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()1KyCxzKF01()yCxzF1 K F变送器的构成原理和输入输出特性yxymaxxmaxxminymin0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、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

2、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 ymaxmax与测量范围的上限值与测量范围的上限值x xmaxmax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

3、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 ymimin n与测量范围的下限值与测量范围的下限值x xmimin n相对应，在相对应，在x xmimin n= = 0 0时，时，称为零点调整，在称为零点调整，在x xminmin 0 0时，称为零点迁移时，称为零点迁移。 实现方法：实现方法：零点迁移的方法：FZxFCyyFZxCZZZZfifi00 输入转换调零、零点迁移放大器 FXYCKZiZ0Zf

4、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. 03001670010004203%1300%170010002/0123. 01300160130042013%10130045 . 045 . 25 . 10 . 15 . 04 . 035. 02 . 01 . 005. 002. 0005. 0%1001maxmaxmASmASxIxS）（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

5、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FCKFCFCKxxFCy 1、反馈补偿、反馈补偿同反馈补偿则变送器为线性。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

6、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piFiFfI0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、

7、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、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: tan3L21LLA1K2KfKfL0LiP iF1FiMfMfF0IS0M0F构构常常数数；电电磁磁反反馈馈机机构构的的电电磁磁

8、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； fffiKKKMFFFLLLHFFLLA210203121, 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

9、、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 fiffMMMKLKK 021)时时，有有：当当变变送送器器处处于于稳稳定定状状态态，的的乘乘积积足足够够大大的的情情况况下下和和反反馈馈系系数数（数数（在在差差压压变变送送器器的的放放大大系系 00002312131332tantantanIKLFLMLFMPALLLLFLLFLLFMfffffiii ，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00002310tanFKLLPKFKLLPKLLALLIffiPffiff 代入上式得：代入上式得：F2L3L2L1HMfFfL0

10、F0LiF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F2L3L2L1HMfFfL0F0LiF0F 0L 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0F.4040000000mAIPmAIFIPKFKLLPKIiiPffiP 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。F2L3L2L1HMfFfL0F0LiF0F 0L tantan,2001320013000LFLPALLLFLFLLMLHFFiii 则则有有：的的距

11、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 0001000200130tanFKLLFALLPKFKLLKLLFLPALLIffiPffffi 。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，使的大小，使通过调整通过调整000.40FmAIPFi 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I0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

12、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,fKW1W2W11R12456V2421121,1450725WRRWW 匝匝匝匝，已已知知：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；大大小小匝，匝，短接，短接，低量程时，低量程时， PfPfKKWWWKKWW21751272542211Ff =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

13、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BD上罐形磁芯上罐形磁芯下罐形磁芯下罐形磁芯AC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ABCDABUCDU2e 2e 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

14、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SeeUeeUUUABCDCDAB2222 DACS1、当S=2上下磁阻相等 Ucd=02、当S2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ABCD2e 2e 4C1VT2C2R6REKHzfFCmLLCLfABAB4047. 0,39210440 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ABCD2e

15、2e 4C1VT2C2R6RE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ABCDABCDCDUUSUUSUS,2,2, 02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AB4C4VD5C4R1VT功率放大器功率放大器4R3R5R2VT3VT2CI3CI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，稳定工作点稳定工作点复合放大复合放大 533, 2RRVTVT（一）概述（

16、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iPS2121iiiiCCCC21II0I（二）测量部件（二）测量部件 作用：作用：iP2121iiiiCCCCi1i20CC时，iPi1i10CC时，电容量减小，电容量增大iP测量部件结构测量部件结构21002210001/()1/()1/()1/()iiiiCCASSSSSKSCCASSSS

17、S 1iSKP2121221iiiiiCCKSK KPCC11110iAACSSS 22220iAACSSS结论：结论：1212iiiiCCCC(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。 iP(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) 与与 有关。有关。 愈小，灵敏度越高。愈小，灵敏度越高。0S0S（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

18、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E1245V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调整量程调整（负反馈）（负反馈）基准基准 电压电压IC1IC3Ci1Ci2RLI 0420mA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

19、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01U1IC8C9R7R8R6R1iU2iURU2I1I2I1IiR11C17C1VD5VD2VD6VD4VD8VD3VD7VD1I2I1iC2i

20、C121112103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

21、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， fTfUCTUCIfUCTUCITIUCItCVqUCCPPiPPiPPiPPiPPiPPii,:.2221111121fUCIfUCTUCIPPiPPiPPi22111fUCCIIIPPiid)(1212fUCCIIIPPiic)(1221121212121212)(iiiiciiiiiCCCCICCCCIIIIIPKPKIImcifUCIfUCTUCIPPiPPiPPi22

22、111 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- -Ci1Ci2+ +Ci1= K3Ci2- -Ci1Ci2+ +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01U1IC8C9R7R8R6R1iU2iURU2I

23、1I2I1IiR11C17C1VD5VD2VD6VD4VD8VD3VD7VD1I2I1iC2iC121112103IC1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。 21868628698187969797286861972861299788619786212891,/IIRRRRUURRRRURRRRRRRRIRRRRIRRIRRIURRRURRRUURRRRIIURRUUiRiiRRiiRi 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电压压近近似似相相等

24、等，即即：使使放放大大器器输输入入端端的的两两个个，分分电电路路构构成成深深度度负负反反馈馈、振振荡荡器器、及及解解调调器器部部为为理理想想运运放放时时，由由当当11ICIC21iiUU 为为常常数数38698212186868698KURRRRIIIIRRRRURRRRRR iiiiiiPKKKCCCCKIII 2131212312振振荡荡器器01U1IC8C9R7R8R6R1iU2iURU2I1I2I1IiR11C17C1VD5VD2VD6VD4VD8VD3VD7VD1I2I1iC2iC1211121032.2.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

25、大，并输出放大，并输出4 20mA的直的直 流电流。流电流。19R31Rc1VZ2PR21PR22PR36R11CiI20RS21R34R37RBA10R13R14R11R4PR22C39R38R16R2VT17R3VT18R11VD12VD33R3PR31PRdV4524LR4VT3ICFUTU0IfI 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

26、 R3131、 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

27、，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：11413101413aVZAFURRRRRUU ）（输入输出关系：输入输出关系：iiVZiiiiBTIRUURCUBIUUb 111,13)(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 100362222036222110000/)2(VZPPPPVZURRRRRRRRRUUBURUB 点点处处的的等等效效电电阻阻，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1

28、VZ2PR21PR22PR36RB0R 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BIURUBIfffff)3(c33R3PR31PRdfI1VZ31R0I34RBfRfU调量程电路33RfI1VZ0I34RBfRfU调量程电路cdR3133131 YRRRRRPPcd 变变换换方方法法得得：按按fVZffffVZfVZcdfcdfRRURIRURRUIRRUIRRIRRRR 341034103410333334)( 故：故：fiABAFTUUUUUUUUIC 0),(3则则有有：为为理理想想运运放放时时，有有：

29、当当 134141310141303410111141310141311VZffiifiiffVZffVZiiVZVZURRRRRRRRRRRIRRIRRURIRUIRUURRRRR 即：即： 15421341541212341544054,1,VZiVZiiiiVZiiifUKKPKKKKUKKCCCCKKUKKIKIRKRRK 则则：令令;42212mARP使使变变送送器器输输出出电电流流为为项项调调第第调调在在测测量量下下限限时时，通通过过调调项项为为调调零零信信号号。）等等式式右右边边第第讨讨论论：（ 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

30、大倍数。为电路放大倍数。）（4342KRRKcdP 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 R1818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

31、其它元件的作用 R R3838、R R3939、C C2222和和R RP4P4构成阻尼电路，抑制变送器的输构成阻尼电路，抑制变送器的输出波动，出波动，R RP4P4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。 VDVD1212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

32、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、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

33、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 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PKRUUSZS41SWURRRU)21 (1580119010RUI放大线路部分fR1SR2SR3SR4SRmA5 . 0mA1ICVT0ImA204LRV24mAIe193 ABbUmAImAIIIUURRURRmAImAIRRRReebBSSASSeSSSS204193,)2(;43)1(00234104321 当当硅硅杯杯受受压压时时当当硅硅杯杯未未受受压压时时，工

34、工作作原原理理：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

35、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mV24VDC 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

36、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UZUfUi、Et-+UoIo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

37、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/osVVct 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 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

38、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VDVD1313VDVD1616、保护二极管保护二极管VDVD1717VDVD1818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

39、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 74. 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

40、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 =4WcBmST因此振荡频率为：因此振荡频率为： f =4WcBmST( (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) )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R109R110R140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

41、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 R103103、R R104 104 、R R105105及及R RP1P1组成零点调整组成零点调整和零点迁移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 + R103R103 + RP1/R104 + R105Uz( 式中式中

42、 Rcd =RP11 R104RP1+ R104 Ui +R105Rcd + R103Uz= 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 + RP21R111 + R114UzR115R115 + R116U05+R106R107=1U0 + 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

43、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为锰铜电阻或者精密金属膜电阻RCu1、RCu2为铜线绕电阻，其阻值在0时为50B1B1接接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 U

44、T T为为UT = Ei +RCu1 RCu2R103 + RCu1+ RCu2)Uz1R105(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 RCu1Cu1、R RCu2Cu2的阻值的阻值也随之变化，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EtVz+-ttttEtVoVo(

45、Vo)tVfVf2. 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。 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。Va4Vf5Vf4Vf3Vf2Vf1Va3Va2Va10Va5VfVa1432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

46、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 tttVI R17161716191617FzttRVVRRRRRIRR1zttgVIgR1.1.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，采用正反馈的方法来，采用正反馈的方法来达到线性化的目的，如下图所示。达到线性化的目的，如下图所示。 当当R Rt t随温度而增加时，随温度而增加时，I It t将增大。而从上式可知，将增大。而从上式可知，R Rt t的增的增加导致加导致I It t的进一步加大，从而实现线性化。