仪表与装置 第03章变送器-4(精品).ppt

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1、控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系3.3 3.3 温度变送器温度变送器温度变送器与测温元件配合使用，将温度或温差信号转换成为标准的统一信号，以实现对温度（温差）参数显示、记录或自动控制。温度变送器还可以作为直流毫伏变送器、电阻变送器使用，用以将其它能够转换成直流毫伏信号EI或者电阻信号的工艺参数转换成为标准的统一信号。分类：按输出信号分：模拟式和数字式按结构类型分：一体化和分体式1控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自

2、动化系模拟式温度变送器的输出有两种形式：模拟式温度变送器的输出有两种形式：(1)输出与温度之间呈线性关系，但输出与变送器的输入信号（Et或Rt）之间呈非线性关系(2)输出与温度之间呈非线性关系，而输出与与变送器的输入信号（Et或Rt）之间呈线性关系 两种形式的区别仅在于变送器中有否非线性补偿电路。两种形式的区别仅在于变送器中有否非线性补偿电路。两种形式的区别仅在于变送器中有否非线性补偿电路。两种形式的区别仅在于变送器中有否非线性补偿电路。后者只适用于精度较低的场合。后者只适用于精度较低的场合。数字式温度变送器：数字式温度变送器：利用软件进行非线性补偿，精度高，输出与温度均呈线性关系本节主要内容

3、：本节主要内容：典型模拟式温度变送器、一体化温度变送器、数字式温度变送器典型模拟式温度变送器、一体化温度变送器、数字式温度变送器典型模拟式温度变送器、一体化温度变送器、数字式温度变送器典型模拟式温度变送器、一体化温度变送器、数字式温度变送器2控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系3.3.1.典型模拟式温度变送器典型模拟式温度变送器典型模拟式温度变送器原理框图 Ti输入回路ui放大器KoI0反馈部分Kfuf+零点调整零点迁移+uz检测元件热电阻热电偶RtEt3控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置

4、中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系DDZ-型温度变送器型温度变送器 DDZ-型温度变送器有带非线性补偿电路与不带非线性补偿电路的热电偶温度变送器和热电阻温度变送器以及直流毫伏变送器等多个品种，各品种的原理和结构大致相仿。现介绍其中三种：直流毫伏变送器直流毫伏变送器 mV Io mA（线性）线性）带非线性补偿电路的热电偶温度变送器带非线性补偿电路的热电偶温度变送器 T Tt t mV Io mA （T Tt t与与 Io 线性）线性）热电阻温度变送器热电阻温度变送器 T Tt t Io mA （T Tt t与与 Io 线性）线性）共性：共性：三种变送

5、器均属本安型防爆仪表，采用四线制的连接方式。4控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系(1)直流毫伏变送直流毫伏变送器器 把直流毫伏信号Ei 转换成420mADC电流信号 5控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系放大单元放大单元 放大单元包括放大器和直流/交流/直流变换器两部分放大器:电压放大器、功率放大器和隔离输出电路直流/交流/直流变换器:直流/交流变换器和整流、滤波、稳压电路 6控制仪表和计算机控制装置控制仪表和

6、计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系量程单元量程单元 直流毫伏变送器量程单元 RETURN7控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系输入回路：VZ101、VZ102、R101、R102VZ101、VZ102限压R101、R102限流使得流入危险场所的电能量限制在安全电平以下 回放回放回放回放8控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系变送器的静特性变送器的静特性 根

7、据叠加定理和分压公式 9控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系UT 回放回放回放回放UzR103 50R104 100R105 5kW1a ab bc cd de eUzR103 50R104/Rw1R105 5kb bc cd de ea a10控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系UF回放回放回放回放UzR106a ab bc cIoR107R111W2R114R116R115R4UfUf受到Uz和Io的影响 单

8、纯考虑Uz的影响：UzR106R107R1R2Ufe ef fg gh h11控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系回放回放回放回放代入R1和R2 12控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系回放回放回放回放Uz对反馈电压的影响：13控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系回放回放回放回放同理可以求取Io对反馈电压的影响：整机特性分

9、析整机特性分析 14控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系a.(2)项为调零信号。当时，得到正向调零信号，可实现负向迁移；而当Us1UVZ(稳压管导通电压)，稳压管导通，相当于R119与R120并联(稳压管的动态电阻很小，可忽略)各之路导通与否取决于Usi和运放输出电压分析3种情况：全部不导通与R120并联的支路导通R116支路导通回放回放回放回放23控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系全部不导通全部不导通UaR1

10、21R122R120ROR115UfUbU U1 1回放回放回放回放24控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系R119支路导通支路导通UaR121R122R120ROR115UfUbU U1 1R119R120回放回放回放回放25控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系R116支路导通支路导通UaR121R122R120ROR115UfUbR119R116回放回放回放回放26控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制

11、装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系比较比较 全部不导通全部不导通全部不导通全部不导通R R119119支路导通支路导通支路导通支路导通R R116116支路导通支路导通支路导通支路导通IoEt回放回放回放回放27控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系另一种常用的热电偶输入和冷端温度补偿电路另一种常用的热电偶输入和冷端温度补偿电路另一种常用的热电偶输入和冷端温度补偿电路另一种常用的热电偶输入和冷端温度补偿电路 RETURN28控制仪表和计算机控制装置控制仪表

12、和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系热电阻温度变送器热电阻温度变送器 热电阻温度变送器与各种热电阻配合使用，可以将温度信号变换为成比例的420mADC电流信号和15VDC电压信号，热电阻温度变送器的线路在直流毫伏变送器线路的基础上，输入回路增加了由IC2、R16R19等元件构成的线性化电路和由R23、R24等元件构成的热电阻导线电阻补偿电路，同时零点调整电路有所改变。29控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系电路图电路图 RETURN30控制仪表

13、和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系热电阻的两个问题热电阻的两个问题1.非线性补偿2.导线电阻的补偿31控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系热电阻的非线性现象热电阻的非线性现象32控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系线性化电路线性化电路回放回放回放回放先不考虑导线电阻和其它电路先不考虑导线电阻和其它电路先不考虑导线电阻和其它电路先

14、不考虑导线电阻和其它电路USR16R17R18R19RtUtIt33控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系由于gRt总是小于1因此热电阻Rt因温度升高而增加时，It也增大；而Ut的增加量随被测温度的升高而增大，即Ut与It之间呈下凹形关系。因此，只要适当的选择参数g，便可以使热电阻两端的电压Ut与被测温度ti之间保持良好的线性关系。34控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系RtTRtIt|Ut|=Rt*Itti 实践

15、表明，当选取g=410-4-1时，在0500测温度范围内，铂电阻Rt两端的电压信号Ut与被测温度t之间的非线性误差最小。35控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系热电阻导线电阻补偿电路热电阻导线电阻补偿电路回放回放回放回放为了消除导线电阻的影响，热电阻采用三线制接法。暂不考虑暂不考虑暂不考虑暂不考虑R R R R23232323、R R R R24242424支路的作用，可求得支路的作用，可求得支路的作用，可求得支路的作用，可求得 USR16R17R18R19RtUtItr1r336控制仪表和计算机控制装

16、置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系回放回放回放回放后一级放大电路 UzR28RfUOUtR30R31上式表明，若不考虑导线电阻的补偿，则热电阻导线电阻的压降会造成测量误差。37控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系回放回放回放回放再考虑再考虑再考虑再考虑R R R R23232323、R R R R24242424支路的作用支路的作用支路的作用支路的作用USR16R17R18R19RtUtItr1UOUzR28RfUtR30R31R2

17、9Ui38控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系由上式可见，导线电阻r1上的压降被导线电阻r2上的压降所抵消，因此，导线电阻补偿电路可以消除热电阻连接导线的影响。应注意的是，上面结论是在电流Ic=It的条件下得到的。由于流过热电阻Rt的电流It不是一个常数，因此Ic=It只能在测温度范围内的某一点上成立。这样，导线电阻补偿电路只能在这一点上获得全补偿。一般取变送器量程上限一点进行全补偿，即使Ic等于变送器量程上限时的It。39控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系另一种常用的热电阻输入电路另一种常用的热电阻输入电路另一种常用的热电阻输入电路另一种常用的热电阻输入电路 40