过程仪表第2章变送器.ppt

12.5 液位变送器液位变送器液位是指密封容器或开口容器中液位的高低，通过液位测量液位是指密封容器或开口容器中液位的高低，通过液位测量可知道容器内的原料，半成品或成品的数量，以便调节流入可知道容器内的原料，半成品或成品的数量，以便调节流入流出容器的物料，使之达到物料平衡，从而保证生产过程顺流出容器的物料，使之达到物料平衡，从而保证生产过程顺利进行。利进行。此外，通过液位测量可对生产过程中各环节所耗物料进行统此外，通过液位测量可对生产过程中各环节所耗物料进行统计和经济核算。计和经济核算。液位测量由于受到被测介质的物理性质，化学性质以及工作液位测量由于受到被测介质的物理性质，化学性质以及工作条件的影响，再加上以往未得到足够重视，因此，目前仍然条件的影响，再加上以往未得到足够重视，因此，目前仍然是一个比较薄弱的环节。是一个比较薄弱的环节。22.5.1 浮力式液位变送器浮力式液位变送器 浮力式液位变送器是根据阿基米德原理工作的，即液体对一个物体浮力的大小，等于该物体所排出的液体的重量。浮力式液位变送器可分为恒浮力式和变浮力式两种。恒浮力式液位计原理 1恒浮力式液位变送器恒浮力式液位变送器 32变浮力式液位变送器变浮力式液位变送器 浮筒式液位计原理 右图为浮筒式变浮力液位计原理图。右图为浮筒式变浮力液位计原理图。圆柱形浮筒部分沉浸于液体中，当浮筒被圆柱形浮筒部分沉浸于液体中，当浮筒被液体浸没的高度变化时，其所受浮力液体浸没的高度变化时，其所受浮力F也也变化，变化，F的变化压缩弹簧，弹簧的弹性力的变化压缩弹簧，弹簧的弹性力与浮筒的重力相平衡时，浮筒便处于某一与浮筒的重力相平衡时，浮筒便处于某一平衡位置，测量弹簧的压缩位移，并转换平衡位置，测量弹簧的压缩位移，并转换成统一标准信号，便可得知液位高度。成统一标准信号，便可得知液位高度。4浮筒GF弹F浮浮筒弹簧磁钢室输出指示器内置式外置式静井基本工作原理基本工作原理基本工作原理基本工作原理 主要由四个基本部分主要由四个基本部分主要由四个基本部分主要由四个基本部分组组成：浮筒、成：浮筒、成：浮筒、成：浮筒、弹弹簧、磁簧、磁簧、磁簧、磁钢钢室和室和室和室和输输出指示器出指示器出指示器出指示器当当当当浮浮浮浮筒筒筒筒沉沉沉沉浸浸浸浸在在在在液液液液体体体体中中中中时时，浮浮浮浮筒筒筒筒将将将将受受受受到到到到向向向向下下下下的的的的重重重重力力力力G G G G、向向向向上上上上的的的的浮浮浮浮力力力力F F F F浮浮浮浮和和和和弹弹簧簧簧簧弹弹力力力力F F F F 弹弹的复合作用的复合作用的复合作用的复合作用弹弹簧簧簧簧的的的的伸伸伸伸缩缩使使使使其其其其与与与与刚刚性性性性连连接接接接的的的的磁磁磁磁钢钢产产生生生生位位位位移移移移，再再再再通通通通过过输输出出出出指指指指示示示示器器器器内内内内磁磁磁磁感感感感应应元元元元件件件件和和和和传动传动装置或装置或装置或装置或变换输变换输出装置，使其指示出液位或出装置，使其指示出液位或出装置，使其指示出液位或出装置，使其指示出液位或输输出与液位出与液位出与液位出与液位对应对应的的的的电电信号。信号。信号。信号。特点和要求特点和要求特点和要求特点和要求 浮浮浮浮筒筒筒筒式式式式液液液液位位位位计计计计通通通通常常常常有有有有内内内内置置置置式式式式和和和和侧侧侧侧装装装装外外外外置置置置式式式式两两两两种种种种安安安安装装装装方方方方式式式式，测测测测量量量量原理完全相同，但外置式安装更适用于温度较高的场合。原理完全相同，但外置式安装更适用于温度较高的场合。原理完全相同，但外置式安装更适用于温度较高的场合。原理完全相同，但外置式安装更适用于温度较高的场合。52.5.2 静压力式液位变送器静压力式液位变送器-差压（压力）液位变送器差压（压力）液位变送器 基本工作原理基本工作原理基本工作原理基本工作原理 P=gHP=gHP=gHP=gH 零点迁移零点迁移零点迁移零点迁移 零点迁移的目的：使零点迁移的目的：使零点迁移的目的：使零点迁移的目的：使H H0 0时，变送器输出为时，变送器输出为时，变送器输出为时，变送器输出为I Iominomin（如（如（如（如4mA4mA）P=P=P=P=1 1 1 1gH gH gH gH P=P=P=P=1 1 1 1gH-gH-gH-gH-2 2 2 2g g g g（h h h h2 2 2 2-h-h-h-h1 1 1 1）P=P=P=P=1 1 1 1gH+gH+gH+gH+1 1 1 1ghghghgh1 1 1 1 无迁移无迁移无迁移无迁移 负迁移负迁移负迁移负迁移 迁移量：迁移量：迁移量：迁移量：-2 2 2 2g g g g（h h h h2 2 2 2-h-h-h-h1 1 1 1）正迁移正迁移正迁移正迁移 迁移量：迁移量：迁移量：迁移量：1 1 1 1ghghghgh1 1 1 1 6例 已已已已知知知知1 1 1 1=1200kg/m=1200kg/m=1200kg/m=1200kg/m3 3 3 3，2 2 2 2=950kg/m=950kg/m=950kg/m=950kg/m3 3 3 3，h h h h1 1 1 1=1m=1m=1m=1m，h h h h2 2 2 2=5m=5m=5m=5m，液液液液位位位位变变变变化化化化范范范范围围围围0 0 0 02.52.52.52.5米米米米，求求求求：变变变变送器的送器的送器的送器的量程量程量程量程和和和和迁移量迁移量迁移量迁移量。解解解解 H H H Hmaxmaxmaxmax1 1 1 1g=2.5*1200*9.8=29400Pag=2.5*1200*9.8=29400Pag=2.5*1200*9.8=29400Pag=2.5*1200*9.8=29400Pa变送器量程可选为：变送器量程可选为：变送器量程可选为：变送器量程可选为：40kPa40kPa40kPa40kPa当当当当H=0H=0H=0H=0时，时，时，时，-2 2 2 2g g g g（h h h h2 2 2 2-h-h-h-h1 1 1 1）=-4*950*9.8=-37.24 kPa=-4*950*9.8=-37.24 kPa=-4*950*9.8=-37.24 kPa=-4*950*9.8=-37.24 kPa变变变变送器需要送器需要送器需要送器需要进进进进行行行行负负负负迁移，迁移量迁移，迁移量迁移，迁移量迁移，迁移量为为为为37.24 kPa37.24 kPa37.24 kPa37.24 kPa 结论：结论：结论：结论：差差差差压压压压式式式式液液液液位位位位变变变变送送送送器器器器，事事事事实实实实上上上上就就就就是是是是一一一一个个个个差差差差压压压压变变变变送送送送器器器器，无无无无非非非非液液液液位位位位变变变变送送送送器器器器的的的的输输输输出出出出与与与与液液液液位位位位高高高高度度度度H H H H成成成成线线线线性性性性关关关关系系系系，因因因因此此此此，差差差差压压压压式式式式液液液液位位位位变变变变送送送送器器器器的的的的安安安安装装装装与与与与前前前前面面面面所所所所述述述述的的的的差差差差压压压压变变变变送送送送器器器器的的的的安装是完全相同的。安装是完全相同的。安装是完全相同的。安装是完全相同的。为为为为了了了了解解解解决决决决测测测测量量量量具具具具有有有有腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀性性性性或或或或含含含含有有有有结结结结晶晶晶晶颗颗颗颗粒粒粒粒以以以以及及及及粘粘粘粘度度度度大大大大、易易易易凝凝凝凝固固固固等等等等液液液液体体体体液液液液位位位位时时时时，引引引引压压压压管管管管线线线线容容容容易易易易出出出出现现现现被被被被腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀、被被被被堵堵堵堵塞塞塞塞的的的的问问问问题题题题，应应应应使使使使用用用用在在在在导导导导压压压压管管管管人人人人口口口口处处处处加加加加隔隔隔隔离离离离膜膜膜膜盒盒盒盒的的的的法法法法兰兰兰兰式差式差式差式差压变压变压变压变送器（送器（送器（送器（压力信号的压力信号的压力信号的压力信号的远传远传远传远传装置），分装置），分装置），分装置），分单单单单法法法法兰兰兰兰式及双法式及双法式及双法式及双法兰兰兰兰式两种。式两种。式两种。式两种。7 右图为吹气式液位变送的原理。将一根吹气管插入至被测液体的最低液位（零液位）处。压缩空气或惰性气体经恒压阀和流量计吹入贮液罐内，当吹气管的下端有微量气泡溢出时，导管内的压力几乎与液封压力相等。吹气式液位测量原理 吹气式液位变送82.6 成分分析仪表成分分析仪表成成分分分分析析仪仪表表是是对对物物质质的的成成分分及及性性质质进进行行分分析析和和测测量量的的仪仪表表。在在现现代代工工业业生生产产过过程程中中，必必须须对对生生产产过过程程中中的的原原料料、成成品品、半半成成品品的的化化学学成成分分、化化学学性性质质、粘粘度度、浓浓度度、密密度度、重重度度、以以及及PH值值等等进进行行自自动动测测量量和和自自动动控控制制，以以达达到到优优质质高高产产、降降低低能能源源消消耗耗和和产产品品成成本本，保保证证安安全全生生产产和和防止环境污染的目的。防止环境污染的目的。按按使使用用场场合合来来分分，成成分分分分析析仪仪表表又又分分为为实实验验室室分分析析仪仪表表和和过过程程分分析析仪仪表，自动分析仪表或在线分析仪表。表，自动分析仪表或在线分析仪表。9表表23 分析仪表的分类分析仪表的分类 类别品种热学式热导式分析仪表，热化学式分析仪表，差热式分析仪表磁力式热磁式分析仪表，磁力机械式分析仪表光学式光电比色分析仪表，红外吸收式分析仪表，紫外吸收式分析仪表，光干涉式分析仪表，光散射式分析仪表，光度式分析仪表，分光光度分析仪表，激光分析仪表，化学发光式分析仪表射线式X射线分析仪表，电子光学式分析仪表，核辐射式分析仪表，微波式分析仪表电化学式 电导式分析仪表，电量式分析仪表，电位式分析仪表，电解式分析仪表，极谱仪，酸度计，离子浓度计色谱仪气相色谱仪，液相色谱仪质谱仪静态质谱仪，动态质谱仪，其他质谱仪波谱仪核磁共振波谱仪，电子顺磁共振波谱仪，共振波谱仪物性仪温度计，水分计，粘度计，密度计，浓度计，尘量计其他晶体振荡分析仪表，蒸馏及分离分析仪表，气敏式分析仪表，化学变色式分析仪表10红外气体分析仪红外气体分析仪 红外气体分析仪是利用不同的气体对不同波长的红外线辐射能具有选择红外气体分析仪是利用不同的气体对不同波长的红外线辐射能具有选择性吸收的特性来进行气体浓度分析的。它具有量程范围宽、灵敏度高、性吸收的特性来进行气体浓度分析的。它具有量程范围宽、灵敏度高、反应迅速、选择性强的特点。反应迅速、选择性强的特点。红外线的波长范围为红外线的波长范围为0.751000，红外气体分析仪中利用的波长范围为，红外气体分析仪中利用的波长范围为225，可以用恒定电流加热镍铬丝到某一适当的温度而产生某一特定波，可以用恒定电流加热镍铬丝到某一适当的温度而产生某一特定波长范围的红外线。长范围的红外线。气体特征吸收峰波长/m气体特征吸收峰波长/mCOCO2CH4NH3SO24.652.7，4.26，14.52.4，3.3，7.652.3，2.8，6.1，97.3H2SHClC2H4H2O7.63.43.4，5.3，7，10.5在2.610之间都有相当的吸收表表24 部分气体特征吸收峰波长部分气体特征吸收峰波长 11I与与c的关系曲线的关系曲线 红外气体分析仪原理框图红外气体分析仪原理框图 12样气在色谱柱中的分离过程样气在色谱柱中的分离过程 2.6.2 气相色谱分析仪气相色谱分析仪 132.6.3 热磁式氧分析仪热磁式氧分析仪 在生产过程中，尤其是燃烧和氧化过程中，以及安全保护和粮食果品储存等方面，准确测量和严格控制混合气体中的氧含量，对节约能源和安全生产等具有十分重要的作用。在氧分析仪表中，应用最广泛的是热磁式氧分析仪，它具有量程宽，稳定性好，不消耗被分析气体和使用简便等优点。传感器是一个具有中间水平通道的测量环室。热磁式氧分析仪的传感器结构见上图。14氧化锆氧量分析仪氧化锆氧量分析仪 氧化锆氧分析器是近年来发展起来的一种新型分析仪表，它由氧化锆探头和变送器两部分组成。氧化锆探头可直接插入管道内进行检测。它将被测气体中的氧含量（浓度）转换成氧浓差电势，经变送器将氧浓差电势转换成DC 15V。或DC 420mA。统一标准信号输出或远传。因此，在冶金、炼油、化工等工业部门被广泛用于测量各种锅炉、轧钢加热炉等烟道气的氧含量；它亦可方便地与调节器配合组成氧含量自动控制系统，实现最佳燃烧控制。氧化锆探头是基于氧浓差电池原理工作的，见上图。152.7二线制变送器的电路分析与设计二线制变送器的电路分析与设计“二线制二线制”：变送器工作电源线和：变送器工作电源线和420mA输出信输出信号线共用两根线。与非二线制（四线制）仪表相比，节号线共用两根线。与非二线制（四线制）仪表相比，节省两根传输线，便于施工和维护，有利于省两根传输线，便于施工和维护，有利于HART通信协通信协议的实施。议的实施。由于集成电路和由于集成电路和MEMS的发展，传感器越来越精细，的发展，传感器越来越精细，体积越来越小。与之匹配的是多种型号的专用体积越来越小。与之匹配的是多种型号的专用IC电路芯电路芯片，完成由片，完成由mV420mA的变送转换功能。的变送转换功能。161.XTR101芯片芯片它是美国它是美国BURRBROW公司生产的变送器通用电路芯公司生产的变送器通用电路芯片。片。1）组成：由仪用放大器，双匹配电流源和输出驱动电）组成：由仪用放大器，双匹配电流源和输出驱动电路等三部分组成。路等三部分组成。2)性能指标：偏置电压性能指标：偏置电压30V，电压漂移，电压漂移0.75V/，非线性，非线性0.01工作电压：工作电压：11.640VDC，一般采用，一般采用24VDC温度：温度：4085。采用小型。采用小型14引脚双列直插引脚双列直插式封装。式封装。2.工作原理工作原理1）原理分析）原理分析简化电路如图所示。简化电路如图所示。1718设设IC1和和IC2为理想运算放大器，同相端和反相端电位相为理想运算放大器，同相端和反相端电位相等，运放的输入电流为等，运放的输入电流为0，则跨导设置电阻，则跨导设置电阻RS中的电流中的电流IS=(e1N4e1N3)/RS=e1N/RSIS和和I3形成形成I1，由芯片参数（内部）设定，得到输出电流，由芯片参数（内部）设定，得到输出电流I0和输入信号和输入信号e1N的关系为：的关系为：I0=4mA+(0.016S+40/RS)e1N由上式可知：当由上式可知：当e1N0，I0=4mA；当为最大值，当为最大值，I0=20mA，可知可知(0.016S+40/RS)e1N.M16mA则则RS=40/(16mA/e1N.M0.016S)由此根据由此根据e1N.M选择选择RS。192）应用中的注意事项）应用中的注意事项负载电阻和电源匹配负载电阻和电源匹配由于由于XTR101为单电源工作，工作电源电压为单电源工作，工作电源电压11.640V。负载。负载电阻和电源电压为线性关系，如下图所示。一般变送器电源电压电阻和电源电压为线性关系，如下图所示。一般变送器电源电压为为24V，因此最大负载电阻为，因此最大负载电阻为750。实际应用中变送器输出来。实际应用中变送器输出来带带3个个250的负载（显示器、调节器、的负载（显示器、调节器、A/D输入电阻等）。输入电阻等）。20外接晶体管电路外接晶体管电路如下图所示，在如下图所示，在8，9，12脚外接一个晶体管，用以分流脚外接一个晶体管，用以分流内部晶体管的大部分电流。以减少芯片的功耗和温度的变化，内部晶体管的大部分电流。以减少芯片的功耗和温度的变化，从而提高从而提高XTR101的精度和稳定性。但采用这样设计方式应的精度和稳定性。但采用这样设计方式应确保外部晶体管的功率参数。确保外部晶体管的功率参数。21输入端空载电位输入端空载电位放大器工作电压放大器工作电压VCC，即信号输入端应比信号输出端高，即信号输入端应比信号输出端高46V，保证，保证电路处于线性工作范围，由外接电阻电路处于线性工作范围，由外接电阻R2来实现。如下图所示。输入端来实现。如下图所示。输入端3，4输入信号为输入信号为e1n(E2）。由内部电流源输出（）。由内部电流源输出（10，11）IREF1和和IREF2(2mA)产产生偏置电位。（当生偏置电位。（当R2=2.5K，偏置电位，偏置电位3，47为为5V）。）。22失调误差的补偿失调误差的补偿为了消除偏置电压的电流影响，在为了消除偏置电压的电流影响，在1，2和和14引脚之引脚之间设置电位计间设置电位计RP2，调节中心点位置使，调节中心点位置使eIN=0时，时，I0=4mA。3.设计实例设计实例231）热电偶温度变送器）热电偶温度变送器原理电路如图所示。设热电偶分度号为原理电路如图所示。设热电偶分度号为K,设定测设定测量范围量范围01000。24首先查热电偶分度表，其热电势首先查热电偶分度表，其热电势041.269mV(01000)；计算量程电阻计算量程电阻RS由上面由上面I0的表达式，的表达式，I0=16mA，计算，计算RS得到得到RS=40/(I0/e1n-0.016S)=107.6计算冷端补偿电路计算冷端补偿电路利用二极管利用二极管VD的的PN结电压温度特性，产生冷端补偿电压。结电压温度特性，产生冷端补偿电压。设设PN结在结在25时，时，VVD=0.6V（硅管），（硅管），温度特性温度特性VVD/T2mV/由由R5、R6组成组成VVD的分压器，使的分压器，使R6上的电压变化率和热电上的电压变化率和热电偶的温度变化率近似相等。偶的温度变化率近似相等。K型热电偶在型热电偶在25时，时，ET/T=0.04mV/25计算分压电路，由计算分压电路，由VVD/T(R6/(R5+R6)=ET/T选择选择R5=2K，解得，解得R6=40.82热电偶输入回路校验热电偶输入回路校验由上图热电偶输入回路电压平衡方程式：由上图热电偶输入回路电压平衡方程式：e1n=e2-e1=et+V4-e1当冷端温度为当冷端温度为25，热电偶工作端为，热电偶工作端为0时，时，et=1.0mV,VVD=600mV，代入上式得到，代入上式得到V4=13.0mV，R4=V4/1mA=13.0R4、RS采用精密多圈电位器，用于调节变送器的采用精密多圈电位器，用于调节变送器的0点和点和量程，量程，R5和和R6用温度系数很小的绕线精密电阻。用温度系数很小的绕线精密电阻。VD用专门用专门测温二极管。测温二极管。262）热电阻温度变送器）热电阻温度变送器原理电路如下图所示。原理电路如下图所示。27热电阻分度号热电阻分度号Pt100，要求测量范围，要求测量范围25150。查。查表可知表可知Pt100R25=109.73，R150=157.31由由1mA电流源激励，输入电流源激励，输入e1N的变化量为：的变化量为：求求e1N：e1N=1mA(157.31-109.73)=47.58mV计算量程电阻计算量程电阻RS：RS=40/(I0/e1n-0.016S)=124.89280点输出的实现点输出的实现(R4的计算的计算)在温度下限在温度下限25时，时，Pt100的阻值为的阻值为109.73，变送器，变送器输出为输出为4mA，此时，此时e1N0，因此，因此V4=VRt(上的压降上的压降)，得到，得到R4=109.73计算计算R2，检查共模电压，检查共模电压在在25时，时，e2=109.73mV，在，在150时，时，e2=157.3mV由于由于e2和和V4比偏置电压（比偏置电压（5V）小得多，所以它们可忽略，）小得多，所以它们可忽略，于是偏置电阻于是偏置电阻R2=5V/2mA=2.5K，这样，放大器的输入端电压为：这样，放大器的输入端电压为：(e2)min=(5+0.10973)Ve1=(5+0.10973)V最大输入最大输入150时，时，VRt=157.31mV保证保证e1和和e2在在46V正常工作范围内，使正常工作范围内，使XTR101工作在工作在线性区内。线性区内。293）压力变送器）压力变送器典型的压力变送器原理电路如图所示。典型的压力变送器原理电路如图所示。30传感器部分为低阻抗应变电桥（传感器部分为低阻抗应变电桥（300）XTR101输出输出2mA电流源（电流源（10，11引脚输出）向应变桥和稳压管供电。引脚输出）向应变桥和稳压管供电。图中图中R3为偏置电阻；为偏置电阻；R2为限流电阻；为限流电阻；R1用于调整稳压用于调整稳压管工作电流，使其温度系数最小；管工作电流，使其温度系数最小；R5和和RP2组成组成4mA的的0位位调节电路；调节电路；R4和和RP1组成增益（满量程）调节电路。组成增益（满量程）调节电路。信号（压力信号）从信号（压力信号）从XTR101的的3，4引脚输入，输出信引脚输入，输出信号（号（420mA）从负载电阻）从负载电阻RL获得。获得。31注意：注意：XTR101是通用变送器电路芯片，它不具有非线性补偿电是通用变送器电路芯片，它不具有非线性补偿电路，为了应用于热电偶、热电阻等具有非线性特性的传感路，为了应用于热电偶、热电阻等具有非线性特性的传感器，要适当的压缩量程范围，即应用于传感器的线性段。器，要适当的压缩量程范围，即应用于传感器的线性段。可选用专用连接口芯片，例如可选用专用连接口芯片，例如XTR103，它专用于，它专用于RTD热电阻二线制热电阻二线制420mA变送器专用电路芯片。它用的变送器专用电路芯片。它用的PT100测量范围可在测量范围可在200850的宽范围，降低非线性的宽范围，降低非线性40倍。倍。322.8智能变送器智能变送器一、一、智能变送器的特点智能变送器的特点（1）双向通信能力；双向通信能力；（2）自诊断能力；自诊断能力；（3）模、数信号同时传送；模、数信号同时传送；（4）测量精度高；测量精度高；（5）量程比大量程比大4001；（6）可发出直流信号；可发出直流信号；（7）正、反作用切换；正、反作用切换；（8）PID控制功能；控制功能；调整遥控化调整遥控化零点量程调整独立化零点量程调整独立化仪表标签内置化仪表标签内置化仪表信息数字化仪表信息数字化33二、智能变送器的分类二、智能变送器的分类1、价格分类（按精度分类）、价格分类（按精度分类）高档：高档：0.075%0.1%中档：中档：0.1%低档：低档：0.1%以下以下2、按罗马数字分类、按罗马数字分类型：四线型：四线型：二线型：二线型半：智能仪表型半：智能仪表型：现场总线型：现场总线3、按通信协议分类、按通信协议分类HARTDE34四、四、ST3000智能差压变送器智能差压变送器ST3000/900系列全智能差压变送器是以微处理器为基础系列全智能差压变送器是以微处理器为基础的智能变送器。最新推出的的智能变送器。最新推出的R300版本，全面提升了变送器的版本，全面提升了变送器的精度，可靠性及长期稳定性指标。它能测量各种液体和气体的精度，可靠性及长期稳定性指标。它能测量各种液体和气体的压力，并输出对应的压力，并输出对应的420mA模拟信号和数字信号。它独特模拟信号和数字信号。它独特的温度和静压误差自动修正功能使其能满足苛刻的使用环境。的温度和静压误差自动修正功能使其能满足苛刻的使用环境。它具有它具有DE通讯协议，可与霍尼韦尔的集散控制系统和智通讯协议，可与霍尼韦尔的集散控制系统和智能现场通讯器（能现场通讯器（SFC）实现双向数字通讯，消除了模拟信号传）实现双向数字通讯，消除了模拟信号传输误差，方便了变送器的调试、校验和故障诊断。输误差，方便了变送器的调试、校验和故障诊断。特点特点1.先进的传感器技术：采用离子注入硅技术，在差压传感器先进的传感器技术：采用离子注入硅技术，在差压传感器上集成了静压和温度传感器，随时修正过程温度和静压引起的上集成了静压和温度传感器，随时修正过程温度和静压引起的误差，提高了测量精度和稳定性。误差，提高了测量精度和稳定性。2.高可靠性：平均无故障时间高可靠性：平均无故障时间470年。年。3.高稳定性：高稳定性：0.015/年。年。354.高精度：高精度：0.075。5.测量范围宽：测量范围宽：STG9440-3.5MPaSTG9740-21MPa6.规格齐全：接液部分有各种防腐材料备选，能满足各种工规格齐全：接液部分有各种防腐材料备选，能满足各种工况条件下的使用。况条件下的使用。7.具备各种本安和隔爆认证。具备各种本安和隔爆认证。8.可选可选HART协议。协议。9.可选现场总线（可选现场总线（FF）通讯协议。）通讯协议。10.使用现场通讯器或使用现场通讯器或MCT多协议通讯器实现对多协议通讯器实现对ST3000变送变送器的组态、校验和故障诊断等。器的组态、校验和故障诊断等。11.可通过便携电脑，用可通过便携电脑，用SCT组态工具组态。组态工具组态。12.可与霍尼韦尔集散控制系统实现数字一体化。可与霍尼韦尔集散控制系统实现数字一体化。13.体积小、重量轻：体积小、重量轻：4.1Kg。36组成与原理组成与原理如下图所示为如下图所示为Honeywell公司公司ST3000900智能变送器智能变送器的结构，变送器的生产主要由机器人完成。该变送器由表头的结构，变送器的生产主要由机器人完成。该变送器由表头和信号处理两部分组成。表头的核心部分是在一片硅片上通和信号处理两部分组成。表头的核心部分是在一片硅片上通过离子注人，经激光精细加工而成的复合式传感器，其中含过离子注人，经激光精细加工而成的复合式传感器，其中含有差压、温度、静压三种固体传感器。有差压、温度、静压三种固体传感器。3738当过程压力或差压通过隔离膜片，填充液传到膜盒内的当过程压力或差压通过隔离膜片，填充液传到膜盒内的传感器上时，传感器的电阻值产生变化。阻值的变化量由芯传感器上时，传感器的电阻值产生变化。阻值的变化量由芯片上的惠斯顿电桥检出，并经片上的惠斯顿电桥检出，并经A/D转换成数字量后，送信号转换成数字量后，送信号处理部分的微处理器。与此同时，芯片上另两个辅助传感器处理部分的微处理器。与此同时，芯片上另两个辅助传感器分别检翻表体温度和介质静压，经多路开关转换成数字量并分别检翻表体温度和介质静压，经多路开关转换成数字量并送微处理器。在信号处理部分，三路数字量经微处理器运算送微处理器。在信号处理部分，三路数字量经微处理器运算处理后转换成处理后转换成420mA的模拟信号或数字信号输出。的模拟信号或数字信号输出。在变送器的制造过程中，生产线上的计算机对每台变送在变送器的制造过程中，生产线上的计算机对每台变送器的工况，即表体工况与介质静压进行模拟仿真，将采集的器的工况，即表体工况与介质静压进行模拟仿真，将采集的特征数据存放在特征数据存放在PROM中。因此，测量结果中消除了温度、中。因此，测量结果中消除了温度、静压带来的测量误差。静压带来的测量误差。39基于基于ST3000智能变送器的双向数字通信技术，操作人智能变送器的双向数字通信技术，操作人员使用智能现场手操通信器员使用智能现场手操通信器SFC与其进行通信。手操通信与其进行通信。手操通信器由电池供电。只要把器由电池供电。只要把SFC接到变送器信号线的回路上，就接到变送器信号线的回路上，就可对变送器发送或接受信息。这种具有远程通讯的方法，可对变送器发送或接受信息。这种具有远程通讯的方法，减少了维修成本，并可使操作人员不进入危险区域对现场减少了维修成本，并可使操作人员不进入危险区域对现场变送器完成操作，另外变送器完成操作，另外ST3000也能选用流行的也能选用流行的HART手操手操通信器对其进行操作。通信器对其进行操作。40五、五、3051C压力变送器压力变送器41该系列最高精度为士该系列最高精度为士0075，且有，且有100：1的大范围量的大范围量程比，从上图可见，变送器由传感组件和电子组件两部分组程比，从上图可见，变送器由传感组件和电子组件两部分组成，电路采用专用集成电路（成，电路采用专用集成电路（ASIC）和表面安装技术）和表面安装技术（SMT），传感器组件选用高精度的电容传感器，过程压力），传感器组件选用高精度的电容传感器，过程压力通过隔离膜片及灌充液传送到电容中心膜片上，中心膜片与通过隔离膜片及灌充液传送到电容中心膜片上，中心膜片与两边固定电容极板形成一差动电容，与过程压力差成正比。两边固定电容极板形成一差动电容，与过程压力差成正比。电容室为激光封焊，并在机械、电子和热力上独立于过程介电容室为激光封焊，并在机械、电子和热力上独立于过程介质及外部环境。质及外部环境。传感组件中增加了一温度测量，用以补偿热效应。在变传感组件中增加了一温度测量，用以补偿热效应。在变送器的生产过程中，所有传感器要经过压力和温度的循环测送器的生产过程中，所有传感器要经过压力和温度的循环测试，由此产生正确的温度校正系数，存入传感组件的存储器试，由此产生正确的温度校正系数，存入传感组件的存储器中。变送器工作时，传感组件将差压转换成数字量，此数字中。变送器工作时，传感组件将差压转换成数字量，此数字量信息连同传感器组件存储器中的校正系数一并送入电子组量信息连同传感器组件存储器中的校正系数一并送入电子组件模块。电子组件有一块混合件模块。电子组件有一块混合ASIC和和SMT的信号板，上面的信号板，上面的微处理器对组件的信息进行处理，最后由的微处理器对组件的信息进行处理，最后由D/A输出输出420mA的电流信号。的电流信号。42电子组件的另一个重要功能是完成与电子组件的另一个重要功能是完成与DCS或或275型型HART手操通信器的双向数字通信。数字通信使用工业标准手操通信器的双向数字通信。数字通信使用工业标准Bell202频率移动键控（频率移动键控（FSK）技术，即在模拟输出直流电流）技术，即在模拟输出直流电流信号上迭加一个信号上迭加一个05mA值的双音频信号来完成远程通信。值的双音频信号来完成远程通信。HART协议可方便完成对协议可方便完成对3051C变送器的组态和测试。变送器的组态和测试。43六、其他智能变送器六、其他智能变送器1、单总线智能温度变送器、单总线智能温度变送器（DS1820、DS1821、DS1822等）等）2、基于、基于I2C总线的智能温度变送器总线的智能温度变送器（AD7416、LM75、LM76、DS1624、DS1629、MAX6625/6626等）等）3、多通道智能温度变送器、多通道智能温度变送器（MAX1668/1805、MAX6691、MAX1298/1299、MAX6697/6698、AD7417/7817、LM83等）等）4、EJA型差压（压力）智能变送器型差压（压力）智能变送器5、虚拟变送器、虚拟变送器441.一台温度变送器，输入变化范围为一台温度变送器，输入变化范围为，输，输出变化范围为，试求出变化范围为，试求时的电流值。时的电流值。2.为防止环境温度变化引起导线电阻改变引入误差，我们为防止环境温度变化引起导线电阻改变引入误差，我们通常采用通常采用三线制三线制方法来连接热电阻与变送器。方法来连接热电阻与变送器。3.热电偶测温不仅与被测端温度有关，且还决定于的热电偶测温不仅与被测端温度有关，且还决定于的温度。温度。4.智能变送器与模拟变送器相比有哪些特点？智能变送器与模拟变送器相比有哪些特点？5.有一台差压变送器，它的测量范围为有一台差压变送器，它的测量范围为031.1/186.8KP，现使用现使用(20)30KP范围内，试求最大测量范围上限值范围内，试求最大测量范围上限值(HRV)、最大测量范围下限值、最大测量范围下限值(LRV)、最大测量范围、最大、最大测量范围、最大量程；最小量程；最小HRV、最小、最小LRV、最小量程、最小测量范围；、最小量程、最小测量范围；变送器的量程比、仪表的使用范围、迁移量各是多少？变送器的量程比、仪表的使用范围、迁移量各是多少？第第2章章练练习习