过程装备控制技术及应用教学.pptx

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1、4.1 变送器4.2 调节器4.3 执行器第1页/共35页2一一一一.变送器的作用变送器的作用变送器的作用变送器的作用二二二二.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三三三三.变送器的构成原理变送器的构成原理变送器的构成原理变送器的构成原理四四四四.变送器的一些共性问题变送器的一些共性问题变送器的一些共性问题变送器的一些共性问题五五五五.差压差压差压差压变送器变送器变送器变送器六六六六 .温度温度温度温度变送器变送器变送器变送器4.1 变送器第2页/共35页3 对各种工艺参数，如温度，压力、流量、液位、对各种工艺参数，如温度，压力、流量

2、、液位、对各种工艺参数，如温度，压力、流量、液位、对各种工艺参数，如温度，压力、流量、液位、成分等物理量进行检测，并转化成统一标准信号，成分等物理量进行检测，并转化成统一标准信号，成分等物理量进行检测，并转化成统一标准信号，成分等物理量进行检测，并转化成统一标准信号，以供显示、记录或控制之用。以供显示、记录或控制之用。以供显示、记录或控制之用。以供显示、记录或控制之用。一一.变送器的作用：变送器的作用：气动变送器气动变送器电动变送器电动变送器l差压变送器差压变送器l温度变送器温度变送器第3页/共35页4yx0变送器的理想送器的理想输入入输出特性出特性二二.变送器的理想送器的理想输入入输出特性：

3、出特性：x xmaxmax和和x xminmin：变送器测量范围的变送器测量范围的变送器测量范围的变送器测量范围的上限值和下限值上限值和下限值上限值和下限值上限值和下限值，即被测参数，即被测参数，即被测参数，即被测参数的上限值和下限值。图中，的上限值和下限值。图中，的上限值和下限值。图中，的上限值和下限值。图中，x x x xminminminmin=0=0=0=0y ymaxmax和和y yminmin：变送器变送器变送器变送器输出信号的上限值和下限值输出信号的上限值和下限值输出信号的上限值和下限值输出信号的上限值和下限值，对于模拟式，对于模拟式，对于模拟式，对于模拟式变送器，即为变送器，即

4、为变送器，即为变送器，即为统一标准信号的上限值和下限值。统一标准信号的上限值和下限值。统一标准信号的上限值和下限值。统一标准信号的上限值和下限值。第4页/共35页5 由图可得出变送器的输出一般表达式为：由图可得出变送器的输出一般表达式为：由图可得出变送器的输出一般表达式为：由图可得出变送器的输出一般表达式为：式中式中式中式中 x-x-x-x-变送器的输入信号；变送器的输入信号；变送器的输入信号；变送器的输入信号；y-y-y-y-相对应于相对应于相对应于相对应于x x x x时变送器的输出。时变送器的输出。时变送器的输出。时变送器的输出。（1 1）yx0变送器的理想送器的理想输入入输出特性出特性

5、第5页/共35页6 从构成原理来看，模拟式变送器由从构成原理来看，模拟式变送器由从构成原理来看，模拟式变送器由从构成原理来看，模拟式变送器由测量部分测量部分，放大器放大器和和和和反馈部分反馈部分三部分组成。三部分组成。三部分组成。三部分组成。三三.变送器的构成原理：送器的构成原理：模拟式变送器模拟式变送器模拟式变送器模拟式变送器完全完全完全完全由模拟元器件构成由模拟元器件构成由模拟元器件构成由模拟元器件构成，它将输入的各种被测参数转换成统一标准，它将输入的各种被测参数转换成统一标准，它将输入的各种被测参数转换成统一标准，它将输入的各种被测参数转换成统一标准信号，其性能也完全取决于所采用的硬件。

6、信号，其性能也完全取决于所采用的硬件。信号，其性能也完全取决于所采用的硬件。信号，其性能也完全取决于所采用的硬件。如图所示：在放大器的输入端还如图所示：在放大器的输入端还如图所示：在放大器的输入端还如图所示：在放大器的输入端还加有调零与零点迁移信号加有调零与零点迁移信号加有调零与零点迁移信号加有调零与零点迁移信号Z Z0 0第6页/共35页7 放大部分放大部分放大部分放大部分：在放大器的输入端，：在放大器的输入端，：在放大器的输入端，：在放大器的输入端，Zi与调零及零点迁移信号与调零及零点迁移信号与调零及零点迁移信号与调零及零点迁移信号Z0的代数和同的代数和同的代数和同的代数和同Zf进行比较，

7、进行比较，进行比较，进行比较，其差值其差值其差值其差值由放大器进行放大，并转换成统一标准信号由放大器进行放大，并转换成统一标准信号由放大器进行放大，并转换成统一标准信号由放大器进行放大，并转换成统一标准信号y y y y输出。输出。输出。输出。测量部分测量部分：包括检测元件，其作用是：包括检测元件，其作用是：包括检测元件，其作用是：包括检测元件，其作用是检测检测检测检测x x x x，并将其转换成放大器可以接受，并将其转换成放大器可以接受，并将其转换成放大器可以接受，并将其转换成放大器可以接受的信号的信号的信号的信号Z Zi i ，Z Z Z Zi i i i可是电流、电压、位移和可是电流、电

8、压、位移和可是电流、电压、位移和可是电流、电压、位移和作用力等，由变送器的类型决定。作用力等，由变送器的类型决定。作用力等，由变送器的类型决定。作用力等，由变送器的类型决定。反馈部分反馈部分反馈部分反馈部分：将变送器的输出：将变送器的输出：将变送器的输出：将变送器的输出y y y y转换成反馈信号转换成反馈信号转换成反馈信号转换成反馈信号Z Zf f。第7页/共35页8四四.变送器的一些共性送器的一些共性问题：变送器在使用之前，须进行变送器在使用之前，须进行变送器在使用之前，须进行变送器在使用之前，须进行量程调整量程调整和和和和零点调整零点调整零点调整零点调整。（一）量程（一）量程调整整 量程

9、调整的目的量程调整的目的：是使变送器的输出信号上限值：是使变送器的输出信号上限值：是使变送器的输出信号上限值：是使变送器的输出信号上限值y y y ymaxmaxmaxmax与测量范围的上限值与测量范围的上限值与测量范围的上限值与测量范围的上限值x x x xmaxmaxmaxmax相对应。右相对应。右相对应。右相对应。右图为变送器量程调整前后的输入输出特性。图为变送器量程调整前后的输入输出特性。图为变送器量程调整前后的输入输出特性。图为变送器量程调整前后的输入输出特性。由该图可见，量程调整相当于改变变送器的输入输由该图可见，量程调整相当于改变变送器的输入输由该图可见，量程调整相当于改变变送器

10、的输入输由该图可见，量程调整相当于改变变送器的输入输出特性的出特性的出特性的出特性的斜率斜率斜率斜率，也就是改变变送器输出信号，也就是改变变送器输出信号，也就是改变变送器输出信号，也就是改变变送器输出信号y y y y与输入信与输入信与输入信与输入信号号号号x x x x之间的之间的之间的之间的比例系数比例系数比例系数比例系数。yx0量程量程调整前后整前后第8页/共35页9（二）零点（二）零点调整和零点迁移整和零点迁移目的目的：是：是使变送器的输出信号下限值使变送器的输出信号下限值使变送器的输出信号下限值使变送器的输出信号下限值y y y yminminminmin与测量范围的下限值与测量范围

11、的下限值与测量范围的下限值与测量范围的下限值x x x xminminminmin相对应。相对应。相对应。相对应。X Xminmin=0=0时称零点调整时称零点调整，x xminmin00时成为零点迁移时成为零点迁移。零点调整目的：零点调整目的：使变送器的测量起点为零使变送器的测量起点为零使变送器的测量起点为零使变送器的测量起点为零零点迁移目的：零点迁移目的：是把测量的起始点由零迁移到某一数值（正值或负值）。是把测量的起始点由零迁移到某一数值（正值或负值）。是把测量的起始点由零迁移到某一数值（正值或负值）。是把测量的起始点由零迁移到某一数值（正值或负值）。测量的起始点由零变为某一正值，称为测量

12、的起始点由零变为某一正值，称为测量的起始点由零变为某一正值，称为测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移正迁移正迁移正迁移；测量的起始点由零变为某一负值，称为测量的起始点由零变为某一负值，称为测量的起始点由零变为某一负值，称为测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移负迁移负迁移负迁移。下图为变送器零点迁移前后的输入输出特性。下图为变送器零点迁移前后的输入输出特性。下图为变送器零点迁移前后的输入输出特性。下图为变送器零点迁移前后的输入输出特性。第9页/共35页10 x x0 0(a)(a)未迁移未迁移y yx x0 0(b)(b)正迁移正迁移y y变送器零点迁移前后的送器零点迁移前后的输入入输出

13、特性出特性x x0 0(c)(c)负迁迁移移y y 由由由由上上上上图图图图可可可可以以以以看看看看出出出出，零零零零点点点点迁迁迁迁移移移移以以以以后后后后，变变变变送送送送器器器器的的的的输输输输入入入入输输输输出出出出特特特特性性性性沿沿沿沿x x x x坐坐坐坐标标标标向向向向右右右右或或或或向向向向左左左左平平平平移移移移了一段距离，其了一段距离，其了一段距离，其了一段距离，其斜率并没有改变斜率并没有改变斜率并没有改变斜率并没有改变，即变送器的量程不变。，即变送器的量程不变。，即变送器的量程不变。，即变送器的量程不变。第10页/共35页11 进行零点迁移，再辅以量程调整，可以提高仪表

14、进行零点迁移，再辅以量程调整，可以提高仪表进行零点迁移，再辅以量程调整，可以提高仪表进行零点迁移，再辅以量程调整，可以提高仪表 的的的的灵敏度灵敏度。各种变送器对其零点迁移的范围都有明确规定。各种变送器对其零点迁移的范围都有明确规定。各种变送器对其零点迁移的范围都有明确规定。各种变送器对其零点迁移的范围都有明确规定。零点调整和零点迁移的方法，对于模拟式变送零点调整和零点迁移的方法，对于模拟式变送零点调整和零点迁移的方法，对于模拟式变送零点调整和零点迁移的方法，对于模拟式变送 器，是器，是器，是器，是通过改变通过改变通过改变通过改变加在放大器输入端上的加在放大器输入端上的加在放大器输入端上的加在

15、放大器输入端上的调零信号调零信号调零信号调零信号Z Z Z Z0 0 0 0的大的大的大的大小来实现小来实现小来实现小来实现第11页/共35页12(2)(2)(2)(2)先进行量程调整（先进行量程调整（先进行量程调整（先进行量程调整（0-0.6MPa0-0.6MPa0-0.6MPa0-0.6MPa）2 2，再进行零点迁移（，再进行零点迁移（，再进行零点迁移（，再进行零点迁移（1-1.61-1.61-1.61-1.6）3 3，斜率改变，斜率改变，灵敏度提高！灵敏度提高！例例：某变送器的量程为：某变送器的量程为：某变送器的量程为：某变送器的量程为0 0 0 01MPa1MPa1MPa1MPa，输出

16、信号为，输出信号为，输出信号为，输出信号为4-20mA4-20mA4-20mA4-20mA。欲把该变送器用于测量。欲把该变送器用于测量。欲把该变送器用于测量。欲把该变送器用于测量1 1 1 11.6MPa1.6MPa1.6MPa1.6MPa的信号，试问：该变送器应作何调整？的信号，试问：该变送器应作何调整？的信号，试问：该变送器应作何调整？的信号，试问：该变送器应作何调整？(1)(1)(1)(1)量程够用，直接零点迁移量程够用，直接零点迁移量程够用，直接零点迁移量程够用，直接零点迁移2 2，再调整量程再调整量程再调整量程再调整量程3 3x x（MPaMPa）0 0（2 2）y y（mAmA）4

17、 420201.01.010 0（1 1）y y（mAmA）4 420201.01.01x x（MPaMPa）2.02.0220.60.631.61.61.61.63第12页/共35页13总总总总 结结结结 仪表的仪表的仪表的仪表的零点调整与迁移扩大了仪表的使用范围零点调整与迁移扩大了仪表的使用范围零点调整与迁移扩大了仪表的使用范围零点调整与迁移扩大了仪表的使用范围，增加仪表了通用性和灵活，增加仪表了通用性和灵活，增加仪表了通用性和灵活，增加仪表了通用性和灵活性。性。性。性。各种变送器根据自身的构造对其各种变送器根据自身的构造对其各种变送器根据自身的构造对其各种变送器根据自身的构造对其零点迁移

18、的范围都有明确的规定零点迁移的范围都有明确的规定零点迁移的范围都有明确的规定零点迁移的范围都有明确的规定，在使用，在使用，在使用，在使用说明书上有详细注明其调节方法，调整都不是任意的，而且也是反复进行的。说明书上有详细注明其调节方法，调整都不是任意的，而且也是反复进行的。说明书上有详细注明其调节方法，调整都不是任意的，而且也是反复进行的。说明书上有详细注明其调节方法，调整都不是任意的，而且也是反复进行的。第13页/共35页五五.差压差压变送器变送器第14页/共35页1、差压变送器的工作原理差压变送器的基本原理：是将一个空间用敏感元件（多用膜盒）分割成两个腔室，分别向两个腔室引入压力时，传感器在

19、两方压力共同作用下产生位移（或位移的趋势），这个位移量和两个腔室压力差（差压）成正比，将这种位移转换成可以反映差压大小的标准信号输出。实际构造中，敏感元件的结构，腔室的形式，位移转换的方式，标准信号的格式 都有很多种。第15页/共35页第16页/共35页2、差压变送器适用范围差压变送器用于测量液体、气体和蒸汽的液位、密度和压力，已广泛用于石油、化工、冶金、电力、食品、造纸、医药、机械制造、科学实验和航空军工等行业。第17页/共35页锅炉汽包测量装置第18页/共35页高加水位测量装置简图第19页/共35页20（）（）气气动差差压变送器送器 主要用途主要用途主要用途主要用途 测测量液体、气体或蒸汽

20、的量液体、气体或蒸汽的量液体、气体或蒸汽的量液体、气体或蒸汽的压压力、差力、差力、差力、差压压、流量、液位等、流量、液位等、流量、液位等、流量、液位等物理量物理量物理量物理量 气气气气动动差差差差压变压变送器的工作原理送器的工作原理送器的工作原理送器的工作原理 力平衡原理，力平衡原理，力平衡原理，力平衡原理，将将将将压压力信号成比例地力信号成比例地力信号成比例地力信号成比例地转换转换成成成成 kPakPakPakPa的的的的统统一一一一标标准气准气准气准气压压信号信号信号信号 杠杆系杠杆系杠杆系杠杆系统统的三种形式：的三种形式：的三种形式：的三种形式：单单杠杆、双杠杆、和矢量机构杠杆、双杠杆、

21、和矢量机构杠杆、双杠杆、和矢量机构杠杆、双杠杆、和矢量机构 敏感元件敏感元件敏感元件敏感元件为为膜片或膜盒膜片或膜盒膜片或膜盒膜片或膜盒 第20页/共35页21（2 2）电动电动差差差差压变压变送器送器送器送器 电动电动差差差差压变压变送器能将送器能将送器能将送器能将压压力信号力信号力信号力信号 成比例地成比例地成比例地成比例地转换转换成成成成010mA(DDZ010mA(DDZ型型型型)或或或或420mA(DDZ420mA(DDZ型型型型)直流直流直流直流电电流流流流统统一一一一标标准信号，送往准信号，送往准信号，送往准信号，送往调节调节器或器或器或器或显显示示示示仪仪表表表表进进行指示、行

22、指示、行指示、行指示、记记录录和和和和调节调节。第21页/共35页3、常用的几种差压变送器 DDZ(电动单元组合)型压力（差压）变送器 矢量式压力变送器 电容式压力（差压）变送器 扩散硅式压力（差压）变送器 EJA智能压力（差压）变送器 第22页/共35页DDZ型压力（差压）变送器有下列特点：（1）采用国际标准信号制；（2）采用线路集成电路；（3）集中统一供电，并与蓄电池构成不停电供电装置；（4）结构合理，调整简单；（5）能与计算机配套使用；（6）整套仪表可以构成安全火花型防爆系统。4、DDZ型压力（差压）变送器第23页/共35页4、DDZ型压力（差压）变送器DDZ型压力（差压）变送器由测量部

23、分、放大器、电磁反馈等几部分组成。其原理如图所示：第24页/共35页4、DDZ型压力（差压）变送器第25页/共35页 敏感元件将被测压力（差压）转换成相应的测量力，杠杆系统把测量力与反馈力进行比较后，转换成位移检测片的位移量，位移检测放大器将位移检测片的位移量转换放大成420mA的直流电流输出。该电流通过电磁反馈结构形成电磁反馈力，并作用于副杠杆上，形成反馈力矩。当反馈力矩与测量力的作用力矩相等时，杠杆系统处于平衡状态，此时，变送器的输出电流与被测压力成正比。从而，得出被测压力的大小4、DDZ型压力（差压）变送器第26页/共35页六、六、温度温度变送器送器第27页/共35页281、温度、温度变

24、送器的作用送器的作用 与与与与各各各各种种种种热热电电偶偶偶偶或或或或热热电电阻阻阻阻配配配配合合合合使使使使用用用用，将将将将被被被被测测温温温温度度度度线线性性性性转转换为换为0-10mA0-10mA或或或或4-20mA4-20mA直流直流直流直流电电流信号，便于后流信号，便于后流信号，便于后流信号，便于后续处续处理理理理 温度温度温度温度变变送器的三种送器的三种送器的三种送器的三种结结构构构构 DDZ-IIIDDZ-III型型型型热电热电偶温度偶温度偶温度偶温度变变送器送器送器送器 热电热电偶温度偶温度偶温度偶温度变变送器的工作原理送器的工作原理送器的工作原理送器的工作原理 利利利利用用

25、用用非非非非线线性性性性的的的的反反反反馈馈回回回回路路路路来来来来抵抵抵抵消消消消热热电电偶偶偶偶的的的的非非非非线线性性性性，以以以以得得得得到整个到整个到整个到整个变变送器的送器的送器的送器的线线性性性性六、六、温度温度变送器送器第28页/共35页291、温度、温度变送器的作用送器的作用 温度温度温度温度变变送器的三种送器的三种送器的三种送器的三种结结构构构构根据根据根据根据测测温温温温传传感器的不同感器的不同感器的不同感器的不同类类型：型：型：型：u直流毫伏直流毫伏直流毫伏直流毫伏变变送器送器送器送器u电电阻体温度阻体温度阻体温度阻体温度变变送器送器送器送器u热电热电偶温度偶温度偶温度

26、偶温度变变送器送器送器送器六、六、温度温度变送器送器量程单元量程单元放大单元放大单元第29页/共35页30第30页/共35页31第31页/共35页324-23第32页/共35页性能优点：1、低漂移、高增益的线性集成电路2、线性化电路3、安全火花防爆措施，兼有安全栅的功能性能指标：1、测量繁文缛节 3mV-60mV;零点迁移量-50-+50mV2、基本误差 0.5%3、温度特性 环境温度每变化25C，附加误差不超过千分之54、恒流特性环境温度每变化25C，附加误差不超过千分之55、防爆指标 2、DDZ-III型型热电偶温度偶温度变送器送器第33页/共35页4-25第34页/共35页感谢您的观看！第35页/共35页