装置-第二章幻灯片.ppt

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1、装置-第二章1第1页，共77页，编辑于2022年，星期三第二章第二章 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2第2页，共77页，编辑于2022年，星期三 一、基本定义一、基本定义:量程调整、零点调整和零点量程调整、零点调整和零点迁移迁移二、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3页，共77页，编辑于2022年，星期三第一节第一节 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

2、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第4页，共77页，编辑于2022年，星期三二、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之之间间的的比比例例系系数。数。量程调整量程调整（即

3、满度调整）的目的（即满度调整）的目的:使变送器输出信号上限使变送器输出信号上限值值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5第5页，共77页，编辑于2022年，星期三零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；而由零变为某一；而由零变为某一负值，称为负值，称为负迁移负迁移。零点调整

4、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 ymimin n与测与测量范围的下限值量范围的下限值x xmimin n相对应，在相对应，在x xmimin n=0 0时，称为零点调整，时，称为零点调整，在在x xminmin 0 0时，称为零点迁移。时，称为零点迁移。6第6页，共77页，编辑于2022年，星期三 一、一、力平衡式差压变送器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、电容式差压变送器二、电容式差压变送器理解其结构、掌握其工作原理理解其结构、掌握其工作原理本节重点内容介绍本节重点内容介绍第二

5、节第二节 差压变送器差压变送器7第7页，共77页，编辑于2022年，星期三第二节第二节 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信号，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。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8第8页，共77页，编辑于2022年，星期三（二）工作原理和结构（二）工作原理和结构

6、（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-MfFfIoSFo9第9页，共77页，编辑于2022年，星期三作作用用：把把被被测测差差压压PP转转换换成成作作用用于主杠杆下端的输入力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10第10页，共77页，编辑于2022年，星期三(2)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矩比较。比较。组成：组成：主杠杆主杠杆1、矢量机构、矢量

7、机构2和副杠杠和副杠杠4，以及调零机构、以及调零机构、零点迁移机构、静压调整和过零点迁移机构、静压调整和过载保护、平衡锤。载保护、平衡锤。11第11页，共77页，编辑于2022年，星期三 主杠杆主杠杆将将输输入入力力Fi转转换换为为作作用于矢量机构上的力用于矢量机构上的力F1：12第12页，共77页，编辑于2022年，星期三 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杆上的力上的力F2：改变改变tan，可改变差压，可改变差压变送器的量程变送器的量程：415，量程比为，量程比为tan15/tan4=3.8313第13页，共77页，编辑于2022年，星期三 副杠杆副杠杆

8、进行力矩的比较进行力矩的比较 14第14页，共77页，编辑于2022年，星期三几点结论几点结论(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。15第15页，共77页，编辑于2022年，星期三 调零和零点迁移机构调零和零点迁移机构16第16页，共77页，编辑于2022年，星期三17

9、第17页，共77页，编辑于2022年，星期三平平衡衡带带拉拉条条过载保护装置和静压调整过载保护装置和静压调整18第18页，共77页，编辑于2022年，星期三过载保护装置和静压调整过载保护装置和静压调整19第19页，共77页，编辑于2022年，星期三平衡锤平衡锤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，提重合，提高仪表的耐冲击、高仪表的耐冲击、耐振动性能；在耐振动性能；在仪表不垂直安装仪表不垂直安装时，不影响精度。时，不影响精度。20第20页，共77页，编辑于2022年，星期三(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

10、成作作用用于于副副杠杠杆的电磁反馈力杆的电磁反馈力Ff Ff =B0DWI0 设设 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 Kf 的大小的大小 则则 Ff =KfI021第21页，共77页，编辑于2022年，星期三1-3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第22页，共77页，编辑于2022年，星期三（三）低频位移检测放大器（三）低频位移检测放大器 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

11、）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。由由差差动动变变压压器器、低低频频振振荡荡器器、整整流流滤滤波波电电路路、功功率率放放大大器组成。器组成。构成方框图构成方框图23第23页，共77页，编辑于2022年，星期三1.1.1.1.差动变压器差动变压器差动变压器差动变压器BD上罐形磁芯上罐形磁芯下罐形磁芯下罐形磁芯AC检测片检测片差动变压器的结构差动变压器的结构S S 差动变压器原理图差动变压器原理图B DA C-+(1)(1)结构结构24第24页，共77页，编辑于2022年，星期三1.1.1.1.差动变压器差动变压器差动变压器差动变压器BD上罐形磁芯上罐形

12、磁芯下罐形磁芯下罐形磁芯AC检测片检测片差动变压器的结构差动变压器的结构S S 差动变压器原理图差动变压器原理图B DA C-+(2)(2)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25第25页，共77页，编辑于2022年，星期三2.2.低频放大器低频放大器D1、D2 可以提供偏置电压，可以提供偏置电压，使三极管使三极管BG1正常工作。正常工作。两个二极管两个二极管D1、D2就相当于就相当于一个稳压管。一个稳压管。振荡器电路振荡器电路（1）振荡器）振荡器26第26页，共77页，编辑于2022年，星期三低频振荡器的起振条件低频振荡器的起振条

13、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，则电相位相同，则电路就形成正反馈。路就形成正反馈。l振幅条件振幅条件：K F =1,选择选择合适的电路参数，可满足合适的电路参数，可满足这一条件。这一条件。1f0=LABC4227第27页，共77页，编辑于2022年，星期三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随随S的变化而变化。的变化而变化。S较大时，较大时，F较小；（磁阻较大）较小；（磁阻较大）S较小时，较小时，

14、F较大。（磁阻较小）较大。（磁阻较小）28第28页，共77页，编辑于2022年，星期三(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振荡器的输出电压电压uAB经二经二极极管管D4整流，通过电阻整流，通过电阻R8-9和电和电容容C5滤波，得到平滑的直流电压信号，再送至功放级滤波，得到平滑的直流电压信号，再送至功放级。29第29页，共77页，编辑于2022年，星期三(3)(3)(3)(3)功率放大器功率放大器稳定工作点稳定工作点 提提高输入阻抗高输入阻抗穿透电流旁路，穿透电流旁路，改善温度特性改善温度特性采用复合管，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

15、大倍数；二是电平配置二是电平配置30第30页，共77页，编辑于2022年，星期三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，破坏：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。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，通过端子改变放大器灵敏度。高量程时，通过端子7、8将将其接入，以降低灵敏度。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，可减小交流分量。：高频旁路电容，可减小交流分量。D9：防止电源反接。防止电源反接。31第31页，共77页，编辑于2022年，

16、星期三限能限能限流限流负载两线制两线制位移检测放大器总图及本安防爆措施见下：位移检测放大器总图及本安防爆措施见下：32第32页，共77页，编辑于2022年，星期三（一）（一）（一）（一）概述概述概述概述检测部分检测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 放大和输出放大和输出限制电路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、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电容式差压变送器构成方框图33第33页，共77页，编辑于2022年，星期三（二）测量部件（二）测量部件（二）测量部件（二）测量部件 作用

17、：作用：测量部件结构测量部件结构Ci234第34页，共77页，编辑于2022年，星期三结论：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。35第35页，共77页，编辑于2022年，星期三（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出信号。将差动电容的相对变化值，转换成标准的电流输出信号。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

18、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部分两部分36第36页，共77页，编辑于2022年，星期三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 电电压压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37第37页，共77页，编

19、辑于2022年，星期三1.1.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提供高频电源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(电流变化值电流变化值)。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决器次级绕组的电感决定。定。振荡器的输出幅值振荡器的输出幅值由由控控制放大器制放大器 IC1 的输出的输出电压决定。电压决定。38第38页，共77页，编辑于2022年，星期三解调解调和振荡控制电路和振荡控制

20、电路:包括解调器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：差动信号和共模：差动信号和共模信号，使后者保持不变，可得信号，使后者保持不变，可得Ci2-Ci1Ci2+Ci1=K3Ci2-Ci1Ci2+Ci139第39页，共77页，编辑于2022年，星期三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化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。值减小，造成非线性误差，故设计了线形

21、调整电路。电路通过提高振荡器电路通过提高振荡器输出电压幅度以增大输出电压幅度以增大解调器输出电流的方解调器输出电流的方法，来补偿分布电容法，来补偿分布电容所产生的非线性误差。所产生的非线性误差。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。40第40页，共77页，编辑于2022年，星期三2.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。41第41页，共77页，编辑于2022年，星期三放大放大电电路路: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

22、合管，将IC3的输的输出电压变换为变送器的输出电流。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，输出电流组成反馈网络，输出电流Io经经这一网络分流，得到反馈电流这一网络分流，得到反馈电流If，送至放大器的输入端，送至放大器的输入端，这深度负反馈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迁移。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

23、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：42第42页，共77页，编辑于2022年，星期三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。43第43页，共77页，编辑于2022年，星期三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的的集电极电位降低，从而使该管处于饱和状态，流过集电极电位降低，从而使该管处于饱和状态，流过VT2(也即也即VT4)的电流受到限

24、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，抑制变送器的输出抑制变送器的输出波动，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在指示仪表未接同时，为输出电流提供通路为输出电流提供通路,同时起同时起反向保护作用反向保护作用。44第44页，共77页，编辑于2022年，星期三第三节第三节 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

25、温度变送器、热电变送器品种：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、热电偶温度变送器、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单元电路图量程单元电路图、热电阻温度变送器量程单元电路图本节重点内容介绍本节重点内容介绍45第45页，共77页，编辑于2022年，星期三第三节第三节 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信号

26、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(4 20mA直流电流或直流电流或1 5V直流电压直流电压)，以实现对温度的显示、以实现对温度的显示、记录或自动控制。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器四线制变送器。l变送器有三个品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送器、变送器有三个品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送器、热电阻温度变送器。热电阻温度变送器。46第46页，共77页，编辑于2022年，星期三一、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

27、送器中，采用了线性化电路，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。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，并且采取了变送器输入、输出之间具有隔离变压器，并且采取了本安防爆措施。本安防爆措施。（一）概述（一）概述47第47页，共77页，编辑于2022年，星期三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温度变送器结构方框图温度变送器结构

28、方框图2.结构结构在线路结构上分为在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。48第48页，共77页，编辑于2022年，星期三（二）放大单元工作原理（二）放大单元工作原理由由IC1构成，构成，要求采用要求采用低漂移、高增益低漂移、高增益的运算放大器。的运算放大器。温漂系数：温漂系数：UOS随温度而变化的数值，即随温度而变化的数值，即在温度变化在温度变化t时，失调电压的变化量为：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：的变化给仪表带来的附加误差表示

29、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，输出直流电输出的毫伏信号放大，输出直流电流流Io 和直流电压和直流电压Uo信号信号。49第49页，共77页，编辑于2022年，星期三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，通过计时，通过计算可得失调电压的温漂系数：算可得失调电压的温漂系数：50第50页，共77页，编辑于2022年，星期三2.2.功率放大电路功率放大电路由由VT1、VT2、T0等

30、组成。等组成。其作用是把其作用是把 IC1 输出的电压信号输出的电压信号转换成电流转换成电流信号信号，再通过隔离变压器实现隔离输出再通过隔离变压器实现隔离输出。VT1、VT2起功放起功放作用，由交流方波作用，由交流方波电压供电。电压供电。在方波的前后半周在方波的前后半周期期，二极管轮流二极管轮流导通导通，电流通过电流通过T0的两个绕组而产的两个绕组而产生交变磁通，在生交变磁通，在T0副边产生交变电副边产生交变电流流iL。51第51页，共77页，编辑于2022年，星期三3.3.隔离输出电路隔离输出电路由整流二极管由整流二极管VD1316、保护二极管保护二极管VD1718等组成。等组成。其作用其作

31、用是将是将功放功放输出的交流信号转换成直流输出的交流信号转换成直流信号信号,并并实现隔离实现隔离输出输出。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）752第52页，共77页，编辑于2022年，星期三4.直流直流-交流交流-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VD38、变压器变压器T 1等组成。等组成。其作用是对其作用是对仪表仪表进行隔离式供电进行隔离式供电。先把先把24V直流电压转换成一定频率的的交流方波电压，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，再经过整流、滤波和稳

32、压，提供直流电压提供直流电压。电路核心是直流电路核心是直流-交流交流(DC/AC)变换器变换器，一个磁耦合多谐，一个磁耦合多谐振荡器振荡器。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为磁为磁 芯截面积，芯截面积，Bm为磁为磁感应强度感应强度)53第53页，共77页，编辑于2022年，星期三（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

33、路和反馈回路(右半部分右半部分)组组成，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输入电压输入电压零点调整和零点迁移电零点调整和零点迁移电路路滤波电容滤波电容输入信号断路报警输入信号断路报警电路电路Rp1Rp21Rp22Rp11Rp2量程调整电位器量程调整电位器54第54页，共77页，编辑于2022年，星期三输入回路输入回路: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路，组成零点调整和零点迁移电路，桥路基准

34、电压桥路基准电压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)55第55页，共77页，编辑于2022年，星期三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+R106

35、R107=1 U0+Uz56第56页，共77页，编辑于2022年，星期三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)改变改变 值值,即更换即更换R103和调整和调整RP1,可实现零迁和调零。可实现零迁和调零。(2)改变改变 值值,即更换即更换R114和调整和调整RP2,可实现量程调整可实现量程调整。(3)零位和满度必须反复零位和满度必须反复调整调整。UT Ui+R105Rcd+R1

36、03Uz=Ui+Uz57第57页，共77页，编辑于2022年，星期三（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EtVs4Vs2Vs3Vs1UzUz58第58页，共77页，编辑于2022年，星期三1.冷端温度补偿冷端温度补偿冷端温度补偿冷端温度补偿采用采用两个铜电阻两个铜电阻，固定为固定为50。当热电偶型号不同时，只。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。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=Ei+RCu1 RCu

37、2R103+RCu1+RCu2)Uz1R105(R100+所以，所以，59第59页，共77页，编辑于2022年，星期三1.1.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，冷端环境温度变化时，从上式可知，冷端环境温度变化时，RCu1、RCu2的阻值的阻值也随之变化，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。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。而且，补偿特性与热电偶的特性相似，故补偿精度高。60第60页，共77页，编

38、辑于2022年，星期三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.线性化线性化采取在反馈回路中置入与采取在反馈回路中置入与热电偶特性相一致的非线性热电偶特性相一致的非线性电路的方法，如下图所示。电路的方法，如下图所示。61第61页，共77页，编辑于2022年，星期三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。折如下图。折线的段数及斜率大小由热电偶的特性来确定。线的段数及斜率大小由热电偶的特性来确定。表示表示直线的斜率。直线的斜率。Va4

39、Vf5Vf4Vf3Vf2Vf1Va3Va2Va10Va5VfVa143262第62页，共77页，编辑于2022年，星期三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，利用稳压管和基准电压，利用稳压管的击穿特性实现折线电路。稳压管的击穿特性实现折线电路。63第63页，共77页，编辑于2022年，星期三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Vs4Vs3Vs2Vs1RaUaUcUfUbRo64第64页，共77页，编辑于2022年，星期三65第65页，共77页，编辑于2022年，

40、星期三Ir（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66第66页，共77页，编辑于2022年，星期三1.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，如下图所如下图所示。示。当当Rt随温度而增加时，随温度而增加时，增加量将随着温度增加量将随着温度的升高而减小。的升高而减小。tRt上凸曲线上凸曲线67第67页，共77页，编辑于2022年，星期三UzUo1.线性化原理与电路分析线性化原理与电路分析(2)正反馈正反馈线性化线性化采用正反馈的方法来达到线性化的目的

41、，如下图所示。采用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的增加量也将随的增加量也将随着温度的升高而增大，从而实现线性化。着温度的升高而增大，从而实现线性化。1zttgVVgR=-Rt小于小于1下凹下凹曲线曲线VT=68第68页，共77页，编辑于2022年，星期三Ir2.引线电阻补偿引线电阻补偿Ir为消除引线电阻的影响为消除引线电阻的影响，热电阻采用三导线接法，要热电阻采用三导线接法，要求求r1=r2=r3=r。由由R23、R24、r2构成的支路为引线电阻构成的支路为引线电阻补偿电路。补偿电路。调整调整R24,使使Ir

42、=It,流过流过r3的两电流的两电流大小相等大小相等,方向方向相反，故相反，故r3上不上不产生压降产生压降。另，电阻另，电阻 r1、r2 上的压降上的压降Itr和和Irr亦亦极性相反，从而极性相反，从而消除了引线电阻影消除了引线电阻影响。响。69第69页，共77页，编辑于2022年，星期三第四节第四节 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70第70页，共77页，编辑于2022年，星期三第四节第四节 电电/气转

43、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直流电流转换成直流电流转换成可被气动仪表接受的可被气动仪表接受的 2020 100100kPa kPa 标准气压信号，以实标准气压信号，以实现电动、气动仪表的联用。现电动、气动仪表的联用。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

44、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。71第71页，共77页，编辑于2022年，星期三（二）气容（二）气容气容与电容相似，它是具有一定容积的气室，是储能元件；有气容与电容相似，它是具有一定容积的气室，是储能元件；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，气容量也随之改变弹性气容在工作过程中容积发生变化，气容量也随之改变。气室体积气室体积气体常数气体常数热力学温度热力学温度72第72

45、页，共77页，编辑于2022年，星期三（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、差压等物理量用来产生力、储存机械能、缓冲振动，把力、差压等物理量转换为位移。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、金属膜片和非金属弹簧、波纹管、金属膜片和非金属膜片膜片等。等。73第73页，共77页，编辑于2022年，星期三（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（恒恒节流孔（恒气阻）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

46、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间隙喷嘴挡板间的间隙，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，由喷嘴挡板的间隙喷嘴挡板的间隙排出，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。74第74页，共77页，编辑于2022年，星期三（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、锥阀、壳体、膜片、锥阀、球阀、簧片、恒气阻球阀、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，金增

47、大时，金属膜片受力而产生向属膜片受力而产生向下的推力，使球阀开下的推力，使球阀开大，锥阀关小，输出大，锥阀关小，输出压力随之增加压力随之增加。75第75页，共77页，编辑于2022年，星期三三、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-气压转气压转换换部分部分(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。76第76页，共77页，编辑于2022年，星期三三、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：输入电流进入输入电流进入动圈产生电磁力，带动杠杆转动，动圈产生电磁力，带动杠杆转动，使挡板靠近喷嘴，背压升高，经功放后输出压力，再通过波纹管使挡板靠近喷嘴，背压升高，经功放后输出压力，再通过波纹管产生负反馈力，达到平衡产生负反馈力，达到平衡。77第77页，共77页，编辑于2022年，星期三