装置变送器和转换器分析.pptx

1第二章第二章 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第二节第二节 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/气转换器气转换器第1页/共88页2 一、基本定义:量程调整、零点调整和零点迁移二、变送器的构成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第2页/共88页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第3页/共88页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改改变变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，也也就就是是改改变变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。方法方法：改变反馈部分反馈系数改变反馈部分反馈系数 改变测量部分转换系数改变测量部分转换系数第4页/共88页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使变送器输出信号下限值都是使变送器输出信号下限值y yminmin与测量范围的下限值与测量范围的下限值x xminmin相对应，在相对应，在x xminmin=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。第5页/共88页6 一、力平衡式差压变送器熟悉其结构、掌握其工作原理、读懂电路图二、电容式差压变送器理解其结构、掌握其工作原理本节重点内容介绍第二节第二节 差压变送器差压变送器第6页/共88页7第二节第二节 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、记录或自动控制。信号，以实现对这些参数的显示、记录或自动控制。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第7页/共88页81.1.工工作作原原理理（二）工作原理和结构第8页/共88页9（二）工作原理和结构1.1.工作原理工作原理Al1/l2tan l3MilfK2K1loKf+MoPiFiF1-MfFfIoSFo第9页/共88页10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)测量部分测量部分第10页/共88页11(2)杠杆系统 作用：进行力的传递和力矩比较。组成：主杠杆1、矢量机构2和副杠杠4，以及调零机构、零点迁移机构、静压调整和过载保护、平衡锤。第11页/共88页12 主杠杆将输入力Fi转换为作用于矢量机构上的力F1：第12页/共88页13 矢量机构将输入力F1转换为作用于副杠杆上的力F2：改变tan，可改变差压变送器的量程：415，量程比为tan15/tan4=3.83第13页/共88页14 副杠杆进行力矩的比较 第14页/共88页15几点结论(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,输出电流输出电流Io与与输入输入 差压差压Pi成正比。成正比。(2)(2)改变调零弹簧作用力改变调零弹簧作用力Fo可调整变送器的零点。可调整变送器的零点。(3)(3)调整变送器的量程可通过改变调整变送器的量程可通过改变tan 和和Kf来实现。来实现。(4)(4)零点和满度应反复调整。零点和满度应反复调整。第15页/共88页16 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 ,则有则有第16页/共88页17第17页/共88页18平衡带拉条静压调整和过载保护装置第18页/共88页19静压调整和过载保护装置作用：克服变送器的静压误差和过载时起保护作用。作用：克服变送器的静压误差和过载时起保护作用。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原因：1.测量膜片的有效面积不等；2.拉条装配不正。解决办法：调静压调整螺钉。第19页/共88页20平衡锤平衡锤作用：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。第20页/共88页211-3短接、2-4短接：W=W1=725匝 1-2短接：W=W1+W2=2175匝 可实现3:1的量程调整 W1=725匝W2=1450匝Kf=B0DW 第21页/共88页22(3)电磁反馈装置 作用：把变送器的输出电流I0转换成作用于副杠杆的电磁反馈力Ff Ff =B0DWI0 设 Kf=B0DW 改改变变反反馈馈动动圈圈的的匝匝数数，可以改变可以改变 K Kf f 的大小的大小 则 Ff =KfI0第22页/共88页23（三）低频位移检测放大器 作用：把副杠杆上位移检测片（衔铁）的微小位移S转换成420mA的直流输出电流。构成方框图第23页/共88页24 由差动变压器、低频振荡器、整流滤波电路、功率放大器组成。第24页/共88页251.1.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)结构结构差动变压器原理图差动变压器原理图B DA C-+第25页/共88页261.1.差动变压器差动变压器B差动变压器原理图B DA C-+(2)(2)工作原理工作原理（a）位移s=/2 uCD=0（b）位移s/2 uCD、uAB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 第26页/共88页27讨论：讨论：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。第27页/共88页282.2.低频放大器低频放大器D1、D2 可以提供偏置电可以提供偏置电压，使三极管压，使三极管BG1正常工正常工作。作。两个二极管两个二极管D1、D2就相就相当于一个稳压管。当于一个稳压管。振荡器电路（1）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。第28页/共88页29低频振荡器的起振条件l振荡频率振荡频率：l相位条件：s /2 时，uCD 与 uAB 相位相同，则电路就形成正反馈。l振幅条件：K F =1,选择合适的电路参数，可满足这一条件。1f0=LABC42l振荡频率振荡频率：1f0=LABC42第29页/共88页30振荡器的放大特性和反馈特性幅值可控工作点即：S F P点上移 uAB 工作中，F随S的变化而变化。S较大时，F较小；（磁阻较大）S较小时，F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 ；第30页/共88页31(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振荡器的输出电压振荡器的输出电压u uABAB经二极管经二极管D4D4整流，通过电阻整流，通过电阻R R8-98-9和和电容电容C5C5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UR4，再送至，再送至功放级。功放级。第31页/共88页32(3)(3)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VTVT2 2、VTVT3 3集电极与发射级之间集电极与发射级之间的穿透电流提供旁路，改善温的穿透电流提供旁路，改善温度特性，提高电路的稳定性。度特性，提高电路的稳定性。采用复合管，目的一采用复合管，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VTVT2 2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。第32页/共88页33其他元件作用R1、C1：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。R10：改变放大器灵敏度。高量程时，通过端子7、8将其接入，以降低灵敏度。R7：稳定振荡管输入电压。C3、C6：高频旁路电容，可减小交流分量。D9：防止电源反接。第33页/共88页343 3、安全火花防爆措施、安全火花防爆措施安全火花防爆原则：安全火花防爆原则：、电子线路设计上。电子线路设计上。、安装使用上（不让火花窜入现场）隔离。、安装使用上（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情况下释放的能量（电流、电压）限制在安全额定障情况下释放的能量（电流、电压）限制在安全额定以下。以下。第34页/共88页35限能限流负载两线制位移检测放大器总图及本安防爆措施见下：第35页/共88页36根据位移检测放大器原理线路图，有以下根据位移检测放大器原理线路图，有以下四点防爆考虑：四点防爆考虑：差动变压器原边线圈兼做振荡器的谐振电感，减少了储能原件的数量：差动变压器原边线圈兼做振荡器的谐振电感，减少了储能原件的数量：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,提供了断电时的能量释放通路；提供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，二极管两端的电压，二极管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击穿时，可限制击穿时，可限制C5C5的放电电流。的放电电流。第36页/共88页37（一）（一）概述概述检测部分感压膜片差动电容电容-电流转换电路 放大和输出限制电路反馈电路调零、迁移信号反馈信号转换部分二、电容式差压变送器二、电容式差压变送器电容式差压变送器构成方框图第37页/共88页38（二）测量部件 作用：测量部件结构Ci2第38页/共88页39结论：(1)相对变化值 与被测差压 成线性关系。(2)与介电常数 无关,可大大减小温度对变送器的影响。(3)与 有关。愈小，灵敏度越高。第39页/共88页40（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化值，转换成标准的电流输将差动电容的相对变化值，转换成标准的电流输出信号。出信号。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第40页/共88页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振荡器解调器稳压源调零及 零点迁移功放和 输出限制量程调整（负反馈）基准 电压IC1IC3E1245VCi1Ci2RLI 0420mA共模信号差动信号振荡控制放大器前置放大器第41页/共88页421.电容电流转换电路振荡器 包括VT1、T1等，向Ci1和Ci2提供高频电源将差动电容的相对变化值成比例地转换为差动电流信号(电流变化值)。是一种变压器反馈型振荡电路，其振荡频率由检测电容和变压器次级绕组的电感决定。振荡器的输出幅值由控制放大器 IC1 的输出电压决定。第42页/共88页43解调和振荡控制电路:包括解调器和振荡控制电路Ii=I2-I1=(I2+I1)解调(即相敏整流)后输出两组电流信号：差动信号和共模信号，使后者保持不变，可得Ci2-Ci1Ci2+Ci1=K3Ci2-Ci1Ci2+Ci1第43页/共88页44线性调整电路:包括VD9、VD10、R22、R23、RP1等检测元件中分布电容的存在，使差动电容的相对变化值减小，造成非线性误差，故设计了线形调整电路。电路通过提高振荡器输出电压幅度以增大解调器输出电流的方法，来补偿分布电容所产生的非线性误差。补偿电压大小取决于RP1的阻值。第44页/共88页452.放大及输出限制电路将电流信号 Ii 放大，并输出4 20mA的直流电流。第45页/共88页46放大电路:包括IC3、VT3、VT4等IC3起前置放大作用，VT3、VT4组成复合管，将IC3的输出电压变换为变送器的输出电流。电阻R31、R33、R34和电位器Rp3组成反馈网络，输出电流Io经这一网络分流，得到反馈电流If，送至放大器的输入端，这深度负反馈保证了Ii 和 Io的线性关系。电位器Rp2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迁移。电位器Rp3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：第46页/共88页47调零和调量程电路Io=K3K4Ci2-Ci1Ci2+Ci1+K4K5(UA-aUVZ1)式中：K4=RiRf，K5=1Ri，、a为分压系数。第47页/共88页48输出限制电路:包括VT2、R18等当输出电流超过允许值时，R18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，流过VT2(也即VT4)的电流受到限制(Io不超过30mA)。其它元件的作用R38、R39、C22和RP4构成阻尼电路，抑制变送器的输出波动，RP4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。VD12在指示仪表未接同时，为输出电流提供通路,同时起反向保护作用。第48页/共88页49第三节第三节 温度变送器温度变送器1.变送器分类：两线制和四线制变送器分类：两线制和四线制2.变送器品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送变送器品种：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.变送器的线路结构：量程单元和放大单元变送器的线路结构：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第49页/共88页50第三节第三节 温度变送器温度变送器定义定义:l将来自热电偶或热电阻的温度信号转换为统一标准的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信号(4 20mA直流电流或直流电流或1 5V直流电压直流电压)，以实现对温以实现对温度的显示、记录或自动控制。度的显示、记录或自动控制。分类：分类：l变送器有变送器有两线制两线制和和四线制四线制之分，主要讨论之分，主要讨论四线制变送四线制变送器器。l变送器有三个品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变变送器有三个品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送器、热电阻温度变送器。送器、热电阻温度变送器。第50页/共88页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，采用了线性化电在热电偶和热电阻温度变送器中，采用了线性化电路，实现了变送器输出信号与温度的线性关系。路，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，并且采取变送器输入、输出之间具有隔离变压器，并且采取了本安防爆措施。了本安防爆措施。（一）概述（一）概述第51页/共88页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-交流交流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。第52页/共88页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第53页/共88页54（二）（二）放大单元放大单元工作原理工作原理由IC1构成，要求采用低漂移、高增益的运算放大器。温漂系数：UOS随温度而变化的数值，即在温度变化t时，失调电压的变化量为：UOS的变化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：1.1.电压放大电路电压放大电路其作用是将量程单元输出的毫伏信号放大，输出直流电流Io 和直流电压Uo信号。第54页/共88页55当温度变送器的最小量程 Ui 为3mV，温升 t为30oC，要求附加误差小于等于0.3%时，通过计算可得失调电压的温漂系数：因此，应采用低漂移型高增益运算放大器因此，应采用低漂移型高增益运算放大器 第55页/共88页562.2.功率放大电路功率放大电路由VT1、VT2、T0等组成。其作用是把 IC1 输出的电压信号转换成电流信号，再通过隔离变压器实现隔离输出。VT1、VT2起功放作用，由交流方波电压供电。在方波的前后半周期，二极管轮流导通，电流通过T0的两个绕组而产生交变磁通，在T0副边产生交变电流iL。第56页/共88页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VDVD13161316、保护二极管保护二极管VDVD17181718等组成。等组成。作用：将功放输出的交流信号转换成直流信号作用：将功放输出的交流信号转换成直流信号,并实现并实现隔离输出，从而避免输出和输入之间有直接电的联系。隔离输出，从而避免输出和输入之间有直接电的联系。7-8端接输出负载，为电流输出（4-20mA）5-6端为电压输出（1-5v）第57页/共88页584.直流-交流-直流(DC/AC/DC)变换器第58页/共88页594.直流-交流-直流(DC/AC/DC)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24V直流电压转换成一定频率的的交流方波电压，再经过整流、滤波和稳压，提供直流电压。电路核心是直流-交流(DC/AC)变换器，实质上是一个磁耦合多谐振荡器。振荡频率可求得感应电势：ES=4WcBmST因此振荡频率为：f =4WcBmSES(T为周期,S为磁 芯截面积，Bm为磁感应强度)第59页/共88页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移电路滤波电容输入信号断路报警电路Rp1Rp21Rp22Rp11Rp2量程调整电位器第60页/共88页61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移电组成零点调整和零点迁移电路，桥路基准电压路，桥路基准电压UZ由集成稳压器提供由集成稳压器提供。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)第61页/共88页62从反馈回路可得IC1反相输入端的电压UF为UF=R106+R111+RP21R111+R114UzR115R115+R116U05+R106R107=1 U0+Uz第62页/共88页63从反馈回路可得IC1反相输入端的电压UF为UF=R106+R111+RP21R111+R114UzR115R115+R116U05+R106R107=1 U0+Uz因 UT UF故 U0=Ui+(-)Uz 结论：(1)改变 值,即更换R103和调整RP1,可实现零迁和调零。(2)改变 值,即更换R114和调整RP2,可实现量程调整。(3)零位和满度必须反复调整。UT Ui+R105Rcd+R103Uz=Ui+Uz第63页/共88页64（四）热电偶温度变送器量程单元EtVs4Vs2Vs3Vs1UzUz第64页/共88页651.冷端温度补偿采用两个铜电阻，固定为50。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。按叠加原理，可求得IC1同相端的电压UT为(见教材)UT=Et+RCu1 RCu2R103+RCu1+RCu2)Uz1R105(R100+所以，第65页/共88页661.冷端温度补偿UT=Et+RCu1 RCu2R103+RCu1+RCu2)Uz1R105(R100+从上式可知，冷端环境温度变化时，RCu1、RCu2的阻值也随之变化，从而补偿了由于环境温度升降引起的热电偶电势的变化。而且，补偿特性与热电偶的特性相似，故补偿精度高。第66页/共88页67热电偶温度变送器线性化原理方框图热电偶放大部分非线性反馈回路EtVz+-ttttEtVo Vo(Vo)tVfVf2.线性化采取在反馈回路中置入与热电偶特性相一致的非线性电路的方法，如下图所示。第67页/共88页68用四段折线来模拟非线性运算电路，如下图。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。Va4Vf5Vf4Vf3Vf2Vf1Va3Va2Va10Va5VfVa1432第68页/共88页69非线性电路的实现Vs4Vs3Vs2Vs1在IC2的反馈回路中加入一些稳压管和基准电压，利用稳压管的击穿特性实现折线电路。第69页/共88页70非线性电路的实现第一段直线Vs4Vs3Vs2Vs1RaUaUcUfUbRo第70页/共88页71第71页/共88页72非线性电路的实现第二段直线Vs4Vs3Vs2Vs1RaUaUcUfUbRoR119第72页/共88页73斜率变大了斜率变大了第73页/共88页74Ir（五）热电阻温度变送器量程单元第74页/共88页751.线性化原理与电路分析（1）热电阻和温度之间的关系如铂热电阻，电阻阻值和温度之间的关系，如下图所示。当Rt随温度而增加时，增加量将随着温度的升高而减小。tRt上凸曲线第75页/共88页76UzUo1.线性化原理与电路分析(2)正反馈线性化采用正反馈的方法来达到线性化的目的，如下图所示。当Rt随温度而增加时，Ut将增大。而且Ut的增加量也将随着温度的升高而增大，从而实现线性化。1zttgVVgR=-Rt小于1下凹曲线VT=第76页/共88页77Ir2.引线电阻补偿电路Ir为消除引线电阻的影响，热电阻采用三导线接法，要求r1=r2=r3=r。由R23、R24、r2构成的支路为引线电阻补偿电路。调整R24,使Ir=It,流过r3的两电流大小相等,方向相反，故r3上不产生压降。另，电阻 r1、r2 上的压降Itr和Irr亦极性相反，从而消除了引线电阻影响。第77页/共88页78第四节第四节 电电/气转换器气转换器1.掌握基本概念：气阻、气容掌握基本概念：气阻、气容2.理解理解喷嘴挡板机构的结构、原理喷嘴挡板机构的结构、原理3.理解理解电电/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第78页/共88页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/气转换器气转换器将电动仪表输出的将电动仪表输出的4 4 2020mAmA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 2020 100100kPa kPa 标准气压信标准气压信号，以实现电动、气动仪表的联用，号，以实现电动、气动仪表的联用，构成混合控制系统，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：420420mA(DC)mA(DC)（2 2）输出信号：输出信号：0.020.10.020.1MPa MPa （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：安全隔爆复合型、安全火花型）防爆等级：安全隔爆复合型、安全火花型第79页/共88页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）气阻气阻与电阻相似，它可以改变气路中的气体流量。气阻与电阻相似，它可以改变气路中的气体流量。气阻有气阻有恒气阻恒气阻(毛细管、小孔等毛细管、小孔等)与与可调气阻可调气阻(变气阻变气阻),以及以及线性气阻线性气阻和和非线性气阻非线性气阻。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。第80页/共88页81（二）气容（二）气容气容与电容相似，它是具有一定容积的气室，是储能气容与电容相似，它是具有一定容积的气室，是储能元件；有元件；有固定气容固定气容与与弹性气容弹性气容两种。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化，气容量也随弹性气容在工作过程中容积发生变化，气容量也随之改变之改变。气室体积气体常数热力学温度（气体绝对温度）热力学温度（气体绝对温度）固定气容可表示为：固定气容可表示为：第81页/共88页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。弹性元件有不同形状的弹性元件有不同形状的弹簧、波纹管、金属膜片和非弹簧、波纹管、金属膜片和非金属膜片金属膜片等。等。第82页/共88页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，由把微小的位移转换成相应的压力信号，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喷嘴挡板构成一个变气阻，气阻值决定于，气阻值决定于喷嘴挡板间的喷嘴挡板间的间隙间隙，气源压力，气源压力p pS S经恒节流孔进入节流气室，由经恒节流孔进入节流气室，由喷嘴喷嘴挡板的间隙排出，挡板的间隙排出，改变时，改变时，喷嘴背压（气室压力）喷嘴背压（气室压力）p pB B 也改变也改变。见下图。见下图。第83页/共88页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，由将喷嘴挡板的输出压力和流量放大，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。第84页/共88页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.结构结构由由电流电流-位移转换位移转换部分部分(动圈、磁钢、杠杆等动圈、磁钢、杠杆等)，位移位移-气气压转换压转换部分部分(喷嘴挡板、杠杆系统等喷嘴挡板、杠杆系统等)，气动功率放大器气动功率放大器和和反馈部件反馈部件(正、负反馈波纹管正、负反馈波纹管)组成。组成。第85页/共88页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：力矩平衡原理：当电流当电流IiIi进入动圈后，产生的磁通与永久磁进入动圈后，产生的磁通与永久磁钢相互作用，产生的磁力带动钢相互作用，产生的磁力带动3 3饶饶5 5转动，挡板转动，挡板8 8靠近喷嘴靠近喷嘴9 9，使其背压升高，功率放大后输出使其背压升高，功率放大后输出PoPo，PoPo送至送至6 6所产生向上的所产生向上的负反馈力，负反馈力，PoPo同时送至正反馈波纹管产生向上的正反馈力，同时送至正反馈波纹管产生向上的正反馈力，以抵消一部分负反馈的影响。因而不需要太大的力就可以达以抵消一部分负反馈的影响。因而不需要太大的力就可以达到平衡。到平衡。第86页/共88页87（1 1）输入电流与输出压力）输入电流与输出压力p p。成比例关系，改变成比例关系，改变lf1lf2可调节转可调节转换器量程，改变换器量程，改变Fo Fo 可调节转换器的零点。可调节转换器的零点。（）当（）当（A A1 1lf1-A-A2 2lf2)取较小时，便能减小取较小时，便能减小K Ki ili i，从而可缩小转从而可缩小转换器的体积。换器的体积。（）第二项分母值与两个（）第二项分母值与两个波纹管面积之差有关，故波纹管面积之差有关，故波纹管波纹管面积随温度变化对输出的影响可以相互抵消，即起到温度补面积随温度变化对输出的影响可以相互抵消，即起到温度补偿作用。偿作用。第87页/共88页88感谢您的观看！第88页/共88页