控制仪表及装置第2章变送器和转换器.ppt

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1、 变送器的构成变送器的构成变送器的构成变送器的构成差压变送器差压变送器 温度变送器温度变送器温度变送器温度变送器 电气转换器电气转换器电气转换器电气转换器第第2 2章章 变送器和转换器变送器和转换器 2.12.1变送器的构成变送器的构成一、构成原理变送器是基于负反馈原理工作的，其构成如图。包括测量部分、放大器和反馈部分。测量部分：检测被测信号x，并将其转换成能被放大器接受的输入信号zi。反馈部分：把变送器的输出信号y转换成反馈信号zf，再回送至输入端。输入与输出之间的关系：K放大器的放大系数F反馈部分的反馈系数C测量部分的转换系数当满足深度负反馈的条件，即 上式表明，在的条件下，变送器输出与输

2、入之间的关系取决于测量部分和反馈部分的特性，而与放大器的特性几乎无关。如果转换系数C和反馈系数F是常数，则变送器的输出与输入将保持良好的线性关系。时，上式变为 变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理传传传传感感感感器器器器的的的的作作作作用用用用是是是是基基基基于于于于各各各各种种种种自自自自然然然然规规规规律律律律和和和和基基基基础础础础效效效效应应应应的的的的前前前前提提提提下下下下，把把把把被被被被测测测测变变变变量量量量转转转转化化化化为为为为一一一一个个个个与与与与之之之之成对应关系的便于传送的输出信号，如电压、电流、

3、电阻、频率、位移、力等等。成对应关系的便于传送的输出信号，如电压、电流、电阻、频率、位移、力等等。成对应关系的便于传送的输出信号，如电压、电流、电阻、频率、位移、力等等。成对应关系的便于传送的输出信号，如电压、电流、电阻、频率、位移、力等等。但但但但由由由由于于于于传传传传感感感感器器器器的的的的输输输输出出出出信信信信号号号号种种种种类类类类很很很很多多多多，而而而而且且且且信信信信号号号号往往往往往往往往十十十十分分分分微微微微弱弱弱弱并并并并伴伴伴伴有有有有非非非非线线线线性性性性，因因因因此此此此，除除除除了了了了部部部部分分分分单单单单纯纯纯纯以以以以显显显显示示示示为为为为目目目目

4、的的的的的的的的检检检检测测测测系系系系统统统统之之之之外外外外，多多多多数数数数情情情情况况况况下下下下都都都都要要要要利利利利用用用用变变变变送送送送器器器器来来来来把把把把传传传传感感感感器器器器的的的的输输输输出出出出转转转转换换换换成成成成遵遵遵遵循循循循统统统统一一一一标标标标准准准准的的的的模模模模拟拟拟拟量量量量或或或或者者者者数数数数字字字字量量量量输输输输出出出出信信信信号号号号，送送送送到到到到显显显显示示示示装装装装置置置置以以以以指指指指针针针针、数数数数字字字字、曲线等形式把被测量显示出来，或者同时送到控制器对其实现控制。曲线等形式把被测量显示出来，或者同时送到控制

5、器对其实现控制。曲线等形式把被测量显示出来，或者同时送到控制器对其实现控制。曲线等形式把被测量显示出来，或者同时送到控制器对其实现控制。变送器基本的输入输出特性变送器基本的输入输出特性变送器基本的输入输出特性变送器基本的输入输出特性对于一个检测系统来说，对于一个检测系统来说，对于一个检测系统来说，对于一个检测系统来说，传感器传感器传感器传感器和和和和变送器变送器变送器变送器可以是两个独立的环节，也可以是一个有机的整体。可以是两个独立的环节，也可以是一个有机的整体。可以是两个独立的环节，也可以是一个有机的整体。可以是两个独立的环节，也可以是一个有机的整体。但是，变送器的输入输出特性通常是指包括敏

6、感元件和变送环节的整体特性，原因：但是，变送器的输入输出特性通常是指包括敏感元件和变送环节的整体特性，原因：但是，变送器的输入输出特性通常是指包括敏感元件和变送环节的整体特性，原因：但是，变送器的输入输出特性通常是指包括敏感元件和变送环节的整体特性，原因：一是人们往往更关心检测系统的输出与被测物理量之间的对应关系，一是人们往往更关心检测系统的输出与被测物理量之间的对应关系，一是人们往往更关心检测系统的输出与被测物理量之间的对应关系，一是人们往往更关心检测系统的输出与被测物理量之间的对应关系，二二二二是是是是敏敏敏敏感感感感元元元元件件件件的的的的某某某某些些些些特特特特性性性性往往往往往往往往

7、需需需需要要要要通通通通过过过过变变变变送送送送环环环环节节节节进进进进行行行行处处处处理理理理和和和和补补补补偿偿偿偿以以以以提提提提高高高高测测测测量量量量精精精精度度度度，例例例例如如如如：线性化处理、环境温度的补偿等等。线性化处理、环境温度的补偿等等。线性化处理、环境温度的补偿等等。线性化处理、环境温度的补偿等等。变送器基本的输入输出特性变送器基本的输入输出特性变送器基本的输入输出特性变送器基本的输入输出特性变送器的理想输入输出特性变送器的理想输入输出特性变送器的理想输入输出特性变送器的理想输入输出特性 yminymax0(xmin)xmaxyxx xmaxmax和和和和x xminm

8、in分别为变送器测量范围的上限值和下限值分别为变送器测量范围的上限值和下限值分别为变送器测量范围的上限值和下限值分别为变送器测量范围的上限值和下限值 y ymaxmax和和和和y yminmin分别为变送器输出信号的上限值和下限值分别为变送器输出信号的上限值和下限值分别为变送器输出信号的上限值和下限值分别为变送器输出信号的上限值和下限值对于对于对于对于模拟式模拟式模拟式模拟式变送器变送器变送器变送器：y ymaxmax和和和和y yminmin即为统一标准信号的上限值和下限值即为统一标准信号的上限值和下限值即为统一标准信号的上限值和下限值即为统一标准信号的上限值和下限值对于对于对于对于智能式变

9、送器：智能式变送器：智能式变送器：智能式变送器：y ymaxmax和和和和y yminmin即为输出数字信号范围的上限值和下限值即为输出数字信号范围的上限值和下限值即为输出数字信号范围的上限值和下限值即为输出数字信号范围的上限值和下限值数字式变送器的构成原理数字式变送器的构成原理数字式变送器的构成原理数字式变送器的构成原理 x检测元件A/D转换CPU通信电路数字信号存储器一般形式一般形式x检测元件A/D转换CPU通信电路存储器D/A转换采用采用HART协议通信方式协议通信方式数字式数字式变送器软件部分变送器软件部分包括包括:A/D采样程序采样程序 量程转换程序量程转换程序 工程量变换程序工程量

10、变换程序 滤波滤波程序程序 误差校正程序误差校正程序 D/A输出程序输出程序 通讯通讯程序程序 辅助功能程序辅助功能程序数字变送器的数字变送器的数字变送器的数字变送器的软件组成软件组成软件组成软件组成二、变送器的一些共性问题1、量程调整 量程调整（即满度调整）的目的是使变送器的输出信号的上限值ymax（即统一标准信号的上限值）与测量范围的上限值xmax相对应。量程调整相当于改变输入输出特性的斜率，也就是改变变送器的输入信号y与被测变量x之间的比例系数。量程调整通常是通过改变反馈系数F的大小来实现的。F大，量程就大；F小，量程就小。有些变送器还可以通过改变转换系数C来调整量程。xyxminxma

11、xyminymax量程调整的方法量程调整的方法量程调整的方法量程调整的方法 改变反馈部分的反馈系数改变反馈部分的反馈系数K Kf f 改变测量部分转换系数改变测量部分转换系数K Ki i 软件实现软件实现 模拟式变送器模拟式变送器数字式变送器数字式变送器 K Kf f K Ki 量程量程 量程量程 2、零点调整和零点迁移 零点调整和零点迁移的目的，都是使变送器输出信号的下限值ymin（即统一标准信号的下限值）与测量范围的下限值xmin相对应。在xmin=0时，为零点调整；在xmin0时为零点迁移。也就是说，零点调整使变送器的测量起始点为零，而零点迁移则是把测量起始点迁移到某一数值（正值或负值）

12、。当测量起始点由零变为某一正值，称为正迁移；反之，当测量起始点由零变为某一负值，称为负迁移。零点调整的方法零点调整的方法模模拟拟变变送送器器：调调Z0数数字字变变送送器器：软软件件y0 xmaxyminymax 零点迁移后，变送器的输入输出特性沿x坐标向右或向左平移了一段距离，其斜率并没有改变，即变送器的量程不变。进行零点迁移，再辅以量程调整，可以提高仪表的测量灵敏度。当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移；当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移；当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移 零点调整使变送器的测量起始点为零零点调整使变送器的测量

13、起始点为零零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值:xyxmaxyminymax0零点迁移的方法零点迁移的方法模拟变送器：模拟变送器：调调Z0数字变送器：软件数字变送器：软件xminxmaxxminxmax3 3、线性化线性化原因原因：传传感器组件的输出信号与被测参数之间往往存在着非线性关系感器组件的输出信号与被测参数之间往往存在着非线性关系模拟式变送器模拟式变送器模拟式变送器模拟式变送器非线性补偿方法非线性补偿方法:1.1.使反馈部分与使反馈部分与传传感器组件具有相同的非线性特性感器组件具有相同的非线性特性 数字式变送器数字式变送器数字式变送器数字

14、式变送器非线性补偿方法非线性补偿方法:软件实现软件实现 2.使测量部分与使测量部分与传传感器组件具有相反的非线性特性感器组件具有相反的非线性特性4 4 4 4、变送器信号传输变送器信号传输变送器信号传输变送器信号传输 气动变送器气动变送器气动变送器气动变送器：电动模拟式变送器电动模拟式变送器电动模拟式变送器电动模拟式变送器：HARTHARTHARTHART通讯通讯通讯通讯协议方式协议方式协议方式协议方式 数字式变送器数字式变送器数字式变送器数字式变送器：两根气动管线（气源和信号）两根气动管线（气源和信号）两根气动管线（气源和信号）两根气动管线（气源和信号）二线制二线制二线制二线制四线制四线制四

15、线制四线制 双向双向双向双向全数字量传输信号全数字量传输信号全数字量传输信号全数字量传输信号(现场总线通信方式现场总线通信方式现场总线通信方式现场总线通信方式 )二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号信号 二线制二线制 四线制四线制供电电源和输出信号分别用二根导线传输供电电源和输出信号分别用二根导线传输 RL四线制四线制变送器变送器Io电源二线制二线制变送器变送器RLErrIo电动模拟式变送器信号传输方式电动模拟式变送器信号传输方式电动模拟式变送器信号传输方式电动模拟式变送器信号传输方式 节省连接电缆、有利于安全防爆和抗干扰节省连接电缆、有利于

16、安全防爆和抗干扰 二线制变送器的条件：二线制变送器的条件：工作电流：工作电流：工作电压：工作电压：二线制二线制二线制二线制二线制优点：二线制优点：目前大多数变送器均为二线制变送器目前大多数变送器均为二线制变送器目前大多数变送器均为二线制变送器目前大多数变送器均为二线制变送器 二线制二线制变送器变送器RLErrIo+V VT T 变送器的正常工作电流变送器的正常工作电流 必须得等于或小于变送器输出电流的最小值必须得等于或小于变送器输出电流的最小值 。通常，二线制变送器的输出通常，二线制变送器的输出电流下限值为电流下限值为4mADC4mADC，在此条件下，变送器须能，在此条件下，变送器须能够正常工

17、作。但对于输出电流为够正常工作。但对于输出电流为0-10mADC0-10mADC的变送器，若也采用二线制，则在输出的变送器，若也采用二线制，则在输出电流为零时，变送器的工作电流也为零。显然，凡输出电流采用电流为零时，变送器的工作电流也为零。显然，凡输出电流采用0-10mADC0-10mADC的仪表的仪表是不能采用二线制的。是不能采用二线制的。在下列电压条件下，变送器能保持正常工作。在下列电压条件下，变送器能保持正常工作。式中式中 变送器输出端电压；变送器输出端电压；电源电压的最小值；电源电压的最小值；输出电流的上限值，输出电流的上限值，；变送器的最大负载电阻值；变送器的最大负载电阻值；连接导线

18、的电阻值。连接导线的电阻值。由图由图3-73-7（a a）可以看出，变送器的输出端电压值可以看出，变送器的输出端电压值 等于电源电压值和输出等于电源电压值和输出电流在负载电阻电流在负载电阻 及传输导线电阻及传输导线电阻 上的压降之差，为保证变送器的正常工作，上的压降之差，为保证变送器的正常工作，输出端电压值只允许在限定范围之内变化。如果负载电阻要增加，电源电压就需输出端电压值只允许在限定范围之内变化。如果负载电阻要增加，电源电压就需增大。增大。变送器的最小有效功率变送器的最小有效功率P P为为2.22.2差压变送器差压变送器差压变送器是将液体、气体或蒸汽的压力、流量、液位等工艺变量转换成统一的

19、标准信号，作为指示记录仪、调节器或计算机装置的输入信号，以实现对上述变量的显示、记录或自动控制。2、2、1力平衡式差压变送器（一）概述 力平衡式差压变送器的构成如下图所示。它包括测量部分、杠杆系统、位移检测放大器及电磁反馈机构。这类差压变送器是基于力矩平衡原理工作的，它是以电磁反馈力生产的力矩去平衡输入力生产矩。但这类变送器目前主要用于气动产品，电动杠杆式的变送器目前已经被淘汰。DDZ-IIIDDZ-IIIDDZ-IIIDDZ-III型差压变送器型差压变送器型差压变送器型差压变送器 检测检测部分部分:P 输入力输入力Fi 杠杆系统杠杆系统:力的传递和力矩比较，生成位移信号力的传递和力矩比较，生

20、成位移信号 位移检测放大器位移检测放大器:位移位移 输出输出Io电磁反馈装置电磁反馈装置:输出输出反馈力反馈力FfP P膜盒膜盒膜盒膜盒F Fi i杠杆系统杠杆系统杠杆系统杠杆系统MM位移检测位移检测位移检测位移检测放大器放大器放大器放大器电磁反馈机构电磁反馈机构电磁反馈机构电磁反馈机构F Ff fI Io o(1)(1)(1)(1)测量部分测量部分测量部分测量部分 作用：作用：把被测差压把被测差压P转换成转换成 作用于主杠杆下端的输入力作用于主杠杆下端的输入力Fi A1=A2=Ad Fi=Ad(P1-P2)=AdP Fi=A1P1-A2P2因因:故故:(2)(2)(2)(2)杠杆系统杠杆系统

21、杠杆系统杠杆系统 进行力的传递和力矩比较进行力的传递和力矩比较 主杠杆主杠杆将将Fi转换为转换为F1 矢量机构矢量机构将将F1转换为转换为F2 副杠杆副杠杆将将F2产生的力矩与产生的力矩与Ff产生的力矩进行比较，产生的力矩进行比较，生成位移变化生成位移变化 主杠杆主杠杆主杠杆主杠杆将将Fi转换为转换为F1F1作用于矢量机构上作用于矢量机构上 HF1Fil2l1 矢量机构矢量机构矢量机构矢量机构将输入力将输入力F1转换为作用于副杠杆上的力转换为作用于副杠杆上的力F2(a)(b)副杠杆副杠杆副杠杆副杠杆进行力矩的比较进行力矩的比较 F2产生的力矩产生的力矩Ff产生的力矩产生的力矩合力矩合力矩调零力

22、调零力Fz产生的力矩产生的力矩最终的合力矩最终的合力矩最终的合力矩最终的合力矩(3)(3)(3)(3)电磁反馈装置电磁反馈装置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 =BDcWI0设设 Kf=BDcW改改变变反反馈馈动动圈圈的的匝匝数数W，可以改变可以改变 Kf的大小的大小 反反馈馈动动圈圈1固固定定在在副副杠杠杆杆上上，且且处处于于永永久久磁磁钢钢2的的磁磁场场中中，可可在在其其中中左左右右移移动动。软软铁铁芯芯3和和永永久久磁磁钢钢2组组成成磁磁路路。软软铁铁芯芯使使环环形形气气隙隙

23、中中形形成成均均匀匀的的辐辐射射磁磁场场，从从而而使使流流过过反反馈馈动动圈圈的的电电流流方方向向总总是是与与磁磁场场方方向向垂垂直直。当当变变送送器器的的输输出出电电流流过过反反馈馈动动圈圈时时，就就会会产产生生电电磁磁反反馈馈力力Ff。Ff与与变变送器输出电流送器输出电流I0之间的关系为：之间的关系为：则则 Ff =KfI0 1-3短接、短接、2-4短接短接 W=W1=725匝 1-2短接短接 W=W1+W2=2175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R11与与W1的直流电阻相同的直流电阻相同(4)(4)(4)(4)整机特性整机特性整机特性整

24、机特性 Io mAPminPmax420P1.变送器的输出电流变送器的输出电流I0和输入信号和输入信号P之间呈线性关系之间呈线性关系 2.调调整整调调零零弹弹簧簧可可以以使使变变送送器器输输出出电电流流I0在在输输入入信信号号范范围围下下限限时时为为4mA。3.改变改变tg或或Kf可以调整变送器的量程可以调整变送器的量程 4.零点和量程要反复调整零点和量程要反复调整 Io mAPminPmax420P2、2、2电容式差压变送器（一）概述采用差动电容作为检测元件，整个变送器无机械传动、调整装置，并且测量部分采用全封闭焊接的固体化结构。仪表结构简单、性能稳定、可靠，具有较高的精度。变送器包括测量部

25、件和转换放大电路两部分。P=0 Ci1=Ci2=15pF P0 Ci1的电容量减小的电容量减小 Ci2的电容量增大的电容量增大 差动差动电容测量原理电容测量原理电容式电容式电容式电容式差压变送器差压变送器差压变送器差压变送器测量原理测量原理测量原理测量原理 P=0 S1=S2=S0 P0 S1=S0+S2=S0-相对变化值 与被测差压P成线性关系，且与灌充液的介电常数无关 振荡器振荡器振荡器振荡器解调器解调器解调器解调器线性调整线性调整线性调整线性调整IC1IC1基准电压基准电压基准电压基准电压稳压源稳压源稳压源稳压源IC3IC3功放功放功放功放限流限流限流限流负反馈负反馈负反馈负反馈调零调零

26、调零调零零迁零迁零迁零迁R RL LI Io oE EI If fI Id dI Iz z（）V Vc cV Vr r差动电容差动电容差动电容差动电容框图框图电电容容式式压压力力变变送送器器，目目前前在在工工业业生生产产中中应应用用非非常常广广泛泛，其其输输出出信信号号也也是是标标准准4 20mADC电流信号。电流信号。电电容容式式压压力力变变送送器器是是先先将将压压力力的的变变化化转转换换为电容量的变化，然后进行测量的。为电容量的变化，然后进行测量的。电电容容式式差差压压变变送送器器的的原原理理图图可可见见传传感感器器有有左左右右固固定定极极板板，在在两两个个固固定定极极板板之之间间是是弹弹

27、性性材材料料制制成成的的测测量量膜膜片片，作作为为电电容容的的中中央央动动极极板板，在在测量膜片两侧的空腔中充满硅油测量膜片两侧的空腔中充满硅油。电电容容式式差差压压变变送送器器的的结结构构可可以以有有效效地地保保护护测测量量膜膜片片，当当差差压压过过大大并并超超过过允允许许测测量量范范围围时时，测测量量膜膜片片将将平平滑滑地地贴贴靠靠在在玻玻璃璃凹凹球球面面上上，因因此此不不易易损损坏坏，与与力力矩矩平平衡衡式式相相比比，电电容容式式没没有有杠杠杆杆传传动动机机构构，因因而而尺寸紧凑，密封性与抗振性好，测量精度相应提高，可达尺寸紧凑，密封性与抗振性好，测量精度相应提高，可达0.2级级。2、2

28、、3扩散硅式差压变送器是一种无杠杆式的。采用硅杯压阻传感器为敏感元件。具有体积小、重量轻、结构简单和稳定性好的优点，精度也较高。变送器包括测量部件和放大线路两部分。敏感元件由硅片组成，即硅杯。它既是弹性元件，又是检测元件。当硅杯受压时，压阻效应使其上的扩散电阻（应变电阻）阻值发生变化，从而使由这些电阻组成的电桥产生不平衡电压。因因电阻率变化引起阻值变化电阻率变化引起阻值变化称为称为压阻效应压阻效应。半导体材料的压阻效应比较明显。半导体材料的压阻效应比较明显。用作压阻式传感器的基片材料主要为硅片和锗片，由于单晶硅材料纯、功耗小、滞后和用作压阻式传感器的基片材料主要为硅片和锗片，由于单晶硅材料纯、

29、功耗小、滞后和蠕变极小、机械稳定性好，而且传感器的制造工艺和硅集成电路工艺有很好的兼容性，蠕变极小、机械稳定性好，而且传感器的制造工艺和硅集成电路工艺有很好的兼容性，以扩散硅压阻传感器作为检测元件的压力检测仪表得到了广泛的使用。以扩散硅压阻传感器作为检测元件的压力检测仪表得到了广泛的使用。p2p1硅杯图3-30 压阻式传感器示意图正压侧隔离膜片引出线负压侧隔离膜片硅油构成框图构成框图：扩散硅压扩散硅压阻传感器阻传感器前置前置放大器放大器调零电路调零电路VI转换转换PUSU01UZIO检测部分检测部分检测部分检测部分电磁放大部分电磁放大部分电磁放大部分电磁放大部分整机电路图整机电路图整机电路图整

30、机电路图 测量部分测量部分测量部分测量部分扩散硅压阻传感器扩散硅压阻传感器扩散硅压阻传感器扩散硅压阻传感器把被测差压把被测差压P成比例地转换为不平衡电压成比例地转换为不平衡电压US 1.负压室负压室 2.正压室正压室 3.硅杯硅杯4.引线引线 5.硅片硅片Ri1Ri2Ri3Ri4测量部分测量部分测量部分测量部分惠斯顿电桥惠斯顿电桥惠斯顿电桥惠斯顿电桥Ri1Ri2Ri3Ri4Ri1Ri2Ri3Ri4IS不受压时：不受压时：Ri1Ri2Ri3Ri4R测量部分测量部分测量部分测量部分电压转换电压转换电压转换电压转换Ri1Ri2Ri3Ri4IS受压时：受压时：Ri1Ri4r1Ri2Ri3r2受压时，流

31、经受压时，流经2桥臂的电流始终相等桥臂的电流始终相等结论：结论：压阻式压力传感器的主要压阻式压力传感器的主要优点优点是体积小，结构简单，是体积小，结构简单，其核心部分就是一个既是弹性元件又是压敏元件的单晶硅膜片。其核心部分就是一个既是弹性元件又是压敏元件的单晶硅膜片。扩散电阻的灵敏系数是金属应变片的几十倍，能直接测量出微小的压力变化。扩散电阻的灵敏系数是金属应变片的几十倍，能直接测量出微小的压力变化。此外，压阻式压力传感器还具有良好的动态响应，迟滞小，可用来测量几千赫兹乃至更高的此外，压阻式压力传感器还具有良好的动态响应，迟滞小，可用来测量几千赫兹乃至更高的脉动压力。脉动压力。因此，这是一种发

32、展比较迅速，应用十分广泛的一类压力传感器。因此，这是一种发展比较迅速，应用十分广泛的一类压力传感器。这种传感器的缺点则是这种传感器的缺点则是扩散扩散电阻电阻存在温度效应，存在温度效应，容易受环境温度的影响，容易受环境温度的影响，有些厂家在传有些厂家在传感器组件中提供了若干校正用的温度补偿电路，甚至把放大转换等电路集成在同一块单晶硅感器组件中提供了若干校正用的温度补偿电路，甚至把放大转换等电路集成在同一块单晶硅膜片上，从而可以大大提高传感器的基本性能。膜片上，从而可以大大提高传感器的基本性能。2.32.3温度变送器温度变送器温度变送器与各种热电偶或热电阻配合使用，将温度信号转换成统一标准信号。温

33、度变送器可以作为直流毫伏转换器来使用，以将其他能够转换成直流毫伏信号的工艺变量也变成相应的统一标准信号。温度变送器有两线制和四线制之分，各类变送器又有三个品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送器和热电阻温度变送器。前一种是将输入的直流毫伏信号转换成4-20MA直流电流和1-5V直流电压的统一输出信号。后两种则分别与热电偶和热电阻相配合，将温度信号转换成统一输出信号。分为热电偶温度变送器和热电阻温度变送器两种分为热电偶温度变送器和热电阻温度变送器两种分为热电偶温度变送器和热电阻温度变送器两种分为热电偶温度变送器和热电阻温度变送器两种热电偶温度变送器：把热电偶温度变送器：把热电偶温度变送器：把热电偶

34、温度变送器：把mVmVmVmV信号转换为标准电流输出信号转换为标准电流输出信号转换为标准电流输出信号转换为标准电流输出热电阻温度变送器：把热电阻温度变送器：把热电阻温度变送器：把热电阻温度变送器：把信号转换为标准电流输出信号转换为标准电流输出信号转换为标准电流输出信号转换为标准电流输出最终要求：变送器输出电流最终要求：变送器输出电流最终要求：变送器输出电流最终要求：变送器输出电流I I I Io o o o应与被测温度应与被测温度应与被测温度应与被测温度t t t t成线性对应关系成线性对应关系成线性对应关系成线性对应关系热热热热电电电电偶偶偶偶温温温温度度度度变变变变送送送送器器器器应应应应

35、主主主主要要要要要要要要解解解解决决决决：冷冷冷冷端端端端温温温温度度度度补补补补偿偿偿偿和和和和线线线线性性性性化化化化处处处处理理理理两两两两个内容个内容个内容个内容热热热热电电电电偶偶偶偶温温温温度度度度变变变变送送送送器器器器输输输输入入入入热热热热电电电电势势势势毫毫毫毫伏伏伏伏信信信信号号号号，输输输输入入入入回回回回路路路路即即即即是是是是冷冷冷冷端端端端温温温温度度度度自自自自动动动动补补补补偿偿偿偿桥桥桥桥路路路路，其其其其产产产产生生生生的的的的补补补补偿偿偿偿电电电电势势势势与与与与热热热热电电电电势势势势相相相相加加加加后后后后作作作作为为为为测测测测量量量量电电电电势

36、势势势，因因因因此此此此补补补补偿偿偿偿电电电电桥桥桥桥上上上上的的的的参参参参数数数数与与与与热热热热电电电电偶偶偶偶分分分分度度度度号号号号有有有有关关关关，热热热热电电电电偶偶偶偶温温温温度度度度变变变变送送送送器器器器使用时要注意分度号的匹配使用时要注意分度号的匹配使用时要注意分度号的匹配使用时要注意分度号的匹配。线性化处理电路（略）线性化处理电路（略）线性化处理电路（略）线性化处理电路（略）热热热热电电电电阻阻阻阻温温温温度度度度变变变变送送送送器器器器应应应应主主主主要要要要要要要要解解解解决决决决：克克克克服服服服引引引引线线线线电电电电阻阻阻阻的的的的影影影影响响响响和和和和线

37、线线线性性性性化化化化处理两个内容处理两个内容处理两个内容处理两个内容采用三线制输入方式。采用三线制输入方式。采用三线制输入方式。采用三线制输入方式。线性化处理电路（略）线性化处理电路（略）线性化处理电路（略）线性化处理电路（略）一体化温度变送器一体化温度变送器一体化温度变送器一体化温度变送器 分为一体化热电偶温度变送器和一体化热电阻温度变送器两种分为一体化热电偶温度变送器和一体化热电阻温度变送器两种分为一体化热电偶温度变送器和一体化热电阻温度变送器两种分为一体化热电偶温度变送器和一体化热电阻温度变送器两种热电偶温度变送器：把热电偶温度变送器：把热电偶温度变送器：把热电偶温度变送器：把mVmV

38、mVmV信号转换为标准电流输出信号转换为标准电流输出信号转换为标准电流输出信号转换为标准电流输出热电阻温度变送器：把热电阻温度变送器：把热电阻温度变送器：把热电阻温度变送器：把 信号转换为标准电流输出信号转换为标准电流输出信号转换为标准电流输出信号转换为标准电流输出所所所所谓谓谓谓一一一一体体体体化化化化温温温温度度度度变变变变送送送送器器器器，是是是是指指指指将将将将变变变变送送送送器器器器模模模模块块块块安安安安装装装装在在在在测测测测温温温温元元元元件件件件接接接接线线线线盒盒盒盒或或或或专专专专用用用用接接接接线线线线盒盒盒盒内内内内,变变变变送送送送器器器器模模模模块和测温元件形成一

39、个整体，可直接安装在被测设备上，输出为统一标准信号块和测温元件形成一个整体，可直接安装在被测设备上，输出为统一标准信号块和测温元件形成一个整体，可直接安装在被测设备上，输出为统一标准信号块和测温元件形成一个整体，可直接安装在被测设备上，输出为统一标准信号4 4 4 420mA20mA20mA20mA。这种变送器具有体积小、重量轻、现场安装方便等优点，因而在工业生产中得到广泛应用。这种变送器具有体积小、重量轻、现场安装方便等优点，因而在工业生产中得到广泛应用。这种变送器具有体积小、重量轻、现场安装方便等优点，因而在工业生产中得到广泛应用。这种变送器具有体积小、重量轻、现场安装方便等优点，因而在工

40、业生产中得到广泛应用。由由由由于于于于一一一一体体体体化化化化温温温温度度度度变变变变送送送送器器器器直直直直接接接接安安安安装装装装在在在在现现现现场场场场，但但但但由由由由于于于于变变变变送送送送器器器器模模模模块块块块内内内内部部部部的的的的集集集集成成成成电电电电路路路路一一一一般般般般情情情情况况况况下下下下工工工工作作作作温温温温度度度度在在在在20202020+80+80+80+80范范范范围围围围内内内内，超超超超过过过过这这这这一一一一范范范范围围围围，电电电电子子子子器器器器件件件件的的的的性性性性能能能能会会会会发发发发生生生生变变变变化化化化，变变变变送送送送器器器器将

41、将将将不不不不能能能能正正正正常常常常工作，因此在使用中应特别工作，因此在使用中应特别工作，因此在使用中应特别工作，因此在使用中应特别注意变送器模块所处的环境温度注意变送器模块所处的环境温度注意变送器模块所处的环境温度注意变送器模块所处的环境温度。一一一一体体体体化化化化温温温温度度度度变变变变送送送送器器器器品品品品种种种种较较较较多多多多，其其其其变变变变送送送送器器器器模模模模块块块块大大大大多多多多数数数数以以以以一一一一片片片片专专专专用用用用变变变变送送送送器器器器芯芯芯芯片片片片为为为为主主主主，外外外外接接接接少少少少量量量量元元元元器器器器件件件件构构构构成成成成，常常常常用

42、用用用的的的的变变变变送送送送器器器器芯芯芯芯片片片片有有有有AD693AD693AD693AD693、XTR101XTR101XTR101XTR101、XTR103XTR103XTR103XTR103、IXR100IXR100IXR100IXR100等等等等。下下下下面面面面以以以以AD693AD693AD693AD693构构构构成的一体化温度变送器为例进行介绍。成的一体化温度变送器为例进行介绍。成的一体化温度变送器为例进行介绍。成的一体化温度变送器为例进行介绍。一体化热电偶温度变送器一体化热电偶温度变送器一体化热电偶温度变送器一体化热电偶温度变送器I1I2VT1一体化热电偶温度变送器简图一

43、体化热电偶温度变送器简图一体化热电偶温度变送器简图一体化热电偶温度变送器简图AD693AD693AD693AD693的的的的输输输输入入入入信信信信号号号号U U U Ui i i i为为为为热热热热电电电电偶偶偶偶所所所所产产产产生生生生的的的的热热热热电电电电势势势势EtEtEtEt与与与与电电电电桥桥桥桥的输出信号的输出信号的输出信号的输出信号U U U UBDBDBDBD之代数和之代数和之代数和之代数和 如如如如果果果果设设设设AD693AD693AD693AD693的的的的转转转转换换换换系系系系数数数数为为为为K K K K，可可可可得得得得变变变变送送送送器器器器输输输输出出出出

44、与与与与输输输输入入入入之之之之间的关系为间的关系为间的关系为间的关系为 结论：结论：结论：结论：变变变变送器的送器的送器的送器的输输输输出出出出电电电电流流流流I I I I0 0 0 0 与与与与热电热电热电热电偶的偶的偶的偶的热电势热电势热电势热电势E E E Et t t t成正比关系。成正比关系。成正比关系。成正比关系。R R R RCuCuCuCu阻阻阻阻值值值值随随随随温温温温度度度度而而而而变变变变，合合合合理理理理选选选选择择择择R R R RCuCuCuCu的的的的数数数数值值值值可可可可使使使使R R R RCuCuCuCu随随随随温温温温度度度度变变变变化化化化而而而而

45、引引引引起起起起的的的的I I I I1 1 1 1R R R RCuCuCuCu变变变变化化化化量量量量近近近近似等于似等于似等于似等于热电热电热电热电偶因冷端温度偶因冷端温度偶因冷端温度偶因冷端温度变变变变化所引起的化所引起的化所引起的化所引起的热电势热电势热电势热电势E E E Et t t t的的的的变变变变化化化化值值值值，两者互相抵消。，两者互相抵消。，两者互相抵消。，两者互相抵消。W W W W1 1 1 1的作用是调零，的作用是调零，的作用是调零，的作用是调零，W W W W2 2 2 2的作用是调满（量程）的作用是调满（量程）的作用是调满（量程）的作用是调满（量程）一体化热电

46、阻温度变送器一体化热电阻温度变送器一体化热电阻温度变送器一体化热电阻温度变送器I2I1VT1AD693AD693构构构构成成成成的的的的热热热热电电电电阻阻阻阻温温温温度度度度变变变变送送送送器器器器采采采采用用用用三三三三线线线线制制制制接接接接法法法法，与与与与热热热热电电电电偶偶偶偶温温温温度度度度变变变变送送送送器器器器的的的的电电电电路路路路大大大大致致致致相相相相仿仿仿仿，只只只只是是是是原原原原来来来来热热热热电电电电偶偶偶偶冷冷冷冷端端端端温温温温度度度度补补补补偿偿偿偿电电电电阻阻阻阻R RCuCu现现现现用用用用热热热热电电电电阻阻阻阻R Rt t代代代代替替替替。AD69

47、3AD693的的的的输输输输入入入入信信信信号号号号U Ui i为为为为电电电电桥桥桥桥的的的的输输输输出出出出信信信信号号号号U UBDBD，即即即即 同样可求得热电阻温度变送器的同样可求得热电阻温度变送器的同样可求得热电阻温度变送器的同样可求得热电阻温度变送器的输出与输入之间的关系输出与输入之间的关系输出与输入之间的关系输出与输入之间的关系为为为为 智能式温度变送器智能式温度变送器智能式温度变送器智能式温度变送器 智能式温度变送器有采用智能式温度变送器有采用智能式温度变送器有采用智能式温度变送器有采用HARTHARTHARTHART协议通信方式，也有采用现场总线通信方式。协议通信方式，也有

48、采用现场总线通信方式。协议通信方式，也有采用现场总线通信方式。协议通信方式，也有采用现场总线通信方式。下面以下面以下面以下面以SMARTSMARTSMARTSMART公司的公司的公司的公司的TT302TT302TT302TT302温度变送器温度变送器温度变送器温度变送器为例进行介绍。为例进行介绍。为例进行介绍。为例进行介绍。TT302TT302TT302TT302温度变送器是一种符合温度变送器是一种符合温度变送器是一种符合温度变送器是一种符合FFFFFFFF通信协议的现场总线智能仪表通信协议的现场总线智能仪表通信协议的现场总线智能仪表通信协议的现场总线智能仪表，它可以与各种热电阻或热电偶配合使

49、用测量温度，它可以与各种热电阻或热电偶配合使用测量温度，它可以与各种热电阻或热电偶配合使用测量温度，它可以与各种热电阻或热电偶配合使用测量温度，具具具具有有有有量量量量程程程程范范范范围围围围宽宽宽宽、精精精精度度度度高高高高、环环环环境境境境温温温温度度度度和和和和振振振振动动动动影影影影响响响响小小小小、抗抗抗抗干干干干扰扰扰扰能能能能力力力力强强强强、重重重重量量量量轻轻轻轻以及安装维护方便等优点。以及安装维护方便等优点。以及安装维护方便等优点。以及安装维护方便等优点。输入板包括多路转换器、信号调理电路、AD转换器和隔离部分，其作用是将输入信号转换为二进制的数字信号，传送给CPU，并实现

50、输入板与主电路板的隔离。用于热电偶的冷端温度补偿 核心核心采样、计算(控制)、输出 产生并输出满足FF标准的数字信号 2.42.4电电/气转换器气转换器一、概述一、概述电/气转换器是将电动仪表输出的4-20MA直流电流信号转换成可被气动仪表接受的20-100KPA标准气压信号，以实现电动仪表和气动仪表的联用，构成混合控制系统，发挥电、气仪表各自的优点。二、气二、气动仪动仪表的基本元件表的基本元件气动仪表由气阻、气容、弹性元件、喷嘴-挡板机构和功率放大器等基本元件组成。（一）气阻气阻与电路中的电阻相似，它可以改变气路中的气体流量。在流体呈层流状态时，气阻的大小与两端的压降成正比，与流过的流量成反