[工学]过控技术第四章 变送器和转换器ppt课件

1、n过程控制安装三环节：n变送器：压力变送器，差压变送器，温度 变送器，流量变送器，液位变送器。n调理器：PID调理器。n执行器：气动执行器，电动执行器，电气转换器。第第4 4章章 过程控制安装过程控制安装 对工业过程进展检测、显示、控制和执行等仪表总称为自动控制仪表，又称自动化仪表。 自动化仪表的作用是替代人对消费过程进展丈量、控制、监视和维护，在了解控制原理的同时，还要了解自动化仪表的任务原理和性能特点，以便合理地选择和正确地运用。n自动控制仪表可以从不同的角度分类，下面仅从运用能源种类和构造形状分类。n按能源分类n 气动仪表n 以紧缩空气为能源及传送信号的仪表，其传送间隔遭到限制，具有防爆

2、特点，其执行器作用力大、任务平稳可靠。 电动仪表电动仪表 以电作为能源及传送信号的仪表，传送间隔远，便于以电作为能源及传送信号的仪表，传送间隔远，便于与计算机配合，在消费自动化中被广泛运用。电动仪表与计算机配合，在消费自动化中被广泛运用。电动仪表又分为电气又称电动机械式和电子式两大类。又分为电气又称电动机械式和电子式两大类。 电气式不运用电子元器件，依托传感器从被测介质中电气式不运用电子元器件，依托传感器从被测介质中获得能量，就可以推进电接点或电位器动作。它的构造获得能量，就可以推进电接点或电位器动作。它的构造简单、价钱廉价。简单、价钱廉价。 电子式采用电子元器件，由于采用放大器等电子器件，电

3、子式采用电子元器件，由于采用放大器等电子器件，不但可提高丈量精度，还可以利用反响电路，对输入信不但可提高丈量精度，还可以利用反响电路，对输入信号进展各种控制规律的运算，从而实现多种控制号进展各种控制规律的运算，从而实现多种控制 规律，规律，提高控制质量。提高控制质量。 直接作用式仪表 这种仪表不需求辅加能源，只是传感器从被测控介质中获得能量，就足以推进执行器动作，故又称自力式仪表。常见的有浮球式液位调理器、膨胀式温度调理器和燃气压力直接作用调理器等。它们将传感器、控制器及执行器等组合在一同，习惯上称为调理器。它们构造简单，不产生火花，运用平安，维修方便，适用于控制精度要求不高的场所。 按构造方

4、式分类 基地式仪表 以指示、记录仪表为主体，附加调理安装而组成，即把变送、调理、显示等部分装在一个壳内构成整体。利用一台仪表就能完成一个简单控制系统的丈量、记录 及控制等全部功能。 构造比较简单,常用于单机控制系统。单元组合式仪表单元组合式仪表 单元组合式仪表把整套仪表按照其功能和运用要求，分成假设干独立作用的单元，各单元之间用一致的规范信号联络。 运用时，针对不同的要求,将各单元以不同的方式组合，可以组成各种各样的自动检测和控制系统。 优点优点 可以用有限的单元组成各种各样的控制系统,具有高度的通用性和灵敏性。 可以经过转换单元,把气动表、电动表,甚至液动表联络起来,混合运用。 由于各单元独

5、立作用,所以在规划、安装、维护上也更合理、更方便。 仪表大都采用力平衡或力矩平衡原理,任务位移小、无机械摩擦、精度高、运用寿命长、性能较好。 由于零部件的规范化、系列化,有利于大规模消费,降低了本钱,提高了产量和质量。 有利于开展新种类,采用新工艺、新技术。分分类类 根据运用能源的不同,单元组合仪表主要分为气动单元组合仪表和电动单元组合仪表。变送单元(B)显示单元(X)给定单元(G)辅助单元(F)控制单元(T)计算单元(J)转换单元(Z)在电动单元组合仪表中还包括执行单元(K)。 气动单元组合仪表是以 0.14MPa紧缩空气为能源,各单元之间以一致的 0.020.1MPa气压规范信号相联络,整

6、套仪表的精度为1级。 组装电子式调理仪表 组装电子式调理仪表是在单元组合仪表的根底上开展起来的成套仪表安装。它的根本组件是一块一块具有不同功能的功能模件。 功能模件，是指各种典型线路构成的规范电路板，每种电路板具有一种或数种功能，并有同一规格尺寸、输入输出端子、电源和信号灯。这种仪表又称功能模件式仪表或插入式仪表。现代化的大型控制，需求组成各种复杂控 制系统及集中的显示操作。设计人员只需根据工程要求，选用相应的功能模件，配上规范化的机箱和外部设备，就可灵敏地组成各种公用的控制安装。组装电子式调理仪表特点：功能齐全、组装灵敏。由于组件系列化、规范化、功能独立、插接件和输入输出信号一致，因此可以合

7、理地组成各种不同安装，以满足不同对象的要求。 平安可靠、维修方便。可以根据每个组件的特点，确定合理的例行实验条件，有利于提高整机的可靠性。当某一组件有缺点时，可以迅速改换备用组件，保证系统正常运转。而且由于组件规范化，检查和维修也容易。操作方便，便于集中监视管理。组件采用集成电路和小型元器件，安装小，控制盘板面小，操作方便。成套性，便于选型设计。由于采用通用接线，以适用成套安装的方式提供用户，方 便了设计，缩短安装调校时间。运用常规仪表的中央控制室运用常规仪表的中央控制室早期的早期的DCSDCS控制系统控制系统DCSDCS控制系统控制系统 变送器和转换器的作用是分别将各种工艺变量(如温度、压力

8、、流量、液位)和电信号如电压、电流、频率、气压信号等转换成相应的一致规范信号(4-20mA电流信号。 变送器分类：气动变送器 电动变送器1.构成原理 变送器是基于负反响原理任务的，其构成原理如下图，它包括丈量部分既输入转换部分、放大器和反响部分。4.1.0 变送器原理与 量程调整零点迁移 ()1oKCxzKFy由图知输出输入关系为：1()1CxZoFKFy当满足深度负反馈条件时，即时，上式变为：2.2.量程调整、零点调整和零点迁移量程调整、零点调整和零点迁移 变送器涉及的另一个问题是量程、零点调整和零点漂移。v量程调整量程调整v 其目的是使变送器输出信号的上限值其目的是使变送器输出信号的上限值

9、ymax与丈量范围与丈量范围的上限值的上限值xmax相对应。相当于改动输入输出特性的斜率，相对应。相当于改动输入输出特性的斜率，也就是改动也就是改动y与与x的比例系数。的比例系数。 量程调整通常是经过改动反响系数F的大小来实现的。F大，量程就大。F小，量程就小。 也有些变送器还可以经过改动转换系数c来调整量程。v零点调整和零点迁移零点调整和零点迁移 使变送器的输出信号下限值ymiin与丈量范围的下限值xmin对应。 在xmin=0时，称为零点调整；在xmin0时，称为零点迁移。 由上图可知，零点迁移后变送器的输出特性沿x坐标向右或左平移，其斜率没有变，即变送器量程不变。进展零点迁移，在辅以量程

10、调整，可提高仪表的丈量灵敏度。例4-2 知被测参数的最大动摇范围为4000-5000Pa,按照不进展零点迁移和进展零点迁移分别选择丈量变送器，并分析精度为1.0级时各自变送器的根本误差值和仪表灵敏度。解：当不进展零点迁移时，需选择量程为0-5000Pa的变送器，输出为4-20mADC.假设有迁移，可选用4000-5000Pa的变送器，量程为1000Pa. 假设精度为1.0级，不加迁移时，仪表的误差为： 5000Pa1%=50Pa,仪表的灵敏度为：20-4mA/5000Pa运用迁移后，仪表的根本误差为：1000Pa1%=10Pa,仪表的灵敏度为： 20-4mA/1000Pa。 零点迁移后，丈量精

11、度与灵敏度都提高了5倍。4.1.1 4.1.1 差压变送器差压变送器v力平衡式差压变送器力平衡式差压变送器v电容式差压变送器电容式差压变送器v分散硅式差压变送器分散硅式差压变送器 差压变送器是将液体、气体或蒸汽的压力、流量、液位等工艺量转换成一致的规范信号，作为记录仪、调理器或计算机安装的输入信号，以实现对上述变量的显示、记录或自动控制。 本节着重讨论普遍运用的力平衡式差压变送器和电容式差压变送器。力平衡式差压变送器力平衡式差压变送器 概述概述 力平衡式差压变送器包括:丈量部分杠杆部分位移检测放大器电磁反响机构 任务原理：力矩平衡原理。任务原理：力矩平衡原理。 丈量部分是将被测差压Pi转换成相

12、应的输入力Fi，该力与电磁反响机构输出的作用力Ff一同作用于杠杆系统，使杠杆系统产生微小的偏移，在经位移检测放大器转换成一致的直流电流输出信号。 由于采用了深度负反响，因此丈量精度较高，而且保证了 被测差压Pi和输出电流Io之间的线性关系。任务原理：任务原理： 被测差压信号P1、P2分别引入元件3的两侧，那么Pi转换为Fi，该力作用于主杠杆的下端，使主杠杆以轴封膜片4为支点偏转，F1沿程度推进8。F1分解F2和F3，F2带动14以M为支点逆时针偏转，此时12接近差动变压器，使两者间气隙减小。 检测片的位移变化量经过15转换为420mA的Io，作为输出。 Io又流过16，产生Ff使副杠杆顺时针偏

13、转，当Ff和Fi力矩平衡时，变送器形状稳定。由上述任务原理可画出其传输方框图：A-膜片有效面积 L1、L2Fi、F1到主杠杆支点H的力臂L3、Lo、LfF2、Fo、Ff到副杠杆支点M的力臂L4检测片12到副杠杆支点M的间隔tg矢量机构的力传送系数， 为矢量角K1副杠杆力矩-位移转换系数 Kf电磁反响机构的电磁构造常数K2低频位移检测放大器位移-电流转换系数 在差压变送器的放大系数K1K2和反响系数LfKf的乘积足够大时，当变送器处于稳定时，将满足力矩平衡关系：Mi+Mo=MfIo=KpPi+LoFo/LfKf1 321 32pffiiff f ooo ol l Atgl lKl lA Ptgl

14、KMMF lMKlI其中：构造：详细各部构造及作用构造：详细各部构造及作用检测部分检测部分: P : P 输入力输入力Fi Fi ，组成：由高低压式膜盒、轴，组成：由高低压式膜盒、轴封膜片，双膜片构造可减小温度的影响双膜片受温度变化封膜片，双膜片构造可减小温度的影响双膜片受温度变化抵消。膜盒内有充有硅油。抵消。膜盒内有充有硅油。任务过程：任务过程： P作用膜盒上时，膜片作用膜盒上时，膜片2和硬心同时向右挪动，和硬心同时向右挪动，迫使盒内硅油经过孔向右流动，并在衔接片迫使盒内硅油经过孔向右流动，并在衔接片6上产生集中力上产生集中力Fi当当Pi逐渐加大，超越额定差压时，膜片与机座接触，起到单逐渐加

15、大，超越额定差压时，膜片与机座接触，起到单向过载维护作用。向过载维护作用。杠杆系统：是变送器中机械传动和力矩平衡部分杠杆系统：是变送器中机械传动和力矩平衡部分作用：使作用：使F1F1产生力矩与电磁反响力产生力矩与电磁反响力FfFf产生的力矩进展比较，再产生的力矩进展比较，再转化为检测片的位移。现分析其主要机构：转化为检测片的位移。现分析其主要机构：、 调零和零点迁移机构：调零和零点迁移机构：零点迁移：调理迁移弹簧来实现。调零：由调零弹簧来调整。迁移弹簧对杠杆施加一个迁移力Fo设Fo到主杠杆支点的间隔为Lo,那么有：3121( )tan()ioooooffffoopiooffll A Pl Fl

16、Fl lKlKllFFl AlKIKP、静压调整和过载维护安装：、静压调整和过载维护安装：产生缘由：膜盒两侧的膜片有效面积不等。 主杠杆、拉条等装配不正，会使主杠杆产生一个附加力矩。消除方法：在主杠杆上安装一个静压调整安装。、平衡锤：、平衡锤：在副杠杆重心与支点在副杠杆重心与支点M M重合，从而提高了仪表的耐冲击，耐振重合，从而提高了仪表的耐冲击，耐振动性能，而且仪表不垂直安装时也不影响精度。动性能，而且仪表不垂直安装时也不影响精度。、矢量机构：组成：由矢量板、推板组成。、矢量机构：组成：由矢量板、推板组成。改动改动可改动差压变送器的量程。可改动差压变送器的量程。当仅用矢量机构调整量程时的量程

17、比为：当仅用矢量机构调整量程时的量程比为：00153.834tgtg3.电磁反响机构作用是将输出电流Io转换成电磁反响力Ff，此力作用于副杠杆，产生反响力矩Mf，以便和丈量部分产生的输入力矩Mi相平衡。反响力Ff的大小为：Ff=Kf IoKf是电磁构造常数，其值为：foKB DW低频位移检测放大器低频位移检测放大器作用：是将副杠杆上检测片的微小位移s转换成直流输出电流Io其原理线路图2-12如下页：其组成有：差动变压器 低频振荡器 整流滤波电路 功率放大器。差动变压器差动变压器 差动变压器是由检测片衔铁、上、下罐形磁芯和四组线圈构成。如图2-13所示，其作用是将检测片的位移s转换成相应的电压信

18、号uCD讨论：讨论：当当s=/2 s=/2 时时 e2=e2 UCD= e2=e2 UCD=e2e2- - e2e2=0=0差动变压器变压器输出差动变压器变压器输出当当s/2 s e2e2 UCD= UCD=e2e2- - e2e200此时此时UCDUCD与与UABUAB同相同相当当s/2 s/2 时，因差动变压器，上半部磁路磁阻增大互感减时，因差动变压器，上半部磁路磁阻增大互感减小小 e2e2 e2e2 UCD= UCD=e2e2- - e2e200此时此时UCDUCD与与UABUAB反相。反相。低频振荡器低频振荡器低频放大器由振荡器、整流滤波、及功率放大器三部分组成。、振荡器、振荡器 线路

19、图如右图：由线路图如右图：由LABLAB、C4C4构成的并联振荡回路的固有构成的并联振荡回路的固有频率也就是低频振荡器的振荡频率也就是低频振荡器的振荡频率。频率。412oABL Cf振荡的振幅条件：即振荡的振幅条件：即KF=1KF=1 检测片位移S与振荡器输出电压UAB之间的关系： 如以下图，阐明振荡器的放大特性是非线形的，而反响特性在铁芯未饱和的情况下是线形的。两条线的交点p即为稳定后的任务点，p点对应的uAB就是振荡器的输出电压。 、整流滤波、整流滤波 振荡器的输出电压UAB经二极管VD4整流以及经过电阻R8、R9和电容C5滤波得到平滑的直流电压信号，再送至功放级。 整流滤波电路并联在LA

20、B、C4回路的两端，因此它的总阻抗不能太小，否那么将要影响振荡器的任务。、功率放大器、功率放大器 功率放大器由晶体管VT2、VT3和电阻R3、R4、R5组成，如2-18所示。放大器采用PNP-NPN互补型复合管，其目的一是提高电流大系数；二是电平配置，使VT2的基级电平与前级输出信号的电平相匹配。 R3为稳定任务的反响电阻，同时提高功放级的输入阻抗，有利于滤波器输出电压的稳定。R5为VT2、VT3集电极与发射级之间的穿透电流提供旁路，用以改善放大器的温度性能，提高了电路的稳定性。平安防爆根底知识平安防爆根底知识 n易燃易爆的固体粉尘、气体或蒸汽，与空气混合成为具有火灾或爆炸危险的混合物n安装在

21、这类场所的检测仪表和执行器，假设产生的火花具有点燃这些危险混合物的能量，那么产生火灾或爆炸。 危险场所的分类 n第一类 含有可燃性气体或蒸汽的爆炸性混合物的场所，称为Q类场所。 n第二类 含有可燃性粉尘或纤维混合物的场所，称为G类场所。 n第三类 火灾危险场所，称为H类场所。Q类场所n第一类危险程度最高，将其又分为三级：nQ-1级 在正常情况下能构成爆炸性混合物的场所 nQ-2级 仅在不正常情况下构成爆炸性混合物的场所 nQ-3级 在不正常情况下，只能在部分地域构成爆炸性混合物的场所仪表防爆要求仪表防爆要求 n用于危险区的控制系统中，一部分仪表安装在控制室内，无防爆要求；n一部分安装在现场，如

22、电动仪表中的变送器、执行器、电气转换器等，有防爆要求；n两部分仪表需经防爆平安栅联接；n当两部分间隔较远时，还要采用防爆联接电缆。 爆炸性物质的分类、分级与分组爆炸性物质的分类、分级与分组分类分类 通常将爆炸性物质分为三类通常将爆炸性物质分为三类I I类物质类物质- -矿井甲烷；矿井甲烷； 类物质类物质- -爆炸性气体、可燃蒸气；爆炸性气体、可燃蒸气；类物质类物质- -爆炸性粉尘、易燃纤维。爆炸性粉尘、易燃纤维。分级与分组分级与分组 爆炸性气体的分级与分组爆炸性气体的分级与分组(I(I、类类) )：在规范实验条件下，按照其最大实验：在规范实验条件下，按照其最大实验平安间隙和最小引爆电流比分级，

23、按照其引燃平安间隙和最小引爆电流比分级，按照其引燃温度值分组。如表温度值分组。如表4-14-1给出了部分例如。给出了部分例如。 爆炸性粉尘和易燃纤维的分级与分组爆炸性粉尘和易燃纤维的分级与分组(类类) )，爆炸性粉尘和易燃纤维按照其物理性质，爆炸性粉尘和易燃纤维按照其物理性质分级、按照其自燃温度分组。分级、按照其自燃温度分组。防爆仪表的分类、分级和分组防爆仪表的分类、分级和分组 自动化仪表属于低压电气仪表，用于危险场自动化仪表属于低压电气仪表，用于危险场所时，应按照电气设备防爆规程管理。按照规定，所时，应按照电气设备防爆规程管理。按照规定，防爆电气设备可制成隔爆型、本质平安型等防爆电气设备可制

24、成隔爆型、本质平安型等1010种构种构造类型。其设备的分类、分级、分组与爆炸性物质造类型。其设备的分类、分级、分组与爆炸性物质的分类、分级、分组方法一样，其等级参数及符号的分类、分级、分组方法一样，其等级参数及符号也一样，其中温度等级是按照最高外表温度确定的、也一样，其中温度等级是按照最高外表温度确定的、对隔爆型是指外壳温度，其他各类型是指能够与爆对隔爆型是指外壳温度，其他各类型是指能够与爆炸性混合物接触的外表的温度。炸性混合物接触的外表的温度。 自动化仪表的防爆构造主要有两种类型：隔自动化仪表的防爆构造主要有两种类型：隔爆型，标志为爆型，标志为“d“d；本质平安型，标志为；本质平安型，标志为

25、“i“i。 隔爆型 隔爆型仪表的特点是：仪表的电路和接线端子全部置于隔爆壳体中，表壳的强度足够大，表壳结合面间隙足够深，最大的间隙宽度又足够窄。即使仪表因事故产生火花，也不会引起仪表外部的可燃性物质发生爆炸。 设计隔爆型仪表构造的详细措施有：采用耐压(8-10)*102kPa以上的表壳表壳外部的温升不得超越由气体或蒸气的自燃温度所规定的数值，表壳结合面的缝隙宽度和深度应根据它的容积和气体的级别采取规定的数值等。 隔爆仪表在安装及维护正常时，处于平安形状。但在揭开仪表表壳时, 它就失去了防爆性能。因此，不能在通电运转的情况下翻开外壳进展检修或调整。对于组别、级别高的易燃易爆性气体如氢气、乙炔、二

26、硫化碳等，不宣采用隔爆型防爆仪表。这是由于一方面对这些气体所要求的隔爆型仪表的表壳在加工上有因难，另一方面，即使能处理加工问题，但经过长期运用后，由于磨损，很难长期坚持要求的间隙，会逐渐失去防爆性能。这些都是隔爆型防爆仪表的弱点。本质平安防爆型本质平安防爆型 是指在正常形状下和缺点形状下，由电路及设备是指在正常形状下和缺点形状下，由电路及设备产生的火花能量和到达的温度都不能引起易燃易爆性产生的火花能量和到达的温度都不能引起易燃易爆性气体或蒸气爆炸的防爆类型。正常形状指在设计规定气体或蒸气爆炸的防爆类型。正常形状指在设计规定条件下的任务形状，如设计规定的断开和闭合电路动条件下的任务形状，如设计规

27、定的断开和闭合电路动作所产生的火花。缺点形状指因事故而发生短路、断作所产生的火花。缺点形状指因事故而发生短路、断路等情况。路等情况。 具有本质平安防爆的系统包括两种电路：安装在具有本质平安防爆的系统包括两种电路：安装在危险场所中的本质平安电路及安装在非危险场所中的危险场所中的本质平安电路及安装在非危险场所中的非本质平安电路。为了防止非本质平安电路中过大的非本质平安电路。为了防止非本质平安电路中过大的能量传入危险场所中的本质平安电路中，在两者之间能量传入危险场所中的本质平安电路中，在两者之间采用了防爆平安栅，使整个仪表系统具有本质平安防采用了防爆平安栅，使整个仪表系统具有本质平安防爆性能，如图爆

28、性能，如图4-264-26所示。所示。 本质平安防爆系统的性能主要由以下措施来保证。 首先，本质平安防爆仪表采用低的任务电压和小的任务电流。如正常任务时电压不大于24V DC，电流不大于20 mA DC；缺点电压不大于35VDC，电流不大于35mADC。限制仪表所用电阻、电容和电感参数的大小，以保证在正常及缺点条件时所产生的火花能量缺乏以点燃爆炸性混合物。 其次，用防爆平安栅将危险场所和非危险场所的电路隔开。 再次，在现场仪表到控制室仪表之间的衔接导线不得构成过大的分布电感和电容。 本质平安防爆型仪表的防爆性能最好，实际上讲它适用于一切危险场所和一切易爆气体；其平安性能不随时间而变化；而且维修

29、方便，可在运转形状下进展维修和调整。 防爆平安防爆平安栅栅 防爆防爆栅栅: :平安平安坚坚持器，用途持器，用途-限制送往限制送往现场单现场单元的元的电压电压、 、电电流，保流，保证进证进入入现场现场的的电电功率在平安范功率在平安范围围之内。之内。传统传统-包括充油型、充气型、隔爆型等，将能包括充油型、充气型、隔爆型等，将能够产够产生火花生火花的的电电路从构造上与爆炸性气体隔开；路从构造上与爆炸性气体隔开；新型新型-平安火花型平安火花型电电路路设计设计上思索防爆，将上思索防爆，将电电路在短路、路在短路、开断及开断及误误操作下操作下产产生的火花限制在爆炸性气体的点燃生的火花限制在爆炸性气体的点燃能

30、量之下。能量之下。归类归类：属于本：属于本质质平安防爆平安防爆仪仪表，比构造防爆表，比构造防爆仪仪表高一等表高一等级级。 。 n性质-平安火花防爆仪表和平安火花防爆系统属于两个不同的概念；n内容-防爆仪表只保证仪表内部不产生危险火花，不包括外部引线电源线、信号线等-注：系统与仪表的区别。n定义-由平安火花仪表和经过防爆栅衔接组成的工业控制系统。平安火花防爆系统的根本构造留意：防爆栅的作用平安火花防爆系统的根本构造留意：防爆栅的作用 n防爆栅的局限性：只能限制进入现场的瞬时功率，必防爆栅的局限性：只能限制进入现场的瞬时功率，必需与平安火花型仪表配合。需与平安火花型仪表配合。n平安火花防爆系统的充

31、分必要条件：平安火花防爆系统的充分必要条件：n1 1在危险现场的仪表必需是平安火花型；在危险现场的仪表必需是平安火花型；n2 2现场仪表与非危险场所之间的电路衔接必需经过现场仪表与非危险场所之间的电路衔接必需经过防爆栅。防爆栅。 防爆栅的根本任务原理 齐纳式齐纳式 改良型齐纳式改良型齐纳式 主要种类：电阻式、齐纳式、隔离式。电阻式：电阻串联于电源线或信号线限制进入危险现场的电流，缺陷：电源、信号受衰减。齐纳式：利用串联电阻限流、利用并联齐纳稳压管限压。过流限制分析过流限制分析隔离式防爆栅 1 1检测端防爆栅检测端防爆栅 DDZ-防爆栅的隔离方案:详细措施-变压器作为输入输出电源隔离；晶体管截止

32、限压、限流截止式控制电路。两处隔离-变送器配合运用的检测端防爆栅，执行其配合运用的执行端防爆栅。分为检测端和执行端防爆栅隔离表示图信号隔离信号隔离电源隔离电源隔离涉及内容：涉及内容：1 1电路组成；电路组成；2 2信号流程分析；信号流程分析；3 3调制解调原理调制解调原理检测端防爆栅的简化原理图分析内容：分析内容：1 1DC-ACDC-AC转换原理；转换原理；2 2调制原理；调制原理；3 3解调放大原理解调放大原理根本任务原理描画 信号流向：由变送器输入，经限压、限流电路，经调制电路，经隔离防爆栅，经解调电路至控制室。 供电电源：+24V电源接通，VT1 、VT2得电，产生推挽振荡，DC-AC

33、转换，输出3路。a. 为420mA产生电路供电；b. 作为调制开关切换控制信号；c. 为限压、限流维护电路供电。 限压限流：过压VD15、VD16击穿，VT3、VT5导通，VT4、VT6截至，信号通道关断。 调制电路：调制开关VD13、VD14轮番切换变送器引入信号，分时流过调制变压器T2原边上、下绕组，将电平信号转换为交变信号。 解调电路：副边信号时VT7、VT8，VT9、VT10轮番导通，导通程度由原边420mA电平决议，对施加电源控制后复原420mA信号。限压限流电路原理及特性曲线检测端防爆栅简化原理图检测端防爆栅简化原理图 限压限流特性曲线限压限流特性曲线 调制解调电路任务原理调制和解

34、调放大电路原理图调制和解调放大电路原理图 斩波斩波供电供电2执行端防爆栅执行端防爆栅执行端防爆栅电路原理图执行端防爆栅电路原理图 执行端防爆栅任务原理隔离式平安栅隔离式平安栅 n经过隔离、限压和限流等措施，限制注入危险场所的能量来保证平安火花性能。n危险侧设备与平安侧设备的一切联络如供能、信号传送等都是经过电磁转换方式进展的。n利用符合要求的非线性特性的电路，把危险侧的电源、电压值限制在平安值以下。 隔离式平安栅的主要目的 n输入信号n输入式420mA，DCn输出式420mA，DC。 n输出信号n输入式15V，DC；420mA，DCn输出式420mA，DC。 n负载电阻n输入式电流负载电阻01

35、00； n输出式负载电阻为250750。 n防爆额定电压 220V，DC/AC。 隔离式平安栅特点n通用性强，运用时不需求特别本安接地，系统可以在危险区或平安区以为适宜的任何一方接地，运用方便； n电源、信号输入、信号输出均经过变压耦合，实现信号的输入、输出完全隔离，使平安栅的任务更加平安可靠。 电源隔离处置n采用变压器隔离，输入电源经DC/AC变换器变成交流方波；n再经变压器耦合、AC/DC、滤波得到直流稳压电源；n经过电流、电压限制电路，给现场提供隔离电源。输入隔离式平安栅n接受变送器的输出电流，经调制变成交流方波信号；n经过信号变压器耦合到平安侧，经解调放大复原为直流信号输出，实现危险侧

36、输入信号与平安侧输出信号隔离。 输出隔离式平安栅n平安侧的输入直流信号经过调制变成交流方波信号；n经信号变压器耦合到危险侧，送入解调放大器，输出直流信号。n在危险侧信号输出端经过快速熔丝、限压电路、限流电路组成齐纳式限压限流电路，把通往现场的电压和电流限制在一个平安值内。 隔离式平安栅原理图 平安火花防爆平安火花防爆平安火花防爆原那么：平安火花防爆原那么：、电子线路设计上。、电子线路设计上。、安装运用上不让火花窜入现场隔离。、安装运用上不让火花窜入现场隔离。尽能够减小贮能元件L、C并使现有贮能元件在缺点情况下释放的能量电流、电压限制在平安额定以下。电容式差压变送器电容式差压变送器 电容式差压变

37、送器是没有杠杆机构的变送器。它采用差动电容作为检测元件，整个变送器无机械传动、调整安装，并且丈量部分采用全封锁焊接的固体化构造。 变送器包括丈量部分和转换放大电路两部分。 此电容变化量由电容-电流转换电路转换成直流信号，电流信号与调零信号的代数和同反响信号进展比较，其差值送入放大电路，经放大得到整机的输出电流Io。丈量部件丈量部件 丈量部件的作用是把被测差压P i转换成电容量的变化。它由正、负压丈量室和差动电容检测元件膜盒等部分组成。 假设不思索边缘电场的影响，感压膜片和两边固定电极构成的电容Ci1、Ci2为：110220AASSSAAC iSSSC i212131221iiIiiCCsKPI

38、K KPiCC把代入得：2121212(2131111()11()()iiiiiiSoSSoSASSoSSoSSoASoSSoSKSCCCACCCC 则有：两电容差为：转换放大器转换放大器 作用：是将上述差动电容的相对变化值转换成规范的电流输出信号，完成零点调整、正负迁移、量程调整、阻尼调整等功能。其构造原理图如下：它由电容-电流转换电路和放大电路组成。图2-28 电容式差压变送器电路图1.1.电容电容- -电流转换电路电流转换电路作用：将差动电容的相对变化值成比例的转化成差动电流信号。、振荡器 作用是用来向差动电容Ci1、Ci2提供高频电流。其线路图如2-23由图知这是一种变压器反响型振荡电

39、路，只需适当的选择电路元件的变量，便可满足振荡条件。供电：由IC1输出电压Uo1供电， IC1可控制振荡器输出幅度。频率：即为L、C构成的并联谐振电路。、解调和振荡控制电路、解调和振荡控制电路21212121()iiiiiCCCCIIIII由解调器得：2213211iiiiCCCCIiIIK由放大器得：、线性调整电路、线性调整电路由于差动电容检测元件中分布电容的存在，将呵斥非线形误差。分布电容使差动电容变化量减小而使Ii减小，为使Ii增大而设计了此电路。2.放大及输出限制电路作用：是将电流信号Ii放大，并输出420mA的直流电流。、放大电路、放大电路、输出限制电路、输出限制电路由VT2、R18

40、组成作用：防止输出电流过大，损坏器件。Io1可在R120上并联一个电阻，如R119此时负反响减小，输出Ua添加。如要求后一段直线斜率小于前一段那么可在Ra上并联一电阻。此时输出Ua减小。5.热电阻温度变送器量程单元与上述两种变送器的区别：线性化电路，置于输入回路中；热电阻引线补偿电路。 I I、线性化原理及分析、线性化原理及分析热电阻线性化电路原理如图：现把IC2看成是理想运算放大器，UT=UF可得：17161916171617()11tttFtRRRRtUzIRRRRgUzUzgRtgRtUzUtgRtUIRU 17161917171619RR R -R RtR和 式中g=R R由上式得：I

41、t=II、引线电阻补偿电路为消除引线电路的影响，热电阻采用三线接法。由R23、R24、2构成的支路为引线电阻补偿电路。假设不思索此电路,那么：Ut=Ut+2It假设存在引线补偿电路，有电流I流过2、3，调整R24使I= It那么流过3的电流大小相等，方向相反。所以3上不产生压降。由于设计时， R29= R30+R31，所以由1、2产生的压降引到反相端时，相互抵消。故三线制接法可消除引线电阻对丈量的影响。6.平安火花型防爆措施1、输入、输出及电源回路之间经过变压器To和T1而相互隔离，在变压器中设有“防止短接板。2、在输入端设有限压元件、限流元件，以防高电能传送到现场。3、在输入端及电源端装有大

42、功率二极管及熔断丝。两线制温度变送器两线制温度变送器1.输入回路输入回路包括电阻包括电阻R6-R11、Rcu、电位器、电位器Rp1等组成的桥路、电等组成的桥路、电容容C2-C5电阻电阻R17-R20等组成等组成的滤波电路及由二的滤波电路及由二极管组成的限幅电极管组成的限幅电路。路。1、2端衔接测端衔接测温元件热电偶，温元件热电偶，3、4短接，桥路输出短接，桥路输出不平衡电压与热电不平衡电压与热电偶的热电势相叠加，偶的热电势相叠加，送至放大器的输入送至放大器的输入端。铜电阻端。铜电阻Rcu起起冷端温度补偿作用，冷端温度补偿作用，Rp1用来调理零点。用来调理零点。2.反响回路反响回路由电阻R13、

43、R14电位器Rp2等组成。反响电流If由晶体管VT5输出，经过R13 Rp2在R10上的压降即为反响电压，调理Rp2改动反响量，即可调理量程。3.放大器放大器电压放大器采用低漂移、高增益、高输入阻抗、低噪声的集成电压放大器采用低漂移、高增益、高输入阻抗、低噪声的集成运算放大器。运算放大器。4.稳压源稳压源由于采用两线制方式，当输出电流及负载阻值变化时，仪表任由于采用两线制方式，当输出电流及负载阻值变化时，仪表任务电压也随之变化，因此在线路中附加稳压环节。务电压也随之变化，因此在线路中附加稳压环节。q电电/ /气转换器气转换器v概述概述v气动仪表的根本元件气动仪表的根本元件v电电/ /气转换器任务原理气转换器任务原理概述概述 电/气转换器是将电动仪表输出的420mA直流电流信号转换成可被气动仪表接受的20100KPa规范气压信号，