过程控制一过程控制仪表与装置总体概述.pptx

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1、1第一节第一节 过程控制仪表与装置总体概过程控制仪表与装置总体概述述第1页/共73页2一、自动控制系统和过程控制仪表一、自动控制系统和过程控制仪表 过程控制仪表与装置是实现生产过程自动化必不可少的工具。第2页/共73页3基本要求：1.掌握控制仪表的构成原理和基本概念；2.能够选用合适的仪表构成所需的控制系统。第3页/共73页4二、过程控制仪表与装置的分类及特二、过程控制仪表与装置的分类及特点点按能源形式分类按信号类型分类按结构形式分类第4页/共73页5按能源形式分类可分为电动，气动，液动和机械式等。工业上普遍使用电动和气动控制仪表。导管，管路板 导线，印刷电路板 接线 气动元件（气阻、气容、气

2、动放大器等）电子元器件（电阻、电容、电子放大器、集成电路等）构成 气压信号 电信号（电流、电压或脉冲）传输信号气源（140 kPa）电源（220VAC）（24V DC）能源 气动控制仪表 电动控制仪表 表1-1 1-1 电动控制仪表和气动控制仪表的比较第5页/共73页6按信号类型分类 模拟式控制仪表由模拟元器件构成，其传输信号为连续变化的模拟量，如电流、电压、气压信号等。数字式控制仪表以微处理器，单片机芯片为核心。其传输信号为断续变化的数字量，由于可以进行各种数字运算和逻辑判断，能解决模拟式控制仪表难以解决的问题。分为模拟式和数字式两大类：第6页/共73页7按结构形式分类单元组合式控制仪表单元

3、组合式控制仪表 基地式控制仪表基地式控制仪表 集散型计算机控制系统集散型计算机控制系统 现场控制系统现场控制系统第7页/共73页8单元组合式控制仪表它们都经历了型，型和型的三个阶段。电动单元组合仪表中还有模拟和数字技术相结合的DDZ-S型系列仪表。各个仪表之间用用统统一一的的标标准准信信号号进进行行联联系系，将将各各种种独独立立仪仪表表进进行行不不同同的的组组合合，可以构成适用于各种不同场合的自动检测或控制系统。这类仪表有电动 单 元 组 合 仪 表（DDZ）和 气 动 单 元 组 合 仪 表（QDZ）两大类。第8页/共73页9单元组合式控制仪表单元组合仪表可分为变送单元，执行单元，调节单元，

4、转换单元，运算单元，显示单元，给定单元和辅助单元等八类。.变送单元：它能将各种被测参数，如温度，压力，流量，液位等变换成相应的标准统一信号（4-20mA，0-10mA或20-100kPa）传送到接收仪表，以供指示、记录或控制。变送单元的品种有：温度、压力、差压、流量、液位变送器等。第9页/共73页10单元组合式控制仪表2.转换单元:将电压，频率等电信号转换为标准统一信号，或者进行标准统一信号之间的转换。转换单元的品种有：直流毫伏转换器、频率转换器、电-气转换器、气-电转换器等。3.调节单元:它将测量信号与给定信号进行比较，按偏差控制执行器的动作，使测量值与给定值相等。调节单元的品种有：比例积分

5、微分调节器、比例积分调节器、微分调节器以及具有特种功能的调节器等。第10页/共73页11单元组合式控制仪表4.运运算算单单元元:它将几个标准统一信号进行加、减、乘、除、开方、平方等运算，适用于多种参数综合控制、配比控制、流量信号的温度压力水补偿计算等。运算单元的品种有：加减器、乘除器和开方器等。5.显显示示单单元元:它对各种被测参数进行指示、记录、报警和积算，供操作人员监视控制系统工况之用。显示单元的品种有：指示仪、指示记录仪、报警器、比例积算器和开方积算器等。第11页/共73页12单元组合式控制仪表6.给给定定单单元元:输出标准统一信号，作为被控变量的给定值送到调节单元，实现定值控制。其输出

6、信号可以供给其它仪表作为参考基准值。给定单元的品种有：恒流给定器、定值器、比值给定器和时间程序给定器等。7.执执行行单单元元:它按照调节器输出的控制信号或手动操作信号，操作执行元件，改变控制变量的大小。执行单元的品种有：角行程电动执行器、直行程电动执行器和气动薄膜调节阀等。第12页/共73页13单元组合式控制仪表8.辅助单元:辅助单元是为了满足自动控制系统某些要求而增设的仪表。如：操作器、阻尼器、限幅器、安全栅等。第13页/共73页14基地式控制仪表 基地式控制仪表相当于把单元组合仪表的几个单元组合在一起，构成一个仪表。通常以指示、记录仪表为主体，附加控制、测量、给定等部件，其控制信号输出一般

7、为开关量，也可以是标准统一信号。也有在数字式变送器或执行器附带的数字式转换器中带有调节器功能。一个基地式仪表具有多种功能，与执行器联用或与变送器联用，便可构成一个简单的调节系统。第14页/共73页15集散型控制系统(DCS(DCS系统)DCS系统是一种以微型计算机为核心的计算机控制装置。其基本特点是分散控制分散控制、集中管理集中管理。DCS系统通常由控制站（下位机）、操作站（上位机）和过程通讯网络三部分组成：控制站完成数据采集、处理及控制的作用；操作站完成生产过程信息的集中显示、操作和管理等作用；过程通讯网络用于实现操作站与控制站的连接，完成信息、控制命令等传输。DCS系统可以实现单元组合仪表

8、中变送和执行单元之外所有的功能，但DCS的功能是单元组合仪表无法比拟。第15页/共73页16现场总线控制系统(FCS(FCS系统)FCS系统是基于现场总线技术的一种新型计算机控制装置。其特点是现现场场控控制制和双双向向数数字字通通讯讯，即将传统上集中于控制室的控制功能分散到现场设备中，实现现场控制，而现场设备与控制室内的仪表或装置之间为双向数字通讯。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。其中现场设备是指系统最底层的监测、执行和计算设备，如智能化的变送器、执行器或控制器等。FCS系统具有全数字化、全分散式、可互操作、开放式以及现场设备状态可控等优点。FC

9、S系统中还可能出现以以太网技术和以无线通信技术为基础的计算机控制系统。第16页/共73页17三、信号制信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。目的：达到通用性和相互兼容性的要求，以便不同系列或不同厂家生产的仪表能够共同使用在同一控制系统中，实现系统的功能。第17页/共73页18信号标准我国国家标准GB777化工自动化仪表模拟气动信号规定了气动仪表信号的下限值和上限值，如表1-2所示，该标准与国际IEC382是一致的。100kPa(1Kgf/cm2)20kPa(0.2Kgf/cm2)上限下限1 1、气动仪表的信号标准第18页/共73页19信号标准 序号1的规定与国际标准IEC3

10、81 A一致。序号2考虑到DDZ-系列单元组合仪表当时仍在广泛使用而设置的。0-10mAmA电流信号欧欧欧负载电阻序号2 2、电动仪表的信号标准(GB339)第19页/共73页20电动仪表信号标准的使用1、现场与控制室仪表之间采用直流电流信号 优点：优点：a.直流比交流干扰少b.直流信号对负载的要求简单c.电流比电压更利于远传信息要求：要求：接收仪表输入电阻小。缺缺点点：多个仪表接收同一电流信息，它们必须串联。第20页/共73页21 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，否则其它仪表将会因电流中断而失去信号 仪表无公共接地点，须浮空工作第21页/共73页222 2、控制

11、室内部仪表之间采用直流电压信号优点：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。各个仪表具有公共接地点，可以共用一个直流电源。要求：要求：接收仪表的输入阻抗要足够高第22页/共73页23电动仪表信号标准的使用3、控制系统仪表之间典型联接方式Io：发送仪表的输出电流Ro：发送仪表的输出电阻Ri：接收仪表的输入电阻R：电流电压转换电阻，Io=420mA时R取250。第23页/共73页24第二节仪表防爆的基本知识组别T1450 T2300400 T3200300 T4135200 T5100135 T685100 IIA 甲烷、氨、乙甲烷、氨、乙烷、丙烷、丙烷、丙烷、丙酮、苯、甲苯、酮、

12、苯、甲苯、一氧化碳、丙一氧化碳、丙烯酸、甲脂、烯酸、甲脂、苯乙烯、醋酸苯乙烯、醋酸乙脂、醋酸、乙脂、醋酸、氯苯、醋酸甲氯苯、醋酸甲脂脂 乙醇、丁醇、丁乙醇、丁醇、丁烷、醋酸丁脂、烷、醋酸丁脂、醋酸戊脂、环戊醋酸戊脂、环戊烷、丙烯、乙苯、烷、丙烯、乙苯、甲醇、丙醇甲醇、丙醇 环乙烷、环乙烷、戊烷、己戊烷、己烷、庚烷、烷、庚烷、辛烷、汽辛烷、汽油、煤油、油、煤油、柴油、戊柴油、戊醇、己醇、醇、己醇、环乙醇环乙醇 乙醛、三乙醛、三甲胺甲胺 亚硝酸亚硝酸乙脂乙脂 IIB 丙烯脂、二甲丙烯脂、二甲醚、环丙烷、醚、环丙烷、市用煤气市用煤气 环氧丙烷、丁二环氧丙烷、丁二烯、乙烯烯、乙烯 二甲醚、二甲醚、丙烯

13、醛、丙烯醛、碳化氢碳化氢 乙醚、二乙醚、二乙醚乙醚 IIC 氢、水煤气氢、水煤气 乙炔乙炔 二硫化二硫化碳碳 硝酸乙硝酸乙脂脂 第24页/共73页25在某些生产现场存在着各种易燃、易爆气体。安装在这种危险场所的仪表如果产生火花，就容易引起爆炸，因而必须具有防爆性能。气动仪表从本质上来说具有防爆性能。电动仪表必须采取必要的防爆措施才具有防爆性能，其防爆措施不同，防爆性能也将不同，适合应用的危险场所也不同。第25页/共73页26一、防爆仪表的标准 iaIICT5 iaIICT6 dIIBT3v防爆仪表的分类 v防爆仪表的分级和分组 v防爆仪表的标志国家标准GB3836.1爆炸性环境用防爆电气设备通

14、用要求第26页/共73页27防爆仪表的分类 II类(工厂用)电气设备又分为8种类型。其标志如下：S特殊型 n无火花型 q充沙型 O充油型 P正压型 i本质安全型 e增安型 d隔爆型 按照国标GB3836.1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 IIII类：工厂用电气设备第27页/共73页28防爆仪表的分级和分组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：（1）仪表产生能量过高的电火花或仪表内部因故障产生的火焰通过表壳的缝隙引燃仪表外的气体或蒸汽（2）仪表过高的表面温度因此，根据上述两个方面对II类（工厂用）防爆仪表进行了分级和分组，规定其适用范围。第28页

15、/共73页29防爆仪表的分级和分组防爆仪表的分级 根据：最大试验安全间隙dmax 或 最小点燃电流的比值MICR级别dmax(mm)MICR II A dmax0.9 MICR0.8 II B 0.9 dmax0.5 0.8MICR0.45 II C 0.5dmax 0.45MICR 第29页/共73页30防爆仪表的分级和分组防爆仪表的分组 根据：仪表最高表面温度温度组别T1T2T3T4T5T6最高表面温度45030020013510085仪表的最高表面温度=实测最高表面温度 实 测时环境温度+规定最高环境温度 第30页/共73页31防爆仪表的标志防爆仪表的防爆标志为“Ex”；仪表的防爆等级标

16、志的顺序为：防爆型式、类别、级别、温度组别。过程控制仪表常见的防爆等级有iaIICT5(iaIICT6)和dIIBT3二种。前者表示II类本质安全型ia等级C级T5组；后者表示II类隔爆型B级T3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。第31页/共73页32组别T1450 T2300400 T3200300 T4135200 T5100135 T685100 IIA 甲烷、氨、乙甲烷、氨、乙烷、丙烷、丙烷、丙烷、丙酮、苯、甲苯、酮、苯、甲苯、一氧化碳、丙一氧化碳、丙烯酸、甲脂、烯酸、甲脂、苯乙烯、醋酸苯乙烯、醋酸乙脂、醋酸、乙脂、醋酸、氯苯、醋酸甲氯苯、醋酸甲脂

17、脂 乙醇、丁醇、丁乙醇、丁醇、丁烷、醋酸丁脂、烷、醋酸丁脂、醋酸戊脂、环戊醋酸戊脂、环戊烷、丙烯、乙苯、烷、丙烯、乙苯、甲醇、丙醇甲醇、丙醇 环乙烷、环乙烷、戊烷、己戊烷、己烷、庚烷、烷、庚烷、辛烷、汽辛烷、汽油、煤油、油、煤油、柴油、戊柴油、戊醇、己醇、醇、己醇、环乙醇环乙醇 乙醛、三乙醛、三甲胺甲胺 亚硝酸亚硝酸乙脂乙脂 IIB 丙烯脂、二甲丙烯脂、二甲醚、环丙烷、醚、环丙烷、市用煤气市用煤气 环氧丙烷、丁二环氧丙烷、丁二烯、乙烯烯、乙烯 二甲醚、二甲醚、丙烯醛、丙烯醛、碳化氢碳化氢 乙醚、二乙醚、二乙醚乙醚 IIC 氢、水煤气氢、水煤气 乙炔乙炔 二硫化二硫化碳碳 硝酸乙硝酸乙脂脂 级别

18、易爆性气体或蒸汽级别和组别一览表易爆性气体或蒸汽级别和组别一览表 第32页/共73页33二、过程控制仪表的防爆措施过程控制仪表主要有:隔爆型防爆仪表 本质安全型防爆仪表 第33页/共73页34隔爆型防爆仪表 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：v采用耐压采用耐压8080100N/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度所规定的数值所规定的数值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

19、爆爆性性气体的级别采用规定的数值气体的级别采用规定的数值使用注意：*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34页/共73页35本质安全型防爆仪表v本质安全型防爆仪表也称安全火花型防爆仪表。这种仪表，在正常状态下或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不会引起规定的易爆性气体混合物爆炸。v 正常状态指在设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、接地及电源故障等情况。第35页/共73页36本质安全型防爆仪表本质安全型ia和ib两个等级分别表示：1.ia 等级在正常工作、一个故障和

20、两个故障时均不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。2.ib 等级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。第36页/共73页37本质安全型防爆仪表安全火花型防爆仪表所采取的措施主要有：1.仪表采用低工作电压和小工作电流。通常，正常工作电压不大于24VDC，电流不大于20mADC；故障时电压不大于35VDC，电流不大于35mADC；2.在线路设计上，对处于危险场所的电路，选择适当大小的电阻、电容和电感参数，使其只产生安全火花；同时在较大的电容、电感回路中并联双重化二极管，以消除不安全火花。第37页/共73页38三、控制系统的防爆措施 要使整个测量或控制系统的防爆性能符合安全火花防爆要求，

21、必须满足：1.在危险场所使用安全火花型防爆仪表2.在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅第38页/共73页39 1.必须正确地安装安全栅和布线。（1）安全栅必须有良好的接地。（2）安全栅的输入、输出端的接线，应该分别布设，不能走同一条线槽。（3）对由安全栅通向现场仪表的信号线的分布电容和分布电感有一定的限制。要真正实现安全火花防爆，必须做到：要真正实现安全火花防爆，必须做到：第39页/共73页40（4 4）因因为为信信号号线线与与穿穿线线管管管管壁壁之之间间存存在在的的分分布布电电容容也也具具有有储储能能作作用用。穿穿管管安安装装时时，穿穿线线管管的直径宜足够大的直径宜足够大分布电感、分布电

22、容的数值可按下公式计算分布电感、分布电容的数值可按下公式计算2.2.安全火花型现场仪表在危险场所时，虽然允许打安全火花型现场仪表在危险场所时，虽然允许打开表壳进行检查开表壳进行检查,携带到现场的检修用的仪器仪表携带到现场的检修用的仪器仪表必须是安全火花型的。必须是安全火花型的。第40页/共73页41第三节仪表的分析方法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，其放大器可由若干级放大电路或不同的放大器串联而成。属于这一类的仪表有DDZ-IIDDZ-II型仪表、大部分的变送器以及气动仪表等。2.2.整机由数目不等的运算放大器电路以不同形式（主要是串联形式）组

23、装而成。采用运算放大器的仪表都属于这一类构成形式，如DDZ-IIIDDZ-III型系列、I I系列和EKEK系列仪表等。第41页/共73页42一、采用单个放大器的仪表分析这这类类仪仪表表一一般般具具有有如如图图所所示示的的典典型型结结构构，整整个个仪表可以划分为：输入部分、放大器和反馈部分仪表可以划分为：输入部分、放大器和反馈部分。K Ki i输入部分的转换系数；K K放大器的放大系数；K Kf f反馈部分的反馈系数。第42页/共73页43当满足当满足KKKKf f11的条件时，的条件时，2.在满足KKf 1的条件时，放大器的净输入e趋向于零（e 0）。特点：特点：.在满足KKf 1的条件时，

24、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。由于 Z Zi i=DX Z=DX Zf f=K Kf fy y Z Zi i=Z=Zf f因此 =Z=Zi i-Z-Zf f =0=0第43页/共73页44分析方法 1 1、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；3 3、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 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 。第44页/共73页45电动仪表的两种比较方式1.1.串联比较2.2.并联比较第45页/共73页46电动仪表的两种取样方式1.电

25、流取样2.电压取样第46页/共73页47气动仪表的比较环节主要有：力比较和力矩比较二种方式。力比较是输入力和反馈力作用在比较元件上，其差值使比较元件产生微小的位移；力矩比较是输入力矩和反馈力矩作用在作为比较元件的杠杆上，其差值使杠杆产生微小的偏转。气动仪表的取样方式是将仪表输出气压信号直接引入反馈部分。第47页/共73页48二、采用运算放大器的仪表分析方法这类仪表的线路是由若干个运算放大器电路组装而成，主要是运算放大器电路以串联形式相联。由于每一个运算放大器电路的输出电阻很小，而输入电阻又都足够大，这样，前、后级运算放大器电路之间相互影响很小。分析这类仪表时，可以把整个仪表线路分成一个个运算放

26、大器电路单独地进行分析，最后再综合得到整机的特性。第48页/共73页49运算放大器的基本知识1 1输输入入端端（+、-）：+端端为为同同相相输输入入端端，-端端为为反反相相输输入入端端。电电压压差差U Ud d 的的正正方方向向是是从从同同相相端端到到反反相相端端。U UT T 为为同同相相端端对对地地（正正、负负电电源源的的公公共共端端）的的电电压压，U UF F 为为反相端对地的电压。反相端对地的电压。2 2输输出出端端：U Uo o 为为输输出出端端对对地的电压，地的电压，即输出电压。即输出电压。3 3电源端（电源端（U U+、U U-）1、运算放大器的引出端、运算放大器的引出端把运算放

27、大器看成是双端输入、单端输出的三端器件。把运算放大器看成是双端输入、单端输出的三端器件。第49页/共73页50运算放大器的基本性能.运算放大器的使用条件运算放大器的使用条件为差模输入电压为差模输入电压为共模输入电压为共模输入电压第50页/共73页51 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 和和 都有一定的限制，制造厂规定了运算放都有一定的限制，制造厂规定了运算放大器的最大差模输入电压（又称大器的最大差模输入电压（又称差模输入范差模输入范围围）和）和 最大共模输入电压（又称最大共模输入电压（又称共模输入范共模输入范围围）。）。运算放大器的输出电压和电流也都有一运算放大

28、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定的限制，最大输出电压一般比电源电压低低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，在仪表电路中需要输出大电流时，往往采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。用三极管进行电流放大。第51页/共73页52运算放大器的基本性能.运算放大器的基本特征运算放大器的基本特征 理想运算放大器特点：理想运算放大器特点：1 1输入电阻输入电阻R Ri i=0=0；2 2输出电阻输出电阻R Ro o=0=0；3 3开环电压增益开环电压增益K Ko o=0=0；4 4失调及其漂移为零。失调

29、及其漂移为零。两条重要的结论：两条重要的结论：1 1差模输入电压为零，即差模输入电压为零，即 =0=0 或或 U UT T =U UF F 2 2输入端输入电流为零，即输入端输入电流为零，即 =0,=0=0,=0 第52页/共73页53运算放大器电路1.反相端输入 UT=0=0第53页/共73页54特点：1 1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；3 3反相端不接地，但U UF F=0=0，故称反相端为“虚地”；4 4输入电阻约等于输入回路电阻R R1 1；5 5输入回路电流I Ii i，全部流经反馈回路，即I I f f=I Ii i 。

30、第54页/共73页55.同相端输入同相端输入 第55页/共73页56 特点：1 1输出电压与输入电压成正比，其比例系数为（1+R1+R2 2/R/R1 1）；2 2输出与输入极性相同；3 3同相端和反相端存在共模电压UC=；4 4输入电阻等于运算放大起本身的共模输入电阻，其值很大，通常为1 1 500M500MW W。第56页/共73页573.3.差动输入差动输入 如果取则第57页/共73页58特点：在满足 电阻匹配条件时，差动输入放大器电路的输出电压仅仅取决于两个输入电压之差U Uidid =U UiT iT-U UiFiF，即这种电路只放大差动信号，不放大共模信号，且与差动信号Uid 成正

31、比，比例系数为R2/R1。输出电压与差动信号极性相同。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。运算放大器输入端存在共模电压第58页/共73页594.电压跟随器 U U0 0=U Ui i 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，起隔离作用第59页/共73页60单电源供电的运算放大器电路 出于仪表总体设计的需要、便于仪表的安装以及变送器采用二线制等原因，在仪表线路中，一般都采用单电源供电，即由一组+24V电源供电。运算放大器采用单电源供电后，只影响其本身的使用条件，而并不影响运算放大器电路的运算关系

32、和特性。第60页/共73页61单电源供电时运算放大器的使用条件 双电源供电和单电源供电的实质是电位基准问题 2）而单电源供电是以电源负极为基准1）双电源供电，是以正、负电源公共端C为基准第61页/共73页62单电源供电时运算放大器的使用条件 、双电源 、单电源第62页/共73页63单电源供电时运算放大器的使用条件DDZ-III型等系列仪表的信号范围为1 5V，在24V单电源供电时，显然不能满足共模输入范围的要求。为此，在仪表的电路中，采用电平移动的方法，即另加电平移动电源UB，以便使UT 和UF 进入共模输入范围以内。另加电平移动电源UB 之后，运算放大器电路在单电源供电时以UB 为基准的运算

33、关系，跟双电供电时以地（0V）为基准的运算关系，在形式上完全相同。第63页/共73页64单电源供电的运算放大电路 为以UB为基准的输出电压 如以地为基准的输出电压为 运算放大器差模输入电压 没有改变 共模电压共模电压（应相对于（应相对于0V0V）如取U UB B作为输入、输出信号的基准UC 第64页/共73页65单电源供电的运算放大电路 24V24V单单电电源源供供电电的的对对称称差差动动运运算算放放大大器器电电路路，除除了了一一般般的的差动运放电路的特点之外，还具有如下两个特点：差动运放电路的特点之外，还具有如下两个特点：1.1.能能实实现现信信号号电电平平的的移移动动。U Uo o只只取取

34、决决于于U Uidid，而而与与输输入入信信号号的的基基准准无无关关，同同时时U U0 0又又是是以以U UB B为为基基准准，因因此此能能把把0V0V为为基基准准的输入电压的输入电压U UiTiT、U UiFiF转换为以转换为以U UB B为基准的输出电压为基准的输出电压U Uo o。2.2.U Uo o大大小小与与U UB B无无关关。电电平平移移动动电电压压V VB B是是以以共共模模电电压压形形式式同同时加到线路的两个输入端上。时加到线路的两个输入端上。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入电路均采用这种形式的电路

35、。输入电路均采用这种形式的电路。第65页/共73页66分析方法 采用运算放大器的仪表分析方法是把整个仪表线路分成一个个运算放大器电路单独地进行分析，最后再综合得到整机的特性。因此，采用运算放大器的仪表线路分析的基础是单个运算放大器电路的分析。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66页/共73页67利用基本运算放大器电路的关系式 特点：基本概念明确 物理意义清楚 要点：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

36、，就能很容易看出运算放大器电路的运算关系，并能很快地了解整个仪表的特性。当然，仪表中的实际电路，有时可能是两种基本电路的合成，或者输入回路电阻和反馈回路电阻包含有电容等非纯阻性元件。这时可以采用叠加法、等效电源定理、Y变换、阻抗变换法等方法进行处理，将这些比较复杂的运算放大器电路转化为基本电路。第67页/共73页68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：（1）差模输入电压等于零，即Ud=0或UT=UF；（2）输入端输入电流等于零，即IbT=0，IbF=0。这两个特征是分析运算器放大电路输入输出关系的出发点 关键：求得运算放大器两个输入端的电位UT和UF 根据电路具

37、体结构，找出输入、输出信号与UT、UF之间的关系，然后依据UT=UF，求出输出与输入之间的关系。方法：断开反馈又保证等效，把原电路转化为一个没有反馈的开环等效电路。第68页/共73页69三、仪表的分析步骤 对于一只仪表，可以采用由整体到局部的方法分析，即首先对仪表作总体概貌性了解，然后将仪表划分成几个部分，再对各划分部分逐一进行分析，最后综合出整机的特性。其具体步骤可以如下：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

38、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69页/共73页70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：目的：了解各部分的结构、作用、特点、输出与输入的关系，直至每一个元部件的作用。在分析中注意应用以下几种方法：a)对复杂的部分可画出其构成框图，作进一步划分，直到划分为最基本的构成部件为止。c)应用电路理论中的一些基本定律，如欧姆定律、分流公式、分压公式、等效电源定理、叠加定理、等，以便把复杂的电路转化为简单的形式。b)画等效电路。在画等效电路时，可以忽略一些次要元件，以便突出主要部分，也可以把电路画成习惯的形式。第70页/共73页71本章概要控制仪表与装置概述 控制仪表与装置的分类、特点 信号制仪表的防爆 仪表防爆的标准、防爆措施 控制系统的防爆措施仪表的分析方法由整体到局部 采用单个放大器的仪表分析方法 采用运算放大器的仪表分析方法 第71页/共73页72控制仪表与装置的分类第72页/共73页73感谢您的观看！第73页/共73页