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文档简介

1、1控制装置与系统三、三、变送器原理及应用变送器原理及应用2简单控制回路构成回顾简单控制系统的方块图简单控制系统的方块图3检测变送的重要性 通过检测元件检测元件获取工艺变量。 最常见变量是温度、压力(差压)、流量、物位 检测元件又称为传感器传感器,它直接响应工艺变量,并转化成一个与之成对应关系的输出信号。 这些输出信号包括位移、电压、电流、电阻、频位移、电压、电流、电阻、频率、气压率、气压等。 检测元件检测元件的输出信号种类繁多,且信号较弱信号较弱,一般都需要将其经过变送器变送器处理,转换成标准统一的电气信号、气压信号送往显示仪表显示仪表或控制器控制器。4变送器 变送器在实际应用中的特点变送器在

2、实际应用中的特点: 需要与相应的测量元件配合 变送器主要完成信号标准化(420mA) 工作环境恶劣,要求具有高可靠性、稳定性、准确性 保证控制系统运行的重要基本条件 多量程 适应大范围应用,提高精确度5变送器种类:压力变送器差压变送器流量变送器液位变送器机械力 电流温度 电流机械力变送器温度变送器温度变送器 可以是检测变送分离分离:温度 也可以是检测变送一体一体:压力6变送器构成原理测量部分C放大器K反馈部分F调零、零点迁移Zi Zf Z0 yx变送器的构成原理 负反馈负反馈原理 包括测量测量、放大放大和反馈反馈三部分7变送器构成原理 由前图可得,变送器输入与输出的关系为:由前图可得,变送器输

3、入与输出的关系为: 式中:式中: KK放大器的放大系数放大器的放大系数 FF反馈部分的反馈系数反馈部分的反馈系数 CC测量部分的转换系数测量部分的转换系数 y ymax ymin xmax xmin t 0()1KyCxzKF01()yCxzF1K F 变送器的输入输出特性变送器的输入输出特性8变送器量程调整 上限调整和零点迁移概念上限调整和零点迁移概念 上限调整:使变送器输出上限值和测量范围上限上限调整:使变送器输出上限值和测量范围上限值相对应,特性线斜率改变值相对应,特性线斜率改变 改变改变F F大小实现上限调整,大小实现上限调整,F F大则量程大,大则量程大,F F小则量程小则量程小小

4、xmax o y ymax ymin xmax xmin x 01()yCxzF9变送器量程调整 上限调整和零点迁移概念上限调整和零点迁移概念 零点迁移:使变送器输出下限值和测量范围下限零点迁移:使变送器输出下限值和测量范围下限值相对应,特性线斜率不变值相对应,特性线斜率不变 零点调整:零点调整:x xmin =0min =0; 零点迁移:零点迁移: x xmin 0 min 0 正迁移,正迁移, x xmin 0 min 0 负迁移;负迁移; 实现方式:改变调零信号实现方式:改变调零信号Z Z0 0 ;01()yCxzF10变送器量程调整 上限调整和零点迁移概念上限调整和零点迁移概念 两者结

5、合可提高仪表测量精度和灵敏度,扩大仪两者结合可提高仪表测量精度和灵敏度,扩大仪表适用范围,增加通用性和灵活性;表适用范围,增加通用性和灵活性; 例:利用差压法测量液位,理想:例:利用差压法测量液位,理想:0500mm0500mm, 实际:实际:25025050mm50mm调整步骤:先零点迁移,再量程迁移调整步骤:先零点迁移,再量程迁移54321020100P/KPaP0/KPa(mm)(500)(400)(300)(200)(100)变送器量程缩小和零点迁移示意图11变送器量程调整 差压变送器精度为0.5级,量程为 010 Kpa,被测差压范围是610KPa; 调整前:输出最大误差为:10 x

6、0.5%=0.05Kpa(50 Pa); 调整后:输出最大误差为:4x0.5%= 0.02Kpa(20 Pa);12变送器量程调整零点正迁移:以抵消连通管路中的液体静压力!零点负迁移:以抵消负压室多出的固定差压!13差压/压力变送器14差压/压力变送器 作用 将测量得到的差压、正压、负压、液位差压、正压、负压、液位等信号转换成标准统一信号,送往显示仪表、控制器或运算器。 类型 力矩平衡式差压力矩平衡式差压/ /压力变送器压力变送器 力矩平衡原理,精确度较高,机械结构复杂,可靠性难于提高 电容式差压电容式差压/ /压力变送器压力变送器 微小位移改变电容,精确度高,结构简单,稳定性好,易维护 扩散

7、硅式差压扩散硅式差压/ /压力变送器压力变送器 外力导致电阻率剧烈变化,精确度高,结构简单,稳定性好,易维护15力矩平衡式变送器力矩平衡式变送器 构成原理 力矩平衡式压力变送器原理图测量部分杠杠系统位移检测放大器电磁反馈机构系统Pi/PiFiFfI016电容式变送器电容式变送器 构成原理 电容式压力传感器示例检测元件检测元件差动电容差动电容感压膜片差动电容电容-电流转换电路 放大和输出限制电路反馈电路调零、迁移信号反馈信号iPS2121iiiiCCCCiI0I构成原理位移平衡式构成原理位移平衡式17电容式变送器电容式变送器 检测原件差动电容 由电路和材料力学知 被测差压 与膜片位移 和相对变化

8、值 成线性关系2121221iiiiiCCKSK KPCC2121iiiiCCCCSiP18电容式变送器电容式变送器 转换放大电路转换放大电路 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。 包括包括 电容电流转换电路 放大电路19扩散硅式压力变送器 变送器构造原理 传感器 使用一个电隔离的压敏电阻单晶硅芯片压敏电阻单晶硅芯片 工作原理硅半导体的压阻效应硅半导体的压阻效应:由于应力作用而使材料电阻率改变 技术手段 惠斯顿电桥20扩散硅式压力变送器 变送器工作原理21扩散硅式压力变送器 变送器技术及性能优点无机械可移

9、动部分,可靠性高;主体电路采用持殊材料和工艺固化,适用于恶劣环境下工作信号滞后极小,动态响应快;压敏电阻的特性决定了系统灵敏度很高;长期稳定性好,减少了维护工作量;体积小、重量轻,使用方便;22差压变送器的几种测量方式 流量测量 与节流元件结合,利用元件前后的差压测量液体流量(图3-3-3a) 液位测量 利用液体自身重力产生的压力差测量液体高度(图3-3-3b) 压力差值测量 直接测量不同管道、罐体液体压力差值(图3-3-3c)23差压/压力变送器的选择 传感器、变送器的选择 根据压力性质,确定表压品种(表压,差压,绝对压力或负压) 液位测量要注意液位上方是否密封 量程确定 工作压力值应为标准

10、量程的6080 异常情况过载压力不能超过产品最大压力过载 动态管路液体压力应适当增大产品载量 精度选择 根据检测工况要求的精度指标,以较低价格实现较低精度要求 精度等级根据测量系统分配给传感器的最大误差项选取24差压/压力变送器的选择 选择使用的温度范围 一般产品已经过温度补偿 温度范围宽总精度高的情况可在上层仪表中采用软件进行温度误差修正 长期在工作极限区工作,产品寿命会大大缩短 与被测介质匹配 产品具有不同介质兼容性,但为满足最优效果,选型时应明确测量介质的名称、浓度和温度25温度变送器26温度检测方法 接触式: 测温元件与被测对象接触接触,依靠传热和对流传热和对流进行热交换 优点:优点:

11、结构简单、可靠,测温精度较高 缺点:缺点:须经过充分的热交换才能测量,容易破坏容易破坏被测对象的温度场被测对象的温度场,同时带来测温过程的延迟现延迟现象象,不适于测量热容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象。不适于直接对腐蚀性介质腐蚀性介质测量。27温度检测方法 非接触式 测温元件不与被测对象接触,通过热辐射热辐射进行热交换,或测温元件接收被测对象的部分热辐射能,由热辐射能大小推出被测对象的温度 优点:优点:从原理上讲测量范围从超低温到极高温,不破坏不破坏被测对象温度场。非接触式测温响应快响应快,对被测对象干扰小,可用于测量运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场合 缺点:缺点:容易受到

12、外界因素的干扰,测量误差较大,且结构复杂,价格比较昂贵28温度检测方法 热电偶热电偶 测温原理热电效应 将两种不同材料的导体或半导体连在一起组成一个闭合回路,而且两个接点的温度不同,则回路内将有电流产生,电流大小正比于接点温度函数之差,极性则取决于材料 EAB(T0) EAB(T) A B (参比端、冷端、固定端)(工作端、热端、自由端)00( ,)( )()ABABABET TETET0( ,)( )( )ABET Tf TCT29温度检测方法 热电偶热电偶 中间导体定律 热电偶回路中接入第三种导体后,只要该导体两端温度相同,热电偶回路中所产生的总热电势与没有接入第三种导体时热电偶所产生的总

13、热电势相同,因此热电偶回路可以接入各种显示仪表、变送器、连接导线等30温度检测方法 热电偶热电偶 分度表分度表: :当T0=0时, 与温度T对应的数值表。(非线性) 分度号分度号:与分度表所对应的热电偶的代号。0( ,)ABET T 热电偶名分度号 特 点 铂铑30-铂铑6 热电势小,精度高,价格高 镍铬-镍硅 铂铑10-铂 镍铬-康铜 热电势小,精度高,线性差, 价格高 热电势大,线性好,价格低 热电势大,线性差,价格低 B S K E 性能 下 降 31温度检测方法 热电偶热电偶 常用类型:常用类型: 普通型热电偶 铠装热电偶 耐压,快速,范围大 多点式热点偶 多点测量 防爆型热点偶 防爆

14、,耐压范围大 表面型热点偶铠装热电偶多点式热电偶防爆型热电偶32温度检测方法 热电偶热电偶 补偿导线补偿导线 解决参比端温度的恒定问题。 补偿导线要求:价格便宜,0100范围内的热电性质与要补偿的热电偶的热电性质几乎完全一样 现场现场 补偿导线补偿导线 控制室控制室 T0 补偿导线连接图33温度检测方法 热电偶热电偶 热电偶参比端温度补偿(测量的准确性)热电偶参比端温度补偿(测量的准确性) 补偿原理:补偿原理:工作端温度,参比端0,热电势为:因此 参比端温度补偿方法:参比端温度补偿方法: 计算法,计算法,冰浴法,机械调零,补偿电桥 例如:用镍铬-镍硅(K)热电偶测温,热电偶参比端温度T0 =2

15、0,测得的热电势E(T,T0)=32.479mV。由K分度表中查得E(20,0)=0.798mV, 则E(T,0)= E(T,20)+ E(20,0) =32.479 + 0.798=33.277 mV再反查K分度表,得实际温度是800。000( ,)( )()( ,0)(,0)E T TE TE TE TE T00( ,0)( ,)(,0)E TE T TE T34温度检测方法 热电阻热电阻 金属热电阻金属热电阻 测温原理是基于导体的电阻会随温度的变化而变化电阻会随温度的变化而变化的特性。 常用热电阻:常用热电阻: 铜电阻和铂电阻铂电阻 热电阻的结构形式:热电阻的结构形式:普通型、铠装型、专

16、用型 固定螺纹式热电阻防喷式铠装热电阻端面热电阻35温度检测方法 热电阻热电阻 三线制接法三线制接法 温度变送器热电阻信号输入回路输入回路是一个不平衡电桥不平衡电桥,热电阻为桥路的一个桥臂。 由于连接热电阻的导线存在电阻,且导线电阻值随环境温度的变化而变化,从而造成测量误差,因此实际测量时采用三线制接法 所谓三线制接法,就是从现场的金属热电阻两端引出三三根材质、长短、粗细均相同的连接导线根材质、长短、粗细均相同的连接导线,其中两根导线被接入相邻两对抗桥臂中,另一根与测量桥路电源负极相连。36温度检测方法 热电阻热电阻 三线制接法三线制接法 三线制使由于导三线制使由于导线引起的电阻变线引起的电阻

17、变化可以相互抵消化可以相互抵消掉掉37温度变送器 作用:作用: 是将热电偶、热电阻的检测信号转换成标准统一信号输出给显示仪表或控制器实现对温度的显示、记录或自动控制。 连接方式: 四线制:电源和信号分离 两线制:电源和信号共用 功能: 热电偶温度变送器 热电阻温度变送器 直流毫伏变送器38温度变送器 热电偶温度变送器量程单元 具有热电偶参比端温度补偿功能 具有零点迁移、调整及量程迁移功能 具有线性化功能 热电阻温度变送器量程单元 三线制接法 线性化功能 直流毫伏变送器量程单元 输入信号为直流毫伏39温度变送器使用温度变送器时应注意的问题:使用温度变送器时应注意的问题: 使用前都要进行量程迁移和零点迁移 温度变送器要与输入信号类型相符,分度号的匹配、接线等热电偶温度变送器:热电偶温度变送器: 分度号一致(电厂最常用K型) 热电偶的参比端要与变送器上的补偿电阻感受相同温度热电阻温度变送器:热电阻温度变送器: 分度号一致(电厂最常用PT100); 金属热电阻采用三线制接法选用原则:选用原则:较高温度热电偶 中低温区热电阻 在中低温区,热电偶输出的热电势很小,对测量仪表放大器和抗干在中低温区

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