变送器及综述

1、变送器概述 差压及压力变送器差压电容式变送器 扩散硅压力变送器 小结 一种通用二线制变送器芯片 温度变送器 智能压力变送器设计原理1概述一、基本功能变送、现场仪表与防爆二、常见性能指标 三、应用技巧 四、发展趋势 现场信号标准输出测量信号下限测量信号上限量程仪表输出下限仪表输出上限2常见性能指标测量范围量程设定范围如 0.1URV140KPa、 0.1LRV140KPa精度如 0.5、0.25、0.1量程比：仪表可调的最大量程与最小量程之比如 11.491、271、4001电源电压与负载的关系可调阻尼时间零点迁移范围电源电压V负载电阻可变范围1204555负迁移正迁移3应用技巧量程调整+零点迁

2、移 提高仪表的使用精度例：X：40005000Pa，现有变送器量程3000 6000Pa，精度0.5级。无迁移：基本误差=（6000-3000)0.5%=15Pa 灵敏度=（20-4）/（6000-3000） =16/3000mA/Pa迁移：基本误差=（5000-4000)0.5%=5Pa 灵敏度=（20-4）/（5000-4000）=16/1000mA/PaXmaxXmin0%100%4发展趋势先进的检测原理应用普及 电容式 应变式 电感式 振弦式信号标准变化 4 20mA 数字/模拟混合 全数字 多参数变送器5差压电容式变送器构成框图1151测量原理 1151工作原理 1151变送器电路原

3、理 P检测机构微小位移特种方法中间变量转换电路Io测量部分61151测量原理P1P2Ci1Ci2do由数学推导,而=K膜片P,则但是，Ci1=Ci1+Co Ci2=Ci2+Co则7工作原理解调器IcmIs振荡控制放大器振荡器基准电压稳压器电流控制放大器电流检测器电流控制器电流限制器8Ro:等效的输出电路的输入电阻IH: 11RoC17CHVD8,42IL: 2 VD6,2CLC17Ro 11IH: 3VD7,3CHC17R6/R810IL: 12 R7/R9C17CLVD5,11设计使IH= IH ,IL= IL IH=CHVppf, IL= CLVppf(因 i=Cdu/dt, idt=Cd

4、uC17CH,CLq=CHVpp，q/T=CHVpp/T所以，IH=CHVppf)Icm= Vppf(CL+CH)IS= IL -IH =Vppf(CL-CH) = Vppf(CL+CH) (CL-CH) /(CL+CH) = Icm (CL-CH) /(CL+CH)9负反馈电路Vi1= IHR6/R8 + ILR7/R9+VE(R9/(R7+R9) - R8(R6+R8)=0 令R6=R8，R7=R9 则 Icm= IH + IL= VE(R8 - R6)/ (R6 R8) =const震荡控制放大器10Is 转换输出Vz、Is、Vf，负反馈电路IsViVo3Ic3 Ic4 Io Vf VF

5、=const=VaVT=k1Vz-IsRp+k2Io=Va则 Io=KPi+aK(Va-k1Vz)电源电压= 0.7V+VDw1+Vbe2 +Vce4 +Io(R32+Rl)11线性调整电路思路：Is=Icm VR22 负半波 VR23VR22 Vi1交流分量而Icm=(Cl+Ch)Vppf提高Vpp，可增加Is12整机电路分析13复习运算放大器ri 所以Ii=0r0很小K运放未饱和时 VF=VT负反馈电路时 r0=0，输出为理想的电压信号共模电压输入范围Vcm:E2+1VVcmE1-1VViVcmVo=KViE1E2运放电路分析方法：极性分析确定负反馈节点电流法迭加原理法14R-R压阻传感器

6、原理P1P2R+R15扩散硅压力变送器R-RR-RR+RR+RIV1V2VcmV1-V2=Vcm+I/2(R+ R) - Vcm+I/2(R- R)= IR以本机公共点为基准分析电路：VT=V1R11/(R8+R11)VF=V2R12/(R9+R12)+VOR9/(R9+R12)=VT且R8=R9,R11=R12VO=(V1-V2)R12/R9IO /(V1-V2)= IO / (VOR9/ R12)= R12/(R9R14)调量程调偏置16差压变送器小结压力变送器的误差分析静压误差Pi=0时，Io0原因：感压元件不对称或其它因素特殊的原理性缺陷温度影响两线制仪表的外特性阻值随被测信号变化的电

7、阻PUI17一种通用二线制变送器芯片美国BB公司的XTR101非线性误差0.01%电压漂移0.75V/工作温度：-4085 (工业级）抗电机启动、大容量开关等噪声18XTR101的主要应用外特性将mV标准电流的二线制服务芯片具有信号的阻抗变换功能输出级有保护有两个恒流源可供应用片内电平浮动应用限制：信号输入端3，4必须比输出端7高4V6V19XTR101原理简图输入信号的阻抗变换Rs=40/(Io/ ein-0.016S)功率保护Io 两个可用的恒流源3，4电位必须高于7的电位46VIo=4mA+(0.016S+40/Rs)einIo与RL、Vps无关20温度变送器作用 TIo(Vo) 测温元

8、件：温度变送器类型及其特殊问题 用二线制芯片实现温度变送器例 四线制温度变送器概述 智能温度巡检仪与现场总线 热电偶：铂铑-铂铑、铂铑-铂、 镍铬-镍铝、镍铬-考铜、铜-康铜热电阻：铂电阻、铜电阻21温度变送器类型及其特殊问题热电偶温度变送器 热电阻温度变送器直流毫伏变送器RTI=V恒流源线性化共同的问题隔离技术保护技术防爆22热电偶温度变送器线性化问题冷端补偿问题铜电阻作感温元件晶体管的PN结作感温元件TT0E=ET-ET0T1E=ET-ET030001500T(Fo)E(mV)铂铑-铂镍铬-考铜106023用二线制芯片实现温度变送器例1mA+-T=0时的冷补1mA+-环境温度的冷补ein=

9、E+ET0+V4-e1e1VDPN结感温ein24四线制温度变送器概述T热电偶前置放大功率放大输出IoVo非线性校正-24VDC/AC/DC稳压器冷端补偿零点调整25智能温度巡检仪与现场总线DS1820DS1820DS18208051P1 GNDP2.7P3.2P3.3 VccP3.43150IO0IO7 IO8IO9IO10现场计算机神经元芯片Dallas的单片温度传感器通过LonWorks网卡与网络节点相连温度传感器9字节RAM64位快速存储器2个温度报警触发器48位序列号26复习线圈的同名端两个线圈，当同时有两个电流流入/出同名端时，它们各自产生的磁通方向相同。因此，感应电势流出的电流刚

10、好同激发电流相反.感应电流激发电流27一种DC/AC变换器ic3eb3 ,eb4 ib3 ,ib4T3饱和导通(ic3ib3)，T4截止ec3 Es= const而|ec3|=Wcd/dt,即d/dt=const,dim/dt=const激磁电流im=（Wcic3-Wbib3-Wlil)/Wcib3=(eb3-ic3R45)/R43则ic3 ,ib3 T3退出饱和进入放大，即ic3=ib3 ,d/dt=0 eb3=0 T3T4FEs108/（4BmSWc3)=45KHz28智能压力变送器特点：1、应用微电脑 多参数检测、补偿，从而高精度 双向数字通讯： 组态：量程、阻尼时间、工程单位选择等 诊

11、断：启动诊断软件 校验：校输出，调零点 显示：读出变送器中的信息2、模数混合的过渡式：向现场总线过渡3、基本指标的提高 精度：0.1%、 0.075% 量程比：30:1、100:1、400:129ST3000智能变送器框图存储器数模转换数字输入输出 (协议通讯芯片) P S T模数转换微处理器压力静压温度 输出420mA存储器手持编程器30温度信号电路压力+-温度补偿信号31手持编程器SFC开机自检设置变送器新的工作状态显示变送器当前工作状态显示变送器输入输出将当前状态存储结束发叫醒信号32HART变送器典型连接主设备从设备副主设备主从设备以应答或广播方式通讯33通用智能变送器原理图34AD7

12、715内部功能框图(高精度串行AD转换器）电荷平移式A/D转换器寄存器堆：CRSRTRDR通信寄存器-数字滤波时钟发生器PRA0/DRDY ZER0 RS1 RS0 R/W STBY G1 G0+-REF IN(-) REF IN(+) AVDD DVDDMCLKMCLKCSDINSCLKDOUTDRDY设定寄存器缓存器测试寄存器数据寄存器MD1 MD0 CLK FS1 FS0 B/U BUF FSYNB15 B14 。 B1 B035AD7715控制软件流程图初始化AD7715：向7715写10H（写CR） 00010000向7715写68H（写SR） 01101000上电/复位增益为1掉电模式下一操作为写下一操作为向SR操作写有效校正方式1A/D速度60HZ无帧滤波同步控制无缓冲读（7715的）DRDY