过程控制仪表及装置优秀课件.ppt

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1、过程控制仪表及装置第1页，本讲稿共43页1.1 控制仪表的信号制控制仪表的信号制1.2 电动仪表信号标准的使用电动仪表信号标准的使用1.3 控制仪表的防爆知识控制仪表的防爆知识1.4 过程控制仪表的型号命名过程控制仪表的型号命名1.5 过程控制仪表的分析方法过程控制仪表的分析方法第第1章章 过程控制仪表的基本知识过程控制仪表的基本知识第2页，本讲稿共43页1.1 1.1 信号制信号制信信信信号号号号制制制制即即即即信信信信号号号号标标标标准准准准，是是是是指指指指仪仪仪仪表表表表之之之之间间间间采采采采用用用用的的的的传传传传输输输输信信信信号号号号的的的的类类类类型型型型和和和和数值。数值。

2、数值。数值。下限下限上限上限20kPa(0.2Kgf/cm20kPa(0.2Kgf/cm2 2)100kPa(1Kgf/cm100kPa(1Kgf/cm2 2)电流信号流信号负载电阻阻mAmA欧欧0-10mA0-10mA欧欧欧欧目目目目的的的的：达达达达到到到到通通通通用用用用性性性性和和和和相相相相互互互互兼兼兼兼容容容容性性性性的的的的要要要要求求求求，以以以以便便便便不不不不同同同同系系系系列列列列或或或或不不不不同同同同厂厂厂厂家家家家生生生生产产产产的的的的仪仪仪仪表表表表能能能能够够够够共共共共同同同同使使使使用用用用在在在在同同同同一一一一控控控控制制制制系系系系统统统统中中中中

3、，实现系统的功能。实现系统的功能。实现系统的功能。实现系统的功能。第3页，本讲稿共43页1.2 电动仪表信号标准的使用电动仪表信号标准的使用现场与控制室仪表之间采用现场与控制室仪表之间采用直流电流信号直流电流信号 优点：直流比交流干扰少优点：直流比交流干扰少 直流信号对负载的要求简单直流信号对负载的要求简单 电流比电压更利于远传信息电流比电压更利于远传信息 缺缺点点：多多个个仪仪表表接接收收同同一一电电流流信信息息，它它们们 必必须串联。须串联。要求：要求：接收仪表输入电阻小接收仪表输入电阻小 任何一个仪表在拆离信号回路之前首先要任何一个仪表在拆离信号回路之前首先要把该仪表的两个输入端短接，否

4、则其它仪把该仪表的两个输入端短接，否则其它仪表将会因电流中断而失去信号表将会因电流中断而失去信号 仪表无公共接地点，须浮空工作仪表无公共接地点，须浮空工作变送器变送器发送者发送者rrIoRL1RL2负载负载接受者接受者现场现场控制室控制室第4页，本讲稿共43页控制室内部仪表之间采用直流电压信号控制室内部仪表之间采用直流电压信号IoViRL1RL2RL3现场现场控制室控制室优点：优点：任何一个仪表拆离信号回路都不会影响其它仪表的运行。任何一个仪表拆离信号回路都不会影响其它仪表的运行。各个仪表具有公共接地点，可以共用一个直流电源。各个仪表具有公共接地点，可以共用一个直流电源。要求：接收仪表的输入阻

5、抗要足够高要求：接收仪表的输入阻抗要足够高第5页，本讲稿共43页1.3 1.3 仪表防爆的基本知识仪表防爆的基本知识气动仪表从本质上来说具有防爆性能（不可能产生火花）。气动仪表从本质上来说具有防爆性能（不可能产生火花）。电动仪表必须采取必要的防爆措施才具有防爆性能。电动仪表必须采取必要的防爆措施才具有防爆性能。原原因因：在在某某些些生生产产现现场场存存在在着着各各种种易易燃燃、易易爆爆气气体体（炼炼油油、化化工工等等生生产产现现场场）。安安装装在在这这种种危危险险场场所所的的仪仪表表如如果果产产生火花，就容易引起爆炸，因而必须具有防爆性能。生火花，就容易引起爆炸，因而必须具有防爆性能。第6页，

6、本讲稿共43页1.1.防爆仪表的标准防爆仪表的标准防爆防爆仪表的分表的分类 防爆防爆仪表的分表的分级和分和分组 防爆防爆仪表的表的标志志标准：标准：标准：标准：国家标准国家标准GB3836.1GB3836.1爆炸性环境用防爆电气设备通用要求爆炸性环境用防爆电气设备通用要求标志：标志：标志：标志：iaIICT5iaIICT5，iaIICT6iaIICT6，dIIBT3dIIBT3第7页，本讲稿共43页防爆仪表的分类防爆仪表的分类S特殊型特殊型 n无火花型无火花型 q充沙型充沙型 O充油型充油型 P正正压型型 i本本质安全型安全型 e增安型增安型 d隔爆型隔爆型 按照国标按照国标GB3836.1G

7、B3836.1规定，防爆电气设备分为两大类：规定，防爆电气设备分为两大类：I I 类：煤矿井下用电气设备类：煤矿井下用电气设备 IIII类：工厂用电气设备类：工厂用电气设备IIII类类(工厂用工厂用)电气设备又分为电气设备又分为8 8种类型。其标志如下：种类型。其标志如下：第8页，本讲稿共43页在爆炸性气体或蒸汽中使用的仪表，引起爆炸主要在爆炸性气体或蒸汽中使用的仪表，引起爆炸主要有两方面原因：有两方面原因：2.2.仪表过高的表面温度仪表过高的表面温度IIII类类(工厂用工厂用)防爆仪表的分级和分组就是针对上述防爆仪表的分级和分组就是针对上述两个方面进行的。两个方面进行的。1.1.仪仪表表产产

8、生生能能量量过过高高的的电电火火花花或或仪仪表表内内部部因因故故障障产产生生的的火火焰焰通通过过表表壳壳的的缝缝隙隙引引燃燃仪仪表表外外的的气气体体或或蒸蒸汽汽第9页，本讲稿共43页防爆仪表的分级防爆仪表的分级0.45MICR 0.45MICR 0.5dmax 0.5dmax II C II C 0.8MICR0.45 0.8MICR0.45 0.9 dmax0.5 0.9 dmax0.5 II B II B MICR0.8 MICR0.8 d dmax0.9 max0.9 II A II A MICR MICR d dmax(mm)max(mm)级别根据：最大试验安全间隙根据：最大试验安全间

9、隙d dmax max 或或 最小点燃电流的比值最小点燃电流的比值MICRMICR防爆仪表的分组防爆仪表的分组防爆仪表的分组防爆仪表的分组根据：仪表最高表面温度根据：仪表最高表面温度450450T1T1300300T2T2200200T3T3135135T4T48585100100最高表面温度最高表面温度T6T6T5T5温度温度组别仪表的最高表面温度仪表的最高表面温度=实测最高表面温度实测最高表面温度实测时环境温度实测时环境温度 +规定最高环境温度规定最高环境温度第10页，本讲稿共43页防爆仪表的标志防爆仪表的标志防防爆爆仪仪表表的的防防爆爆标标志志为为“ExExExEx”；仪仪表表的的防防爆

10、爆等等级级标标志志的的顺顺序序为为：防防防防爆爆爆爆型型型型式式式式、类类类类别别别别、级级级级别别别别、温温温温度度度度组组组组别别别别。过过程程控控制制仪仪表表常常见见的的防防爆爆等等级级有有iaIICT5 (iaIICT6)和和dIIBT3二二种种。前前者者表表示示II类类本本质质安安全型全型ia等级等级C C级级T5T5组；后者表示组；后者表示II类隔爆型类隔爆型B B级级T3T3组。组。防爆仪表的分级与分组，与易燃易爆气体或蒸汽的分级和分组是相对应的。防爆仪表的分级与分组，与易燃易爆气体或蒸汽的分级和分组是相对应的。硝酸乙脂硝酸乙脂 二硫化碳二硫化碳 乙炔乙炔 氢、水煤气氢、水煤气

11、IIC 乙醚、二乙醚乙醚、二乙醚 二甲醚、丙烯醛、二甲醚、丙烯醛、碳化氢碳化氢 环氧丙烷、丁二烯、乙环氧丙烷、丁二烯、乙烯烯 丙烯脂、二甲醚、环丙烷、市丙烯脂、二甲醚、环丙烷、市用煤气用煤气 IIB 亚硝酸乙脂亚硝酸乙脂 乙醛、三甲乙醛、三甲胺胺 环乙烷、戊烷、己烷、环乙烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、汽油、庚烷、辛烷、汽油、煤油、柴油、戊醇、煤油、柴油、戊醇、己醇、环乙醇己醇、环乙醇 乙醇、丁醇、丁烷、乙醇、丁醇、丁烷、醋酸丁脂、醋酸戊脂、醋酸丁脂、醋酸戊脂、环戊烷、丙烯、乙苯、环戊烷、丙烯、乙苯、甲醇、丙醇甲醇、丙醇 甲烷、氨、乙烷、丙烷、丙酮、苯、甲烷、氨、乙烷、丙烷、丙酮、苯、甲苯、一氧化

12、碳、丙烯酸、甲脂、甲苯、一氧化碳、丙烯酸、甲脂、苯乙烯、醋酸乙脂、醋酸、氯苯、苯乙烯、醋酸乙脂、醋酸、氯苯、醋酸甲脂醋酸甲脂 IIA T685100 T5100135 T4135200 T3200300 T2300400 T1450 组别组别第11页，本讲稿共43页 过程控制仪表的防爆措施过程控制仪表的防爆措施过程控制仪表主要有过程控制仪表主要有:隔爆型防爆仪表隔爆型防爆仪表 本质安全型防爆仪表本质安全型防爆仪表 第12页，本讲稿共43页隔爆型防爆仪表隔爆型防爆仪表特点：特点：仪表的电路和接线端子全部置于防爆壳体内仪表的电路和接线端子全部置于防爆壳体内 防爆措施：防爆措施：v采用耐压采用耐压8

13、080100N/cm100N/cm2 2以上的表壳以上的表壳v表表壳壳外外部部的的温温升升不不得得超超过过由由易易爆爆性性气气体体或或蒸蒸汽汽的的引引燃燃温温度所规定的数值度所规定的数值v表表壳壳接接合合面面的的缝缝隙隙宽宽度度及及深深度度，应应根根据据它它的的容容积积和和易易爆爆性气体的级别采用规定的数值性气体的级别采用规定的数值使用注意：使用注意：*揭开仪表表壳后，将失去了防爆性能揭开仪表表壳后，将失去了防爆性能 *长期使用会逐渐降低防爆性能长期使用会逐渐降低防爆性能 第13页，本讲稿共43页本质安全型防爆仪表本质安全型防爆仪表v正常状态指在设计规定条件下的工作状态，故障状态正常状态指在设

14、计规定条件下的工作状态，故障状态指电路中非保护性元件损坏或产生短路、断路、接地指电路中非保护性元件损坏或产生短路、断路、接地及电源故障等情况。及电源故障等情况。v本本质质安安全全型型防防爆爆仪仪表表也也称称安安全全火火花花型型防防爆爆仪仪表表。这这种种仪仪表表，在在正正常常状状态态下下或或规规定定的的故故障障状状态态下下产产生生的的电电火火花花和和热热效效应应均不会引起规定的易爆性气体混合物爆炸。均不会引起规定的易爆性气体混合物爆炸。本质安全型本质安全型iaia和和ibib两个等级分别表示：两个等级分别表示：1.1.1.1.ia ia ia ia 等级等级等级等级 在正常工作、一个故障和两个故

15、障时均不能在正常工作、一个故障和两个故障时均不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。点燃爆炸性气体混合物的电气设备。2.2.2.2.ib ib ib ib 等级等级等级等级 在正常工作和一个故障时不能点燃爆炸性气在正常工作和一个故障时不能点燃爆炸性气体的电气设备。体的电气设备。第14页，本讲稿共43页控制系统的防爆措施控制系统的防爆措施要要使使整整个个测量量或或控控制制系系统的的防防爆爆性性能能符符合合安安全全火火花花防防爆爆要要求，必求，必须满足：足：1.1.在危在危险场所使用安全火花型防爆所使用安全火花型防爆仪表表2.2.在控制室在控制室仪表与危表与危险场所所仪表之表之间设置安全置安全栅变送器

16、变送器安全栅安全栅控制器控制器安全栅安全栅执行器执行器现场现场危险场所危险场所控制室控制室非危险场所非危险场所要真正要真正实现安全火花防爆，必安全火花防爆，必须注意：注意：4 4方面的要求。方面的要求。第15页，本讲稿共43页（8）执行单元：气动执行器、电气阀门定位器等。）执行单元：气动执行器、电气阀门定位器等。1.4 1.4 过程控制仪表的型号命名过程控制仪表的型号命名按过程控制仪表在系统中的作用和特点可分为八类。按过程控制仪表在系统中的作用和特点可分为八类。按过程控制仪表在系统中的作用和特点可分为八类。按过程控制仪表在系统中的作用和特点可分为八类。（1 1）变送单元：温度变送器、差压变送器

17、、液位变送器、）变送单元：温度变送器、差压变送器、液位变送器、）变送单元：温度变送器、差压变送器、液位变送器、）变送单元：温度变送器、差压变送器、液位变送器、压力变送器等。压力变送器等。压力变送器等。压力变送器等。（2 2）调节单元：基型控制器、特种控制器。）调节单元：基型控制器、特种控制器。）调节单元：基型控制器、特种控制器。）调节单元：基型控制器、特种控制器。（3 3）给定单元：恒流给定器、比值给定器。）给定单元：恒流给定器、比值给定器。）给定单元：恒流给定器、比值给定器。）给定单元：恒流给定器、比值给定器。（4 4）转换单元：电）转换单元：电）转换单元：电）转换单元：电/气转换器、电流转

18、换器。气转换器、电流转换器。气转换器、电流转换器。气转换器、电流转换器。（5 5）计算单元：加减器、乘除器、开方器等。）计算单元：加减器、乘除器、开方器等。）计算单元：加减器、乘除器、开方器等。）计算单元：加减器、乘除器、开方器等。（6 6）显示单元：积算器、记录仪等。）显示单元：积算器、记录仪等。）显示单元：积算器、记录仪等。）显示单元：积算器、记录仪等。（7 7）辅助单元：安全栅、配电器、操作器等。）辅助单元：安全栅、配电器、操作器等。）辅助单元：安全栅、配电器、操作器等。）辅助单元：安全栅、配电器、操作器等。第16页，本讲稿共43页DDZ-型仪表的型号及命名型仪表的型号及命名型仪表的型号

19、及命名型仪表的型号及命名DDZ-DDZ-型仪表各单元的型号由三部分组成，各部型仪表各单元的型号由三部分组成，各部型仪表各单元的型号由三部分组成，各部型仪表各单元的型号由三部分组成，各部分之向用短横线隔开，格式如下。分之向用短横线隔开，格式如下。分之向用短横线隔开，格式如下。分之向用短横线隔开，格式如下。第一部分由三个汉语拼音大写字母所组成。第一部分由三个汉语拼音大写字母所组成。第一部分由三个汉语拼音大写字母所组成。第一部分由三个汉语拼音大写字母所组成。第一个字母均为第一个字母均为第一个字母均为第一个字母均为D D，表示属于电动单元组合仪表。，表示属于电动单元组合仪表。，表示属于电动单元组合仪表

20、。，表示属于电动单元组合仪表。D-D-第二个字母代表仪表大类，字母含意如下：第二个字母代表仪表大类，字母含意如下：第二个字母代表仪表大类，字母含意如下：第二个字母代表仪表大类，字母含意如下：B-B-变送单元；变送单元；变送单元；变送单元；T-T-调节单元；调节单元；调节单元；调节单元；X-X-显示单元；显示单元；显示单元；显示单元；J-J-计算单元；计算单元；计算单元；计算单元；Z-Z-转换单元；转换单元；转换单元；转换单元；K-K-执行单元；执行单元；执行单元；执行单元；G-G-给定单元；给定单元；给定单元；给定单元；F-F-辅助单元。辅助单元。辅助单元。辅助单元。第17页，本讲稿共43页在

21、变送单元中：在变送单元中：W-温度和温差；温度和温差；Y-压力；压力；C-差压。差压。在调节单元中：在调节单元中：L-连续；连续；D-断续。断续。在运算单元中：在运算单元中：J-加减；加减；S-乘除；乘除；K-开方。开方。在显示单元中：在显示单元中：Z-指示；指示；J-记录；记录；B-报警；报警；S-积算。积算。在执行单元中：在执行单元中：Z-直行程；直行程；J-角行程。角行程。第三个字母代表各大类中的产品小类，同一字母第三个字母代表各大类中的产品小类，同一字母第三个字母代表各大类中的产品小类，同一字母第三个字母代表各大类中的产品小类，同一字母在不同大类中有不同的含义，如：在不同大类中有不同的

22、含义，如：在不同大类中有不同的含义，如：在不同大类中有不同的含义，如：第18页，本讲稿共43页例如例如例如例如,DBC-2310,DBC-2310为一台差压变送器的型号规格。其中为一台差压变送器的型号规格。其中为一台差压变送器的型号规格。其中为一台差压变送器的型号规格。其中第一位数字第一位数字第一位数字第一位数字“2”2”表示工作压力为表示工作压力为表示工作压力为表示工作压力为400kPa400kPa，第二位数，第二位数，第二位数，第二位数字字字字“3”3”表示测量范围为表示测量范围为表示测量范围为表示测量范围为0 0600Pa600Pa至至至至0 04kPa4kPa，第三，第三，第三，第三位

23、数字位数字位数字位数字“l”l”表示带单平法兰，第四位数字表示带单平法兰，第四位数字表示带单平法兰，第四位数字表示带单平法兰，第四位数字“0”0”表示表示表示表示序号。序号。序号。序号。第二部分由四位阿拉伯数字组成，这四位数字代表第二部分由四位阿拉伯数字组成，这四位数字代表第二部分由四位阿拉伯数字组成，这四位数字代表第二部分由四位阿拉伯数字组成，这四位数字代表产品的种类、规格和结构特征。产品的种类、规格和结构特征。产品的种类、规格和结构特征。产品的种类、规格和结构特征。第三部分由一个或数个汉语拼音大写字母组成，标志第三部分由一个或数个汉语拼音大写字母组成，标志第三部分由一个或数个汉语拼音大写字

24、母组成，标志第三部分由一个或数个汉语拼音大写字母组成，标志产品的特殊用途。产品的特殊用途。产品的特殊用途。产品的特殊用途。例如例如例如例如,安全火花防爆（安全火花防爆（安全火花防爆（安全火花防爆（A A）、隔离防爆（）、隔离防爆（）、隔离防爆（）、隔离防爆（B B）、防腐（）、防腐（）、防腐（）、防腐（F F）、）、）、）、船用（船用（船用（船用（C C）等。当具备一个以上特殊用途时，按字母顺序）等。当具备一个以上特殊用途时，按字母顺序）等。当具备一个以上特殊用途时，按字母顺序）等。当具备一个以上特殊用途时，按字母顺序排列。排列。排列。排列。第19页，本讲稿共43页第三个字母表示测量参数或仪表

25、品种第三个字母表示测量参数或仪表品种QDZ型仪表的型号及命名型仪表的型号及命名QDZQDZ型仪表型号格式为型仪表型号格式为型仪表型号格式为型仪表型号格式为Q-Q-，第二个字母代表仪表大类，字母含义同第二个字母代表仪表大类，字母含义同DDZ-型仪表型仪表最后一个部分是阿拉伯数字，用以表示产品最后一个部分是阿拉伯数字，用以表示产品最后一个部分是阿拉伯数字，用以表示产品最后一个部分是阿拉伯数字，用以表示产品系列、规格、结构特征等编号。系列、规格、结构特征等编号。系列、规格、结构特征等编号。系列、规格、结构特征等编号。第20页，本讲稿共43页1.5 1.5 过程控制仪表的分析方法过程控制仪表的分析方法

26、过程控制仪表的分析方法过程控制仪表的分析方法n n过程控制仪表的总体分析思路过程控制仪表的总体分析思路过程控制仪表的总体分析思路过程控制仪表的总体分析思路n n采用单个放大器电路分析方法采用单个放大器电路分析方法采用单个放大器电路分析方法采用单个放大器电路分析方法n n采用集成运算放大器电路分析方法采用集成运算放大器电路分析方法采用集成运算放大器电路分析方法采用集成运算放大器电路分析方法第21页，本讲稿共43页总体分析思路总体分析思路从仪表整体结构上看，模拟式控制仪表有两种构成形式：从仪表整体结构上看，模拟式控制仪表有两种构成形式：1.1.仪表整机采用单个放大器，仪表整机采用单个放大器，其其放

27、放大大器器可可由由若若干干级级放放大大电电路路或或不不同同的的放放大大器器串串联而成。联而成。属属于于这这一一类类的的仪仪表表有有：DDZ-IIDDZ-II型型仪仪表表、大部分的变送器、气动仪表等。大部分的变送器、气动仪表等。2.2.整整机机由由数数目目不不等等的的运运算算放放大大器器电电路路以以不不同同形形式式（主主要是串联形式）组装而成。要是串联形式）组装而成。采用运算放大器的仪表都属于这一类构成形式采用运算放大器的仪表都属于这一类构成形式 如：如：DDZ-IIIDDZ-III型系列、型系列、I I系列、系列、EKEK系列仪表等。系列仪表等。第22页，本讲稿共43页采用单个放大器的仪表分析

28、采用单个放大器的仪表分析采采用用单个个放放大大器器的的仪表表一一般般有有如如下下的的结构构：输入入部部分分、放放大器和反大器和反馈部分。部分。单回路负反馈单回路负反馈单回路负反馈单回路负反馈KiKKf+zi zfxy输入部分输入部分放大器放大器反馈部分反馈部分求传递函数？求传递函数？求传递函数？求传递函数？仪表的特性仪表的特性仪表的特性仪表的特性如果该仪表满足深度负反馈（如果该仪表满足深度负反馈（如果该仪表满足深度负反馈（如果该仪表满足深度负反馈（K*Kf1K*Kf1)，则：，则：，则：，则：特点：特点：特点：特点：.在满足在满足K*Kf1K*Kf1的条件时，仪表的输出与输入关系仅取决于的条件

29、时，仪表的输出与输入关系仅取决于输入部分的特性和反馈部分的特性；输入部分的特性和反馈部分的特性；2.2.在满足在满足K*Kf1K*Kf1的条件时，放大器的净输入的条件时，放大器的净输入 趋向于零（趋向于零（00）。）。第23页，本讲稿共43页分析方法分析方法 1 1、将仪表划分为输入部分、放大器和反馈部分；、将仪表划分为输入部分、放大器和反馈部分；2 2、对各个部分分析，重点是输入部分和反馈部分；、对各个部分分析，重点是输入部分和反馈部分；3 3、求出整机输出与输入之间的关系，得整机特性。、求出整机输出与输入之间的关系，得整机特性。比较环节的确定可以从放大器的输入端即比较环节的确定可以从放大器

30、的输入端即 所加位置着手；所加位置着手；取样环节的确定可以从仪表的输出信号回路着手取样环节的确定可以从仪表的输出信号回路着手 。第24页，本讲稿共43页采用运算放大器的仪表分析方法采用运算放大器的仪表分析方法这这类类仪仪表表的的线线路路是是由由若若若若干干干干个个个个运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器电电电电路路路路组组组组装装装装而而而而成成成成，主主主主要要要要是是是是运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器电电电电路路路路以以以以串串串串联联联联形形形形式式式式相相相相联联联联。由由于于每每一一个个运运算算放放大大器器电电路路的的输输出出电电阻阻很很小小，而而输输入入电电阻阻又又都

31、都足足够够大大，这这样样，前前、后后级级运运算算放放大大器电路之间相互影响很小。器电路之间相互影响很小。分分析析这这类类仪仪表表时时，可可可可以以以以把把把把整整整整个个个个仪仪仪仪表表表表线线线线路路路路分分分分成成成成一一一一个个个个个个个个运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器电电电电路路路路单单单单独独独独地地地地进进进进行行行行分分分分析析析析，最最最最后后后后再再再再综综综综合合合合得到整机的特性得到整机的特性得到整机的特性得到整机的特性。第25页，本讲稿共43页运算放大器的基本知识运算放大器的基本知识运算放大器的引出端运算放大器的引出端运算放大器的引出端运算放大器的引出端输入端

32、输入端(+(+、-)-)：+端为同相输入端端为同相输入端 -端为反相输入端端为反相输入端U UT T 为同相端对地的电压为同相端对地的电压U UF F 为反相端对地的电压为反相端对地的电压电压差电压差U Ud d 从同相端到反相端从同相端到反相端输输出出端端：U Uo o 为为输输出出端端对对地地的的电电压压(输出电压输出电压)UTUFUdUoU+U电源端（电源端（U+U+、U-U-）分分析析线线路路时时往往往往把把运运算算放放大大器器看看成成是是双双端端输输入入、单单端端输输出出的的三端器件。三端器件。第26页，本讲稿共43页运算放大器的基本性能运算放大器的基本性能Uc为共模输入电压为共模输

33、入电压Ud为差模输入电压为差模输入电压任何一个运算放大器，其允许承受的任何一个运算放大器，其允许承受的U Uc c和和U Ud d都有一定的限制，都有一定的限制，制造厂规定了运算放大器的最大差模输入电压制造厂规定了运算放大器的最大差模输入电压(又称差模输又称差模输入范围入范围)和最大共模输入电压和最大共模输入电压(又称共模输入范围又称共模输入范围)。运算放大器的输出电压和电流也都有一定的限制，最大输出运算放大器的输出电压和电流也都有一定的限制，最大输出电压一般比电源电压低电压一般比电源电压低1 12V,2V,最大输出电流一般为最大输出电流一般为5mA5mA或或10mA10mA，在仪表电路中需要

34、输出大电流时，往往采用三极管进行电，在仪表电路中需要输出大电流时，往往采用三极管进行电流放大。流放大。如果对两个输入端信号进行改写：如果对两个输入端信号进行改写：如果对两个输入端信号进行改写：如果对两个输入端信号进行改写：第27页，本讲稿共43页理想运算放大器的基本理想运算放大器的基本性能性能+K Ko oR Ro oR Ri iU UF FU UT TI IbFbFI IbTbTU Ud dU Uo o输入电阻：输入电阻：Ri Ri输出电阻：输出电阻：Ro Ro0开环增益：开环增益：Ko Ko失调、漂移为零失调、漂移为零重要结论（理想运放在重要结论（理想运放在重要结论（理想运放在重要结论（理

35、想运放在正常正常使用过程中满足）：使用过程中满足）：使用过程中满足）：使用过程中满足）：1.差模输入为差模输入为0：UTUF（Ud0）2.输入端电流为输入端电流为0：IbF0，IbT0第28页，本讲稿共43页基本运放电路：反相端输入基本运放电路：反相端输入=0=0UFUTUoUiR1R2R3UT=?UT=0UF=?结果：结果：结果：结果：1 1输出电压与输入电压成正比，其比例系数为输出电压与输入电压成正比，其比例系数为R R2 2/R/R1 1；2 2输出与输入极性相反；输出与输入极性相反；3 3反相端不接地，但反相端不接地，但U UF F=0=0，故称反相端为，故称反相端为“虚地虚地”；4

36、4输入电阻约等于输入回路电阻输入电阻约等于输入回路电阻R R1 1；5 5输入回路电流输入回路电流I Ii i，全部流经反馈回路，即，全部流经反馈回路，即I If f=I Ii i特点：特点：特点：特点：IiIf第29页，本讲稿共43页基本运放电路：同相端输入基本运放电路：同相端输入=UiUT=?UT=UiUF=?结果：结果：结果：结果：UFUTUoUiR1R2R31 1输出电压与输入电压成正比，其比例系数为（输出电压与输入电压成正比，其比例系数为（1+R2/R11+R2/R1）；）；2 2输出与输入极性相同；输出与输入极性相同；3 3同相端和反相端存在共模电压同相端和反相端存在共模电压UC=

37、Ui ；4 4输入电阻等于运放本身的输入电阻，通常为输入电阻等于运放本身的输入电阻，通常为1 1 500M500M。特点：特点：特点：特点：第30页，本讲稿共43页基本运放电路：差动输入基本运放电路：差动输入UT=?UF=?结果：结果：结果：结果：1在在满满足足R1/R3=R2/R4 电电阻阻匹匹配配条条件件时时，差差动动输输入入放放大大器器电电路路的的输输出出电电压压仅仅仅仅取取决决于于两两个个输输入入电电压压之之差差Uid=UiT-UiF，即即这这种种电电路路只只放放大大差差动动信信号号，不不放放大大共共模模信信号号，且且与与差差动动信信号号Uid 成成正比，比例系数为正比，比例系数为R2

38、/R1。输出电压与差动信号极性相同。输出电压与差动信号极性相同。在仪表线路中，往往取得在仪表线路中，往往取得R1=R3、R2=R4，形成所谓对称差动运放电路。，形成所谓对称差动运放电路。2运算放大器输入端存在共模电压运算放大器输入端存在共模电压 特点：特点：特点：特点：UFUTUoUiTR1R2R3UiFR4 IbT=0 IbF=0UT=UFR1/R3=R2/R4第31页，本讲稿共43页基本运放电路：电压跟随器基本运放电路：电压跟随器UoUiU0=Ui 特点特点：输入电阻高：输入电阻高 输出电阻低输出电阻低 它在仪表电路应用中，起隔离作用它在仪表电路应用中，起隔离作用基本运放电路：反相端输入基

39、本运放电路：反相端输入基本运放电路：反相端输入基本运放电路：反相端输入基本运放电路：同相端输入基本运放电路：同相端输入基本运放电路：同相端输入基本运放电路：同相端输入基本运放电路：差基本运放电路：差基本运放电路：差基本运放电路：差 动动动动 输入输入输入输入基本运放电路：电压跟随器基本运放电路：电压跟随器基本运放电路：电压跟随器基本运放电路：电压跟随器U0=Ui第32页，本讲稿共43页运算放大器的单电源供电运算放大器的单电源供电运算放大器需要电源，通常有运算放大器需要电源，通常有2种供电方式：单电源供电和双种供电方式：单电源供电和双电源供电电源供电UoUTUFE=Ep+EoUoUTUFEp E

40、n出出于于仪仪表表总总体体设设计计的的需需要要、便便于于仪仪表表的的安安装装以以及及变变送送器器采采用用二二线线制制等等原原因因，在在仪仪表表线线路路中中，一一般般都都采采用用单单电电源源供供电电，即即由一组由一组+24V电源供电。电源供电。第33页，本讲稿共43页运算放大器的使用条件运算放大器的使用条件运算放大器不论采用单电源供电还是双电源供电，运算放大器不论采用单电源供电还是双电源供电，都必须满足以下条件：都必须满足以下条件：UoUTUFUU0V24V19V2V12V12V7V10V0V24V23V1V12V12V11V11V共模输入电压范围共模输入电压范围输出电压范围输出电压范围第34页

41、，本讲稿共43页III型仪表中运放的供电型仪表中运放的供电DDZ-IIIDDZ-III型型等等系系列列仪仪表表的的信信号号范范围围为为1 15V5V，在在24V24V单单电电源源供供电电时时，显显然然不不能能满满足足共共模模输输入范围的要求。入范围的要求。UoUTUFE=Ep+EoEp En为为此此，在在仪仪表表的的电电路路中中，采采用用电电平平移移动动的的方方法法，即即另另加加电电平平移移动动电电源源U UB B ，以便使以便使U UT T 和和U UF F 进入共模输入范围以内进入共模输入范围以内。另另加加电电平平移移动动电电源源U UB B 之之后后，运运算算放放大大器器电电路路在在单单

42、电电源源供供电电时时以以U UB B 为为基基准准的的运运算算关关系系，跟跟双双电电供供电电时时以以地地（0V0V）为为基基准准的的运运算算关关系系，在在形形式式上上完完全全相相同同。在在DDZ-IIIDDZ-III型型仪仪表表及及其其它它系系列列仪仪表表中中，所所有有接接收收仪仪表表的的输输入入电电路路均均采采用用这这种种形形式的电路。式的电路。第35页，本讲稿共43页分析方法分析方法 采采用用运运算算放放大大器器的的仪仪表表分分析析方方法法是是把把整整个个仪仪表表线线路路分分成成一一个个个个运运算算放放大大器器电电路路单单独独地地进进行行分分析析，最最后后再再综综合合得得到到整整机机的的特

43、特性性。因因此此，采采用用运运算算放放大大器器的的仪仪表表线线路路分分析析的的基基础础是是单单个个运运算算放放大大器器电电路路的分析。的分析。单个运算放大器电路的分析方法通常有如下两种：单个运算放大器电路的分析方法通常有如下两种：1.1.利用基本运算放大器电路的关系式利用基本运算放大器电路的关系式2.2.利用理想运算放大器输入端的两个特征利用理想运算放大器输入端的两个特征第36页，本讲稿共43页利用基本运算放大器电路的关系式利用基本运算放大器电路的关系式 要要点点：熟熟练练灵灵活活掌掌握握基基本本运运算算放放大大器器电电路路的的关关系系式式，就就能能很很容容易易看看出出运运算算放放大大器器电电

44、路路的的运运算算关关系系，并并能能很很快快地地了了解解整整个仪表的特性。个仪表的特性。当当然然，仪仪表表中中的的实实际际电电路路，有有时时可可能能是是两两种种基基本本电电路路的的合合成成，或或者者输输入入回回路路电电阻阻和和反反馈馈回回路路电电阻阻包包含含有有电电容容等等非纯阻性元件。非纯阻性元件。这这时时可可以以采采用用叠叠加加法法、等等效效电电源源定定理理、Y Y变变换换、阻阻抗抗变变换换法法等等方方法法进进行行处处理理，将将这这些些比比较较复复杂杂的的运运算算放放大大器器电电路路转化为基本电路。转化为基本电路。特点特点特点特点：基本概念明确：基本概念明确：基本概念明确：基本概念明确 物理

45、意义清楚物理意义清楚物理意义清楚物理意义清楚第37页，本讲稿共43页利用理想运算放大器输入端的两个特征利用理想运算放大器输入端的两个特征 理想运算放大器输入端的两个特征：理想运算放大器输入端的两个特征：（1 1）差模输入电压等于零，即）差模输入电压等于零，即U Ud d=0=0或或U UT T=U=UF F；（2 2）输入端输入电流等于零，即）输入端输入电流等于零，即I IbTbT=0=0，I IbFbF=0=0。这这两两个个特特征征是是分分析析运运算算器器放放大大电电路路输输入入输输出出关关系系的的出出发点发点 关键：关键：求得运算放大器两个输入端的电位求得运算放大器两个输入端的电位U UT

46、 T和和U UF F 根根据据电电路路具具体体结结构构，找找出出输输入入、输输出出信信号号与与U UT T、U UF F之之间间的的关关系，然后依据系，然后依据U UT T=U=UF F，求出输出与输入之间的关系。，求出输出与输入之间的关系。方方法法：断断开开反反馈馈又又保保证证等等效效，把把原原电电路路转转化化为为一一个个没没有有反反馈馈的的开环等效电路。开环等效电路。第38页，本讲稿共43页三、仪表的分析步骤三、仪表的分析步骤 对对于于一一只只仪仪表表，可可以以采采用用由由整整体体到到局局部部的的方方法法分分析析，即即首首先先对对仪仪表表作作总总体体概概貌貌性性了了解解，然然后后将将仪仪表

47、表划划分分成成几几个个部部分分，再再对对各各划划分分部部分分逐逐一一进进行行分分析析，最最后后综综合合出出整整机机的的特特性性。其其具具体体步骤可以如下：步骤可以如下：1.1.了解仪表作用和结构框图；了解仪表作用和结构框图；2.2.按照结构框图将整机线路划分成相应的部分；按照结构框图将整机线路划分成相应的部分；3.3.根据信号的传递方向，对各部分逐一进行分析；根据信号的传递方向，对各部分逐一进行分析；4.4.综合仪表的整机特性；综合仪表的整机特性；第39页，本讲稿共43页根据信号的传递方向，对各部分逐一进行分析：根据信号的传递方向，对各部分逐一进行分析：目目的的：了了解解各各部部分分的的结结构

48、构、作作用用、特特点点、输输出出与与输输入入的的关关系系，直直至至每每一一个个元元部部件件的的作作用用。在在分分析析中中注注意意应应用用以以下下几种方法：几种方法：1)对对复复杂杂的的部部分分可可画画出出其其构构成成框框图图，作作进进一一步步划划分分，直直到划分为最基本的构成部件为止。到划分为最基本的构成部件为止。3)应应用用电电路路理理论论中中的的一一些些基基本本定定律律，如如欧欧姆姆定定律律、分分流流公公式式、分分压压公公式式、等等效效电电源源定定理理、叠叠加加定定理理、等等，以以便把复杂的电路转化为简单的形式。便把复杂的电路转化为简单的形式。2)画画等等效效电电路路。在在画画等等效效电电

49、路路时时，可可以以忽忽略略一一些些次次要要元元件，以便突出主要部分，也可以把电路画成习惯的形式。件，以便突出主要部分，也可以把电路画成习惯的形式。第40页，本讲稿共43页第41页，本讲稿共43页1、什么是信号制？控制系统仪表之间采用何种、什么是信号制？控制系统仪表之间采用何种连接方式最佳？为什么？连接方式最佳？为什么？2、怎样才能构成一个安全火花型防爆控制系统、怎样才能构成一个安全火花型防爆控制系统？3、仪表中常用到哪四种运算放大器电路？各有哪、仪表中常用到哪四种运算放大器电路？各有哪些特点？些特点？4、仪表的一般分析步骤是什么？、仪表的一般分析步骤是什么？第42页，本讲稿共43页谢谢大家！再见！第43页，本讲稿共43页