠，適合采用1～5VDC直流電壓作為儀表之間的互相聯(lián)絡(luò)信號；任何一個儀表拆離信號回路都不會影響其它儀表的運行；各個儀表既然并聯(lián)在同一信號線上，當(dāng)信號源負極接地時，各儀表內(nèi)部電路對地有同樣的電位，這不僅解決了接地問題，而且各儀表可以共用一個直流電源?！?〕防爆儀表與易燃易爆氣體或蒸汽之間有何對應(yīng)關(guān)系？答：防爆儀表的分級和分組，是與易燃易爆氣體或蒸汽的分級和分組相對應(yīng)的。儀表的防爆級別和組別，就是儀表能適應(yīng)的某種爆炸性氣體混合物的級別和組別，即對于教材表1.3中相應(yīng)級、組之上方和左方的氣體或蒸汽的混合物均可以防爆。30整理課件1.3.2控制儀表防爆措施1.隔爆型防爆儀表隔爆又稱耐壓防爆，它把能點燃爆炸混合物的儀表部件封閉在一個外殼內(nèi)，該外殼特別牢固，能承受內(nèi)部爆炸性混合物的爆炸壓力，并阻止向殼外的爆炸性混合物傳爆。這就是說，隔爆型儀表的殼體內(nèi)部是可能發(fā)生爆炸的，但不會傳到殼體外面來，因此這種儀表的各部件的接合面，如儀表蓋的螺紋圈數(shù)，螺紋精度，零點，量程調(diào)整螺釘和表殼之間，變送器的檢測部件和轉(zhuǎn)換部件之間的間隙，以及導(dǎo)線口等，都有嚴格的防爆要求。

隔爆型儀表除了較笨重外，其他比較簡單，不需要如平安柵之類的關(guān)聯(lián)設(shè)備。但是在翻開表蓋前，必須先把電源關(guān)掉，否那么萬一產(chǎn)生火花，便會暴露在大氣之中，從而出現(xiàn)危險。31整理課件2.本質(zhì)平安型防爆儀表

本質(zhì)平安型防爆儀表又叫平安火花型防爆儀表。它的特點是儀表在正常狀態(tài)下和故障狀態(tài)下，電路、系統(tǒng)產(chǎn)生的火花和到達的溫度都不會引燃爆炸性混合物。它的防爆主要由以下措施來實現(xiàn)：

①采用新型集成電路元件等組成儀表電路，在較低的工作電壓和較小的工作電流下工作；

②用平安柵把危險場所和非危險場所的電路分隔開，限制由非危險場所傳遞到危險場所去的能量；

③儀表的連接導(dǎo)線不得形成過大的分布電感和分布電容，以減少電路中的儲能。

本質(zhì)平安型儀表的防爆性能，不是采用通風(fēng)、充氣、充油、隔爆等外部措施實現(xiàn)的，而是由電路本身實現(xiàn)的，因而是本質(zhì)平安的。它能適用于一切危險場所和一切爆炸性氣體、蒸氣混合物，并可以在通電的情況下進行維修和調(diào)整。但是，它不能單獨使用必須和本安關(guān)聯(lián)設(shè)備〔平安柵〕、外部配線一起組本錢安電路，才能發(fā)揮防爆功能。32整理課件1.3.3平安火花防爆系統(tǒng)的構(gòu)成穩(wěn)壓電源信號信號現(xiàn)場(危險場所〕控制室〔非危險場所〕圖1.1控制系統(tǒng)儀表之間的典型連接方式平安柵平安柵33整理課件平安柵平安柵是靠什么來防爆的？

本安系統(tǒng)在國內(nèi)越來越受人關(guān)注，作為其主要

構(gòu)成部件的平安柵也被人們所認識。那么，平安柵是靠什么來防爆的呢？控制能量，控制能量是平安

柵防爆的法寶，不管是齊納平安柵還是隔離式平安柵都是通過控制能量來到達防爆規(guī)定的要求的。34整理課件齊納式平安柵結(jié)構(gòu)原理:電路中采用快速熔斷器、限流電阻、齊納二極管以對輸入的電能量進行限制，從而保證輸出到危險區(qū)的能量。它的原理簡單、電路實現(xiàn)容易，價格低廉，但因由于其自身原理的缺陷使其應(yīng)用中的可靠性受到很大影響，并限制了其應(yīng)用范圍，其原因如下：1、安裝位置必須有非?？煽康慕拥叵到y(tǒng)，并且該齊納式平安柵的接地電阻必須小于1Ω，否那么便失去防爆平安保護性能，顯然這樣的要求是十分苛刻并在實際工程應(yīng)用中難以保證。2、齊納式平安柵對電源影響較大，同時也易因電源的波動而造成齊納式平安柵的損壞。3.齊納式平安柵較為廉價.35整理課件隔離式平安柵采用了將輸入、輸出以及電源三方之間相互電氣隔離的電路結(jié)構(gòu)，同時符合本安型限制能量的要求。與齊納式平安柵相比，雖然價格略高，但它其它方面的突出優(yōu)點卻為用戶應(yīng)用帶來了更大的受益：1.由于采用了三方隔離方式，因此無需系統(tǒng)接地線路，給設(shè)計及現(xiàn)場施工帶來極大方便。2.對危險區(qū)的儀表要求大幅度降低，現(xiàn)場無需采用隔離式的儀表。3.由于信號線路無需共地，使得檢測和控制回路信號的穩(wěn)定性和抗干擾能力大大增強，從而提高了整個系統(tǒng)的可靠性。4.隔離式平安柵具備更強的輸入信號處理能力，能夠接受并處理熱電偶、熱電阻、頻率等信號，這是齊納式平安柵所無法做到的。5.隔離式平安柵可輸出兩路相互隔離的信號，以提供給使用同一信號源的兩臺設(shè)備使用，并保證兩設(shè)備信號不互相干擾，同時提高所連接設(shè)備相互之間的電氣平安絕緣性能。36整理課件1.4過程控制儀表的型號命名按照過程控制儀表在系統(tǒng)中的作用和特點可分為八類。〔1〕變送單元：溫度變送器、差壓變送器、液位變送器、壓力變送器等?！?〕調(diào)節(jié)單元：基型控制器、特種控制器?！?〕給定單元：恒流給定器、比值給定器?！?〕轉(zhuǎn)換單元：電∕氣轉(zhuǎn)換器、電流轉(zhuǎn)換器?！?〕計算單元：加減器、乘除器、開方器等?！?〕顯示單元：計算器、記錄儀等。〔7〕輔助單元：平安柵、配電器、操作器等?！?〕執(zhí)行單元：氣動執(zhí)行器、電∕氣閥門定位器等。37整理課件1.4.1DDZ－Ⅲ型儀表的型號及命名:DDZ－Ⅲ型儀表各單元的型號由三局部組成，各局部之間用短橫線隔開，格式如下：D□□-□□□□-□均為D儀表大類B、T、X、J、Z、K、G、F4位數(shù)字代表種類、規(guī)格、結(jié)構(gòu)特征各大類中的產(chǎn)品小類標(biāo)志產(chǎn)品的特殊用途38整理課件DBC-2310-C39整理課件1.4.2QDZ型儀表的型號及命名除第一個字母外，其它與電動單元組合一樣。1.5過程控制儀表的分析方法1.5.1過程控制儀表的總體分析思路〔1)儀表整機采用單個放大器?！?)整機由數(shù)目不等的運算放大器電路以不同形式組裝而成。40整理課件1.5.2采用單個放大器的分析方法1.采用單個放大器的儀表特點輸入轉(zhuǎn)換局部放大局部反響局部xZiZfZi’yCKF41整理課件x為輸入信號，輸入轉(zhuǎn)換局部將x轉(zhuǎn)化為某一中間變量Zi，所以Zi＝Cx(C為轉(zhuǎn)換系數(shù)〕；有圖可知，反響局部將輸出y按一定比例反響回放大局部的輸入端，所以Zf=Fy〔F為反響系數(shù)〕；放大局部有y=Zi’K(K為放大系數(shù)〕，且Zi＝Zi’＋ZfZi＝Cx聯(lián)立方程Zf=Fyy=Zi’KZi＝Zi’＋Zf消去Zi、Zi’、Zf得y=[K/(1+KF)]Cx當(dāng)K足夠大時，且滿足KF>>1可簡化為：y=(1/F)Cx42整理課件2.采用單個放大器的分析方法對實際儀表劃分出輸入、放大和反響這三個局部的關(guān)鍵在于找到比較環(huán)節(jié)〔得出Zi’＝Zi－Zf)和引出負反響的取樣環(huán)節(jié)(將輸出y按一定比例反響〕。對于氣動儀表一般依據(jù)力或力矩平衡原理找出這兩個環(huán)節(jié)是很直觀的，比較環(huán)節(jié)一般是膜片或杠桿，取樣是儀表輸出；電動儀表的比較環(huán)節(jié)一般從放大器的輸入端去找，取樣環(huán)節(jié)從儀表的輸出端去找。電動儀表的比較方式有兩種：串聯(lián)和并聯(lián)。43整理課件串聯(lián)比較與并聯(lián)比較串聯(lián)得出=Ui-Uf并聯(lián)得出=Ui-RiIi=Uf-RfIf輸入局部放大器反響局部輸入局部放大器反響局部RiRfUiUfUiUf44整理課件電動儀表的取樣方式有兩種：電流取樣和電壓取樣。反響局部放大器放大器反響局部RUfRLIoR1RLR2UfIo45整理課件1.5.3采用集成運算放大器的分析方法1.集成運算放大器的根本特征在對儀表中的某一級運算放大器電路進行分析時，運算放大器本身可以用圖1.8所示的模型來表示。對前一級運算放大器電路輸出而言，他相當(dāng)于一個等效電阻Ri，稱之為輸入電阻；對后一級運算放大器電路輸入而言，它可以看做一個由電壓源〔其大小受輸入電壓控制〕和內(nèi)阻Ro串聯(lián)起來的等效電源，其中Ro稱為輸出電阻。46整理課件理想的運算放大器具有如下特點①輸入電阻Ri＝∞；②輸出電阻Ri＝0;③開環(huán)電壓增益Ko=∞;④失調(diào)及漂移為零〔1〕“虛短〞；差模輸入電壓為零?！?〕“虛斷〞；輸入端輸入電流為零。開環(huán)？失調(diào)？飄移？47整理課件2.集成運算放大器的典型電路〔1〕反相端輸入R1R2R3uiuo48整理課件〔2〕同相端輸入R1R2R3uiuo49整理課件〔3〕差動輸入〔4〕電壓跟隨器50整理課件3.單電源供電的運算放大電路4.采用運算放大器的儀表分析方法第一章習(xí)題：P16,4、5、6。51整理課件〔4〕怎樣才能構(gòu)成一個平安火花型防爆控制系統(tǒng)？答：構(gòu)成平安火花防爆系統(tǒng)要求：①在危險場所使用本安儀表；②在控制室儀表與危險場所儀表之間設(shè)置平安柵?！?〕對于采用單個放大器的儀表一般如何著手進行分析？答：對于單個放大器的儀表，首先要將儀表分為輸入、放大和反響三個局部。然后對各個局部進行分析，尤其是輸入局部和反響局部，最后求得儀表的輸出和輸入之間關(guān)系?！?〕儀表中常用到哪四種運算放大器電路？各有哪些特點？答：儀表中常用到反相端輸入運算，同相端輸入運算，差動輸入運算和電壓跟隨器等四種運算放大器電路。反相端輸入運算放大器電路特點：集成運放的同相輸入端為“虛地〞，輸入信號從反相端接入，輸出信號與輸入信號成比例，相位相差180°。同相端輸入運算放大器電路特點：集成運放的反相輸入端為“虛地〞，輸入信號從同相端接入，輸出信號與輸入信號成比例，相位相同。差動輸入運算放大器電路特點：一般是雙端輸入，共模抑制比高。電壓跟隨器實際上是一個1：1同相輸入運算放大器。其主要的特點是輸入電阻高、輸出電阻低。52整理課件第二章變送器2.1概述2.2電容式差壓變送器2.3其它差壓變送器2.4溫度變送器53整理課件變送器的定義：是將被測工藝參數(shù)，如壓力、流量、液位、溫度等物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準信號，并傳送到指示記錄儀、運算器和控制器，供顯示、記錄、運算、控制、報警等。變送器的種類按照應(yīng)用能源分：按照被測工藝參數(shù)分：54整理課件2.1概述2.1.1變送器的構(gòu)成原理:輸入轉(zhuǎn)換局部的作用是什么？放大器的作用是？將=(Zi+Zo)-Zf轉(zhuǎn)換成標(biāo)準的輸出信號。反響局部的作用是？輸入轉(zhuǎn)換局部放大局部反響局部xZiZfyCKF調(diào)零，零點漂移Zo55整理課件根據(jù)負反響放大器原理可以求得整個變送器輸出與輸入關(guān)系:

簡化后:

結(jié)論1:儀表的特性與輸入局部和反響局部有關(guān).結(jié)論2:假設(shè)F,C是常數(shù),那么變送器輸入輸出那么保持良好的線性關(guān)系.

56整理課件xmax,xmin分別為變送器測量范圍的上限和下限,ymax,ymin分別為變送器輸出信號的上限和下限57整理課件2.1.2變送器的量程調(diào)整,零點調(diào)整和零點遷移1.量程調(diào)整通過改變什么而實現(xiàn)量程調(diào)整?改變量程之后精密度是否改變?58整理課件2.零點調(diào)整和零點遷移零點調(diào)整和零點遷移的目的?如何調(diào)整?如何遷移?59整理課件2.2電容式差壓變送器2.2.1電容式差壓變送器的結(jié)構(gòu)與工作原理以西安儀表廠的1151系列為例來學(xué)習(xí):60整理課件電容式差壓變送器的特點:電容式差壓變送器的是微位移式變送器，它以差動電容膜盒作為檢測元件，并且采用全密封熔焊技術(shù)。因此整機的精度高、穩(wěn)定性好、可靠性高、抗震性強，其根本誤差一般為±0．2％或士0．25％。敏感元件的中心感壓膜片是在施加預(yù)張力條件下焊接的，其最大位移量為0．1mm，即可使感壓膜片的位移與輸入差壓成線性關(guān)系，又可以大大減小正、負壓測量室法蘭的張力和力矩影響而產(chǎn)生的誤差。中心感壓膜片兩側(cè)的固定電極為弧形電極，可以有效地克服靜壓的影響和更有效地起到單向過壓的保護作用。采用兩線制方式，輸出電流為4～20mADC國際標(biāo)準統(tǒng)一信號，可與其他接收4～20mADC信號的儀表配套使用，構(gòu)成各種控制系統(tǒng)。61整理課件1151的接線圖62整理課件1151根本框圖感壓膜片差動電容電容/電流轉(zhuǎn)換電路放大和輸出限制電路反響電路輸入差壓作用于測量部件的中心感壓膜片，使其產(chǎn)生位移S，從而使感壓膜片〔即可動電極〕與兩弧形電極〔即固定電極〕組成的差動電容的電容量發(fā)生變化。此電容變化量由電容／電流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成直流電流信號，電流信號與調(diào)零信號的代數(shù)和與反響信號進行比較，其差值送入放大電路，經(jīng)放大后得到變送器整機的輸出電流信號Io。63整理課件測壓部件振蕩器解調(diào)和振蕩控制線性調(diào)整放大局部電源電流表實時顯示64整理課件65整理課件1.測壓部件66整理課件1．測壓部件測壓部件的作用是把被測差壓轉(zhuǎn)換成電容量的變化。它由正、負壓測量室和差動電容敏感元件等局部組成。測壓部件結(jié)構(gòu)如圖2．7所示。當(dāng)被測壓差通過正、負壓側(cè)導(dǎo)壓口引入正、負壓測量室，作用于正、負壓側(cè)隔離膜片上時，由硅油做媒介，將壓力傳到中心感壓膜片的兩側(cè)，使膜片產(chǎn)生微小位移，從而使中心感壓膜片與其兩邊弧形電極的間距不等，如圖2．8所示，結(jié)果使一個電容〔Ci1〕的容量減小，另一個電容〔Ci2〕的容量增加。67整理課件68整理課件〔l〕差壓／膜片位移轉(zhuǎn)換?！?〕膜片位移／電容轉(zhuǎn)換69整理課件2．電容/電流轉(zhuǎn)換電路

轉(zhuǎn)換電路的作用是將差動電容的相對變化值成比例地轉(zhuǎn)換成差動電流信號，并實現(xiàn)非線性補償功能，其電路如圖2．9所示。它由振蕩器、解調(diào)器、振蕩控制放大器、線性調(diào)整電路等組成。70整理課件1)振蕩器71整理課件72整理課件73整理課件74整理課件75整理課件4.其他電路76整理課件1).輸出限制電路防止電流過大,損壞變送器的元器件.2).阻尼電路用于抑制變送器輸出因被測壓差變化所引起的波動3).反相保護電路4).溫度補償電路77整理課件2.2.2壓差變送器的選送,安裝與維護1.壓差變送器的選用

在諸類儀表中，壓力變送器的應(yīng)用最廣泛、最普遍，壓力變送器大體分為壓力變送器和差壓變送器。變送器常用來測量壓力、差壓、真空、液位、流量和密度等。變送器有兩線制和四線制之分，兩線制變送器尤多；有智能和非智能之分，智能變送器漸多；有氣動和電動之分，電動變送器居多；另外，按應(yīng)用場合有本安型和隔爆型之分；按應(yīng)用工況變送器的主要種類如下：低〔微〕壓/低差壓變送器；中壓/中差壓變送器；高壓/高差壓變送器；絕壓/真空/負壓差壓變送器；高溫/壓力、差壓變送器；耐腐蝕/壓力、差壓變送器；易結(jié)晶/壓力、差壓變送器。78整理課件壓差變送器的選型通常根據(jù)安裝條件、環(huán)境條件、儀表性能、經(jīng)濟性和應(yīng)用介質(zhì)等方面考慮。實際運用中分為直接測量和間接測量；其用途有過程測量、過程控制和裝置聯(lián)鎖。常見的變送器有普通壓力變送器、差壓變送器、單法蘭變送器、雙法蘭變送器、插入式法蘭變送器等。

壓力變送器和差壓變送器單從名詞上講測量的是壓力和兩個壓力的差，但它們間接測量的參數(shù)是有很多的。如壓力變送器，除測量壓力外，它還可以測量設(shè)備內(nèi)的液位。在常壓容器測量液位時，需用一臺壓變即可。當(dāng)測量受壓容器液位時，可用兩臺壓變，即測量下限一臺，測量上限一臺，它們的輸出信號可進行減法運算，即可測出液位，一般選用差壓變送器。在容器內(nèi)液位與壓力值不變的情況下它還可以用來測量介質(zhì)的密度。壓力變送器的測量范圍可以做的很寬，從絕壓0開始可以到100MPa〔一般情況〕。

79整理課件法蘭

法蘭(flange)連接是管道施工的重要連接方式。

法蘭連接就是把兩個管道、管件或器材，先各自固定在一個法蘭盤上，兩個法蘭盤之間，加上法蘭墊，用螺栓緊固在一起，完成了連接。有的管件和器材已經(jīng)自帶法蘭盤，也是屬于法蘭連接。

法蘭分螺紋連接〔絲接〕法蘭和焊接法蘭。低壓小直徑有絲接法蘭，高壓和低壓大直徑都是使用焊接法蘭，不同壓力的法蘭盤的厚度和連接螺栓直徑和數(shù)量是不同的。

根據(jù)壓力的不同等級，法蘭墊也有不同材料，從低壓石棉墊、高壓石棉墊到金屬墊都有。

法蘭連接使用方便，能夠承受較大的壓力。

在工業(yè)管道中，法蘭連接的使用十分廣泛。在家庭內(nèi)，管道直徑小，而且是低壓，看不見法蘭連接。如果在一個鍋爐房或者生產(chǎn)現(xiàn)場，到處都是法蘭連接的管道和器材。

80整理課件又叫法蘭盤或突緣。使管子與管子相互連接的零件。連接于管端。法蘭上有孔眼，可穿螺栓，使兩法蘭緊連。法蘭間用襯墊密封。法蘭管件(flangedpipefittings)指帶有法蘭(突緣或接盤)的管件。81整理課件單平法蘭式差壓變送器實物82整理課件圖2.17單平法蘭式差壓變送器83整理課件差壓變送器除了測量兩個被測量壓力的差壓值外，它還可以配合各種節(jié)流元件來測量流量，可以直接測量受壓容器的液位和常壓容器的液位以及壓力和負壓。

從壓力和差壓變送器制作的結(jié)構(gòu)上來分有普通型和隔離型。普通型的測量膜盒為一個，它直接感受被測介質(zhì)的壓力和差壓；隔離型的測量膜盒接受到的是一種穩(wěn)定液〔一般為硅油〕的壓力，而這種穩(wěn)定液是被密封在兩個膜片中間，接受被測壓力的膜片為外膜片。原普通型膜盒的膜片為內(nèi)膜片，當(dāng)外膜片上接受壓力信號時通過硅油的傳遞原封不動的將外膜片的壓力傳遞到了普通膜盒上，測出了外膜片所感受的壓力。

隔離型變送器主要是針對特殊的被測量介質(zhì)使用的，如被測介質(zhì)離開設(shè)備后會產(chǎn)生結(jié)晶，而使用普通型變送器需要取出介質(zhì)，會將導(dǎo)壓管和膜盒室堵塞使其不能正常工作，所以必須選用隔離型。隔離型通常作成法蘭式安裝，即在被測設(shè)備上開口加法蘭使變送器安裝后它的感應(yīng)膜片是設(shè)備壁的一局部，這樣它不會取出被測介質(zhì)，一般不會造成結(jié)晶堵塞。

84整理課件當(dāng)被測介質(zhì)需求結(jié)晶溫度較高時，可選用將膜片凸出的結(jié)構(gòu)，這樣可將傳感膜片插入到設(shè)備內(nèi)部，從而感應(yīng)到的介質(zhì)溫度不會降低，這樣測量是有保障的，即選用插入式法蘭變送器。

另外

如果物料比較粘稠，顆粒大，會把毛細管堵塞，影響測量精度，也要選用插入式。測量負壓端接近常壓時選用單法蘭，不是常壓時選用雙法蘭。隔離型變送器有遠傳型和一體型。遠傳型即外膜盒與測量膜盒之間用加強毛細管連接，一般毛細管為3~5米，這樣外膜盒裝在設(shè)備上，內(nèi)膜盒及變送器可以安裝在便于維護的支架上；另一種形式是外膜盒與變送器作成一體直接由法蘭安裝在設(shè)備上。對于隔離型壓力變送器它還可以作成螺紋連接型，即外膜盒或外彈性元件可在安裝螺紋的前面，只要在被測設(shè)備上焊接上內(nèi)螺紋凸臺，便可將變送器直接擰到設(shè)備上，安裝非常方便。

隔離型壓力/差壓變送器的制作復(fù)雜，材質(zhì)要求高，所以它的價格通常是普通型的3倍。85整理課件圖2.18雙法蘭式差壓變送器86整理課件雙平法蘭與插入式法蘭87整理課件選型原那么

在壓力/差壓變送器的選用上主要依據(jù)：以被測介質(zhì)的性質(zhì)指標(biāo)為準，以節(jié)約資金、便于安裝和維護為參考。如被測介質(zhì)為高黏度易結(jié)晶強腐蝕的場合，必須選用隔離型變送器。

在選型時要考慮它的介質(zhì)對膜盒金屬的腐蝕，一定要選好膜盒材質(zhì)，否那么使用后很短時間就會將外膜片腐蝕壞，法蘭也會被腐蝕壞造成設(shè)備和人身事故，所以材質(zhì)選擇非常重要。變送器的膜盒材質(zhì)有普通不銹鋼、304不銹鋼、316L不銹鋼、鉭膜盒材質(zhì)等。

在選型時要考慮被測介質(zhì)的溫度，如果溫度高一般為200℃~400℃，要選用高溫型，否那么硅油會產(chǎn)生汽化膨脹，使測量不準。

在選型時要考慮設(shè)備工作壓力等級，變送器的壓力等級必須與應(yīng)用場合相符合。從經(jīng)濟角度上講，外膜盒及插入局部材質(zhì)比較適宜，但連接法蘭可以選用碳鋼、鍍鉻，這樣會節(jié)約很多資金。

隔離型壓力變送器選用最好是選用螺紋連接形式的，這樣既節(jié)約資金安裝又方便。

對于普通壓力和差壓變送器選型，也要考慮被測介質(zhì)的腐蝕性問題，但使用的介質(zhì)溫度可以不考慮，因為普通型壓變是引壓到表內(nèi)，長期工作溫度為常溫，但普通型使用的維護量要比隔離型大。首先是保溫問題，在北方冬季零下，導(dǎo)壓管會結(jié)冰，變送器無法工作甚至損壞，這就需要增加伴熱和保溫箱等。

88整理課件從經(jīng)濟角度上來講，選用變送器時，只要不是易結(jié)晶介質(zhì)都可以采用普通型變送器，而且對于低壓易結(jié)晶介質(zhì)也可以加吹掃介質(zhì)來間接測量〔只要工藝允許用吹掃液或氣〕，應(yīng)用普通型變送器就是要求維護人員多進行定時檢查，包括各種導(dǎo)壓管是否泄漏、吹掃介質(zhì)是否正常、保溫是否良好等，只要維護好，大量使用普通型變送器一次性投資會節(jié)約很多。從選用變送器測量范圍上來說，一般變送器都具有一定的量程可調(diào)范圍，最好將使用的量程范圍設(shè)在它量程的1/4~3/4段，這樣精度會有保證，對于微差壓變送器來說更是重要。

89整理課件實踐中有些應(yīng)用場合〔液位測量〕需要對變送器的測量范圍遷移，根據(jù)現(xiàn)場安裝位置計算出測量范圍和遷移量，遷移有正遷移和負遷移之分。

目前，智能變送器已相當(dāng)普及，它的特點是精度高、可調(diào)范圍大，而且調(diào)整非常方便、穩(wěn)定性好，選型時應(yīng)多考慮。川儀橫河EJA、北京遠東1751、霍尼韋爾ST3000、ARK800系列等，使用都非?？煽?。

90整理課件按照設(shè)計標(biāo)準，在工程設(shè)計選型中，究竟采用氣動變送器還是電動變送器，因其各有特長，應(yīng)該根據(jù)裝置的具體條件進行綜合考慮和分析。以下幾點可供選用時參考：集中操作程度；是否與DCS計算機相操作配合；響應(yīng)速度；經(jīng)濟性；可靠性及使用維護方面；平安性〔防爆、停電、氣源故障等〕；環(huán)境條件及傳輸距離。

91整理課件一般來說，以下條件以選用氣動儀表為宜：自變送器至顯示調(diào)節(jié)儀表間的距離較短，通常以不超過150m較為適宜；工藝物料是易燃易爆介質(zhì)及相對濕度很大的場合；要求儀表投資少；一般中小型企業(yè)要求易維修，經(jīng)濟可靠；在以電動儀表為主的大型裝置里，有些現(xiàn)場就地調(diào)節(jié)回路不要求引入中央控制室集中操作。

以下條件以選擇電動儀表為宜：變送器至顯示調(diào)節(jié)單元間的距離超過150m以上；大型企業(yè)要求高度集中管理的中央控制；設(shè)置有DCS計算機進行控制及管理的對象；要求響應(yīng)速度快，信息處理及運算復(fù)雜的場合。92整理課件實際中，在現(xiàn)代化生產(chǎn)裝置中都是發(fā)揮它們各自的特點進行混合選用的。

差壓變送器的選型

差壓變送器根據(jù)以下幾點選型：

(1)測量范圍、需要的精度及測量功能；

(2)測量儀外表對的環(huán)境，如石油化工的工業(yè)環(huán)境，有可燃〔有毒〕和爆炸危險氣氛的存在，有較高的環(huán)境溫度等；

(3)被測介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)和狀態(tài)，如強酸、強堿、粘稠、易凝固結(jié)晶和氣化等工況；

(4)操作條件的變化，如介質(zhì)溫度、壓力、濃度的變化。有時還要考慮到從開車到參數(shù)到達正常生產(chǎn)時，氣相和液相濃度和密度的變化；

(5)被測對象容器的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、容器內(nèi)的設(shè)備附件及各種進出口料管口都要考慮，如塔、溶液槽、反響器、鍋爐汽包、立罐、球罐等；

(6)其他要求，如環(huán)保及衛(wèi)生等要求；

(7)工程儀表選型要有統(tǒng)一的考慮，要求盡可能地減少品種規(guī)格，減少備品備件，以利管理；

(8)工藝專利商的具體要求。

93整理課件

(9)實際的工藝情況：

①考慮被測對象是屬于哪一類設(shè)備。如槽、罐類，槽的容積較小，測量范圍不會太大，罐的容積較大，測量范圍可能較大；

②要看介質(zhì)的物化性質(zhì)及潔凈程度，首選常規(guī)的差壓式變送器及浮筒式液位變送器，還要對接觸介質(zhì)局部的材質(zhì)進行選擇；

③對有些懸浮物、泡沫等介質(zhì)可用單法蘭式差壓變送器。有些易析出、易結(jié)晶的用插入式雙法蘭式差壓變送器；

④對高黏度的介質(zhì)的液位及高壓設(shè)備的液位，由于設(shè)備無法開孔，可選用放射液位計來測量；

⑤除了測量方法上和技術(shù)上問題外，還有儀表投資問題。

綜上所述，變送器的選型，從技術(shù)上要可行，經(jīng)濟上要合理，管理上要方便。

94整理課件壓力變送器的選型方法

從物理學(xué)角度看，任何一個物體上受到的壓力都應(yīng)包括大氣壓力和被測介質(zhì)的壓力〔一般稱為表壓〕兩局部。作用在被測物體上這兩局部壓力總和稱為絕對壓力。

P絕=P表+大氣壓

測量絕對壓力的儀表稱為絕壓表。對于普通的工業(yè)壓力表測量的都是表壓值，也就是絕對壓力與大氣壓的壓差值。當(dāng)絕對壓力大于大氣壓值時測得的表壓值為正值，稱為正表壓；當(dāng)絕對壓力小于大氣壓值時測得的表壓值為負值，稱為負表壓，即真空度。測量真空度的儀表稱為真空表。

①為了保證壓力測量精度，最小壓力測量值應(yīng)高于壓力表測量量程的1/3；

②對需遠距離測量或測量精度要求較高的場合，應(yīng)選擇壓力傳感器或壓力變送器；

③在測量精度要求不高時，可選擇電阻或電感式、霍爾效應(yīng)式遠傳壓力表；

④氣動基地式壓力指示調(diào)節(jié)器適宜作就地壓力指示調(diào)節(jié)；

⑤壓力變送器、壓力開關(guān)應(yīng)根據(jù)安裝場所防爆要求合理選擇。

95整理課件2.差壓變送器的安裝96整理課件現(xiàn)場安裝圖97整理課件98整理課件3.差壓變送器的使用本卷須知99整理課件2.3其它差壓變送器2.3.1擴散硅式差壓變送器擴散硅式差壓變送器的檢測元件采用擴散硅壓阻傳感器，組成分測量和放大轉(zhuǎn)換兩大局部。輸入差壓ΔP作用于測量局部的擴散硅壓阻傳感器，壓阻效應(yīng)使硅材料上的擴散電阻〔應(yīng)變電阻〕阻值發(fā)生變化，從而使這些電阻組成的電橋產(chǎn)生不平衡電壓Us。Us由前置放大器放大為Uo。Uo和調(diào)零與零遷電路產(chǎn)生的調(diào)零信號U2的代數(shù)和送入電壓/電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為整機的輸出信號Io。100整理課件擴散硅式差壓變送器101整理課件1.測量部件

102整理課件力敏半導(dǎo)體器件力敏半導(dǎo)體器件是利用晶體在受到應(yīng)力作用時會產(chǎn)生形變，其電阻率也會隨之發(fā)生變化的原理制成的壓力傳感器。半導(dǎo)體壓力傳感器早期是采用體型半導(dǎo)體應(yīng)變片。由于容易發(fā)生零漂、穩(wěn)定性差、工藝復(fù)雜等原因，目前為擴散電阻型和硅杯型等新半導(dǎo)體器件所代替。103整理課件2.電路原理104整理課件2.3.2振弦式壓差變送器振弦式差壓變送器根本原理,就是將壓力或壓力差的變化轉(zhuǎn)換成振弦張力的變化,從而使振弦的固有諧振頻率變化,并通過振弦去改變諧振電路的諧振頻率,檢測出這個信號的頻率就得出了壓差的變化.105整理課件1.檢測器的結(jié)構(gòu)106整理課件膜盒型檢測器的斷面圖107整理課件2.信號變換的過程108整理課件頻率-電流變換原理109整理課件2.3.3K系列電感式壓差變送器110整理課件1.特點2.工作原理(1)測量局部111整理課件(2)結(jié)構(gòu)組成局部112整理課件溫度變送器113整理課件2.4溫度變送器

溫度變送器是一種信號轉(zhuǎn)換儀表，可以與測溫元件配合使用，把溫度或溫差信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準信號輸出；還可以把其他能夠轉(zhuǎn)換成直流毫伏信號的工藝參數(shù)也變成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準信號輸出，實現(xiàn)對溫度參數(shù)的顯示、記錄、自動控制。按連接方式溫度變送器可分為兩線制和四線制。DDZ一Ⅲ型溫度變送器就是四線制溫度變送器，屬于控制室內(nèi)架裝儀表，有三類品種：直流毫伏變送器、熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器。

114整理課件四線制溫度變送器具有如下主要特點：〔1〕采用低漂移、高增益的集成運算放大器，使儀表的可靠性和穩(wěn)定性有所提高?！?〕在熱電偶和熱電阻溫度變送器中設(shè)置了線性化電路，從而使變送器的輸出信號和被測溫度之間為線性關(guān)系，提高了變送器精度，并方便指示和記錄?！?〕線路中采用了平安火花防爆措施，增加了直流/交流/直流〔DC／AC/DC〕轉(zhuǎn)換器分，兼有平安柵的功能，所以能測量來自危險場所的直流毫伏信號或溫度信號。溫度變送器結(jié)構(gòu)框圖如圖2．29所示。115整理課件溫度變送器結(jié)構(gòu)框圖在線路結(jié)構(gòu)上，三種變送器都分為量程單元和放大單元兩局部。它們分別設(shè)置在兩塊印制電路板上，用插件互相連接，其中放大單元是三者通用，而量程單元那么隨品種、測量范圍的不同而不同。調(diào)零信號輸入反響信號輸入來自傳感器的中間變量116整理課件在過程控制領(lǐng)域中，使用最多的是熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器知識點：熱電偶與熱電阻熱電偶測溫根本原理

熱電偶測溫的根本原理是熱電效應(yīng)。在由兩種不同材料的導(dǎo)體A和B所組成的閉合回路中,當(dāng)A和B的兩個接點處于不同溫度T和To時,在回路中就會產(chǎn)生熱電勢。這就是所謂的塞貝克效應(yīng)。導(dǎo)體A和B稱為熱電極。溫度較高的一端T叫工作端(通常焊接在一起)；溫度較低的一端To叫自由端(通常處于某個恒定的溫度下)。根據(jù)熱電勢與溫度函數(shù)關(guān)系最后得出溫度值。117整理課件導(dǎo)體A導(dǎo)體B工作端自由(冷〕端被測量的介質(zhì)測量被測介質(zhì)的溫度理想情況保持恒定的溫度〔0℃)朝變換單元方向AB的兩端因溫度差而產(chǎn)生電勢差Et118整理課件熱電阻測溫根本原理熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的，最后根據(jù)阻值與溫度的函數(shù)關(guān)系得出溫度值119整理課件熱電偶和熱電阻的區(qū)別主要在于：

第一：信號的性質(zhì)，熱電阻本身是電阻，溫度的變化，使電阻產(chǎn)生正的或者是負的阻值變化；而熱電耦，是產(chǎn)生感應(yīng)電壓的變化，他隨溫度的改變而改變。

第二：兩種傳感器檢測的溫度范圍不一樣，熱電阻一般檢測0-150度溫度范圍〔當(dāng)然可以檢測負溫度〕，熱電耦可檢測0-1000度的溫度范圍〔甚至更高〕所以，前者是低溫檢測，后者是高溫檢測。

第三：從材料上分，熱電阻是一種金屬材料，具有溫度敏感變化的金屬材料，熱電耦是雙金屬材料，既兩種不同的金屬，由于溫度的變化，在兩個不同金屬絲的兩端產(chǎn)生電勢差。120整理課件2.4.1熱電偶溫度變送器熱電偶溫度變送器與熱電偶配合使用，可以把溫度信號轉(zhuǎn)換為4～20mA、l～5V的標(biāo)準信號。它由量程單元和放大單元兩局部組成，如圖2．30所示。中間變量熱電勢為保證熱電勢與輸出之間的線性關(guān)系121整理課件1.放大單元放大器DC/AC/DC轉(zhuǎn)換電路電壓放大電路功率放大電路隔離輸出與隔離反響磁耦合對稱推挽式多諧振蕩器整流濾波穩(wěn)壓電路直接耦合式的運放，為功放提供足夠的鼓勵電壓方波發(fā)生器為功放提供方波電源24V直流電壓源DC/ACAC/DC為運放和量程單元提供直流電源在功放與輸出之間，輸出與反響之間采用隔離變壓器122整理課件2.量程單元原理圖信號輸入回路零點調(diào)整及冷補償回路非線性反響回路特點：在輸入回路增加了由Rcu組成的熱電偶冷補償電路在反響回路中增加了運放構(gòu)成的線性化電路123整理課件1)熱電偶冷補償電路熱電偶產(chǎn)生的熱電勢與熱電偶的冷端溫度T0有關(guān)。當(dāng)冷端溫度T0不固定時，熱電勢Et也隨之變化，從而帶來測量誤差。因此，需對熱電偶的冷端溫度T0進行補償，以減小熱電偶冷端溫度T0變化所引起的測量誤差。銅電阻Rcu與熱點耦的自由〔冷〕端處在同一溫度下，當(dāng)冷端溫度升高時，銅電阻阻值增加，補償了由于環(huán)境溫度升高引起的熱電偶熱電勢的下降。銅電阻Rcu為熱電阻。124整理課件2)線性化電路熱電偶溫度變送器的測溫元件熱電偶和被測溫度之間存在著非線性關(guān)系，其特性曲線如圖2．35所示。為了使變送器的輸出信號與被測溫度信號之間為線性關(guān)系，必須進行非線性補］償，線性化電路實際上是一個折線電路，用折線來近似表示熱電偶的非線性特性。125整理課件熱電勢隨溫度上升并非是線性的材料不同斜率不同，量程也不同126整理課件非線性輸入非線性的反響由于輸入與反響的非線性特性相同，輸出端可以得到線性的輸出127整理課件將曲線劃分為幾段斜率不同的折線反響回路線性運算電路128整理課件3)零點和量程調(diào)整圖2．34中，Ri3、Ri4、Ri5、Ri7、Rcu及Uz組成零點調(diào)整回路；Rf3、RPf、Rf2組成量程調(diào)整回路，改變RPf可以小范圍調(diào)整零點，通常調(diào)整范圍為滿度的±5％；改變Ri3可以大幅度地改變變送器的零點，實現(xiàn)零點遷移。改變Rf2可以大幅度地調(diào)整量程。由于，在附有線性化機構(gòu)的熱電偶溫度變送器中，由于不同測溫范圍的熱電偶特性曲線并不相同，所以當(dāng)簡單改變測溫范圍時是不能保證儀表的精度的，需要同時改變非線性反響回路的結(jié)構(gòu)和有關(guān)元件的參數(shù)才行。129整理課件2.4.2一體化熱電偶溫度變送器130整理課件一體化熱電偶溫度變送器，由測溫元件和變送器模塊兩局部構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2．41所示。變送器模塊把測溫元件的輸出信號Et或Rt；轉(zhuǎn)換成為統(tǒng)一標(biāo)準信號，主要是4～20mA的直流電流信號。131整理課件所謂一體化熱電偶溫度變送器，是指將變送器模塊安裝在測溫元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi)的一種溫度變送器。其變送器模塊和測溫元件形成一個整體，可以直接安裝在被測溫度的工藝設(shè)備上，輸出為統(tǒng)一標(biāo)準信號。這種變送器具有體積小、質(zhì)量小、現(xiàn)場安裝方便以及輸出信號抗干擾能力強、便于遠距離傳輸?shù)葍?yōu)點。對于測溫元件采用熱電偶的變送器，不需要采用昂貴的補償導(dǎo)線，節(jié)省安裝費用，因而一體化熱電偶溫度變送器在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。一體化熱電偶溫度變送器品種較多，其變送器模塊大多數(shù)以一片專用變送器芯片為主，外接少量元器件構(gòu)成，常用的變送器芯片有AD693、XTR101、XTRl03、IXR100等。變送器模塊也有由通用的運算放大器構(gòu)成或采用微處理器構(gòu)成的。132整理課件1．AD693芯片133整理課件

2．AD693構(gòu)成的熱電偶溫度變速器134整理課件2.4.3熱電阻溫度變送器熱電阻溫度變送器與各種測溫?zé)犭娮枧浜鲜褂茫怯闪砍虇卧c放大單元兩局部組成。1.量程單元Rt及引線電阻補償橋路反響回路135整理課件1)線性化電路熱電阻溫度變送器的測溫元件熱電阻和被測溫度之間也存在著非線性關(guān)系，Rt和被測溫度t之間關(guān)系為上凸形，即熱電阻阻值的增加量隨溫度增加而逐漸減小。在測量范圍內(nèi)，鉑電阻的最大非線性誤差約為2％，這對于精度要求較高的場合是不允許的。熱電阻溫度變送器線性化的實現(xiàn)，不采用折線電路的方法，而是采用熱電阻兩端電壓信號Ut正反響的方法，在整機的反響回路中引出一支路，經(jīng)電阻Rf4將反響電壓加到熱電阻Rt的兩端，構(gòu)成一路隨Rt增加而不斷加深的正反響，使整機的增益隨信號的增大而不斷增大，從而校正了熱電阻阻值隨被測溫度增加而變化量逐漸減小的趨勢，最終使得熱電阻兩端的電壓Ut與被測溫度t之間呈線性關(guān)系。Rtt136整理課件2.放大單元與熱電偶一樣2.4.4一體化熱電阻變送器137整理課件〔4〕何謂量程調(diào)整和零點調(diào)整？答：量程調(diào)整是使變送器輸出信號的上限值ymax與測量范圍的上限值xmax相對應(yīng)。零點調(diào)整是使變送器輸出信號的下限值ymin與測量范圍的下限值xmin相對應(yīng),即在xmin=0時，使Y=ymin。138整理課件〔5〕電容式、擴散硅式、電感式、振弦式差壓變送器各有什么特點？答：電容式差壓變送器是微位移式變送器，無杠桿系統(tǒng)，體積小，它以差動電容膜盒作為檢測元件，并且采用全密封熔焊技術(shù)，因此整機的精度高、穩(wěn)定性好、可靠性高、抗振性強，其根本誤差一般為±0.2％或土0.25％。擴散硅式差壓變送器也是微位移式兩線制差壓變送器。它的檢測元件采用硅杯壓阻傳感器，由于單晶硅材質(zhì)純、功耗小、滯后和蠕變極小、機械穩(wěn)定性好、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單和精度高。采用微位移式電平衡工作原理，沒有機械傳動、轉(zhuǎn)換局部；外形美觀、結(jié)構(gòu)小巧，重量輕；調(diào)整方便，零點、滿量程、阻尼均在儀表外部調(diào)整，且零點和滿量程調(diào)整時互不影響；具有獨特的電感檢測元件，敏感檢測元件所在的測量頭局部采用全焊接密封結(jié)構(gòu)；計算機進行溫度、壓力補償，不需要調(diào)整靜壓誤差。振弦式差壓變送器通過振弦去改變諧振電路的諧振頻率，將差壓的變化轉(zhuǎn)換成振弦張力的變化，輸出可以是頻率或電流。139整理課件〔6〕電容式差壓變送器如何實現(xiàn)差壓-位移轉(zhuǎn)換？差壓-位移轉(zhuǎn)換如何滿足高精度的要求？答：在電容式變送器中，電容膜盒中的測量膜片是平膜片，平膜片形狀筒單，加工方便，但壓力和位移是非線性的，只有在膜片的位移小于膜片的厚度的情況下是線性的，膜片在制作時，無論測量高差壓、低差壓或微差壓都采用周圍夾緊并固定在環(huán)形基體中的金屬平膜片做感壓膜片，以得到相應(yīng)的差壓-位移轉(zhuǎn)換。由于膜片的工作位移小于0.1mm，當(dāng)測量較低差壓時，那么采用具有初始預(yù)緊應(yīng)力的平膜片；在自由狀態(tài)下被繃緊的平膜片；具有初始張力。這不僅提高線性，還減少了滯后。對厚度很薄，初始張力很大的膜片，其中心位移與差壓之間也有良好的線性關(guān)系，滿足高精度的要求。140整理課件141整理課件變送器的選用1傳感器和變送器在儀器、儀表和工業(yè)自動化領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用。與傳感器不同，變送器除了能將非電量轉(zhuǎn)換成可測量的電量外，一般還具有一定的放大作用。本文簡單地介紹了各類變送器的特點，以供使用者選用。3y)\*u%b7n)C5}2O

1一體化溫度變送器

一體化溫度變送器一般由測溫探頭〔熱電偶或熱電阻傳感器〕和兩線制固體電子單元組成。采用固體模塊形式將測溫探頭直接安裝在接線盒內(nèi)，從而形成一體化的變送器。一體化溫度變送器一般分為熱電阻和熱電偶型兩種類型。熱電阻溫度變送器的原理。

熱電阻溫度變送器是由基準單元、R/V轉(zhuǎn)換單元、線性電路、反接保護、限流保護、V/I轉(zhuǎn)換單元等組成。測溫?zé)犭娮栊盘栟D(zhuǎn)換放大后，再由線性電路對溫度與電阻的非線性關(guān)系進行補償，經(jīng)V/I轉(zhuǎn)換電路后輸出一個與被測溫度成線性關(guān)系的4～20mA的恒流信號。

熱電偶溫度變送器一般由基準源、冷端補償、放大單元、線性化處理、V/I轉(zhuǎn)換、斷偶處理、反接保護、限流保護等電路單元組成。它是將熱電偶產(chǎn)生的熱電勢經(jīng)冷端補償放大后，再帽由線性電路消除熱電勢與溫度的非線性誤差，最后放大轉(zhuǎn)換為4～20mA電流輸出信號。為防止熱電偶測量中由于電偶斷絲而使控溫失效造成事故，變送器中還設(shè)有斷電保護電路。當(dāng)熱電偶斷絲或接解不良時，變送器會輸出最大值〔28mA〕以使儀表切斷電源。熱電偶溫度變送器的原理所示。:P0a:N'e4Z'U'k

y)K7d

一體化溫度變送器具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省引線、輸出信號大、抗干擾能力強、線性好、顯示儀表簡單、固體模塊抗震防潮、有反接保護和限流保護、工作可靠等優(yōu)點。

一體化溫度變送器的輸出為統(tǒng)一的4～20mA信號；可與微機系統(tǒng)或其它常規(guī)儀表匹配使用。也可用戶要求做成防爆型或防火型測量儀表。

2壓力變送器&g,S&k7A7Q;P#S,F

壓力變送器也稱差變送器，主要由測壓元件傳感器、模塊電路、顯示表頭、表殼和過程連接件等組成。它能將接收的氣體、液體等壓力信號轉(zhuǎn)變成標(biāo)準的電流電壓信號，以供給指示報警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進行測量、指示和過程調(diào)節(jié)。1X'q3r5b,Q/B

壓力變送器的測量原理圖所示。其測量原理是：流程壓力和參考壓力分別作用于集成硅壓力敏感元件的兩端，其差壓使硅片變形〔位移很小，僅μm級〕，以使硅片上用半導(dǎo)體技術(shù)制成的全動態(tài)惠斯登電橋在外部電流源驅(qū)動下輸出正比于壓力的mV級電壓信號。由于硅材料的強性極佳，所以輸出信號的線性度及變差指標(biāo)均很高。工作時，壓力變送器將被測物理量轉(zhuǎn)換成mV級的電壓信號，并送往放大倍數(shù)很高而又可以互相抵消溫度漂移的差動式放大器。放大后的信號經(jīng)電壓電流轉(zhuǎn)換變換成相應(yīng)的電流信號，再經(jīng)過非線性校正，最后產(chǎn)生與輸入壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的標(biāo)準電流電壓信號。

壓力變送器根據(jù)測壓范圍可分成一般壓力變送器〔0.001MPa～20MP3〕和微差壓變送器〔0～30kPa〕兩關(guān)。/|9\!k/e9@,O"~

3液位變送器9p2y2l&r,e9Y$\3z

3.1浮球式液位變送器

浮球式液位變送器由磁性浮球、測量導(dǎo)管、信號單元、電子單元、接線盒及安裝件組成。

一般磁性浮球的比重小于0.5，可漂于液面之上并沿測量導(dǎo)管上下移動。導(dǎo)管內(nèi)裝有測量元件，它可以在外磁作用下將被測液位信號轉(zhuǎn)換成正比于液位變化的電阻信號，并將電子單元轉(zhuǎn)換成4～20mA或其它標(biāo)準信號輸出。該變送器為模塊電路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蝕等優(yōu)點，電路內(nèi)部含有恒流反響電路和內(nèi)保護電路，可使輸出最大電流不超過28mA，因而能夠可靠地保護電源并使二次儀表不被損壞。

3.2浮簡式液位變送器#S%r&o;C,L2P

浮筒式液位變送器是將磁性浮球改為浮筒，它是根據(jù)阿基米德浮力原理設(shè)計的。浮筒式液位變送器是利用微小的金屬膜應(yīng)變傳感技術(shù)來測量液體的液位、界位或密度的。它在工作時可以通過現(xiàn)場按鍵來進行常規(guī)的設(shè)定操作。/m#k!~*k,x4J&g

3.3靜壓或液位變送器

該變送器利用液體靜壓力的測量原理工作。它一般選用硅壓力測壓傳感器將測量到的壓力轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)放大電路放大和補償電路補償，最后以4～20mA或0～10mA電流方式輸出。-R)G/d6m*[0D'p3t

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4電容式物位變送器

電容式物位變送器適用于工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中進行測量和控制生產(chǎn)過程，主要用作類導(dǎo)電與非導(dǎo)電介質(zhì)的液體液位或粉粒狀固體料位的遠距離連續(xù)測量和指示。&A4K0E"g(V/r"T5L!d9E,d

電容式液位變送器由電容式傳感器與電子模塊電路組成，它以兩線制4～20mA恒定電流輸出為基型，經(jīng)過轉(zhuǎn)換，可以用三線或四線方式輸出，輸出信號形成為1～5V、0～5V、0～10mA等標(biāo)準信號。電容傳感器由絕緣電極和裝有測量介質(zhì)的圓柱形金屬容器組成。當(dāng)料位上升時，因非導(dǎo)電物料的介電常數(shù)明顯小于空氣的介電常數(shù)，所以電容量隨著物料高度的變化而變化。變送器的模塊電路由基準源、脈寬調(diào)制、轉(zhuǎn)換、恒流放大、反響和限流等單元組成。采用脈寬調(diào)特原理進行測量的優(yōu)點是頻率較低，對周圍元射頻干擾、穩(wěn)定性好、線性好、無明顯溫度漂移等。142整理課件

2.2143整理課件

144整理課件145整理課件146整理課件147整理課件148整理課件可編程調(diào)節(jié)器：具有比傳統(tǒng)模擬儀表更為豐富的運算和控制功能，它可以提供多種軟件功能模塊，由用戶根據(jù)生產(chǎn)控制的要求通過組態(tài)完成各種運算處理和復(fù)雜控制，具有很大的應(yīng)用靈活性，但其軟件系統(tǒng)比較復(fù)雜。概述

149整理課件

信號制及供電方式

信號制----指在成套儀表系列中，各個儀表的輸入輸出間采用何種統(tǒng)一聯(lián)絡(luò)信號來進行信號傳輸?shù)膯栴}。氣動控制儀表：0.02～0.1MPa

電動控制儀表，0～10mA〔DC〕電流信號作為電動Ⅱ型儀表4～20mA〔DC〕電流信號1～5V〔DC〕電壓信號電動Ⅲ型儀表傳輸方式：進出控制室的傳輸信號采用電流信號，控制室內(nèi)部各儀表間聯(lián)絡(luò)信號采用電壓信號150整理課件根本控制規(guī)律及其對控制過程的影響

回憶：控制器作用

被控對象

測量變送控制器執(zhí)行器被控變量設(shè)定值擾動151整理課件根本控制規(guī)律概述

控制規(guī)律是指控制器的輸出信號與輸入偏差信號隨時間變化的規(guī)律。在單回路定值控制系統(tǒng)中，由于擾動作用的存在，會使被控變量對給定值產(chǎn)生偏差，此偏差數(shù)值上等于被控變量測量值與給定值之差。即：

式中e—偏差Xi—被控變量的測量值Xg—被控變量的給定值控制器的輸出信號是相對于控制器輸入信號e的輸出的變化量Δy。如果輸入e與輸出Δy的變化方向相同，那么稱控制器為正作用控制器；反之，如果輸入e與輸出Δy變化方向相反，那么稱控制器為反作用控制器。

控制規(guī)律概述152整理課件

PID控制器的一般形式為：△y＝f(e)幾種常用控制規(guī)律的微分方程表達式可分別表示為：比例作用〔P〕比例積分作用〔PI〕比例微分作用〔PD〕

比例積分微分作用〔PID〕KP—控制器的比例增益；

TI—控制器的積分時間；

TD—控制器的微分時間；

控制規(guī)律的表示形式153整理課件e△y

KPe

t

t式中△y-為控制器的輸出;e-為控制器的輸入;KP為比例增益，表征比例控制作用的強弱程度。

比例控制器的階躍響應(yīng)特性PID控制規(guī)律對控制過程的影響

比例控制規(guī)律對控制過程的影響比例控制的輸出與輸入的關(guān)系為△y＝KPe通常習(xí)慣用比例增益的倒數(shù)即比例度表示控制器的輸入與輸出之間的比例關(guān)系以及比例作用的強弱。比例度可表示為δ=1/KP

δ越大，比例控制作用越弱，δ越小，比例控制作用越強。154整理課件PID控制規(guī)律對控制過程的影響比例度對控制過程的影響比例度的選擇原那么:假設(shè)對象的滯后較小，時間常數(shù)較大以及放大倍數(shù)較小，那么可以選擇小的比例度來提高系統(tǒng)的靈敏度，從而使過渡過程曲線的形狀較好。反之，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就要選擇大