控制仪表与计算机控制装置-控制仪表与计算机控制装置-变送器课件

1、第三章 变送器 变送器在自动检测和控制系统中的作用，是将各种工艺参数，如温度、压力、流量、液位、成分等物理量转换成统一的标准信号，以供显示、记录或控制之用 1第三章 变送器 变送器在自动检测和控制分类 ：差压变送器 压力变送器 温度变送器 液位变送器 流量变送器等按被测参数2分类 ：差压变送器 压力变送器 温度变送器 液位变送器 流量变送器的理想输入输出特性 3变送器的理想输入输出特性 3 3.1. 概述 变送器的构成原理 模拟式变送器的构成原理 数字式变送器的构成原理 4 3.1. 概述 模拟式变送器的构成原理 数字式变送器 模拟式变送器的构成原理模拟式变送器的组成 测量部分 放大器 反馈部

2、分 零点调整和零点迁移 5 模拟式变送器的构成原理模拟式变送器的组成 测量部分 放当满足 1的条件时 模拟式变送器的输入输出关系 模拟式变送器的理想 输入输出特性6当满足 1的条件时 模拟式变送 在小型电子式变送器中，反馈部分往往仅由几个电阻和电位器构成，因此常把反馈部分和放大器合在一起作为一个负反馈放大部分看待；或者将反馈部分和放大器合做在一块芯片内，这样变送器即可看成由测量部分和放大器两部分组成。另外，调零和零点迁移环节也常常合并在放大器中。 7 在小型电子式变送器中，反馈部分往往仅由几个电阻和 数字式变送器组成:二大部分软 件包括系统程序和功能模块硬件电路以微处理器CPU为核心 数字式变

3、送器的构成原理 8 数字式变送器组成:二大部分软 件数字式变送器的硬件构成9数字式变送器的硬件构成9 智能式变送器还配置有手持终端(外部数据设定器或组态器)，用于对变送器参数进行设定，如设定变送器的型号、量程调整、零点调整、输入信号选择、输出信号选择、工程单位选择和阻尼时间常数设定以及自诊断等。 10 智能式变送器还配置有手持终端(外部数据设定器或组态器 数字式变送器的软件构成包括系统程序和功能模块系统程序: 对变送器硬件的各部分电路进行管理，并使变送器能完成最基本的功能，如模拟信号和数字信号的转换、数据通信、变送器自检等 11 数字式变送器的软件构成包括系统程序和功能模块系统程功能模块可能有

4、：资源模块 变量转换 模拟输入 量程自动切换 非线性校正 温度误差校正 阻尼时间设定 显示转换 运算功能 PID 控制功能 警报 12功能模块可能有：资源模块 变量转换 模拟输入 量程自3.1.2 变送器的一些共性问题 量程调整 零点调整和零点迁移 线性化 变送器信号传输方式 133.1.2 变送器的一些共性问题 量程调整 零点调整和零 3.1.2.1. 量程调整 使变送器的输出信号上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应 量程调整相当于改变变送器的输入输出特性的斜率，也就是改变变送器输出信号y与输入信号x之间的比例系数 14 3.1.2.1. 量程调整 使变送器的输出信号上量程调整的方

5、法 模拟式变送器 改变反馈部分的反馈系数 改变测量部分转换系数 软件实现 数字式变送器15量程调整的方法 模拟式变送器 改变反馈部分的反馈系数 改变测 3.1.2.2.零点调整和零点迁移 使变送器的输出信号下限值ymia与测量范围的下限值xmin相对应 零点调整使变送器的测量起始点为零在xmin=0时，称为零点调整；在xmin0时，称为零点迁移零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值:当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移16 3.1.2.2.零点调整和零点迁移 使变送器 零点调整和零点迁移的方法 零点迁移，再辅以量程调整，可以提高仪表的测量精度

6、 。模拟式变送器 改变放大器输入端上的调零信号z0 数字式变送器 软件实现 17 零点调整和零点迁移的方法 零点迁移，再辅以量 3.1.2.3. 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: 使反馈部分与传感器组件具有相同的非线性特性 18 3.1.2.3. 线性化 原因：传感器组件的输出信号与被使测量部分与传感器组件具有相反的非线性特性 数字式变送器 非线性补偿方法: 软件实现 19使测量部分与传感器组件具有相反的非线性特性 数字式变送器 非 3.1.2.4.变送器信号传输方式 气动变送器：两根气动管线 电动模拟式变送器：二线制 四线制 H

7、ART通讯协议方式 数字式变送器：双向全数字量传输信号 (现场总线通信方式 )20 3.1.2.4.变送器信号传输方式 气动变送器：两根气动管电动模拟式变送器信号传输方式 二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号 二线制 四线制传输供电电源和输出信号分别用二根导线传输 21电动模拟式变送器信号传输方式 二根导线同时传送变送器所需的电优点： 节省连接电缆、有利于安全防爆和抗干扰 条件： 工作电流： 工作电压：二线制最小有效功率P: PI0min (Emin-I0miaRLmax)22优点： 节省连接电缆、有利于安全防爆和抗干扰 条件： 工作电 数字式变送器信号传输方式 在一条电缆上同时传输

8、420mA的模拟信号和数字信号HART通讯协议 :物理层 数据链路层 应用层 HART通信协议是依照国际标准化组织(ISO)的开放式系统互连(OSI)参考模型，简化并引用其中三层： 23 数字式变送器信号传输方式 在一条电缆上同时传输4 物理层 规定了信号的传输方法和传输介质传送速率为1200 bit/s 信号传输：基于Bell 202 通讯标准，采用频移键控(FSK)方法，在420mA基础上叠加幅度为0.5mA的正弦调制波作为数字信号24 物理层 规定了信号的传输方法和传输介质传送速率为1传输介质: 单芯带屏蔽双绞电缆 3000米 多芯带屏蔽双绞电缆 1500米 短距离可使用非屏蔽电缆 25

9、传输介质:25 数据链路层 规定了数据帧的格式和数据通讯规程定界符定义了帧的类型和寻址格式 地址有短格式和长格式 响应码在变送器向主设备通信时才有，表示数据通信状态和变送器工作状态 数据帧格式：由链路同步信息、寻址信息、用户信息及校验和组成26 数据链路层 规定了数据帧的格式和数据通讯规程定界符 HART协议按主/从方式通讯，这意味着只有在主站呼叫时，现场设备（从站）才传送信息有三种通讯模式： 点对点模式-在一条电缆上传输420mADC的 模拟信号和数字信号 多点模式-一条电缆连接多个现场设备，这是 全数字通信模式 阵发模式-允许总线上单一的从站自动、连续 地发送一个标准的HART 响应信息

10、27 HART协议按主/从方式通讯，这意味着应用层 规定了通讯命令的内容 命令类型： 通用命令 适用于所有符合HART协议的现场仪表 通用操作命令 适用于大部分符合HART协议的现场仪表 特殊命令 各制造厂的产品自己所特有的命令 28应用层 规定了通讯命令的内容 命令类型： 通用命令 HART通讯方式的实现方法 输出波形整形电路: 满足HART物理层规范所要求的信号波形上升沿/下降沿的时间，较平缓的上升沿/下降沿的时间可以降低与其它HART网络间的串扰带通滤波器: 抑制接收信号中的感应噪声，其频宽大约为1200 Hz2200Hz29HART通讯方式的实现方法 输出波形整形电路: 满足H HAR

11、T通讯模块HART通讯模块实现二进制的数字信号与FSK信号之间的相互转换 HT2012功能框图 30 HART通讯模块HART通讯模块实现二进制的数字信号与 调制器 ITXD：二进制数字信号输入 OXTA：FSK信号输出解调器 IRXA：FSK信号输入(由信号回路) ORXD：二进制数字信号输出高电平“1” ，解调器工作，调制器输出呈高阻状态。低电平“0” ，调制器工作，解调器输 出不定；INRTS：控制端31 调制器 ITXD：二进制数字信号输入解调 载波监测电路用于检测420mA直流信号中是否叠加有数字信号 ,侦听网络和启动接收 时基电路产生调制器和解调器所需的时间基准信号，同时还提供19.2kHz 的脉冲输出 32 载波监测电路用于检测420mA直流信号中是 16位串行输入、420mA电流输出 与HART通信模块共同完成变送器的数字通信 AD421组成：数模转换器、电流转换器和电压