控制仪表及装置ppt课件

控制仪表及装置,第二章变送器和转换器,1,内容安排,第一节变送器的构成第二节差压变送器第三节温度变送器第四节电/气转换器,变送器和转换器,2,第一节变送器的构成,一、构成原理,3,二、量程调整、零点调整和零点迁移,量程调整相当于改变变送器的输入输出特性的斜率，也就是改变变送器输出信号y与输入信号x之间的比例系数。,量程调整（即满度调整）的目的是使变送器的输出信号上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应。,方法：改变反馈部分反馈系数改变测量部分转换系数,4,零点调整使变送器测量起始点为零；零点迁移是把测量起始点由零迁移到某一数值。当测量起始点由零变为某一正值，称正迁移；而由零变为某一负值，称为负迁移。,零点调整和零点迁移都是使变送器的输出信号下限值ymin与测量范围的下限值xmin相对应，在xmin=0时，称为零点调整，在xmin0时，称为零点迁移。,实现方法：改变调零信号Z0,5,第二节差压变送器,作用：用来将压力、差压、流量、液位等被测参数转换为统一标准的信号，以实现对这些参数的显示、记录或自动控制。,应用：,6,一、力平衡式差压变送器,力平衡式差压变送器电容式差压变送器扩散硅式差压变送器,7,8,作用：把被测差压P转换成作用于主杠杆下端的输入力Fi,1.测量部分,9,作用：进行力的传递和力矩比较。,2.杠杆系统,10,3.电磁反馈装置,作用：把变送器的输出电流I0转换成作用于副杠杆的电磁反馈力Ff,11,4.低频位移检测放大器,作用：把副杠杆上位移检测片（衔铁）的微小位移S转换成420mA的直流输出电流。组成：由差动变压器、低频振荡器、整流滤波电路、功率放大器组成。,12,差动变压器,B,13,（一）概述,二、电容式差压变送器,14,（二）测量部件,测量部件结构,15,结论：,16,（三）转换放大电路,作用：将差动电容的相对变化值，转换成标准的电流输出信号。此外，还要实现零点调整、正负迁移、量程调整、阻尼调整等功能。,电路包括电容电流转换电路及放大电路两部分,17,转换放大部分电路原理方框图,18,1.电容电流转换电路,振荡器包括VT1、T1等，向Ci1和Ci2提供高频电源,作用：将差动电容的相对变化值成比例地转换为差动电流信号(电流变化值)。,19,解调和振荡控制电路,振荡控制放大器主要包括放大器IC1，其作用是保持I1+I2不变,20,线性调整电路(包括VD9、VD10、R22、R23、RP1等),检测元件中分布电容的存在，使差动电容的相对变化值减小，造成非线性误差，故设计了线形调整电路。,电路通过提高振荡器输出电压幅度以增大解调器输出电流的方法，来补偿分布电容所产生的非线性误差。补偿电压大小取决于RP1的阻值。,21,2.放大及输出限制电路,作用：将电流信号Ii放大，并输出420mA的直流电流。,22,放大电路(包括IC3、VT3、VT4等),IC3起前置放大作用，VT3、VT4组成复合管，将IC3的输出电压变换为变送器的输出电流。,23,调零电路调量程电路,24,输出限制电路(包括VT2、R18等),当输出电流超过允许值时，R18上压降变大，使VT2的集电极电位降低，从而使该管处于饱和状态，流过VT2(也即VT4)的电流受到限制(Io不超过30mA)。,25,三、扩散硅电子式差压（压力）变送器,扩散硅电子式差压（压力）变送器采用硅杯压阻传感器作为感压元件，它具有体积小、重量轻、结构简单、稳定性好和测量精度比较高等特点。这种变送器的感压元件由两片研磨后胶合成杯状的硅片组成，如图所示的硅杯。,当p1p2时，硅杯杯底受侧向压力差作用而向一侧弯曲，这就使在杯底表面扩散的电阻阻值发生变化，这些电阻阻值变化再通过电桥等电路的进一步处理，最终将待测压力或差压转换为标准信号（420mADC）输出。,1外壳；2低压腔；3电阻（扩散硅）；4高压腔；5硅杯；6引线,26,27,28,扩散硅压阻传感器,设：,29,第三节温度变送器,作用:将来自热电偶或热电阻的温度信号转换为统一标准的信号(420mADC或15VDC)，以实现对温度的显示、记录或自动控制。,分类：变送器有两线制和四线制之分，主要讨论四线制变送器。有三个品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送器、热电阻温度变送器。,30,四线制温度变送器的特点：1、在热电偶和热电阻温度变送器中，采用了线性化电路，实现了变送器输出信号与温度的线性关系。2、变送器输入、输出之间具有隔离变压器，并且采取了本安防爆措施。,一、四线制温度变送器,（一）概述,电动温度变送器,31,温度变送器结构方框图,在线路结构上分为量程单元和放大单元，放大单元是通用的，而量程单元则随品种、测量范围的不同而异。,32,（二）放大单元,由IC1构成，要求采用低漂移、高增益的运算放大器。（参见P7375图）,1.电压放大电路,作用：是将量程单元输出的毫伏信号放大，输出直流电流Io和直流电压Uo信号。,当温度变送器的最小量程Ui为3mV，温升t为30oC，要求附加误差小于等于0.3%时，通过计算可得失调电压的温漂系数：,33,2.功率放大电路,由VT1、VT2、T0等组成。其作用是把IC1输出的电压信号转换成电流信号，再通过隔离变压器实现隔离输出。,VT1、VT2起功放作用，由交流方波电压供电。在方波的前后半周期，二极管轮流导通，电流通过T0的两个绕组而产生交变磁通，在T0副边产生交变电流iL。,34,3.隔离输出电路,由整流二极管VD13VD16、保护二极管VD17VD18等组成。其作用是将功放输出的交流信号转换成直流信号,并实现隔离输出。,7、8端接输出负载，为电流输出（4-20mA）5、6端为电压输出（1-5V）,7,35,4.直流-交流-直流(DC/AC/DC)变换器,组成：由整流二极管VD38、变压器T1等组成。（P7375）,方法：先把24V直流电压转换成一定频率的的交流方波电压，再经过整流、滤波和稳压，提供直流电压。,电路核心：直流-交流(DC/AC)变换器（实质上是一个磁耦合多谐振荡器）。,作用：是对仪表进行隔离式供电。,36,（三）直流毫伏变送器量程单元,量程单元由输入回路(左半部分)和反馈回路(右半部分)组成，将其与IC1联系起来画成下图。,37,输入回路:,38,结论：,(1)改变值,即更换R103和调整RP1,可实现零迁和调零。,(2)改变值,即更换R114和调整RP2,可实现量程调整。,(3)零位和满度必须反复调整。,39,（四）热电偶温度变送器量程单元,40,1.冷端温度补偿,采用两个铜电阻，固定为50。当热电偶型号不同时，只需调整几个锰铜电阻或金属膜电阻。,41,2.线性化,采取在反馈回路中置入与热电偶特性相一致的非线性电路的方法，如下图所示。,42,用四段折线来模拟非线性运算电路，如下图。折线的段数及斜率大小由热电偶的特性来确定。表示直线的斜率。,43,非线性电路的实现,在IC2的反馈回路中加入一些稳压管和基准电压，利用稳压管的击穿特性实现折线电路。,44,（五）热电阻温度变送器量程单元,45,1.线性化,线行化电路置于输入回路，采用正反馈的方法来达到线性化的目的，如下图所示。,当Rt随温度而增加时，It将增大。而从上式可知，Rt的增加导致It的进一步加大，从而实现线性化。,46,2.引线电阻补偿,为消除引线电阻的影响，热电阻采用三导线接法，要求r1=r2=r3=r。由R23、R24、r2构成的支路为引线电阻补偿电路。,二、两线制温度变送器（P77图）,47,第四节电/气转换器,一、概述,将电动仪表输出的420mA直流电流转换成可被气动仪表接受的20100kPa标准气压信号，以实现电动、气动仪表的联用。,电/气转换器,48,二、气动仪表的基本元件,（一）气阻,气阻与电阻相似，它可以改变气路中的气体流量。流过气阻的流体为层流状态时，气阻呈现为线性；而流体为紊流状态时，气阻呈现非线性。有恒气阻(毛细管、小孔等)与可调气阻(变气阻)。,（二）气容,气容与电容相似，它是具有一定容积的气室，是储能元件；有固定气容与弹性气容两种。,49,固定气室的气容量为恒值。弹性气容在工作过程中容积发生变化，气容量也随之改变。,（三）弹性元件,用来产生力、储存机械能、缓冲振动，把力、差压等物理量转换为位移。弹性元件有弹簧、波纹管、金属膜片和非金属膜片等。,50,（四）喷嘴挡板机构,把微小的位移转换成相应的压力信号，由恒节流孔与喷嘴挡板(变节流孔)组成。,喷嘴挡板构成一个变气阻，气阻值决定于喷嘴挡板间的间隙，气源压力pS经恒节流孔进入节流气室，由喷嘴挡板的间隙排出，改变时，喷嘴背压pB也改变。,51,（五）功率放大器,将喷嘴挡板的输出压力和流量放大，由壳体、膜片、锥阀、球阀、簧片、恒气阻等组成。,当输入信号(喷嘴背