控制仪表及装置第二章2

1、 内容安排内容安排 第一节第一节 变送器的构成变送器的构成 第二节第二节 差压变送器差压变送器 第三节第三节 温度变送器温度变送器 第四节第四节 电电/ /气转换器气转换器 第一节第一节 变送器的构成变送器的构成 一、构成原理一、构成原理 0 () 1 K yCxz KF 0 1 ()yCxz F 1 K F 变送器的构成原理和输入输出特性 y x ymax xmaxxmin ymin 0 测量部分测量部分 C 放大器放大器 K 反馈部分反馈部分 F 调零、零点迁移调零、零点迁移 Zi Zf Z0 yx 信号处理部分信号处理部分 变送器是基于负反馈原理工作的 二、量程调整、零点调整和零点迁移二

2、、量程调整、零点调整和零点迁移 量程调整量程调整相当于改变变送器相当于改变变送器 的输入输出特性的斜率，也的输入输出特性的斜率，也 就是改变变送器输出信号就是改变变送器输出信号y y 与输入信号与输入信号x x之间的比例系之间的比例系 数。数。 量程调整量程调整（即满度调整）的目的是（即满度调整）的目的是使变送器的输使变送器的输 出信号上限值出信号上限值y ymax max与测量范围的上限值 与测量范围的上限值x xmax max相对应。 相对应。 方法方法：改变反馈部分反馈系数改变反馈部分反馈系数 改变测量部分转换系数改变测量部分转换系数 零点调整零点调整使变送器测量起始点为零；使变送器测量

3、起始点为零；零点迁移零点迁移是把测量起是把测量起 始点由零迁移到某一数值始点由零迁移到某一数值。当测量起始点由零变为某一正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。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零点调整和零点迁移都是都是使变送器的输出信号下限使变送器的输出信号下限 值值y ymi min n与测量范围的下限值 与测量范围的下限值x xmi min n相对应，在 相对应，在x xmi min n= = 0 0时， 时， 称为零点调整，在称为零点调整，在x xmin min 0 0时，称为零点迁移时，称为零点迁移。 实现方法：实现

4、方法： 零点迁移的方法： F Z x F C y yFZ xCZ ZZZ f i fi 0 0 输入转换 调零、零 点迁移 放大器 F XY CK Zi Z0 Zf 注意：零点迁移（Z0)，量程不变； 量程调节（F），则零点变； 量程调节（C），则零点不变。 /053. 0 300 16 7001000 420 3%1300%170010002 /0123. 0 1300 16 01300 420 13%101300 45 . 0 45 . 25 . 10 . 15 . 04 . 035. 02 . 01 . 005. 002. 0005. 0 %1001 max max mAS mAS x

5、I x S ）（ 被测参数的变化量 仪表输出的变化量 灵敏度定义： 级精度一般工业用表为 等、度等级有：我国过程检测仪表的精 仪表量程 最大绝对误差 ）定义：仪表精度解：（ 三、线性化三、线性化 原因：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 模拟式变送器非线性补偿方法: 1、使反馈部分与传感器组件具有相同的非 线性特性 2、使测量部分与传感器组件具有相反的非 线性特性 不不变变。 小小小小大大，大大 器器为为线线性性。环环节节特特性性相相同同，则则变变送送使使反反馈馈环环节节特特性性与与输输入入 F C K FCFC Kxx F C y 1、反馈补偿、反馈补偿 同反馈补偿 则

6、变送器为线性。 元件特性相同，使测量部分特性与检测 2、测量补偿、测量补偿 第二节第二节 差压变送器差压变送器 作用：作用：用来将用来将压力、压力、差压、流量、液位等被测参数差压、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、记录或自动控制的显示、记录或自动控制。 应用：应用： 压力变送器压力变送器显示、记录或控制显示、记录或控制配电器配电器 测压力：测压力： 差压变送器差压变送器配电器配电器显示、记录控制显示、记录控制开方器开方器 测流量：测流量： H 通大气通大气 测液位：测液位： 一、力平衡式差压变送器一、力平衡式差压变送器

7、测量部分测量部分杠杠系统杠杠系统 位移检测位移检测 放大器放大器 电磁反馈电磁反馈 机构系统机构系统 pi Fi Ff I0 变送器构成方框图变送器构成方框图 力平衡式差压变送器力平衡式差压变送器 电容式差压变送器电容式差压变送器 扩散硅式差压变送器扩散硅式差压变送器 膜盒式差压变送器膜盒式差压变送器 1、低压室、低压室 2、高压室、高压室 3、测量膜盒、测量膜盒 4、轴封膜片、轴封膜片 5、主杠杆、主杠杆 6、过载保护弹簧、过载保护弹簧 7、静压调整螺钉、静压调整螺钉 8、矢量机构、矢量机构 9、零点迁移弹簧、零点迁移弹簧 10、平衡锤、平衡锤 11、量程调整螺钉、量程调整螺钉 12、检测片

8、、检测片 13、差动变、差动变 压器压器 14、副杠杆、副杠杆 15、放大器、放大器 16、反馈动圈、反馈动圈 17、永久磁钢、永久磁钢 18、电源、电源 19、负载、负载 20、调零弹簧、调零弹簧 变送器信号传输方框图如下: tan 3 L 21 LL A1 K 2 K f K f L 0 L i P i F 1 F i M f M f F 0 I S 0 M 0 F 构构常常数数；电电磁磁反反馈馈机机构构的的电电磁磁结结 电电流流转转换换系系数数；移移低低频频位位移移检检测测放放大大器器位位 位位移移转转换换系系数数；副副杠杠杆杆力力矩矩 矢矢量量角角； 的的力力臂臂；到到副副杠杠杆杆支支

9、点点， 的的力力臂臂；到到主主杠杠杆杆支支点点 膜膜片片有有效效作作用用面面积积； f ff i K K K MFFFLLL HFFLL A 2 1 0203 121 , , 作用：作用：把被测差压把被测差压P转转 换成作用于主杠杆下端的换成作用于主杠杆下端的 输入力输入力Fi 1.测量部分测量部分 1、负压室、负压室 2、基座、基座 3、正压室、正压室 4、C型弹簧型弹簧 5、主杠杆、主杠杆 6、硬锌、硬锌 10、轴封膜片、轴封膜片 8、硅油、硅油 7、金属膜片、金属膜片 9、密封圈、密封圈 作用：作用：进行进行 力的传递和力的传递和 力矩比较力矩比较。 2.2.杠杆系统杠杆系统 fi ff

10、 MMM KLKK 0 21 ) 时，有：时，有：当变送器处于稳定状态当变送器处于稳定状态 ，的乘积足够大的情况下的乘积足够大的情况下和反馈系数（和反馈系数（数（数（在差压变送器的放大系在差压变送器的放大系 0 000 2 31 2 1 3 1 332 tantantan IKLFLM LFM PA L LL L FL LFLLFM fffff i i i ，各项力矩为：，各项力矩为：由杠杆系统受力图可知由杠杆系统受力图可知 0 0 0 0 2 31 0 tan F KL L PK F KL L P KLL ALL I ff iP ff i ff 代入上式得：代入上式得： F2 L3 L2 L

11、1 H M f F f L 0 F 0 L i F 杠杆系统受力图 l零点及量程调整零点及量程调整 （1）调零及零点迁移 F2 L3 L2 L1 H M f F f L 0 F 0 L i F 0 F 0 L 的的。大大小小，来来达达到到调调零零的的目目 的的簧簧改改变变调调零零：通通过过调调整整调调零零弹弹 0 F .40 4 0 00 0 0 0 0 mAIP mAIF IPK F KL L PKI i iP ff iP 时，变送器输出时，变送器输出即当即当 的大小，使的大小，使通过调整通过调整 因：因： 零点迁移：通过调节迁移弹簧来实现零点迁移：通过调节迁移弹簧来实现。 F2 L3 L2

12、 L1 H M f F f L 0 F 0 L i F 0 F 0 L tan tan , , 2 001 3 2 001 3 00 0 L FLPAL L L FLFL LM LHF F i i i 则则有有：的的距距离离为为到到主主杠杠杆杆支支点点 施施加加的的迁迁移移力力为为设设：迁迁移移弹弹簧簧对对主主杠杠杆杆 0 0 0 1 0 0 0 2 0013 0 tan F KL L F AL L PK F KL L KLL FLPALL I ff iP ffff i 。可实现正向或负向迁移可实现正向或负向迁移的方向可以改变，所以的方向可以改变，所以因因 时，变送器输出时，变送器输出的大小，

13、使的大小，使通过调整通过调整 0 00 .40 F mAIPF i 3.3.电磁反馈装置电磁反馈装置 作用：作用：把变送把变送 器的输出电流器的输出电流 I 0转换成作用 转换成作用 于副杠杆的电于副杠杆的电 磁反馈力磁反馈力Ff 1、反馈动圈、反馈动圈 2、导磁体、导磁体 3、永久磁钢、永久磁钢 4、副杠杆、副杠杆 可调整变送器量程。 同样，来改变电磁结构常数通过调整动圈匝数, f KW 1 W 2 W 11 R 12 4 5 6 V24 21121 ,1450725 W RRWW 匝匝匝，匝，已知：已知： 量程大；量程大；小小大大匝，匝，短接，短接，高量程时，高量程时， 量程小；量程小；大

14、大小小匝，匝，短接，短接，低量程时，低量程时， Pf Pf KKWWW KKWW 217512 72542 21 1 Ff =BDWI0 设设 Kf =BDW 则则 Ff = Kf*I0 改变反馈动圈的匝数，可以改变改变反馈动圈的匝数，可以改变 Kf的大小的大小 B：气隙感应强度：气隙感应强度 D：动圈平均直径：动圈平均直径 W：动圈匝数：动圈匝数 4.4.低频位移检测低频位移检测放大器放大器 作用：作用：把副杠杆上位移检测片（衔铁）的微小位把副杠杆上位移检测片（衔铁）的微小位 移移S转换成转换成420mA的直流输出电流。的直流输出电流。 组成：组成：由由差动变压器差动变压器、低频振荡器、整流

15、滤波电、低频振荡器、整流滤波电 路、功率放大器组成。路、功率放大器组成。 差动变压器差动变压器 B D 上罐形磁芯上罐形磁芯 下罐形磁芯下罐形磁芯 A C 检测片检测片 差动变压器的结构差动变压器的结构 S 差动变压器原理图差动变压器原理图 A B C D AB U CD U 2 e 2 e 变化。变化。 大小而大小而随随是固定值，而是固定值，而时，时， 一定一定之差，当之差，当和和值为值为 ；为副边绕组的感应电压为副边绕组的感应电压 为原边绕组的电压；为原边绕组的电压；图中图中 See UeeU U U ABCD CD AB 22 22 D A C S 1、当S= 2 上下磁阻相等 Ucd=

16、0 2、当S 2 上半部磁阻增大， Ucd与Uab反相 低频放大器低频放大器 由振荡器、整流滤波及功率放大器由振荡器、整流滤波及功率放大器 A B C D 2 e 2 e 4 C 1VT 2 C 2 R 6 R E KHzf FCmLL CL f AB AB 4 047. 0,39 2 1 0 4 4 0 已知：已知： 固有频率为：固有频率为： VD1,VD2,R6-构成分压式偏置电路； R2电流负反馈电阻， 稳定VT1的 直流工作点。 低频放大器低频放大器 由振荡器、整流滤波及功率放大器由振荡器、整流滤波及功率放大器 A B C D 2 e 2 e 4 C 1VT 2 C 2 R 6 R E

17、 振荡条件分析： 相位条件：只要UCD与UAB的相位相同，则反 馈信号与放大器的输入信号同相，电路就形 成正反馈。 故能振荡；满足振荡的相位条件， 同相，形成正反馈，与因时在 反相，也不能振荡；与因时在 故不能振荡；时，在检测片的位移 ABCD ABCD CD UUS UUS US , 2 , 2 , 0 2 振幅条件：KF=1 只要选择合适的电路参数，容易满足。 整流滤波整流滤波 A B 4 C 4VD 5 C 4 R 1VT 功率放大器功率放大器 4 R 3 R 5 R 2VT 3VT 2C I 3C I 可提高电路稳定性可提高电路稳定性为穿透电流提供通路，为穿透电流提供通路， 稳定工作点

18、稳定工作点 复合放大复合放大 5 3 3, 2 R R VTVT （一）概述（一）概述 二、二、电容式差压变送器电容式差压变送器 检测元件检测元件差动电容差动电容构成原理位移平衡式构成原理位移平衡式 变送器变送器构成方框图构成方框图 感压感压 膜片膜片 差动差动 电容电容 电容电容-电流电流 转换电路转换电路 放大和输放大和输 出限制电路出限制电路 反馈反馈 电路电路 调零、迁移信号调零、迁移信号 反馈 信号 i PS 21 21 ii ii CC CC 21 II 0 I （二）测量部件（二）测量部件 作用：作用： i P 21 21 ii ii CC CC i1i2 0CC时， i P i

19、1 i1 0C C 时，电容量减小， 电容量增大 i P 测量部件结构测量部件结构 2100 2 21000 1/()1/() 1/()1/() ii ii CCASSSSS KS CCASSSSS 1i SKP 21 212 21 ii i ii CC KSK KP CC 11 1 10 i AA C SSS 22 2 20 i AA C SSS 结论：结论： 12 12 ii ii CC CC (1) 相对变化值相对变化值 与被测差压与被测差压 成线性关系。成线性关系。 i P (2) 与介电常数与介电常数 无关无关 ,可大大减小温度对变送器的影响。可大大减小温度对变送器的影响。 (3)

20、与与 有关。有关。 愈小，灵敏度越高。愈小，灵敏度越高。 0 S 0 S （三）转换放大电路（三）转换放大电路 作用：作用： 将差动电容的相对变化值，转换成标准的电将差动电容的相对变化值，转换成标准的电 流输出信号。流输出信号。 此外，还要实现零点调整、正负迁移、量程此外，还要实现零点调整、正负迁移、量程 调整、阻尼调整等功能。调整、阻尼调整等功能。 电路包括电容电流转换电路电容电流转换电路及放大电路放大电路两部分 转换放大部分电路原理方框图转换放大部分电路原理方框图 E 1245V 振荡器振荡器解调器解调器 稳压稳压 源源 调零及调零及 零点迁移零点迁移 功放和功放和 输出限制输出限制 量程

21、调整量程调整 （负反馈）（负反馈） 基准基准 电压电压 IC1 IC3 Ci1Ci2 RL I 0 420mA 共模信号共模信号 差动信号差动信号 振荡控制振荡控制 放大器放大器 前置前置 放大器放大器 1.1.电容电流转换电路电容电流转换电路 振荡器振荡器 包括包括VT1、T1等，向等，向Ci1和和Ci2提供高频电源提供高频电源 作用：作用：将差动电容的相对变化值成比例地转换为将差动电容的相对变化值成比例地转换为 差动电流信号差动电流信号 (电流变化值电流变化值)。 是一种变压器反是一种变压器反 馈型振荡电路，其振馈型振荡电路，其振 荡频率由检测电容和荡频率由检测电容和 变压器次级绕组的电变

22、压器次级绕组的电 感决定。感决定。 振荡器的输出幅振荡器的输出幅 值值由由控制放大器控制放大器 ICIC1 1 的输出电压决定。的输出电压决定。 解调和振荡控制电路解调和振荡控制电路 振振荡荡器器 01 U 1IC 8 C 9 R 7 R 8 R 6 R 1i U 2i U R U 2 I 1 I 2 I 1 I i R 11 C 17 C 1VD5VD 2VD6VD 4VD8VD 3VD7VD 1 I 2 I 1i C 2i C 121 112 10 3 电流电流i1的路线的路线:T1（11）C11 C17Ci1C1VD4、VD8T1（2） 振荡器输出为正半周时: 电流电流i2的路线为的路线

23、为 : T1（2）VD6、 VD6C2Ci2C17C11T1（11） 电流电流i1的路线为的路线为: T1（3）R4VD7、 VD3C1Ci1C17R6R8T1 (10) 振荡器输出为负半周时: 电流电流i2的路线为的路线为: T1（12） R7R9C17Ci2C2VD1VD5R3T1（1） i2,i1以相反的方向流过C11，两者平均值之差I2-I1即为解调器输出的 差动信号Id ， i1、i2流过R6R8和R9R7产生的电压两者平均值 之和I2I1即为解调器输出的共模信号Ic 。 高高频频电电压压的的频频率率高高频频电电压压的的周周期期 同同理理 得得根根据据： 峰峰值值峰峰振振荡荡器器输输

24、出出高高频频电电压压的的两两端端电电压压的的变变化化，等等于于、可可以以认认为为， fT fUC T UC I fUC T UC ITIUC ItCVq UCC PPi PPi PPi PPi PPi PPii , : . 2 2 2 1 1 111 21 fUCI fUC T UC I PPi PPi PPi 22 1 1 1 fUCCIII PPiid )( 1212 fUCCIII PPiic )( 1221 12 12 12 12 1212 )( ii ii c ii ii i CC CC I CC CC IIIII PKPKII mci fUCI fUC T UC I PPi PPi

25、 PPi 22 1 1 1 解调和振荡控制电路解调和振荡控制电路 只要设法使只要设法使I I1 1+I+I2 2保持不变，即可实现电流信号保持不变，即可实现电流信号I Ii i与电容与电容 相对变化值成线性关系。相对变化值成线性关系。 Ii = I2 - I1 = ( I2+ + I1) Ci2- -Ci1 Ci2+ +Ci1 = K3 Ci2- -Ci1 Ci2+ +Ci1 解调器解调器 由由VD1VD1VD8VD8构成构成 振荡控制放大器振荡控制放大器 主要包括放大器主要包括放大器 ICIC1 1，其作用是保持，其作用是保持I I1 1+I+I2 2不变不变 振振荡荡器器 01 U 1IC

26、 8 C 9 R 7 R 8 R 6 R 1i U 2i U R U 2 I 1 I 2 I 1 I i R 11 C 17 C 1VD5VD 2VD6VD 4VD8VD 3VD7VD 1 I 2 I 1i C 2i C 121 112 10 3 IC1的作用，就是使流过的作用，就是使流过VD3,VD7和和VD1,VD5的电流之和的电流之和I1+I2等于常数。等于常数。 21 86 86 2 86 98 1 8796 97 97 2 86 86 19728612 9 97 8 86 1 9786212 891 , / / II RR RR U U RR RR U RRRR RR RR I RR

27、 RR IRRIRRIU R RR U R RR U U RRRRIIU RRUU i Ri i RR i i Ri 则：则：设设 上的压降；则：上的压降；则：和和在在为为 上的压降；上的压降；和和在在为基准电压为基准电压设设 电压近似相等，即：电压近似相等，即：使放大器输入端的两个使放大器输入端的两个 ，分电路构成深度负反馈分电路构成深度负反馈、振荡器、及解调器部、振荡器、及解调器部为理想运放时，由为理想运放时，由当当11ICIC 21ii UU 为常数为常数 3 86 98 21 21 86 86 86 98 KU RR RR II II RR RR U RR RR R R i ii ii

28、 i PKKK CC CC KIII 213 12 12 312 振振荡荡器器 01 U 1IC 8 C 9 R 7 R 8 R 6 R 1i U 2i U R U 2 I 1 I 2 I 1 I i R 11 C 17 C 1VD5VD 2VD6VD 4VD8VD 3VD7VD 1 I 2 I 1i C 2i C 121 112 10 3 2.2.放大及输出限制电路放大及输出限制电路 作用：作用：将电流信号将电流信号 Ii 放大，并输出放大，并输出4 20mA的直的直 流电流。流电流。 19 R 31 R c 1VZ 2P R 21P R 22P R 36 R 11 C i I 20 R S

29、 21 R 34 R 37 R B A 10 R 13 R 14 R 11 R 4P R 22 C 39 R 38 R 16 R 2VT 17 R 3VT 18 R 11VD 12VD 33 R 3P R 31P R d V4524 L R 4VT 3IC F U T U 0 I f I 放大电路放大电路( (包括包括ICIC3 3、VTVT3 3、 VTVT4 4等等) ) ICIC3 3起前置放大作用，起前置放大作用， VTVT3 3、 VTVT4 4组成复合管，将组成复合管，将 ICIC3 3的输出电压变换为变送器的输出电流。的输出电压变换为变送器的输出电流。 电阻电阻R R31 31、

30、 R R3333、 R R3434和电位器 和电位器R Rp p3 3组成反馈网络，输出电流组成反馈网络，输出电流I Io o 经这一网络分流，得到反馈电流经这一网络分流，得到反馈电流I If f，送至放大器的输入端，送至放大器的输入端， 这深度负反馈保证了这深度负反馈保证了I Ii i 和 和 I Io o的线性关系。的线性关系。 电位器电位器R Rp p2 2用以调整输出零位。用以调整输出零位。S S为正负迁移调整开关，为正负迁移调整开关， 可实现变送器的正向或负向迁移。电位器可实现变送器的正向或负向迁移。电位器R Rp p3 3用以调整变送器用以调整变送器 的量程。的量程。 对电路的分析

31、，可推得如下的输入、输出关系式：对电路的分析，可推得如下的输入、输出关系式： 1 141310 1413 a VZAF U RRR RR UU ）（ 输入输出关系：输入输出关系： iiVZi i ii BT IRUU RC UBI UUb 1 11 , 1 3)( 则则：两两端端的的等等效效电电阻阻为为设设并并联联在在电电容容 点点产产生生的的电电压压在在）解解调调器器的的输输出出电电流流（ 个个电电压压信信号号叠叠加加而而成成由由 10 03622 22 0362221 1 0 00 0 / )2( VZ P P PP VZ UR RRR R RRRR U U BUR UB 点点处处的的等等

32、效效电电阻阻，则则：时时为为计计算算设设 点点产产生生的的调调零零电电压压调调零零电电路路在在 1VZ 2P R 21P R 22P R 36 R B 0 R 点点处处的的等等效效电电阻阻流流经经时时为为计计算算设设 点点产产生生的的电电压压在在调调量量程程电电路路的的反反馈馈电电流流 BIUR UBI fff ff )3( c 33 R 3P R 31P R d f I 1VZ 31 R 0 I 34 R B f R f U 调量程电路 33 R f I 1VZ 0 I 34 R B f R f U 调量程电路 cd R 313 3131 Y RR RR R P P cd 变换方法得：变换方

33、法得：按按 f VZ fff f VZ f VZcd f cdf RR U R I RU RR UI RR UIRR I RRRR 34 10 34 10 34 1033 3334 )( 故：故： fiA BAFT UUUU UUUUIC 0 ),(3则有：则有：为理想运放时，有：为理想运放时，有：当当 1 34141310 1413 0 34 10 111 141310 1413 1 1 VZ f f i i f ii f f VZ ffVZiiVZVZ U RR R RRR RR R R R IR R I RR U R I RUIRUU RRR RR 即：即： 1542134 154 12

34、 12 34 15440 54 , 1 , VZi VZ ii ii VZi i i f UKKPKKKK UKK CC CC KK UKKIKI R KR R K 则：则：令令 ;42 21 2 mARP使变送器输出电流为使变送器输出电流为项项调第调第调调在测量下限时，通过调在测量下限时，通过调 项为调零信号。项为调零信号。）等式右边第）等式右边第讨论：（讨论：（ 调整；调整；即可实现变送器的量程即可实现变送器的量程调调调调通过调整通过调整 为电路放大倍数。为电路放大倍数。）（ 43 4 2 KRR K cdP 所所以以，应应反反复复调调整整。 量量程程；不不仅仅改改变变零零点点，也也改改变

35、变零零点点；调调不不仅仅改改变变量量程程，也也改改变变）调调（ 3 输出限制电路输出限制电路( (包括包括VT2、 R18等等) 当输出电流超过允许值时，当输出电流超过允许值时，R R18 18上压降变大，使 上压降变大，使VTVT2 2 的集电极电位降低，从而使该管处于饱和状态，流过的集电极电位降低，从而使该管处于饱和状态，流过 VTVT2 2( (也即也即VTVT4 4) )的电流受到限制的电流受到限制( (I Io o不超过不超过30mA30mA) )。 其它元件的作用其它元件的作用 R R38 38、 、R R39 39、 、C C22 22和 和R RP4 P4构成阻尼电路，抑制变送

36、器的输 构成阻尼电路，抑制变送器的输 出波动，出波动，R RP4 P4用来调整阻尼时间。 用来调整阻尼时间。 VZVZ2 2起稳压作用，还可防止电源反接时损坏器件。起稳压作用，还可防止电源反接时损坏器件。 VDVD12 12在指示仪表未接同时，为输出电流提供通路 在指示仪表未接同时，为输出电流提供通路, , 同时起反向保护作用。同时起反向保护作用。 三、扩散硅电子式三、扩散硅电子式差压差压（压力）（压力）变送器变送器 扩散硅电子式差压（压力）变送器采用硅杯压阻传扩散硅电子式差压（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、感器作为感压元件，它具有体积小、重量轻

37、、结构简单、 稳定性好和测量精度比较高等特点。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。硅片组成，如图所示的硅杯。 当当p1p2p1p2时，硅杯杯底受侧时，硅杯杯底受侧 向压力差作用而向一侧弯曲，这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，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最终将待测压力或差压转换为标 准信号（准信号（4 420mA

38、DC20mA DC）输出。）输出。 11外壳；外壳；22低压腔；低压腔；33电阻（扩散硅）；电阻（扩散硅）； 44高压腔；高压腔； 55硅杯；硅杯；66引线引线 PK R U U S Z S 4 1 S W U RR R U) 2 1 ( 15 8 01 19 01 0 R U I 放大线路部分 f R 1S R 2S R 3S R 4S R mA5 . 0 mA1 ICVT 0 I mA204 L R V24 mAIe193 A B b U mAImAI IIU URR URR mAImAIRRRR e eb BSS ASS eSSSS 204193 , , )2( ;43)1( 0 0 2

39、3 41 04321 当硅杯受压时当硅杯受压时 当硅杯未受压时，当硅杯未受压时， 工作原理：工作原理： 第三节第三节 温度变送器温度变送器 作用作用: :将来自热电将来自热电偶偶或热电阻的温度信号转换为统或热电阻的温度信号转换为统 一标准的信号一标准的信号(4(4 2020mADCmADC或或1 1 5 5VDCVDC) )，以实以实 现对温度的显示、记录或自动控制现对温度的显示、记录或自动控制。 分类：分类：变送器变送器有有两线制两线制和和四线制四线制之分之分，主要讨论主要讨论四线制四线制 变送器变送器。有有三个品种：三个品种：直流毫伏变送器、热电偶直流毫伏变送器、热电偶 温度变送器、热电阻

40、温度变送器温度变送器、热电阻温度变送器。 温度变送器温度变送器 显示、记录或控制显示、记录或控制 电源电源 热电阻热电阻 热电偶热电偶 毫伏信号毫伏信号 420mADC或 15VDC电阻或mV 24VDC 四线制温度变送器的特点：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、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。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、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。取了本安防爆措施。 一、四线制温度变送器一、四线制温

41、度变送器 （一）概述（一）概述 电动温度变送器电动温度变送器 温度变送器结构方框图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在线路结构上分为量程单元和放大单元，放大放大 单元是通用的，而量程单元则随品种、测量范围的单元是通用的，而量程单元则随品种、测量范围的 不同而异不同而异。 输入回路输入回路 电压放大电压放大 反馈回路反馈回路 直流直流-交流交流 变换器变换器 功率放大功率放大 整流滤波整流滤波 隔离输出隔离输出 UZ Uf Ui、Et- + Uo Io 量程单元量程单元 放大单元放大单元 （二）（二）放大单元放大单元 由由ICIC1 1构成，构成，要求采用要求采用低漂移、高

42、增益低漂移、高增益的运算放大器。的运算放大器。 （参见P7375图） 1.1.电压放大电路电压放大电路 作用作用：是将量程单元输出的毫伏信号放大，输出是将量程单元输出的毫伏信号放大，输出 直流电流直流电流Io 和直流电压和直流电压Uo信号。 0.3/ os V Vc t 当温度变送器的最小量程当温度变送器的最小量程 U Ui i 为为3 3mVmV，温升温升 t t为为 3030o oC C，要求附加误差小于等于要求附加误差小于等于0.30.3% %时，时，通过计算可得失通过计算可得失 调电压的温漂系数：调电压的温漂系数： 2. 2. 功率放大电路功率放大电路 由由VTVT1 1、VTVT2

43、2、T T0 0等组成。等组成。其作用是把其作用是把 ICIC1 1 输出的电压 输出的电压 信号转换成电流信号转换成电流信号，再通过隔离变压器实现隔离输出。信号，再通过隔离变压器实现隔离输出。 VTVT1 1、VTVT2 2起起 功放作用，由交功放作用，由交 流方波电压供电。流方波电压供电。 在方波的前在方波的前 后半周期后半周期，二极二极 管轮流导通管轮流导通，电电 流通过流通过T T0 0的两个的两个 绕组而产生交变绕组而产生交变 磁通，磁通，在在T T0 0副边副边 产生交变电流产生交变电流i iL L 。 3.3.隔离输出电路隔离输出电路 由整流二极管由整流二极管VDVD13 13

44、VDVD16 16、 、保护二极管保护二极管VDVD17 17 VDVD18 18等 等 组成。组成。其其作用作用是将是将功放功放输出的交流信号转换成直流输出的交流信号转换成直流信号信号, , 并实现隔离输出。并实现隔离输出。 7 7、8 8端接输出负载，为电流输出（端接输出负载，为电流输出（4-20mA4-20mA） 5 5、6 6端为电压输出（端为电压输出（1-5V1-5V） 7 7 4. 4. 直流直流- -交流交流- -直流直流( (DC/AC/DC)DC/AC/DC)变换器变换器 组成：组成：由整流二极管由整流二极管VDVD38、变压器变压器T T 1等等组成组成。（P7375） 方

45、法：方法：先把先把2424V V直流电压转换成一定频率的的交流方波电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。压，再经过整流、滤波和稳压，提供直流电压。 电路核心：电路核心：直流直流- -交流交流( (DC/AC)DC/AC)变换器（实质上是一个磁耦变换器（实质上是一个磁耦 合多谐振荡器）合多谐振荡器）。 振荡频率：振荡频率： 可求得感应电势：可求得感应电势： ES = 4WcBmS T 因此振荡频率为：因此振荡频率为： f = 4WcBmS T ( (T T为周期为周期, , S S为磁为磁 芯截面积，芯截面积，B Bm m为磁为磁 感应强度感应强度)

46、) 作用作用：是对是对仪表进行隔离式供电。仪表进行隔离式供电。 （三）直流毫伏变送器量程单元（三）直流毫伏变送器量程单元 R109 R110 R140 上 K 下 量程单元由输入回路量程单元由输入回路( (左半部分左半部分) )和反馈回路和反馈回路( (右半右半 部分部分) )组成，组成，将其与将其与ICIC1 1 联系起来画成下图联系起来画成下图。 R R101、R R102及及VZVZ101、 VZVZ102分别起限流分别起限流 和限压作用。和限压作用。 R R103 103、 、R R104 104 、 、R R105 105及 及 R RP1 P1组成零点调整 组成零点调整 和零点迁移

47、电路和零点迁移电路 基基准电压基基准电压 U UZ Z准电压准电压U UZ Z 输入回路输入回路: : 按叠加原理，按叠加原理，ICIC1 1同相输入端的电压同相输入端的电压U UT T为为 UT = Ui + Uz = Ui + Rcd + R103 R103 + RP1/R104 + R105 Uz ( 式中式中 Rcd = RP11 R104 RP1+ R104 Ui + R105 Rcd + R103 Uz= Ui + Uz ) 从从反馈回路反馈回路可得可得ICIC1 1反相输入端的电压反相输入端的电压U UF F为为 UF = R106 + R111 + RP21 R111 + R1

48、14 Uz R115 R115 + R116 U0 5 + R106 R107 = 1 U0 + Uz 因 UT UF故 U0 = Ui + ( - ) Uz 结论结论： (1)改变改变 值值, 即更换即更换R103和调整和调整RP1,可实现零迁和调零。可实现零迁和调零。 (2)改变改变 值值, 即更换即更换R114和调整和调整RP2, 可实现量程调整可实现量程调整。 (3)零位和满度必须反复调整零位和满度必须反复调整。 （四）热电偶温度变送器量程单元（四）热电偶温度变送器量程单元 R R105、R R103及及R R100 RCu1、RCu2为铜线 绕电阻，其阻值在 0时为50 B1B1接接

49、B3B3时，时，B1B1 接接B2B2时时 线性化调线性化调 整电路整电路 1. 1. 冷端温度补偿冷端温度补偿 采用采用两个铜电阻两个铜电阻，固定为固定为50 。当热电偶型号不同。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。时，只需调整几个锰铜电阻或金属膜电阻。 按叠加原理，可求得按叠加原理，可求得ICIC1 1同相端的电压同相端的电压U UT T为为 UT = Ei + RCu1 RCu2 R103 + RCu1+ RCu2 )Uz 1 R105 (R100 + 从上式可知，冷端环境温度变化时，从上式可知，冷端环境温度变化时，R RCu1 Cu1、R RCu2Cu2的阻值的阻值

50、 也随之变化，从而补偿了由于环境温度升降引起的热电偶也随之变化，从而补偿了由于环境温度升降引起的热电偶 电势的变化。而且，补偿特性与热电偶的特性相似，故补电势的变化。而且，补偿特性与热电偶的特性相似，故补 偿精度高。偿精度高。 热电偶温度变送器线性化原理方框图热电偶温度变送器线性化原理方框图 热电偶热电偶放大部分放大部分 非线性非线性 反馈回路反馈回路 Et Vz + - t ttt Et Vo Vo (Vo) t Vf Vf 2. 2. 线性化线性化 采取在反馈回路中置入与采取在反馈回路中置入与热电偶特性相一热电偶特性相一 致的非线性电路的方法，如下图所示。致的非线性电路的方法，如下图所示。

51、 用四段折线来模拟非线性运算电路，用四段折线来模拟非线性运算电路，如下如下 图。折线的段数及斜率大小由热电偶的特性来图。折线的段数及斜率大小由热电偶的特性来 确定。确定。 表示直线的斜率。表示直线的斜率。 Va4 Vf5Vf4Vf3Vf2Vf1 Va3 Va2 Va1 0 Va5 Vf Va 1 4 3 2 非线性电路的实现非线性电路的实现 在在ICIC2 2的反馈回路中加入一些的反馈回路中加入一些稳压管和基准电稳压管和基准电 压，利用稳压管的击穿特性实现折线电路。压，利用稳压管的击穿特性实现折线电路。 第一段，UfUf2，斜率r1;要求：Uc=Ud+Us1, UcUd+Us2, UcUd+Us3, UaUd+Us4, 第2段，Uf2Uf=Uf3，斜率r2;要求： Ud+Us1 Uc=Ud+Us2, UcUd+Us3, Ua=Ud+Us4, Ir （五）热电阻温度变送器量程单元（五）热电阻温度变送器量程单元 ttt VI R 17 1617 1619 1617 Fz t t R VV RR RRR I RR 1 z t t gV I gR 1.1.线性化线性化 线行化电路置于输入回路线行化电路置于输入回路，采用正反馈的