装置第二章变送器和转换器分析优秀PPT.ppt

限制仪表及装置限制仪表及装置限制仪表及装置限制仪表及装置其次章其次章 变送器和转换器变送器和转换器1其次章其次章 变送器和转换器变送器和转换器第一节第一节 变送器的构成变送器的构成其次节其次节 差压变送器差压变送器第三节第三节 温度变送器温度变送器第四节第四节 电电/气转换器气转换器2 一、基本定义一、基本定义:量程调整、零点调整和零量程调整、零点调整和零点迁移点迁移二、变送器的构成二、变送器的构成本节重点内容介绍本节重点内容介绍第一节第一节 变送器的构成变送器的构成3第一节第一节 变送器的构成变送器的构成一、构成原理一、构成原理测量部分测量部分C C放大器放大器K K反馈部分反馈部分F F调零、零点迁移调零、零点迁移Z Zi i Z Zf f Z Z0 0 y yx xy yx xy ymaxmaxx xmaxmaxx xminminy yminmin0 0变送器的构成原理和输入输出特性变送器的构成原理和输入输出特性4二、量程调整、零点调整和零点迁移二、量程调整、零点调整和零点迁移量量程程调调整整相相当当于于变变更更变变送送器器的的输输入入输输出出特特性性的的斜斜率率，也也就就是是变变更更变变送送器器输输出出信信号号y y与与输输入入信信号号x x之间的比例系数。之间的比例系数。量程调整量程调整（即满度调整）的目的（即满度调整）的目的:使变送器输出信号使变送器输出信号上限值上限值y ymaxmax与测量范围上限值与测量范围上限值x xmaxmax相对应。相对应。方法：变更反馈部分反馈方法：变更反馈部分反馈系数系数 变更测量部分转变更测量部分转换系数换系数5零点调整零点调整使变送器测量起始点为零；使变送器测量起始点为零；零点迁移零点迁移是把测量起始点由零迁移到某一数值是把测量起始点由零迁移到某一数值。当测量起始点由零变为某一正值，称当测量起始点由零变为某一正值，称正迁移正迁移；而由零变为；而由零变为某一负值，称为某一负值，称为负迁移负迁移。零点调整和零点迁移零点调整和零点迁移都是都是使变送器输出信号下限值使变送器输出信号下限值y ymimin n与测量范围的下限值与测量范围的下限值x xmimin n相对应，在相对应，在x xmimin n=0 0时，称为零时，称为零点调整，在点调整，在x xminmin 0 0时，称为零点迁移时，称为零点迁移。6 一、力平衡式差压变送器一、力平衡式差压变送器熟悉其结构、驾驭其工作原理、读懂电路图熟悉其结构、驾驭其工作原理、读懂电路图二、电容式差压变送器二、电容式差压变送器理解其结构、驾驭其工作原理理解其结构、驾驭其工作原理本节重点内容介绍本节重点内容介绍其次节其次节 差压变送器差压变送器7其次节其次节 差压变送器差压变送器用来将差压、流量、液位等被测参数转换为统一标准的用来将差压、流量、液位等被测参数转换为统一标准的信号，以实现对这些参数的显示、记录或自动限制。信号，以实现对这些参数的显示、记录或自动限制。一、力平衡式差压变送器一、力平衡式差压变送器（一）概述（一）概述测量部分测量部分杠杠系统杠杠系统位移检测位移检测放大器放大器电磁反馈电磁反馈机构系统机构系统piF Fi iF Ff fI0变送器构成方框图变送器构成方框图81.1.工工作作原原理理（二二）工工作作原原理理和和结结构构9（二）工作原理和结构（二）工作原理和结构（二）工作原理和结构（二）工作原理和结构1.1.工作原理工作原理Al1/l2tan l3MilfK2K1loKf+MoPiFiF1-MfFfIoSFo10作作用用：把把被被测测差差压压PP转转换换成成作用于主杠杆下端的输入力作用于主杠杆下端的输入力F Fi i A1=A2=AFi=A(P1-P2)=APi Fi=A1P1-A2P2因因:故故:2.2.结构结构(1)(1)测量部分测量部分11(2)(2)杠杆系统杠杆系统杠杆系统杠杆系统 作作用用：进进行行力力的的传传递递和和力力矩比较矩比较。组成：组成：主杠杆主杠杆1、矢量机、矢量机构构2和副杠杠和副杠杠4，以及调零，以及调零机构、零点迁移机构、静机构、零点迁移机构、静压调整和过载爱护、平衡压调整和过载爱护、平衡锤。锤。12 主杠杆主杠杆主杠杆主杠杆将将输输入入力力Fi转转换换为为作作用用于于矢矢量量机机构构上上的的力力F1：13 矢量机构矢量机构将将输输入入力力F1转转换换为为作作用用于于副副杠杠杆上的力杆上的力F2：变更变更tan，可变更差，可变更差压变送器的量程压变送器的量程：415，量程比为，量程比为tan15/tan4=3.8314 副杠杆副杠杆进行力矩的比较进行力矩的比较 15几点结论几点结论(1)(1)(1)(1)在满足深度负反馈的条件下在满足深度负反馈的条件下在满足深度负反馈的条件下在满足深度负反馈的条件下,输出电流输出电流输出电流输出电流IoIoIoIo与输入与输入与输入与输入 差压差压差压差压PiPiPiPi成正比。成正比。成正比。成正比。(2)(2)(2)(2)变更调零弹簧作用力变更调零弹簧作用力变更调零弹簧作用力变更调零弹簧作用力FoFoFoFo可调整变送器的零点。可调整变送器的零点。可调整变送器的零点。可调整变送器的零点。(3)(3)(3)(3)调整变送器的量程可通过变更调整变送器的量程可通过变更调整变送器的量程可通过变更调整变送器的量程可通过变更tantantantan 和和和和KfKfKfKf来实现。来实现。来实现。来实现。(4)(4)(4)(4)零点和满度应反复调整。零点和满度应反复调整。零点和满度应反复调整。零点和满度应反复调整。16 调零和零点迁移机构调零和零点迁移机构零点由调零弹簧调整；零点由调零弹簧调整；零点迁移由迁移弹簧调整；零点迁移由迁移弹簧调整；零点迁移原则：零点迁移后被测差压的上限不零点迁移原则：零点迁移后被测差压的上限不能超过该表所规定的上限值，迁移后的最小量能超过该表所规定的上限值，迁移后的最小量程不得小于该表的最小量程。程不得小于该表的最小量程。设迁移力设迁移力 到主杠杆支点的距离为到主杠杆支点的距离为 ,则有则有1718平平衡衡带带拉拉条条静静压调整和整和过载爱护装置装置19静静压调整和整和过载爱护装置装置作用：克服变送器的静压误差和过载时起爱护作用。作用：克服变送器的静压误差和过载时起爱护作用。静压误差：属于系统误差静压误差：属于系统误差静压误差产生缘由：静压误差产生缘由：1.测量膜片的有效面积不等；测量膜片的有效面积不等；2.拉条装配不正。拉条装配不正。解决方法：解决方法：调静压调整螺钉。调静压调整螺钉。20平衡锤平衡锤l作用：作用：使副杠使副杠杆的重心和其杆的重心和其支点支点M M重合，重合，提高仪表的耐提高仪表的耐冲击、耐振动冲击、耐振动性能；在仪表性能；在仪表不垂直安装时，不垂直安装时，不影响精度。不影响精度。211-3短接、短接、2-4短接短接：W=W1=725匝匝 1-2短接：短接：W=W1+W2=2175匝匝 可实现可实现3:1的量程调整的量程调整 W1=725匝匝W2=1450匝匝Kf=B0DW 22(3)电磁反馈装置电磁反馈装置 作作用用：把把变变送送器器的的输输出出电电流流I0转转换换成成作作用用于于副杠杆的电磁反馈力副杠杆的电磁反馈力Ff Ff =B0DWI0 设设 Kf=B0DW 变变更更反反馈馈动动圈圈的的匝匝数数，可以变更可以变更 Kf Kf 的大小的大小 则则 Ff =KfI023（三）低频位移检测（三）低频位移检测放大器放大器 作作用用：把把副副杠杠杆杆上上位位移移检检测测片片（衔衔铁铁）的的微微小小位位移移S转换成转换成420mA的直流输出电流。的直流输出电流。构成方框图构成方框图24 由差动变压器、低频振荡器、整流滤波电路、由差动变压器、低频振荡器、整流滤波电路、功率放大器组成。功率放大器组成。251.1.1.1.差动变压器差动变压器差动变压器差动变压器B BD D上罐形磁芯上罐形磁芯下罐形磁芯下罐形磁芯A AC C检测片检测片差动变压器的结构差动变压器的结构S S(1)(1)(1)(1)结构结构结构结构差动变压器原理图差动变压器原理图B DA C-+261.1.1.1.差动变压器差动变压器差动变压器差动变压器B差动变压器原理图差动变压器原理图B DA C-+(2)(2)(2)(2)工作原理工作原理工作原理工作原理（a）位移）位移s=/2 uCD=0（b）位移）位移s/2 uCD、uAB反相反相D D上罐形磁芯上罐形磁芯下罐形磁芯下罐形磁芯A AC C检测片检测片差动变压器的结构差动变压器的结构S S 27探讨：当s=/2 时 e2=e2 UCD=e2-e2=0差动变压器无输出当se2 UCD=e2-e20此时，UCD与UAB同相当s/2 时，因差动变压器，上半部磁路磁阻增大互感减小 e2e2 UCD=e2-e20此时，UCD与UAB反相。282.2.2.2.低频放大器低频放大器低频放大器低频放大器D1D1、D2 D2 可以供应偏置电可以供应偏置电压，使三极管压，使三极管BG1BG1正常工正常工作。作。两个二极管两个二极管D1D1、D2D2就相就相当于一个稳压管。当于一个稳压管。振荡器电路振荡器电路（1）振荡器）振荡器由振荡器、整流滤波电路、功率放大器组成。由振荡器、整流滤波电路、功率放大器组成。29低频振荡器的起振条件低频振荡器的起振条件低频振荡器的起振条件低频振荡器的起振条件l振荡频率振荡频率：l相位条件相位条件：s /2 时时，uCD 与与 uAB 相位相同，则相位相同，则电路就形成正反馈。电路就形成正反馈。l振幅条件：振幅条件：K F =1,选择合适的电路参数，选择合适的电路参数，可满足这一条件。可满足这一条件。1f0=LABC42l振荡频率振荡频率：1f0=LABC4230振荡器的放大特性和反馈特性振荡器的放大特性和反馈特性振荡器的放大特性和反馈特性振荡器的放大特性和反馈特性幅值可控幅值可控工作点工作点即：即：S F P点上移点上移 uAB 工作中，工作中，F F随随S S的变更而变更。的变更而变更。S S较较大时，大时，F F较小；（磁阻较大）较小；（磁阻较大）S S较小较小时，时，F F较大（磁阻较小）较大（磁阻较小）。交点交点P即为稳定后的工作点，即为稳定后的工作点，P点对应的电压点对应的电压uAB就是振荡器就是振荡器的输出电压的输出电压 ；31(2)(2)(2)(2)整流滤波电路整流滤波电路整流滤波电路整流滤波电路整流滤波电路整流滤波电路振荡器的输出电压振荡器的输出电压振荡器的输出电压振荡器的输出电压u u u uABABABAB经二极管经二极管经二极管经二极管D4D4D4D4整流，通过电阻整流，通过电阻整流，通过电阻整流，通过电阻R R R R8-98-98-98-9和和和和电容电容电容电容C5C5C5C5滤波，得到平滑的直流电压信号滤波，得到平滑的直流电压信号滤波，得到平滑的直流电压信号滤波，得到平滑的直流电压信号U UR4R4，再送至，再送至，再送至，再送至功放级。功放级。功放级。功放级。32(3)(3)(3)(3)功率放大器功率放大器功率放大器功率放大器稳定工作点稳定工作点 提高输入阻抗提高输入阻抗为为VT2VT2、VT3VT3集电极与放射级之集电极与放射级之间的穿透电流供应旁路，改善间的穿透电流供应旁路，改善温度特性，提高电路的稳定性。温度特性，提高电路的稳定性。接受复合管，目的一接受复合管，目的一是提高电流放大倍数；是提高电流放大倍数；二是电平配置二是电平配置,使使VT2VT2的基级电平与前级输的基级电平与前级输出信号的电平相匹配。出信号的电平相匹配。33其他元件作用其他元件作用其他元件作用其他元件作用R1、C1：相位校正作用，对高次谐波造成相移，破：相位校正作用，对高次谐波造成相移，破坏其振荡条件，防止高次谐波产生寄生振荡。坏其振荡条件，防止高次谐波产生寄生振荡。R10：变更放大器灵敏度。高量程时，通过端子：变更放大器灵敏度。高量程时，通过端子7、8将其接入，以降低灵敏度。将其接入，以降低灵敏度。R7：稳定振荡管输入电压。稳定振荡管输入电压。C3、C6：高频旁路电容，可减小沟通重量。：高频旁路电容，可减小沟通重量。D9：防止电源反接。防止电源反接。343 3、平安火花防爆措施、平安火花防爆措施平安火花防爆原则：平安火花防爆原则：、电子线路设计上。、电子线路设计上。、安装运用上（不让火花窜入现场）隔离。、安装运用上（不让火花窜入现场）隔离。尽可能减小贮能元件（尽可能减小贮能元件（L L、C C）并使现有贮能元件在故）并使现有贮能元件在故障状况下释放的能量（电流、电压）限制在平安额定障状况下释放的能量（电流、电压）限制在平安额定以下。以下。35限能限能限流限流负载两线制两线制位移检测位移检测放大器总图放大器总图及本安防爆措施见下：及本安防爆措施见下：36依据位移检测放大器原理线路图，有以下四依据位移检测放大器原理线路图，有以下四点防爆考虑：点防爆考虑：差动变压器原边线圈兼做振荡器的谐振电感，差动变压器原边线圈兼做振荡器的谐振电感，削减了储能原件的数量：削减了储能原件的数量：反馈动圈反馈动圈W1W1、W2 W2 两端并联二极管两端并联二极管VD5VD8,VD5VD8,供供应了断电时的能量释放通路；应了断电时的能量释放通路；二极管二极管VD10VD12VD10VD12用以限制用以限制C5C5两端的电压，二两端的电压，二极管极管VD3VD3用以限制用以限制C2C2两端的电压；两端的电压；R8R8、R9R9为为C5C5的放电能量限流电阻，在的放电能量限流电阻，在VD4VD4击穿击穿时，可限制时，可限制C5C5的放电电流。的放电电流。37（一）（一）（一）（一）概述概述概述概述检测检测部分部分感压感压膜片膜片差动差动电容电容电容电容-电流电流转换电路转换电路 放大和输放大和输出限制电路出限制电路反馈反馈电路电路调零、迁移信号调零、迁移信号反馈反馈信号信号转换部分转换部分二、二、电容式差压变送器电容式差压变送器电容式差压电容式差压变送器变送器构成方框图构成方框图38（二）测量部件（二）测量部件（二）测量部件（二）测量部件 作用：作用：测量部件结构测量部件结构Ci239结论：结论：(1)相对变化值相对变化值 与被测差压与被测差压 成线性关系。成线性关系。(2)与介电常数与介电常数 无关无关,可大大减小温度对变送器的影响。可大大减小温度对变送器的影响。(3)与与 有关。有关。愈小，灵敏度越高。愈小，灵敏度越高。40（三）转换放大电路（三）转换放大电路（三）转换放大电路（三）转换放大电路作用：作用：将差动电容的相对变更值，转换成标准的电流输出将差动电容的相对变更值，转换成标准的电流输出信号。信号。此外，还要实现零点调整、正负迁移、量程调整、此外，还要实现零点调整、正负迁移、量程调整、阻尼调整等功能。阻尼调整等功能。电路构成电路构成:包括包括电容电流转换电路电容电流转换电路及及放大电路放大电路两两部分部分41转换放大部分电路原理方框图转换放大部分电路原理方框图转换放大部分电路原理方框图转换放大部分电路原理方框图振荡器振荡器解调器解调器稳压稳压源源调零及调零及 零点迁移零点迁移功放和功放和 输出限制输出限制量程调整量程调整（负反馈）（负反馈）基准基准 电压电压IC1IC3E1245VCi1Ci2RLI 0420mA共共模模信信号号差动信号差动信号振荡控制振荡控制放大器放大器前置放大器前置放大器421.1.电容电流转换电路电容电流转换电路振荡器振荡器 包括包括VT1、T1等，向等，向Ci1和和Ci2供应高频供应高频电源电源将差动电容的相对变更值成比例地转换为差动电流信将差动电容的相对变更值成比例地转换为差动电流信号号(电流变更值电流变更值)。是一种变压器反馈型是一种变压器反馈型振荡电路，其振荡频振荡电路，其振荡频率由检测电容和变压率由检测电容和变压器次级绕组的电感确器次级绕组的电感确定。定。振荡器的输出幅值由振荡器的输出幅值由限制放大器限制放大器 IC1 的输的输出电压确定。出电压确定。43解调和振荡限制电路解调和振荡限制电路:包括解调器和振荡限制电包括解调器和振荡限制电路路Ii=I2-I1=(I2+I1)解调解调(即相敏整流即相敏整流)后输出两组电流信号后输出两组电流信号：差动信号：差动信号和共模信号，使后者保持不变，可得和共模信号，使后者保持不变，可得Ci2-Ci1Ci2+Ci1=K3Ci2-Ci1Ci2+Ci144线线性性调调整整电电路路:包括包括VD9、VD10、R22、R23、RP1等等检测元件中分布电容的存在，使差动电容的相对变更检测元件中分布电容的存在，使差动电容的相对变更值减小，造成非线性误差，故设计了线形调整电路。值减小，造成非线性误差，故设计了线形调整电路。电路通过提高振荡电路通过提高振荡器输出电压幅度以器输出电压幅度以增大解调器输出电增大解调器输出电流的方法，来补偿流的方法，来补偿分布电容所产生的分布电容所产生的非线性误差。非线性误差。补偿电压大小取决补偿电压大小取决于于RP1的阻值。的阻值。452.放大及输出限制电路放大及输出限制电路将电流信号将电流信号 Ii 放大，并输出放大，并输出4 20mA的直流电流。的直流电流。46放大放大电电路路:包括包括IC3、VT3、VT4等等IC3起前置放大作用，起前置放大作用，VT3、VT4组成复合管，将组成复合管，将IC3的输出电压变换为变送器的输出电流。的输出电压变换为变送器的输出电流。电阻电阻R31、R33、R34和电位器和电位器Rp3组成反馈网络，输出电组成反馈网络，输出电流流Io经这一网络分流，得到反馈电流经这一网络分流，得到反馈电流If，送至放大器送至放大器的输入端，这深度负反馈的输入端，这深度负反馈保证了保证了Ii 和和 Io的线性关系。的线性关系。电位器电位器Rp2用以调整输出零位。用以调整输出零位。S为正负迁移调整开关，可实现变送器的正向或负向为正负迁移调整开关，可实现变送器的正向或负向迁移。迁移。电位器电位器Rp3用以调整变送器的量程。用以调整变送器的量程。对电路的分析，可推得如下的输入、输出关系式：对电路的分析，可推得如下的输入、输出关系式：47调零和调量程电路调零和调量程电路Io=K3K4Ci2-Ci1Ci2+Ci1+K4K5(UA-a aUVZ1)式中：式中：K4=RiRf，K5=1Ri，、a a为分压系数。48输出限制输出限制电电路路:包括包括VT2、R18等等当输出电流超过允许值时，当输出电流超过允许值时，R18上压降变大，使上压降变大，使VT2的集电极电位降低，从而使该管处于饱和状态，流的集电极电位降低，从而使该管处于饱和状态，流过过VT2(也即也即VT4)的电流受到限制的电流受到限制(Io不超过不超过30mA)。其它元件的作用其它元件的作用R38、R39、C22和和RP4构成阻尼电路构成阻尼电路，抑制变送器的输抑制变送器的输出波动，出波动，RP4用来调整阻尼时间。用来调整阻尼时间。VZ2起稳压作用，还可防止电源反接时损坏器件起稳压作用，还可防止电源反接时损坏器件。VD12在指示仪表未接同时，为输出电流供应通路在指示仪表未接同时，为输出电流供应通路,同时起反向爱护作用。同时起反向爱护作用。49第三节第三节 温度变送器温度变送器1.变送器变送器分类：两线制和四线制分类：两线制和四线制2.变送器变送器品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送器、热电阻温度变送器器、热电阻温度变送器3.四线制温度变送器的特点（四线制温度变送器的特点（2条）条）4.变送器变送器的的线路结构线路结构：量程单元和放大单元量程单元和放大单元5.读懂读懂直流毫伏变送器量程单元电路图直流毫伏变送器量程单元电路图、热电偶温、热电偶温度变送器量程单元电路图、热电阻温度变送器量程度变送器量程单元电路图、热电阻温度变送器量程单元电路图单元电路图本节重点内容介绍本节重点内容介绍50第三节第三节 温度变送器温度变送器定义定义:将来自热电偶或热电阻的温度信号转换为统一标准的信将来自热电偶或热电阻的温度信号转换为统一标准的信号号(4 20mA直流电流或直流电流或1 5V直流电压直流电压)，以实现对温度，以实现对温度的显示、记录或自动限制。的显示、记录或自动限制。分类：分类：变送器有两线制和四线制之分，主要探讨四线制变送器。变送器有两线制和四线制之分，主要探讨四线制变送器。变送器有三个品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送变送器有三个品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送器、热电阻温度变送器。器、热电阻温度变送器。51一、一、四线制温度变送器四线制温度变送器1.四线制温度变送器的特点：四线制温度变送器的特点：在热电偶和热电阻温度变送器中，接受了线性化电路，在热电偶和热电阻温度变送器中，接受了线性化电路，实现了变送器输出信号与温度的线性关系。实现了变送器输出信号与温度的线性关系。变送器输入、输出之间具有隔离变压器，并且实行了本变送器输入、输出之间具有隔离变压器，并且实行了本安防爆措施。安防爆措施。（一）概述（一）概述52输入回路输入回路电压放大电压放大反馈回路反馈回路直流直流-沟通沟通变换器变换器功率放大功率放大整流滤波整流滤波隔离输出隔离输出UZUfUi、Et-+UoIo量程单元量程单元放大单元放大单元温度变送器结构方框图温度变送器结构方框图温度变送器结构方框图温度变送器结构方框图2.结构结构线路结构上分为线路结构上分为量程单元量程单元和和放大单元放大单元，放大单元是通用的放大单元是通用的，而量程单元则随品种、测量范围的不同而异而量程单元则随品种、测量范围的不同而异。53图图2-44 2-44 直流毫伏变送器电路图直流毫伏变送器电路图54（二）（二）放大单元放大单元工作原理工作原理由由IC1构成，要求接受低漂移、高增益的运算放大器。构成，要求接受低漂移、高增益的运算放大器。温漂系数：温漂系数：UOS随温度而变更的数值，即随温度而变更的数值，即在温度变更在温度变更t时，失调电压的变更量为：时，失调电压的变更量为：UOS的变更给仪表带来的附加误差表示为：的变更给仪表带来的附加误差表示为：温漂系数和仪表附加误差的关系：温漂系数和仪表附加误差的关系：1.1.电压放大电路电压放大电路其作用是将其作用是将量程单元量程单元输出的毫伏信号放大，输出直流输出的毫伏信号放大，输出直流电流电流Io 和直流电压和直流电压Uo信号信号。55当温度变送器的最小量程当温度变送器的最小量程 Ui 为为3mV，温升温升 t为为30oC，要求附加误差小于等于要求附加误差小于等于0.3%时，时，通过计算可得失调电压的温漂系数：通过计算可得失调电压的温漂系数：因此，应接受低漂移型高增益运算放大器因此，应接受低漂移型高增益运算放大器 562.2.功率放大电路功率放大电路由由VT1、VT2、T0等组成。等组成。其作用是把其作用是把 IC1 输出的电输出的电压信号转换成电流压信号转换成电流信号信号，再通过隔离变压器实现隔再通过隔离变压器实现隔离输出离输出。VT1、VT2起功起功放作用，由沟通放作用，由沟通方波电压供电。方波电压供电。在方波的前后半在方波的前后半周期，二极管轮周期，二极管轮番导通，电流通番导通，电流通过过T0的两个绕组的两个绕组而产生交变磁通，而产生交变磁通，在在T0副边产生交副边产生交变电流变电流iL。573.3.隔离输出电路隔离输出电路构成：由整流二极管构成：由整流二极管VD1316VD1316、爱护二极管、爱护二极管VD1718VD1718等组等组成。成。作用：将功放输出的沟通信号转换成直流信号作用：将功放输出的沟通信号转换成直流信号,并实现并实现隔离输出，从而避开输出和输入之间有干脆电的联系。隔离输出，从而避开输出和输入之间有干脆电的联系。7-8端接输出负载，为电流输出（端接输出负载，为电流输出（4-20mA）5-6端为电压输出（端为电压输出（1-5v）584.直流直流-沟通沟通-直流直流(DC/AC/DC)变换器变换器594.直流直流-沟通沟通-直流直流(DC/AC/DC)变换器变换器由整流二极管由整流二极管VDVD38、变压器变压器T T 1等组成。等组成。其作用是对其作用是对仪表进行隔离式供电仪表进行隔离式供电。先把先把24V直流电压转换成确定频率的的沟通方波电压，直流电压转换成确定频率的的沟通方波电压，再经过整流、滤波和稳压，供应直流电压。再经过整流、滤波和稳压，供应直流电压。电路核心是直流电路核心是直流-沟通沟通(DC/AC)变换器，实质上是一个变换器，实质上是一个磁耦合多谐振荡器。磁耦合多谐振荡器。振荡频率振荡频率可求得感应电势：可求得感应电势：ES=4WcBmST因此振荡频率为：因此振荡频率为：f =4WcBmSES(T为周期为周期,S为为磁磁 芯截面积，芯截面积，Bm为磁感应强度为磁感应强度)60（三）直流毫伏变送器量程单元（三）直流毫伏变送器量程单元（三）直流毫伏变送器量程单元（三）直流毫伏变送器量程单元R109R110R140上上K下下量程单元由输入回路量程单元由输入回路(左半部分左半部分)和反馈回路和反馈回路(右半部右半部分分)组成，组成，将其与将其与IC1 联系起来画成下图联系起来画成下图。输入电阻输入电阻输入电阻输入电阻稳压二极管稳压二极管U Ui i输输入电压入电压零点调整和零点迁零点调整和零点迁移电路移电路滤波电容滤波电容输入信号断路输入信号断路报警电路报警电路Rp1Rp21Rp22Rp11Rp2量程调整电位器量程调整电位器61输入回路输入回路输入回路输入回路:R101、R102及及VZ101、VZ102分别起限流和限压作用。分别起限流和限压作用。R103、R104、R105及及RP1组成零点调整和零点迁组成零点调整和零点迁移电路，桥路基准电压移电路，桥路基准电压UZ由集成稳压器供应。由集成稳压器供应。图中图中红笔红笔部分为部分为输入信号断路报警电路输入信号断路报警电路。按叠加原理，按叠加原理，IC1同相输入端的电压同相输入端的电压UT为为:UT=Ui+Uz=Ui+Rcd+R103R103+RP1/R104+R105Uz(式中式中 Rcd =RP11 R104RP1+R104 Ui+R105Rcd+R103Uz=Ui+Uz)62从从反馈回路反馈回路可得可得IC1反相输入端的电压反相输入端的电压UF为为UF=R106+R111+RP21R111+R114UzR115R115+R116U05+R106R107=1 U0+Uz63从从反馈回路反馈回路可得可得IC1反相输入端的电压反相输入端的电压UF为为UF=R106+R111+RP21R111+R114UzR115R115+R116U05+R106R107=1 U0+Uz因因 UT UF故故 U0=Ui+(-)Uz 结论：结论：(1)变变更更 值值,即即更更换换R103和和调调整整RP1,可可实实现现零零迁迁和和调调零。零。(2)变变更更 值值,即即更更换换R114和和调调整整RP2,可可实实现现量量程程调调整。整。(3)零位和满度必需反复调整。零位和满度必需反复调整。UT Ui+R105Rcd+R103Uz=Ui+Uz64（四）热电偶温度变送器量程单元（四）热电偶温度变送器量程单元（四）热电偶温度变送器量程单元（四）热电偶温度变送器量程单元EtVs4Vs2Vs3Vs1UzUz651.1.冷端温度补偿冷端温度补偿冷端温度补偿冷端温度补偿接受两个铜电阻，固定为接受两个铜电阻，固定为50。当热电偶型号不同时，。当热电偶型号不同时，只需调整几个锰铜电阻或金属膜电阻。只需调整几个锰铜电阻或金属膜电阻。按叠加原理，可求得按叠加原理，可求得IC1同相端的电压同相端的电压UT为为(见教材见教材)UT=Et+RCu1 RCu2R103+RCu1+RCu2)Uz1R105(R100+所以，所以，661.1.冷端温度补偿冷端温度补偿冷端温度补偿冷端温度补偿UT=Et+RCu1 RCu2R103+RCu1+RCu2)Uz1R105(R100+从上式可知，冷端环境温度变更时，从上式可知，冷端环境温度变更时，RCu1、RCu2的阻值也随之变更，从而补偿了由于环境温度升降的阻值也随之变更，从而补偿了由于环境温度升降引起的热电偶电势的变更。引起的热电偶电势的变更。而且，补偿特性与热电偶的特性相像，故补偿精度而且，补偿特性与热电偶的特性相像，故补偿精度高。高。67热电偶温度变送器线性化原理方框图热电偶温度变送器线性化原理方框图热电偶热电偶放大部分放大部分非线性非线性反馈回路反馈回路EtVz+-ttttEtVo Vo(Vo)tVfVf2.线性化线性化实行在反馈回路中置入与热电偶特性相一样的非线实行在反馈回路中置入与热电偶特性相一样的非线性电路的方法，如下图所示。性电路的方法，如下图所示。68用四段折线来模拟非线性运算电路，用四段折线来模拟非线性运算电路，如下图。如下图。折线的段数及斜率大小由热电偶的特性来确定。折线的段数及斜率大小由热电偶的特性来确定。表示直线的斜率。表示直线的斜率。Va4Vf5Vf4Vf3Vf2Vf1Va3Va2Va10Va5VfVa143269非线性电路的实现非线性电路的实现非线性电路的实现非线性电路的实现Vs4Vs3Vs2Vs1在在IC2的反馈回路中加入一些的反馈回路中加入一些稳压管和基准电压，稳压管和基准电压，利用稳压管的击穿特性实现折线电路。利用稳压管的击穿特性实现折线电路。70非线性电路的实现非线性电路的实现非线性电路的实现非线性电路的实现第一段直线第一段直线Vs4Vs3Vs2Vs1RaUaUcUfUbRo7172非线性电路的实现非线性电路的实现非线性电路的实现非线性电路的实现其次段直线其次段直线Vs4Vs3Vs2Vs1RaUaUcUfUbRoR11973斜率变大了斜率变大了74Ir（五）热电阻温度变送器量程单元（五）热电阻温度变送器量程单元751.线性化原理与电路分析线性化原理与电路分析（1）热电阻和温度之间的关系）热电阻和温度之间的关系如铂热电阻，如铂热电阻，电阻阻值和温度之间的关系，电阻阻值和温度之间的关系，如下如下图所示。图所示。当当Rt随温度而增加时，随温度而增加时，增加量将随着温增加量将随着温度的上升而减小。度的上升而减小。tRt上凸曲线上凸曲线76UzUo1.线性化原理与电路分析线性化原理与电路分析(2)正反馈线性化正反馈线性化接受正反馈的方法来达到线性化的目的，如下图所示。接受正反馈的方法来达到线性化的目的，如下图所示。当当Rt随温度而增加时，随温度而增加时，Ut将增大。而且将增大。而且Ut的增加量的增加量也将随着温度的上升而增大，从而实现线性化。也将随着温度的上升而增大，从而实现线性化。1zttgVVgR=-Rt小于小于1下凹下凹曲线曲线VT=77Ir2.引线电阻补偿电路引线电阻补偿电路Ir为消退引线电阻的影响，为消退引线电阻的影响，热电阻接受三导线接法，热电阻接受三导线接法，要求要求r1=r2=r3=r。由。由R23、R24、r2构成的构成的支路为引线电阻补偿电路。支路为引线电阻补偿电路。调整调整R24,使使Ir=It,流过流过r3的的两电流大小相等两电流大小相等,方向相反，故方向相反，故r3上不产生压降。上不产生压降。另，电阻另，电阻 r1、r2 上的压降上的压降Itr和和Irr亦极性相亦极性相反，从而消退了反，从而消退了引线电阻影响。引线电阻影响。78第四节第四节 电电/气转换器气转换器1.驾驭基本概念：气阻、气容驾驭基本概念：气阻、气容2.理解喷嘴挡板机构的结构、原理理解喷嘴挡板机构的结构、原理3.理解电理解电/气转换器的结构、原理气转换器的结构、原理本节重点内容介绍本节重点内容介绍79第四节第四节 电电/气转换器气转换器一、概述一、概述电电/气转换器将电动仪表输出的气转换器将电动仪表输出的4 4 20mA20mA直流电流转直流电流转换成可被气动仪表接受的换成可被气动仪表接受的 20 20 100kPa 100kPa 标准气压信标准气压信号，以实现电动、气动仪表的联用，构成混合限制号，以实现电动、气动仪表的联用，构成混合限制系统，发挥电、气仪表各自的优点。系统，发挥电、气仪表各自的优点。电电/气转换器主要性能指标：气转换器主要性能指标：（1 1）输入信号：）输入信号：420mA(DC)420mA(DC)（2 2）输出信号：）输出信号：0.020.1MPa 0.020.1MPa （3 3）变差：）变差：0.5%0.5%（4 4）基本误差：）基本误差：0.5%0.5%（5 5）灵敏度：）灵敏度：0.05%0.05%（6 6）防爆等级：平安隔爆复合型、平安火花型）防爆等级：平安隔爆复合型、平安火花型80第四节第四节 电电/气转换器气转换器二、气动仪表的基本元件二、气动仪表的基本元件（一）气阻（一）气阻气阻与电阻相像，它可以变更气路中的气体流量。气阻与电阻相像，它可以变更气路中的气体流量。气阻有恒气阻气阻有恒气阻(毛细管、小孔等毛细管、小孔等)与可调气阻与可调气阻(变气阻变气阻),),以及线性气阻和非线性气阻。以及线性气阻和非线性气阻。流过气阻的流体为层流状态时，气阻呈现为线性；流过气阻的流体为层流状态时，气阻呈现为线性；流过气阻的流体为紊流状态时，气阻呈现非线性。流过气阻的流体为紊流状态时，气阻呈现非线性。在流体呈层流状态时，可表示为：在流体呈层流状态时，可表示为：气动仪表由气阻、气容、弹性元件、喷嘴气动仪表由气阻、气容、弹性元件、喷嘴-挡板机构和功挡板机构和功率放大器等基本元件。率放大器等基本元件。81（二）气容（二）气容气容与电容相像，它是具有确定容积的气室，是储能气容与电容相像，它是具有确定容积的气室，是储能元件；有固定气容与弹性气容两种。元件；有固定气容与弹性气容两种。固定气室的气容量为恒值。固定气室的气容量为恒值。弹性气容在工作过程中容积发生变更，气容量也随弹性气容在工作过程中容积发生变更，气容量也随之变更。之变更。气室体积气室体积气体常数气体常数热力学温度（气体确定温度）热力学温度（气体确定温度）固定气容可表示为：固定气容可表示为：82（三）弹性元件（三）弹性元件用来产生力、储存机械能、缓冲振动，把力、差压等用来产生力、储存机械能、缓冲振动，把力、差压等物理量转换为位移。物理量转换为位移。弹性元件有不同形态的弹簧、水纹管、金属膜片和非弹性元件有不同形态的弹簧、水纹管、金属膜片和非金属膜片等。金属膜片等。83（四）喷嘴挡板机构（四）喷嘴挡板机构把微小的位移转换成相应的压力信号把微小的位移转换成相应的压力信号，由，由恒节流孔恒节流孔（恒气阻）（恒气阻）、节流气室节流气室与与喷嘴挡板喷嘴挡板(变节流孔变节流孔)组成。组成。喷嘴挡板构成一个变气阻，气阻值确定于喷嘴挡板间的喷嘴挡板构成一个变气阻，气阻值确定于喷嘴挡板间的间隙间隙，气源压力，气源压力pSpS经恒节流孔进入节流气室，由喷嘴经恒节流孔进入节流气室，由喷嘴挡板的间隙排出，挡板的间隙排出，变更时，喷嘴背压（气室压力）变更时，喷嘴背压（气室压力）pB pB 也变更。见下图。也变更。见下图。84（五）功率放大器（五）功率放大器将喷嘴挡板的输出压力和流量放大将喷嘴挡板的输出压力和流量放大，由，由壳体、膜片、壳体、膜片、锥阀、球阀、簧片、恒气阻锥阀、球阀、簧片、恒气阻等组成。等组成。当输入信号当输入信号(喷嘴喷嘴背压背压)p pB B增大时，增大时，金属膜片受力而产金属膜片受力而产生向下的推力，使生向下的推力，使球阀开大，锥阀关球阀开大，锥阀关小，输出压力随之小，输出压力随之增加增加。85三、电三、电/气转换器工作原理和结构气转换器工作原理和结构1.结构结构由电流由电流-位移转换部分位移转换部分(动圈、磁钢、杠杆等动圈、磁钢、杠杆等)，位移，位移-气压气压转换部分转换部分(喷嘴挡板、杠杆系统等喷嘴挡板、杠杆系统等)，气动功率放大器和，气动功率放大器和反馈部件反馈部件(正、负反馈水纹管正、负反馈水纹管)组成。组成。86三、电三、电/气转换器工作原理和结构气转换器工作原理和结构2.2.工作原理工作原理力矩平衡原理：当电流力矩平衡原理：当电流I