自动调节仪表 第二章

自动调节仪表第二章第一页，共一百二十三页，2022年，8月28日1第二章变送器和转换器第一节变送器的构成第二节差压变送器（*）第三节温度变送器（*）第四节电/气转换器变送器和转换器2电气院自动化教研室第二页，共一百二十三页，2022年，8月28日2.1变送器的构成一、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图2-1变送器的构成原理和输入输出特性变送器基于负反馈原理工作yxymaxxmaxxminymin03电气院自动化教研室第三页，共一百二十三页，2022年，8月28日二、量程调整、零点调整和零点迁移

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。1、量程调整（即满度调整）的目的是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。方法：改变F——F大，斜率小，量程大改变C——C小，斜率小，量程大图2-2变送器量程调整前后的输入输出特性4电气院自动化教研室第四页，共一百二十三页，2022年，8月28日2、零点调整和零点迁移二者都是使变送器的输出信号下限值ymin与测量范围的下限值xmin相对应：在xmin=

0时，称为零点调整，在xmin≠

0时，称为零点迁移。（1）零点调整使变送器测量起始点为零。（2）零点迁移是把测量起始点由零迁移到某一数值。5电气院自动化教研室第五页，共一百二十三页，2022年，8月28日当测量起始点由零变为某一正值，称正迁移，图b；而由零变为某一负值，称为负迁移，图c。实现方法：改变调零信号z0

，当z0

为负时可实现正迁移。注意：零点迁移后，变送器的输入输出特性沿x向左或右平移一段距离，但斜率不变，因此变送器的量程不变。图2-3变送器零点迁移前后的输入输出特性6电气院自动化教研室第六页，共一百二十三页，2022年，8月28日2.2差压变送器用来将压力、流量、液位等被测参数转换为统一标准的信号，以实现对这些参数的显示、记录或自动控制。一、力平衡式差压变送器（一）概述图2-4力平衡式差压变送器构成方框图测量部分杠杆系统位移检测放大器电磁反馈机构piFiFfI0s测量部分C放大器K反馈部分F调零、零点迁移Zi

Zf

Z0

yx7电气院自动化教研室第七页，共一百二十三页，2022年，8月28日工作过程：测量部分将被测差压△pi转换成相应的输入力Fi，该力与电磁反馈机构输出的作用力Ff一起作用于杠杆系统，使杠杆产生微小的偏移，再经位移检测放大器转换成统一的直流电流输出信号Io。8电气院自动化教研室第八页，共一百二十三页，2022年，8月28日（二）工作原理和结构1.工作原理（1）力平衡式差压变送器基于力矩平衡原理工作。它以电磁反馈力产生的力矩Mf去平衡输入力产生的力矩Mi。由于采用深度负反馈，因而测量精度较高，而且保证了被测差压△pi和输出电流Io之间的线性关系。9电气院自动化教研室第九页，共一百二十三页，2022年，8月28日（2）结构示意图10电气院自动化教研室第十页，共一百二十三页，2022年，8月28日检测部分:ΔP→输入力Fi

杠杆系统:力的传递和力矩比较位移检测放大器:位移→输出电磁反馈装置:输出→反馈力Ff（2）结构示意图11电气院自动化教研室第十一页，共一百二十三页，2022年，8月28日杠杆系统受力图12电气院自动化教研室第十二页，共一百二十三页，2022年，8月28日Al1/l2tanl3MilfK2K1loKf+Mo△PiFiF1-MfFfIosFo（3）变送器信号传输方框图tan——矢量机构的力传递系数，为矢量角K1——副杠杆力矩-位移转换系数；K2——低频位移检测放大器位移-电流转换系数；Kf——电磁反馈机构的电磁结构常数F213电气院自动化教研室第十三页，共一百二十三页，2022年，8月28日Al1/l2tanl3MilfK2K1loKf+Mo△PiFiF1-MfFfIosFo（4）变送器输入输出关系：14电气院自动化教研室第十四页，共一百二十三页，2022年，8月28日(5)结论：④零点和满度值应反复调整。①在满足深度负反馈的条件下,输出电流Io与输入差压△Pi成正比。②后一项用于确定变送器输出电流的起始值，对III型变送器，该项使输出为4mA。改变调零弹簧作用力Fo可调整变送器的零点。③调整变送器的量程可通过改变tan和Kf来实现。15电气院自动化教研室第十五页，共一百二十三页，2022年，8月28日2、结构（1）测量部分（2）杠杆系统ⅰ、调零和零点迁移机构ⅱ、静压调整和过载保护装置ⅲ、平衡锤ⅳ、矢量机构（3）电磁反馈机构包括主、副杠杆以及16电气院自动化教研室第十六页，共一百二十三页，2022年，8月28日作用：把被测差压ΔPi转换成作用于主杠杆下端的输入力Fi

A1=A2=AFi=A

(P1-P2

)=AΔPi

Fi=A1P1-A2P2因:

故:2.结构（1）测量部分组成：高、低压室，膜盒，膜片

Fi双膜片结构可减小温度的影响（双膜片受温度变化抵消）。膜盒内有充有硅油。17电气院自动化教研室第十七页，共一百二十三页，2022年，8月28日18电气信息工程学院自动化教研室18电气院自动化教研室第十八页，共一百二十三页，2022年，8月28日（2）杠杆系统

作用：进行力的传递和力矩比较，然后转换成检测片的位移。组成：主杠杆1、矢量机构2和副杠杠4，以及调零机构、零点迁移机构、静压调整和过载保护、平衡锤。19电气院自动化教研室第十九页，共一百二十三页，2022年，8月28日①主杠杆——将输入力Fi转换为作用于矢量机构上的力F1：20电气院自动化教研室第二十页，共一百二十三页，2022年，8月28日②副杠杆——进行力矩的比较21电气院自动化教研室第二十一页，共一百二十三页，2022年，8月28日③调零和零点迁移机构22电气院自动化教研室第二十二页，共一百二十三页，2022年，8月28日④静压调整和过载保护装置23电气院自动化教研室第二十三页，共一百二十三页，2022年，8月28日⑤平衡锤作用：使副杠杆的重心和

支点M重合，提高仪

表的耐冲击力、耐振

动性能，而且在仪表

不垂直安装时也不影

响精度。24电气院自动化教研室第二十四页，共一百二十三页，2022年，8月28日⑥矢量机构——将主杠杆传来的推力F1转换为作用于副杠杆上的力F2

：改变tan，可改变差压变送器的量程:：4°~15°，量程比为tan15°/tan4°=3.8325电气院自动化教研室第二十五页，共一百二十三页，2022年，8月28日26电气院自动化教研室第二十六页，共一百二十三页，2022年，8月28日

Ff（3）电磁反馈机构作用：把变送器的输出电流I0转换成作用于副杠杆的电磁反馈力Ff

，此力作用于副杠杆，产生反馈力矩Mf。反馈力Ff=πB0DWI0

设电磁结构常数Kf

=πB0DW

改变反馈动圈的匝数W，可以改变Kf

的大小

则Ff=KfI01——反馈动圈，2——导磁体3——永久磁钢27电气院自动化教研室第二十七页，共一百二十三页，2022年，8月28日1-3短接、2-4短接：W=W1=725匝

1-2短接：W

=

W1+W2=2175匝可实现3:1的量程调整。

W1=725匝，W2=1450匝。28电气院自动化教研室第二十八页，共一百二十三页，2022年，8月28日（三）低频位移检测放大器作用：把副杠杆上位移检测片（衔铁）的微小位移s转换成4~20mA的直流输出电流Io。低频位移检测放大器构成图差动变压器s低频放大器组成：差动变压器、低频振荡器、整流滤波电路、功率放大器。29电气院自动化教研室第二十九页，共一百二十三页，2022年，8月28日1.差动变压器差动变压器原理图差动变压器的结构作用：将检测片的位移s转换成相应的电压信号UCD。组成：检测片（衔铁），上、下罐形磁芯和四组线圈。uAB为原边绕阻电压，uCD为副边绕阻感应电动势。suCDBD上罐形磁芯下罐形磁芯AC检测片s30电气院自动化教研室第三十页，共一百二十三页，2022年，8月28日当uAB一定时，是固定值，随s的大小而变化。BD上罐形磁芯下罐形磁芯AC检测片s31电气院自动化教研室第三十一页，共一百二十三页，2022年，8月28日时，因差动变压器上、下两部分磁路的磁阻相等，原、副边绕阻之间互感也相等，故，得，差动变压器无输出。时，因差动变压器上半部磁路磁阻加大，互感下降，故，且uCD随s增加而增加，此时uCD与uAB反相。时，因差动变压器上半部磁路磁阻减小，互感增加，故，且uCD随s减小而增加，此时uCD与uAB同相。32电气院自动化教研室第三十二页，共一百二十三页，2022年，8月28日2.低频振荡器VD10、VD11可以提供偏置电压，使三极管VT1正常工作。

R2起电流负反馈作用,从而稳定了VT1的直流工作点。（1）电路元件振荡器电路uCDuAB33电气院自动化教研室第三十三页，共一百二十三页，2022年，8月28日振荡器的输出电压uAB经差动变压器耦合得到的uCD，反馈至放大器的输入端。

如果反馈信号能满足振荡的相位条件和振幅条件，则放大器能形成自激振荡。

（2）工作原理振荡器电路34电气院自动化教研室第三十四页，共一百二十三页，2022年，8月28日振荡器电路（3）低频振荡器的起振条件：振荡频率：相位条件

：s</2时，

uCD

与

uAB

相位相同，则电路就形成正反馈。振幅条件：uCD=uAB

，即K

F

=1,选择合适的电路参数，可满足该条件。满足以上两条自激振荡条件时，电路振荡。35电气院自动化教研室第三十五页，共一百二十三页，2022年，8月28日(4)振荡器的放大特性和反馈特性幅值可控工作点即：

sF交点P上移uAB

工作中，F随s的变化而变化。

s较大时，F较小。（磁阻较大）

稳定后的工作点P对应的电压uAB是振荡器的输出电压。（s与uAB的关系）36电气院自动化教研室第三十六页，共一百二十三页，2022年，8月28日3.整流滤波电路振荡器的输出电压UAB经二极管VD4整流，通过电阻R8-9和电容C5滤波，得到平滑的直流电压信号UR4，再送至功放级。整流滤波电路uABuR437电气院自动化教研室第三十七页，共一百二十三页，2022年，8月28日4.功率放大器稳定工作点提高输入阻抗为穿透电流提供旁路，以改善温度特性采用复合管，目的一是提高电流放大倍数；二是电平配置uR4IO38电气院自动化教研室第三十八页，共一百二十三页，2022年，8月28日其他元件作用R1、C1：相位校正作用，对高次谐波造成相移，破坏其振荡条件，防止高次谐波产生寄生振荡。R10：改变放大器灵敏度。高量程时，通过端子7、8将其接入，以降低灵敏度。R7：稳定振荡管输入电压。C3、C6：高频旁路电容，可减小交流分量。VD9：防止电源反接。39电气院自动化教研室第三十九页，共一百二十三页，2022年，8月28日限能限流负载两线制位移检测放大器总图及本安防爆措施如下：整流滤波电路差动变压器功率放大器低频振荡器40电气院自动化教研室第四十页，共一百二十三页，2022年，8月28日41电气院自动化教研室第四十一页，共一百二十三页，2022年，8月28日42（一）概述P2P1输出信号4~20mA固定电极Ci1Ci2解调器功放器反馈、保护电源、振荡硅油可动电极二、电容式差压变送器42电气院自动化教研室第四十二页，共一百二十三页，2022年，8月28日图2-19电容式差压变送器构成方框图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I’＋－反馈信号I1测量部件转换放大电路电流信号I2电容变化二、电容式差压变送器43电气院自动化教研室第四十三页，共一百二十三页，2022年，8月28日1、构成原理——位移平衡式s二、电容式差压变送器44电气院自动化教研室第四十四页，共一百二十三页，2022年，8月28日45可动极板固定极板2、检测元件——差动电容固定极板Ci1

s1Ci2s2二、电容式差压变送器45电气院自动化教研室第四十五页，共一百二十三页，2022年，8月28日46是Ci1

s1Ci2s2可动极板固定极板固定极板2、检测元件——差动电容二、电容式差压变送器46电气院自动化教研室第四十六页，共一百二十三页，2022年，8月28日47（1）电容式接近开关在物位测量控制中的使用。二、电容式差压变送器3、应用举例47电气院自动化教研室第四十七页，共一百二十三页，2022年，8月28日48（2）利用电容式差压变送器测量液体的液位。电容式差压变送器施加在高压侧腔体内的压力与液位成正比：

P=gh二、电容式差压变送器3、应用举例48电气院自动化教研室第四十八页，共一百二十三页，2022年，8月28日投入式水位计二、电容式差压变送器（2）利用电容式差压变送器测量液体的液位。3、应用举例49电气院自动化教研室第四十九页，共一百二十三页，2022年，8月28日（二）测量部件

1、作用：正压室Ci1,

s1负压室Ci2,

s2△Pi使硅油向右移动，使中心感压膜片向右产生微小位移△s。二、电容式差压变送器1,2,3-电极引线;4-差动电容膜盒座;5-差动电容膜盒;6-负压侧导压口;7-硅油;8-负压侧隔离膜片;9-负压室基座;10-负压侧弧形电极;11-中心感压膜片;12-正压侧弧形电极;13-正压室基座;14-正压侧隔离膜片;15-正压侧导压口;16-放气排液螺钉;17-O形密封环;18-插头。50电气院自动化教研室第五十页，共一百二十三页，2022年，8月28日51二、电容式差压变送器51电气院自动化教研室第五十一页，共一百二十三页，2022年，8月28日二、电容式差压变送器（二）测量部件2、关系：52电气院自动化教研室第五十二页，共一百二十三页，2022年，8月28日上式说明：(1)相对变化值与被测差压成线性关系。

(2)与介电常数无关，可减小温度对变送器的影响。(3)与有关。愈小，差动电容的相对变化量越大，灵敏度越高。二、电容式差压变送器差动电容为53电气院自动化教研室第五十三页，共一百二十三页，2022年，8月28日（三）转换放大电路(了解)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。其他功能：

零点调整、正负迁移、量程调整、阻尼调整。该电路包括电容——电流转换电路和放大及输出限制电路两部分。54电气院自动化教研室第五十四页，共一百二十三页，2022年，8月28日转换放大部分电路原理方框图振荡器解调器稳压源调零及零点迁移功放和输出限制量程调整（负反馈）基准电压IC1IC3＋－E12～45VCi1Ci2RLI04～20mA共模信号－－＋差动信号振荡控制放大器前置放大器55电气院自动化教研室第五十五页，共一百二十三页，2022年，8月28日图2-28电容式差压变送器电路图56电气院自动化教研室第五十六页，共一百二十三页，2022年，8月28日将差动电容的相对变化值成比例地转换为差动信号(即电流变化值)

。

1.电容－电流转换电路57电气院自动化教研室第五十七页，共一百二十三页，2022年，8月28日差动信号

Ii=( I1－

I2)

共模信号

Ic=(I2+I1)差动信号Ii经电流放大电路放大成4~20mA的输出电流Io；共模信号Ic使得I2+I1保持不变,从而保证Ii

与输入差压ΔPi之间成比例关系。

58电气院自动化教研室第五十八页，共一百二十三页，2022年，8月28日包括VT1、T1等，向Ci1和Ci2提供高频电流。是一种变压器反馈型振荡电路。振荡器的输出幅值由放大器

IC1的输出电压决定。（1）振荡器59电气院自动化教研室第五十九页，共一百二十三页，2022年，8月28日解调(即相敏整流)后输出两组电流信号：差动信号和共模信号。解调器振荡控制放大器（2）解调和振荡控制电路60电气院自动化教研室第六十页，共一百二十三页，2022年，8月28日对通过差动电容Ci1、Ci2的高频电流进行半波整流。电流I2的路线为:T1(2)→VD2、VD6→Ci2→C17→Ri

→T1(11)

绕阻2-11输出的高频电压经VD4、VD8和VD2、VD6整流得到直流I1和I2，电流I1的路线为:

T1(11)→Ri→C17→Ci1→VD8、VD4→T1(2)①解调器61电气院自动化教研室第六十一页，共一百二十三页，2022年，8月28日T1

(3)→VD3、VD7

→Ci1→C17→R6∥R8

→T1(10)

电流I2的路线为:

T1(12)→R7∥R9→C17→Ci2→VD5、VD1→T1(1)绕阻3-10和绕阻1-12输出的高频电压经VD3、VD7和VD1、VD5整流得到直流I1和I2，电流I1的路线为:

①解调器62电气院自动化教研室第六十二页，共一百二十三页，2022年，8月28日

I1、I2以相反的方向流过Ri，两者平均值之差I2-I1即为解调器输出的差动信号Ii

，I1、I2流过R6∥R8和R9∥R7产生的电流两者平均值之和I2＋I1即为解调器输出的共模信号Ic

。电路时间常数比振荡周期小得多，可以认为Ci1、Ci2两端电压的变化等于振荡器输出高频电压的峰——峰值UPP，则可求得电流I1、I2的平均值如下：①解调器63电气院自动化教研室第六十三页，共一百二十三页，2022年，8月28日两电流平均值之差Ii及两者之和Ic

分别为只要Ic恒定，即可实现差动电容相对变化值与电流信号Ii的线性关系。①解调器64电气院自动化教研室第六十四页，共一百二十三页，2022年，8月28日②振荡控制放大器IC1的作用是使流过VD1、VD5和VD3、VD7的电流之和I2+I1即Ic等于常数。65电气院自动化教研室第六十五页，共一百二十三页，2022年，8月28日②振荡控制放大器Ii

=I2

-I1

=K3Ci2-Ci1Ci2+Ci166电气院自动化教研室第六十六页，共一百二十三页，2022年，8月28日定性分析如下：I2+I1↑→↑

→Ui↑

→振荡器振荡幅度↓

→使I2+I1恢复到原来的数值,I2+I1↓

→变压器T1输出电压减小↓

→Uo1↓

②振荡控制放大器67电气院自动化教研室第六十七页，共一百二十三页，2022年，8月28日线性调整电路(包括VD9、VD10、R22、R23、RP1等)检测元件中分布电容的存在，使差动电容的相对变化值减小，Ii减小，造成非线性误差，故设计了线形调整电路。电路通过提高振荡器输出电压幅度以增大解调器输出电流的方法，来补偿分布电容所产生的非线性误差。（3）线性调整电路68电气院自动化教研室第六十八页，共一百二十三页，2022年，8月28日非0的Ui3作用于IC1,IC1输出电位↓

振荡器振荡幅度↑

Ii

↑则补偿了分布电容造成的误差。（3）线性调整电路振荡器供电电压↑

69电气院自动化教研室第六十九页，共一百二十三页，2022年，8月28日2.放大及输出限制电路作用：将电流信号Ii

放大，并输出4~20mA的直流电流Io

。70电气院自动化教研室第七十页，共一百二十三页，2022年，8月28日IC3起前置放大作用，VT3、VT4组成复合管，将IC3的输出电压变换为变送器的输出电流。(1)放大电路(包括IC3、VT3、VT4等)71电气院自动化教研室第七十一页，共一百二十三页，2022年，8月28日电阻R31、R33、R34和电位器Rp3组成反馈网络，输出电流Io经这一网络分流，得到反馈电流If，送至放大器的输入端，构成深度负反馈保证了Ii和Io的线性关系。72电气院自动化教研室第七十二页，共一百二十三页，2022年，8月28日电位器Rp2用以调整输出零位。S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Rp3用以调整变送器的量程。73电气院自动化教研室第七十三页，共一百二十三页，2022年，8月28日式中：K4

=RiRf，K5

=1Ri，、a为分压系数。对电路进行分析，可推得如下的输入、输出关系式：74电气院自动化教研室第七十四页，共一百二十三页，2022年，8月28日上式表明△pi与IO间成比例关系，并有：等式右边第二项为调零信号。K4为电路放大倍数。改变值，同时影响变送器量程和调零信号。式中：K4

=RiRf，K5

=1Ri，、a为分压系数。75电气院自动化教研室第七十五页，共一百二十三页，2022年，8月28日(2)输出限制电路(包括VT2、R18等)当输出电流超过允许值时，R18上压降变大，使VT2的集电极电位降低，从而使该管处于饱和状态，流过VT2(也即VT4)的电流受到限制(Io不超过30mA)。76电气院自动化教研室第七十六页，共一百二十三页，2022年，8月28日(3)放大电路中其它元件的作用R38、R39、C22和RP4构成阻尼电路，抑制变送器的输出波动，RP4用来调整阻尼时间。77电气院自动化教研室第七十七页，共一百二十三页，2022年，8月28日(3)放大电路中其它元件的作用VD12在指示仪表未接通时，为输出电流提供通路,同时起反向保护作用。78电气院自动化教研室第七十八页，共一百二十三页，2022年，8月28日2.3温度变送器4、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，并且采取了本安防爆措施，具有良好的抗干扰性能。1、作用：将来自热电偶或热电阻的温度信号转换为统一标准的信号(420mA直流电流或15V直流电压)，以实现对温度的显示、记录或自动控制。2、分类：两线制和四线制，主要讨论四线制。3、品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送器、热电阻温度变送器。79电气院自动化教研室第七十九页，共一百二十三页，2022年，8月28日图2-31温度变送器结构方框图一、四线制温度变送器在线路结构上分为量程单元和放大单元，放大单元是通用的，而量程单元则随品种、测量范围的不同而异。输入回路电压放大反馈回路直流-交流变换器功率放大整流滤波隔离输出U’ZU’fUi、Et-+UoIo（一）概述ACDCDC方波信号电源24VDC量程单元放大单元80电气院自动化教研室第八十页，共一百二十三页，2022年，8月28日图2-44直流毫伏变送器电路图电压放大功率放大隔离输出直流-交流变换器81电气院自动化教研室第八十一页，共一百二十三页，2022年，8月28日（二）放大单元工作原理由IC1构成。由于来自量程单元的输入信号很小，且放大电路采用直接耦合方式，故对温度漂移必须加以限制。1.电压放大电路放大单元作用：将量程单元输出的毫伏信号进行电压和功率的放大，输出直流电流Io和直流电压Uo信号。温度漂移系数指失调电压Uos随温度而变化的数值。若设变送器使用环境温度范围为△t，失调电压温漂系数为，则在温度变化△t时失调电压的变化量△Uos为82电气院自动化教研室第八十二页，共一百二十三页，2022年，8月28日当温度变送器的最小量程Ui为3mV，温升t为30oC，要求附加误差小于等于0.3%时，通过计算可得失调电压的温漂系数：现设为由于△Uos的变化给仪表带来的附加误差，即说明温漂系数越大，引起的相对误差就越大。要求采用低漂移、高增益的运算放大器。83电气院自动化教研室第八十三页，共一百二十三页，2022年，8月28日2.功率放大电路（1）组成——VT1、VT2及其射级电阻R3、R4和To等。（2）作用——把IC1输出的电压信号转换成有一定负载能力的电流信号，再通过隔离变压器实现隔离输出。84电气院自动化教研室第八十四页，共一百二十三页，2022年，8月28日方波前半个周期(极性如图)，VD1导通，VD2截止，由输入信号产生ic1；

（3）工作原理——VT1、VT2起功放和调制作用，由交流方波电压供电。在方波的前后半周期，二极管轮流导通，电流通过To的两个绕组而产生交变磁通，在To副边产生交变电流iL从而实现隔离输出。方波后半个周期，VD2导通，VD1截止，由输入信号产生ic2。85电气院自动化教研室第八十五页，共一百二十三页，2022年，8月28日3.隔离输出电路（1）组成——整流二极管VD13~16、保护二极管VD17~18（2）作用——将功放输出的交流信号iL转换成直流信号Io,并实现隔离输出。7、8端接输出负载，为电流输出Io（4-20mA）5、6端为电压输出Uo（1-5v）786电气院自动化教研室第八十六页，共一百二十三页，2022年，8月28日（3）工作过程：为了避免输出与输入之间有直接电的联系，在功放与输出回路之间采用隔离变压器TO来传递信号。To副边电流iL经桥式整流和由R14,C6组成的阻容滤波器滤波，得到4~20mA的直流输出电流IO，IO在阻值为250欧的电阻R15上的压降UO（1~5V）作为变送器输出电压信号。787电气院自动化教研室第八十七页，共一百二十三页，2022年，8月28日4.直流-交流-直流(DC/AC/DC)变换器（1）组成——整流二极管VD3~8、变压器T1等组成。（2）作用——对仪表进行隔离式供电。（3）工作过程——先把24V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。直流-交流(DC/AC)变换器88电气院自动化教研室第八十八页，共一百二十三页，2022年，8月28日（4）电路核心——直流-交流(DC/AC)变换器，即一个磁耦合多谐振荡器。（5）振荡频率——对于理想的变换器，当晶体管集电极电流到达最大值时，罐形磁芯接近饱和，即在T/2时间内磁通由-ΦM增加到ΦM

。可求得感应电势：|ec|=ES=4WcBmST因此振荡频率为：f=4WcBmSES(T为周期,S为磁芯截面积，Bm为磁感应强度,ES为电源电压)89电气院自动化教研室第八十九页，共一百二十三页，2022年，8月28日（三）直流毫伏变送器量程单元R109R110R140上S下量程单元由输入回路(左半部分)和反馈回路(右半部分)组成，将其与IC1联系起来画成下图。输入回路反馈回路报警电路UTUF90电气院自动化教研室第九十页，共一百二十三页，2022年，8月28日（三）直流毫伏变送器量程单元R109R110R140上S下输入回路反馈回路报警电路UTUF1、R101、R102及VZ101、VZ102分别起限流和限压作用，使得流入危险场所的电能量限制在安全电平以下。91电气院自动化教研室第九十一页，共一百二十三页，2022年，8月28日（三）直流毫伏变送器量程单元R109R110R140上S下输入回路反馈回路零迁调零报警电路UTUF2、R103、R104、R105及RP1组成零点调整和零点迁移电路，桥路基准电压UZ由集成稳压器提供。92电气院自动化教研室第九十二页，共一百二十三页，2022年，8月28日（三）直流毫伏变送器量程单元R109R110R140上S下输入回路反馈回路报警电路UTUF3、输入信号断路报警电路。0.3V7.5M93电气院自动化教研室第九十三页，共一百二十三页，2022年，8月28日R109R110R140上S下输入回路反馈回路零迁调零报警电路4、反馈回路中，按叠加原理，IC1同相输入端的电压UT为(见p67)。

UT=Ui+Uz’=Ui+Rcd+R103R103+RP1//R104+R105Uz

Ui+R105Rcd+R103Uz=Ui+

Uz(式中Rcd=RP11R104RP1+R104)UTUFRp115V94电气院自动化教研室第九十四页，共一百二十三页，2022年，8月28日R109R110R140上S下输入回路反馈回路零迁调零报警电路从反馈回路可得IC1反相输入端的电压UF为UTUF5V95电气院自动化教研室第九十五页，共一百二十三页，2022年，8月28日=1U0+UzUF=R106+R111+RP21R111+R114UzR115R115+R116U05+R106R107196电气院自动化教研室第九十六页，共一百二十三页，2022年，8月28日Uo=[Ui+(-)Uz]变送器输入输出关系式为；R105Rcd+R103

==R106+R111+RP21R111+R114R115R115+R116151R106R107

=97电气院自动化教研室第九十七页，共一百二十三页，2022年，8月28日结论：(1)(-)Uz表示调零信号，改变值,即更换R103和调整RP1,可实现零迁和调零。(2)为输入与输出之间的比例系数，而输出UO为1~5V不变，则越大表示量程越小。改变值,即更换R114和调整RP2,可实现量程调整。(3)零位和满度必须反复调整。(4)Uo和Ui成线性关系。UO=[Ui+(-)Uz]R105Rcd+R103==R106+R111+RP21R111+R114R115R115+R116151R106R107

=98电气院自动化教研室第九十八页，共一百二十三页，2022年，8月28日（四）热电偶温度变送器量程单元线性化电路冷端温度补偿电路99电气院自动化教研室第九十九页，共一百二十三页，2022年，8月28日（四）热电偶温度变送器量程单元1.冷端温度补偿采用两个铜电阻，0℃时固定为50。按叠加原理，IC1同相端的电压UT为100电气院自动化教研室第一百页，共一百二十三页，2022年，8月28日UT=Et+Uz’=Et+RCu1

RCu21R103+RCu1+RCu2)UzR105(R100+

从上式可知，冷端环境温度变化时，RCu1、RCu2的阻值也随之变化，使式中第二项发生变化，从而补偿了由于环境温度升降引起的热电偶电势的变化。电路设计时使101电气院自动化教研室第一百零一页，共一百二十三页，2022年，8月28日图2.37热电偶温度变送器线性化原理方框图2.线性化原理及电路分析（1）线性化电路的作用：使热电偶温度变送器的输出信号（UO,IO）与被测温度信号t之间成线性关系。（2）线性化原理：在反馈回路中置入与热电偶特性相一致的非线性电路。tEtt热电偶放大部分非线性反馈回路EtUz’+-UotUf’(Uo)tUf’tUo102电气院自动化教研室第一百零二页，共一百二十三页，2022年，8月28日（3）线性化电路

用四段折线来模拟非线性运算电路。折线的段数及斜率大小由热电偶的特性来确定。表示直线的斜率。Ua4Uf5Uf4Uf3Uf2Uf1Ua3Ua2Ua10Ua5UfUa1432103电气院自动化教研室第一百零三页，共一百二十三页，2022年，8月28日（五）热电阻温度变送器量程单元104电气院自动化教研室第一百零四页，共一百二十三页，2022年，8月28日1.线性化原理线性化电路置于输入回路，采用正反馈的方法来达到线性化的目的，如下图所示。当Rt随温度而增加时，It将增大。而从上式可知，Rt的增加导致It的进一步加大，从而实现线性化。105电气院自动化教研室第一百零五页，共一百二十三页，2022年，8月28日2.引线电阻补偿Ir为消除引线电阻的影响，热电阻采用三导线接法，要求r1=r2=r3=r

。由R23、R24、r2构成的支路为引线电阻补偿电路。

调整R24,使Ir=It,流过r3的两电流大小相等,方向相反，故r3上不产生压降。另电阻r1、r2上的压降Itr1和Irr2亦极性相反，从而消除了引线电阻影响。106电气院自动化教研室第一百零六页，共一百二十三页，2022年，8月28日（六）本质安全防爆措施在四线制温度变送器的线路中采取了下列措施：（1）输入、输出及电源回路之间通过变压器T0和T1而相互隔离，在变压器中设有“防止短接板”。这样，在仪表的输出端或电源部分可能存在的高电位就不可能传到输入端，即不能传送到现场去。（2）在输入端设有限压元件（稳压管）、限流元件（电阻），以防止高电能传递到现场。（3）在输出端及电源端装有功率二极管即熔断丝。当高的交流电压或高的正向电压加到输入端或电源两端时，将在二极管回路产生一个大电流，从而把熔断丝烧毁，断开电源，保护了回路中的其它元件。由于二极管功率较大，因而在熔断丝烧毁过程中不致被毁坏。107电气院自动化教研室第一百零七页，共一百二十三页，2022年，8月28日2.4电/气转换器一、概述将电动仪表输出的420mA直流电流转换成可被气动仪表接受的

20100kPa

标准气压信号，以实现电动、气动仪表的联用。二、气动仪表的基本元件（一）气阻（二）气容（三）弹性元件（四）喷嘴-挡板机构（五）功率放大器108电气院自动化教研室第一百零八页，共一百二十三页，2022年，8月28日（一）气阻R气阻与电阻相似，它可以改变气路中的气体流量。当流体呈层流状态时，气阻可表示如下：1、公式：△p——气阻两端的压降M——气体的质量流量109电气院自动化教研室第一百零九页，共一百二十三页，2022年，8月28日2、层流、过渡流和紊流（b）振荡摇摆的波形色线（c）色线破裂扩散（a）平稳而鲜明的细色线层流过渡流紊流110电气院自动化教研室第一百一十页，共一百二十三页，2022年，8月28日3、气阻的分类恒气阻（毛细管、小孔等）可调气阻（变气阻）线性气阻（流过气阻的流体为层流状态）非线性气阻（流过气阻的流体为紊流状态）111电气院自动化教研室第一百一十一页，共一百二十三页，2022年，8月28日（二）气容气容与电容相似，它是具有一定容积的气室，是