第03章 過程參數(shù)的檢測_1

1、-1-化工自動化及儀表化工自動化及儀表第第3 3章章 過程參數(shù)的檢測過程參數(shù)的檢測 -2-化工自動化及儀表化工自動化及儀表-3-化工自動化及儀表化工自動化及儀表被測被測變量變量傳感器傳感器參數(shù)檢測的基本過程參數(shù)檢測的基本過程被測對象被測對象變送器變送器顯示、控制儀顯示、控制儀表表( (裝置裝置) )被測量被測量傳感器傳感器Pam變送器變送器mVHzA15VDC420mA010mA顯示、控制顯示、控制儀表儀表(裝置裝置)-4-化工自動化及儀表化工自動化及儀表ixtxitxx 0ixx 0ixx 20100%x3maxmin100%xxixtx-5-化工自動化及儀表化工自動化及儀表maxmaxmi

2、n100%xx最大絕對誤差量程-6-化工自動化及儀表化工自動化及儀表1.51.0-7-化工自動化及儀表化工自動化及儀表5*100%1.25%4000 0.5*100%1.25%400 -8-化工自動化及儀表化工自動化及儀表-9-化工自動化及儀表化工自動化及儀表被測變量儀表輸出理論實(shí)際maxmax100f測量上限測量下限被測變量儀表輸出下行程上行程maxmax100測量上限測量下限變差-10-化工自動化及儀表化工自動化及儀表-11-化工自動化及儀表化工自動化及儀表-12-化工自動化及儀表化工自動化及儀表被測量傳感器變送器PammVHzuA15VDC420mA010mA顯示、控制儀表(裝置)-13

3、-化工自動化及儀表化工自動化及儀表yminymax0(xmin)xmaxyxminmaxminminmaxmin()xxyyyyxxminyKxy -14-化工自動化及儀表化工自動化及儀表x測量測量部分部分 Kizi放大放大器器 Koy反饋反饋部分部分 Kfzf零點(diǎn)調(diào)整零點(diǎn)調(diào)整/零點(diǎn)遷移零點(diǎn)遷移z0?y 011iooofofK KKyxzK KK K當(dāng)滿足當(dāng)滿足KoKf1的條件時的條件時(深度負(fù)反饋深度負(fù)反饋) ffiKzxKKy00iooofofK KKyxzK KK K-15-化工自動化及儀表化工自動化及儀表ffiKzxKKy00min()iffKzyxxKK 0min()iifffKzK

4、yxxKKK minmaxxxx，如ymin，ymax 與xmin，xmax 沒有對應(yīng)好，如何調(diào)整？min 4mAy如ifKyxK 調(diào)整調(diào)整Kf，改變斜率，用于量程調(diào)整，即改變斜率，用于量程調(diào)整，即ymax與與xmax對應(yīng)（也會影響零點(diǎn)）對應(yīng)（也會影響零點(diǎn)）調(diào)整調(diào)整Z0，改變起點(diǎn)，用于零點(diǎn)調(diào)整，即改變起點(diǎn)，用于零點(diǎn)調(diào)整，即ymin與與xmin對應(yīng)對應(yīng)量程、零點(diǎn)需要反復(fù)調(diào)整量程、零點(diǎn)需要反復(fù)調(diào)整minmaxyyy，-16-化工自動化及儀表化工自動化及儀表x傳感器A/D轉(zhuǎn)換CPU通信電路數(shù)字信號存儲器一般形式一般形式x傳感器A/D轉(zhuǎn)換CPU通信電路FSK信號存儲器D/A轉(zhuǎn)換Frequency sh

5、ift keyingHART儀表儀表10100110數(shù)字式數(shù)字式變送器軟件部分變送器軟件部分包括包括: A/D采樣程序采樣程序 量程轉(zhuǎn)換程序量程轉(zhuǎn)換程序 工程量變換程序工程量變換程序 濾波濾波程序程序 誤差校正程序誤差校正程序 D/A輸出程序輸出程序 通訊通訊程序程序在在420mA上疊加幅度上疊加幅度0.5mA的的正弦調(diào)制波作為數(shù)字信號正弦調(diào)制波作為數(shù)字信號 相位連續(xù)，均值為相位連續(xù)，均值為0 0，對模擬信號，對模擬信號沒有影響沒有影響-17-化工自動化及儀表化工自動化及儀表零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移 變送器信號傳輸方式變送器信號傳輸方式 量程調(diào)整量程調(diào)整 使變送器的輸出上限值使變送

6、器的輸出上限值ymax與測量上限值與測量上限值xmax相對應(yīng)相對應(yīng) 量程調(diào)整相當(dāng)于改變變送器的輸入輸出特性的斜率量程調(diào)整相當(dāng)于改變變送器的輸入輸出特性的斜率xyxminxmaxyminymax模擬式變送器模擬式變送器ffiKzxKKy0模擬變送器模擬變送器上有一上有一個量程調(diào)整電位器個量程調(diào)整電位器軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn) 數(shù)字式變送器數(shù)字式變送器 Kf Ki 量程量程 量程量程 -18-化工自動化及儀表化工自動化及儀表模擬變送器：模擬變送器：調(diào)調(diào)Z0 (有調(diào)零電位器有調(diào)零電位器)數(shù)字變送器：軟件數(shù)字變送器：軟件使變送器的輸出下限值使變送器的輸出下限值ymin與測量下限值與測量下限值xmin相對應(yīng)相對

7、應(yīng) xyxminxmaxyminymaxffiKzxKKy0把測量起始點(diǎn)遷移到某一數(shù)值把測量起始點(diǎn)遷移到某一數(shù)值xminxyxmaxyminymaxxminxmaxxminxmax負(fù)遷移負(fù)遷移正遷移正遷移-19-化工自動化及儀表化工自動化及儀表-20-化工自動化及儀表化工自動化及儀表電源和信號電源和信號各各用用一對一對導(dǎo)線傳輸導(dǎo)線傳輸 RL四線制四線制變送器變送器Io電源 24VDC/220VAC二線制二線制變送器變送器RL24VDCrrIo電源和信號電源和信號共共用用一對一對導(dǎo)線傳輸導(dǎo)線傳輸 節(jié)省連接電纜、有利于安全防爆和抗干擾節(jié)省連接電纜、有利于安全防爆和抗干擾 二線制變送器的二線制變送器

8、的工作工作條件：條件： 變送器的變送器的工作電流：工作電流：I Iomin 變送器的變送器的工作電壓工作電壓：minmaxmax(2 )ToLVEIR二線制優(yōu)點(diǎn)：二線制優(yōu)點(diǎn)： -21-化工自動化及儀表化工自動化及儀表HART (Highway Addressable Remote Transducer，可尋址遠(yuǎn)程傳感高速通道可尋址遠(yuǎn)程傳感高速通道)協(xié)議采用協(xié)議采用FSK技術(shù)，在技術(shù)，在420mA模擬信號上疊加頻率信號，使模擬信號模擬信號上疊加頻率信號，使模擬信號與數(shù)字雙向通訊能同時進(jìn)行，與數(shù)字雙向通訊能同時進(jìn)行，模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號互不干擾。互不干擾。HART協(xié)議起到了承前啟后

9、的作用。協(xié)議起到了承前啟后的作用。HART協(xié)議協(xié)議 物理層物理層 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層 應(yīng)用層應(yīng)用層HART通信協(xié)議模型是依照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織通信協(xié)議模型是依照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的開放式系統(tǒng)互連的開放式系統(tǒng)互連(OSI)參考模型，引用其中三層：參考模型，引用其中三層： -22-化工自動化及儀表化工自動化及儀表物理層規(guī)定了信號的傳輸方法和傳輸介質(zhì)物理層規(guī)定了信號的傳輸方法和傳輸介質(zhì)FSK信號相位連續(xù)，均值為信號相位連續(xù)，均值為0，疊加的信號對模擬信號無影響，疊加的信號對模擬信號無影響信號傳輸：信號傳輸： 基于基于Bell 202 通訊標(biāo)準(zhǔn)，采用頻移鍵控方法，在通訊標(biāo)準(zhǔn)，采用頻移鍵控方法，在4

10、20mA基礎(chǔ)上疊加幅度為基礎(chǔ)上疊加幅度為0.5mA的正弦調(diào)制波作為數(shù)字信號的正弦調(diào)制波作為數(shù)字信號 傳輸介質(zhì)：傳輸介質(zhì)：屏蔽雙絞電纜屏蔽雙絞電纜 /短距離可使用非屏蔽電纜短距離可使用非屏蔽電纜 -23-化工自動化及儀表化工自動化及儀表規(guī)定了數(shù)據(jù)幀的格式和數(shù)據(jù)通訊規(guī)程規(guī)定了數(shù)據(jù)幀的格式和數(shù)據(jù)通訊規(guī)程定界符定義了幀的類型和尋址格式定界符定義了幀的類型和尋址格式 地址有短格式地址有短格式(1字節(jié)字節(jié))和長格式和長格式 (5字節(jié)字節(jié))響應(yīng)碼在變送器向主設(shè)備通信時才有，表示數(shù)據(jù)通信狀態(tài)和變送響應(yīng)碼在變送器向主設(shè)備通信時才有，表示數(shù)據(jù)通信狀態(tài)和變送器工作狀態(tài)器工作狀態(tài) 數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀格式：格式：由鏈路同步信

11、息、尋址信息、用戶信息及校驗(yàn)和組成由鏈路同步信息、尋址信息、用戶信息及校驗(yàn)和組成 校驗(yàn)和數(shù)據(jù)字節(jié)響應(yīng)碼字節(jié)長度命令號地址定界符鏈路同步碼-24-化工自動化及儀表化工自動化及儀表第一主站可以是第一主站可以是DCSDCS、 PLCPLC、基于計(jì)算機(jī)的控制或監(jiān)測系統(tǒng)，、基于計(jì)算機(jī)的控制或監(jiān)測系統(tǒng)，第二主站可以是手持終端，手持終端幾乎可以連接在網(wǎng)絡(luò)任何地方，在第二主站可以是手持終端，手持終端幾乎可以連接在網(wǎng)絡(luò)任何地方，在不影響第一主站通信的情況下與任何一個現(xiàn)場設(shè)備通信。不影響第一主站通信的情況下與任何一個現(xiàn)場設(shè)備通信。從從從從從從從從從從主主主主第一第一第二第二陣發(fā)陣發(fā)邏輯環(huán)邏輯環(huán)-25-化工自動化及

12、儀表化工自動化及儀表規(guī)定了通訊命令的內(nèi)容規(guī)定了通訊命令的內(nèi)容 命令命令類型：類型： 通用命令通用命令 通用操作命令通用操作命令 特殊命令特殊命令適用于所有符合適用于所有符合HART協(xié)議的現(xiàn)場儀表協(xié)議的現(xiàn)場儀表 包括制造廠商和儀表類型、變量值和單位、阻尼時間、系列號等 適用于大部分符合適用于大部分符合HART協(xié)議的現(xiàn)場儀表協(xié)議的現(xiàn)場儀表 包括讀變量、改變上/下限值、調(diào)零和調(diào)量程、儀表自檢等 各制造廠的產(chǎn)品自己所特有的命令各制造廠的產(chǎn)品自己所特有的命令 用于對儀表中的專門參數(shù)或儀表的特有功能進(jìn)行自由定義，如開始、結(jié)束或清累積，讀寫校正系數(shù)，使能PID，改變給定值等 -26-化工自動化及儀表化工自動

13、化及儀表CPUDAC(AD421)HARTMODEMBELL 202波形整形電路Io(420mA)RLE帶通濾波器輸出波形整形電路：滿足HART物理層規(guī)范所要求的信號波形上升沿/下降沿的時間，較平緩的上升沿/下降沿的時間可以降低與其它HART網(wǎng)絡(luò)間的串?dāng)_。帶通濾波器: 抑制接收信號中的感應(yīng)噪聲，其頻寬大約為1200 Hz2200Hz FSKFSK-27-化工自動化及儀表化工自動化及儀表HART通訊模塊實(shí)現(xiàn)通訊模塊實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制的數(shù)字信號與二進(jìn)制的數(shù)字信號與FSK信號之間的相互轉(zhuǎn)換信號之間的相互轉(zhuǎn)換 HT2012是是SMAR公司專門為公司專門為HART產(chǎn)品而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的產(chǎn)品而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的通訊模塊通訊模塊

14、HT2012功能框圖 調(diào)制器解調(diào)器時基電路載波監(jiān)測ITXDINRTS460.8kHzIRXAOXTA19.2kHzORXDOCDHT2012功能框圖-28-化工自動化及儀表化工自動化及儀表ITXD從從CPU異步串行輸出口獲得數(shù)字信號，經(jīng)調(diào)制后在異步串行輸出口獲得數(shù)字信號，經(jīng)調(diào)制后在OTXA輸出輸出FSK信號，信號，F(xiàn)SK信號經(jīng)整形后加載到信號經(jīng)整形后加載到420mA輸出回路上。輸出回路上。調(diào)制器解調(diào)器ITXDIRXAOXTAORXD通過通過IRXA獲得獲得FSK信號，信號，F(xiàn)SK信號經(jīng)解調(diào)后在信號經(jīng)解調(diào)后在ORXD輸出數(shù)字信號，輸出數(shù)字信號，ORXD直接與直接與CPU的異步串行輸入口相連。的異

15、步串行輸入口相連。-29-化工自動化及儀表化工自動化及儀表INRTS：調(diào)制、解調(diào)器的控制端：調(diào)制、解調(diào)器的控制端INRTS0時，調(diào)制器工作，解調(diào)器輸出不定時，調(diào)制器工作，解調(diào)器輸出不定INRTS1時，解調(diào)器工作，調(diào)制器輸出呈高阻狀態(tài)時，解調(diào)器工作，調(diào)制器輸出呈高阻狀態(tài)上述機(jī)制說明上述機(jī)制說明HART是半雙工的。是半雙工的。載波監(jiān)測INRTS調(diào)制器解調(diào)器ITXDIRXAOXTAORXDOCDOCD作為載波偵聽輸出，當(dāng)存在數(shù)字信號時，作為載波偵聽輸出，當(dāng)存在數(shù)字信號時，OCD0，啟動，啟動CPU1讀取讀取ORXD處的解調(diào)信號處的解調(diào)信號-30-化工自動化及儀表化工自動化及儀表時基電路：產(chǎn)生調(diào)制、即

16、跳起所需要的時鐘信號時基電路：產(chǎn)生調(diào)制、即跳起所需要的時鐘信號 同時還提供一路同時還提供一路19.2kHz的時鐘輸出的時鐘輸出時基電路460.8kHz19.2kHz調(diào)制器解調(diào)器載波監(jiān)測ITXDINRTSIRXAOXTAORXDOCD-31-化工自動化及儀表化工自動化及儀表調(diào)制器調(diào)制器 ITXD：二進(jìn)制數(shù)字信號輸入二進(jìn)制數(shù)字信號輸入 OXTA：FSK信號輸出信號輸出解調(diào)器解調(diào)器 IRXA：FSK信號輸入信號輸入(由信號回路由信號回路) ORXD：二進(jìn)制數(shù)字信號二進(jìn)制數(shù)字信號輸出輸出INRTS：控制端：控制端“0” ，調(diào)制器，調(diào)制器 工作，解調(diào)器輸出不定；工作，解調(diào)器輸出不定；“1” ，解調(diào)器工作

17、，調(diào)制器輸出呈高阻狀態(tài)。，解調(diào)器工作，調(diào)制器輸出呈高阻狀態(tài)。載波監(jiān)測電路用于檢測載波監(jiān)測電路用于檢測420mA直流直流信號中是否疊加有數(shù)字信號信號中是否疊加有數(shù)字信號 ,偵偵聽網(wǎng)絡(luò)和啟動接收聽網(wǎng)絡(luò)和啟動接收時基電路時基電路產(chǎn)生調(diào)制器和解調(diào)器所需的時間基準(zhǔn)信號，同時還提供產(chǎn)生調(diào)制器和解調(diào)器所需的時間基準(zhǔn)信號，同時還提供19.2kHz 的脈沖輸出的脈沖輸出-32-化工自動化及儀表化工自動化及儀表儀表所在區(qū)域儀表所在區(qū)域現(xiàn)場現(xiàn)場區(qū)域區(qū)域 一一次儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)所在地次儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)所在地控制室控制室區(qū)域區(qū)域 二二次儀表、安全柵所在地次儀表、安全柵所在地-33-化工自動化及儀表化工自動化及儀表-34-化

18、工自動化及儀表化工自動化及儀表pa絕對壓力零線絕對壓力零線完全真空完全真空pphpa標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓p01.01325105Pa0appp0happp-35-化工自動化及儀表化工自動化及儀表-36-化工自動化及儀表化工自動化及儀表p1 p2p1 p2h(a)(b)21pppgh -37-化工自動化及儀表化工自動化及儀表xpxpxpxpxpxxxxx 平薄膜 波紋膜 波紋管 單圈彈簧管 多圈彈簧管-38-化工自動化及儀表化工自動化及儀表222220)1 (1abbhREP0P-39-化工自動化及儀表化工自動化及儀表1彈簧管 2拉桿 3扇形齒輪4中心齒輪 5指針 6面板7游絲 8調(diào)節(jié)螺釘 9接

19、頭-40-化工自動化及儀表化工自動化及儀表電容式電容式差壓變送器采用差動差壓變送器采用差動電容作為檢測元件電容作為檢測元件主要包括測量部件和轉(zhuǎn)換放大電路兩部分：主要包括測量部件和轉(zhuǎn)換放大電路兩部分： 差壓電差壓電容膜盒容膜盒電容電容- -電流轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換電路換電路調(diào)零調(diào)零電路電路電流放大器電流放大器反饋電路反饋電路pCIiIfIzIo-41-化工自動化及儀表化工自動化及儀表P=0 Ci1=Ci2 (15pF )P0 Ci1、 Ci2定極板動極板S0 A Ci1S0定極板Ci2P+P-1020iiACSACS-42-化工自動化及儀表化工自動化及儀表21210iiiiCCCCS1KP由于：21121

20、0iiiiCCKPK PCCS10iACS20iACS210011()iiCCASS2202AS210011()iiCCASS02202SAS相對變化值相對變化值 與差壓與差壓PP成線性關(guān)系，與灌充液介電常數(shù)無成線性關(guān)系，與灌充液介電常數(shù)無關(guān)關(guān) 1212iiiiCCCCp2121iiiiCCCCIo 4-20mA線性線性線性線性-43-化工自動化及儀表化工自動化及儀表-44-化工自動化及儀表化工自動化及儀表-45-化工自動化及儀表化工自動化及儀表電容式傳感器的發(fā)展：電容式傳感器的發(fā)展：金屬電容金屬電容硅微電容硅微電容( (單晶硅材料制成的電容傳感器單晶硅材料制成的電容傳感器)具有滯后小、穩(wěn)定性

21、高和重復(fù)性好的特點(diǎn)具有滯后小、穩(wěn)定性高和重復(fù)性好的特點(diǎn)抗靜壓能力更強(qiáng)、溫度影響更小抗靜壓能力更強(qiáng)、溫度影響更小常規(guī)結(jié)構(gòu)常規(guī)結(jié)構(gòu)浮動浮動( (鏤空鏤空) )硅微電容硅微電容正壓側(cè)正壓側(cè)填充液填充液負(fù)壓側(cè)負(fù)壓側(cè)填充液填充液隔離隔離膜片膜片過壓保過壓保護(hù)膜片護(hù)膜片先進(jìn)浮動先進(jìn)浮動-46-化工自動化及儀表化工自動化及儀表小小 結(jié)：結(jié)：1.電容式電容式壓力（差壓）變送器在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用非常壓力（差壓）變送器在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用非常廣泛廣泛2.輸出信號：標(biāo)準(zhǔn)輸出信號：標(biāo)準(zhǔn)420mADC、HART信號、數(shù)字信號等。信號、數(shù)字信號等。3.除了動極板之外，電容式壓力變送器沒有其它可動部件，機(jī)械機(jī)構(gòu)除了動極板之外，電容式

22、壓力變送器沒有其它可動部件，機(jī)械機(jī)構(gòu)緊湊，緊湊，穩(wěn)定性抗震性好穩(wěn)定性抗震性好，測量精度高測量精度高，可達(dá)，可達(dá)0.1級以上。級以上。 直插式壓力變送器直插式壓力變送器單法蘭變送器法蘭遠(yuǎn)傳變送器-47-化工自動化及儀表化工自動化及儀表SlR-48-化工自動化及儀表化工自動化及儀表r1r2123P1外殼外殼 2彈性筒彈性筒 3膜片膜片1.兩個靜態(tài)性能完全相同應(yīng)變片貼在應(yīng)變筒外壁兩個靜態(tài)性能完全相同應(yīng)變片貼在應(yīng)變筒外壁2.r1沿筒軸向貼放，作為測量片沿筒軸向貼放，作為測量片3.r2沿筒徑向貼放，作為溫度補(bǔ)償片沿筒徑向貼放，作為溫度補(bǔ)償片4.受壓時，一個阻值變小、另一個阻值變大受壓時，一個阻值變小、另

23、一個阻值變大5.應(yīng)變片受壓時，電阻值的變化應(yīng)變片受壓時，電阻值的變化rP為什么需要同時使用兩個應(yīng)變片？或者說為什么要進(jìn)行溫度補(bǔ)償？為什么需要同時使用兩個應(yīng)變片？或者說為什么要進(jìn)行溫度補(bǔ)償？001()ttRRtt-49-化工自動化及儀表化工自動化及儀表UiEr1r2R3R4AB測量電橋測量電橋112()irRUErrRR101202 rrrrrr1212 rPrPrr 1121() 2irUErr0101021() 2rrErrrr 12012 422rrErrr 120 4rrEPr 012 2rrr -50-化工自動化及儀表化工自動化及儀表1.具有具有較大的測量范圍，被測壓力可達(dá)幾百較大的測

24、量范圍，被測壓力可達(dá)幾百M(fèi)Pa2.具有具有良好的動態(tài)性能良好的動態(tài)性能，可用于，可用于快速變化的壓力測量快速變化的壓力測量3.雖雖有溫度補(bǔ)償，仍有比較明顯的溫漂和時有溫度補(bǔ)償，仍有比較明顯的溫漂和時漂漂4.測量精度一般，通常在測量精度一般，通常在0.51.0左右左右5.應(yīng)變應(yīng)變片式壓檢測儀表（多屬于中低端產(chǎn)品片式壓檢測儀表（多屬于中低端產(chǎn)品）-51-化工自動化及儀表化工自動化及儀表傳感器基片材料主要為硅片和鍺片傳感器基片材料主要為硅片和鍺片擴(kuò)散硅壓力檢測儀表應(yīng)用廣泛擴(kuò)散硅壓力檢測儀表應(yīng)用廣泛 p p2 2p p1 1硅杯硅杯正壓側(cè)正壓側(cè)隔離膜隔離膜片片引出線引出線負(fù)壓負(fù)壓側(cè)隔側(cè)隔離膜離膜片片硅

25、油硅油1.負(fù)壓室負(fù)壓室 2.正壓室正壓室 3.硅杯硅杯4.引線引線 5.硅片硅片Ri1Ri2Ri3Ri4-52-化工自動化及儀表化工自動化及儀表UiRi1Ri2Ri3Ri4IS不受壓時：不受壓時： Ri1Ri2Ri3Ri4r Ui=0Ri1Ri2Ri3Ri4受壓時，受壓時，Ri1Ri4r1，Ri2Ri3r2，流經(jīng)，流經(jīng)2橋臂的電流始終相等，橋臂的電流始終相等，Is/224()2iiSiRRIU21()2Srr IP 1KP-53-化工自動化及儀表化工自動化及儀表結(jié)結(jié) 論論：1.體積體積小，結(jié)構(gòu)簡單，精度一般比應(yīng)變小，結(jié)構(gòu)簡單，精度一般比應(yīng)變片式變送器高片式變送器高2.靈敏靈敏系數(shù)是金屬應(yīng)變片的

26、幾十倍，系數(shù)是金屬應(yīng)變片的幾十倍，能測量微小能測量微小的壓力的壓力變化變化3.動態(tài)響應(yīng)動態(tài)響應(yīng)好，遲滯小，可用來測量好，遲滯小，可用來測量幾千幾千Hz乃至乃至更高的脈動更高的脈動壓力壓力4.也也存在溫度效應(yīng)存在溫度效應(yīng)，易易受環(huán)境溫度的影響，但比應(yīng)變片式儀表好受環(huán)境溫度的影響，但比應(yīng)變片式儀表好-54-化工自動化及儀表化工自動化及儀表1151系列壓力系列壓力/差壓變送器差壓變送器 數(shù)字式數(shù)字式( (智能式智能式) )變送器種類較多，結(jié)構(gòu)各異，但總體結(jié)構(gòu)基本相似。變送器種類較多，結(jié)構(gòu)各異，但總體結(jié)構(gòu)基本相似。 ST3000系列壓力系列壓力/差壓變送器差壓變送器 各種數(shù)字式變送器都采用各種數(shù)字式變

27、送器都采用HART協(xié)議或如協(xié)議或如FF等現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信的等現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信的EJA系列壓力系列壓力/差壓差壓變送器變送器 差壓差壓傳感器傳感器溫度溫度傳感器傳感器靜壓靜壓傳感器傳感器多多路路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換A/DCPUD/A數(shù)字?jǐn)?shù)字IOROM、RAM、EPROMHart信號信號-55-化工自動化及儀表化工自動化及儀表1.傳感器三組件傳感器三組件：差壓、溫度和靜壓差壓、溫度和靜壓差壓傳感器差壓傳感器：擴(kuò)散硅壓阻傳感器擴(kuò)散硅壓阻傳感器，主傳感器，測量差壓主傳感器，測量差壓溫度、靜壓傳感器溫度、靜壓傳感器輔助傳感器，用于補(bǔ)償，以提高測量精度輔助傳感器，用于補(bǔ)償，以提高測量精度2.RAM存儲變送器的

28、各種參數(shù)存儲變送器的各種參數(shù)3.EPROM存儲著與存儲著與RAM同樣的數(shù)據(jù)。當(dāng)儀表掉電時，數(shù)據(jù)被保存，同樣的數(shù)據(jù)。當(dāng)儀表掉電時，數(shù)據(jù)被保存，當(dāng)儀表來電時，當(dāng)儀表來電時，EPROM中的數(shù)據(jù)自動傳遞到中的數(shù)據(jù)自動傳遞到RAM中，不須后備電池中，不須后備電池4.變送器設(shè)置變送器設(shè)置通過數(shù)字設(shè)定器設(shè)置，如：儀表的量程、編號、零點(diǎn)通過數(shù)字設(shè)定器設(shè)置，如：儀表的量程、編號、零點(diǎn)調(diào)整、量程調(diào)整、阻尼時間調(diào)整、量程調(diào)整、阻尼時間差壓差壓傳感器傳感器溫度溫度傳感器傳感器靜壓靜壓傳感器傳感器多多路路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換A/DCPUD/A數(shù)字?jǐn)?shù)字IOROM、RAM、EPROMHart信號信號-56-化工自動化及儀表化工自動化及

29、儀表傳感器傳感器AD7715CPUWDTAD421HT2012PI0-57-化工自動化及儀表化工自動化及儀表 1.傳感器采用電容式差壓傳感器傳感器采用電容式差壓傳感器2.將輸入差壓轉(zhuǎn)換成將輸入差壓轉(zhuǎn)換成02.5V左右的電壓信號左右的電壓信號 。3.變送器的正常工作電流必須等于或小于變送器的正常工作電流必須等于或小于3.5mA4.傳感器部分工作電流為傳感器部分工作電流為0.8mA左右左右 。 1. AD7715是美國是美國ADI公司生產(chǎn)公司生產(chǎn)的，的，帶有模擬前置放大器帶有模擬前置放大器的的、采用采用-轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換技術(shù)技術(shù)的的16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它具有位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它具有0.0015的非線性、片內(nèi)可編

30、的非線性、片內(nèi)可編程增益放大器、差動輸入、三線串行程增益放大器、差動輸入、三線串行接口等接口等特點(diǎn)。特點(diǎn)。2.2.特別適用于智能式變送器，不太適用多路信號頻繁切換的特別適用于智能式變送器，不太適用多路信號頻繁切換的場合。場合。3.3.在低速采樣應(yīng)用中，在低速采樣應(yīng)用中，AD7715AD7715的的性能佳。但性能佳。但當(dāng)更新速度大于當(dāng)更新速度大于60Hz60Hz時時， 采采出出碼將出現(xiàn)碼將出現(xiàn)波動，效果變波動，效果變差。差。4.AD77154.AD7715在小信號的采樣中得到很好的應(yīng)用，在熱電偶、熱電阻測溫在小信號的采樣中得到很好的應(yīng)用，在熱電偶、熱電阻測溫的應(yīng)用方面也取得了令人滿意的效果。的應(yīng)

31、用方面也取得了令人滿意的效果。 -58-化工自動化及儀表化工自動化及儀表 1.AT89S8252微處理器微處理器 ，它與，它與MCS-51兼容。兼容。2. 8K bytes的的Flash ROM、2K bytes的的EEPROM、256 bytes的的RAM、32個個 I/O口線、兩個口線、兩個DPTR、3個個16位定時位定時/計(jì)數(shù)器、計(jì)數(shù)器、1個全雙工串行口、個全雙工串行口、可編程看門狗、在片振蕩器和時鐘電路等?？删幊炭撮T狗、在片振蕩器和時鐘電路等。3. CPU采用采用3V供電，工作頻率供電，工作頻率1.8432MHz。4. CPU采取間斷工作方式，采取間斷工作方式，1/5時間工作、時間工作

32、、4/5時間休眠，以降低時間休眠，以降低CPU功耗功耗實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)HART協(xié)議物協(xié)議物理層的硬件電路理層的硬件電路 -59-化工自動化及儀表化工自動化及儀表 1. 將將CPU輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為420mA直流電流作為整機(jī)的輸出直流電流作為整機(jī)的輸出2. 將通信部分輸入的數(shù)字信號疊加在將通信部分輸入的數(shù)字信號疊加在420mA直流電流上一起輸出直流電流上一起輸出3. 與場效應(yīng)管與場效應(yīng)管VT1等組成電壓調(diào)整等組成電壓調(diào)整電路電路4. 三極管三極管VT2起分流作用，以減少流過場效應(yīng)管起分流作用，以減少流過場效應(yīng)管VT1的電流的電流作用：作用： -60-化工自動化及儀表化工自動化及儀表

33、MAX6304ESA復(fù)位電路復(fù)位電路CPU正常工作時正常工作時WDO輸出為高電輸出為高電平，對平，對CPU的工作沒有影響的工作沒有影響CPU受外界干擾不能正常工作時受外界干擾不能正常工作時 WDO輸出將變?yōu)榈碗娖?，輸出將變?yōu)榈碗娖?，使使CPU產(chǎn)生不可產(chǎn)生不可屏蔽的中斷，將正在處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行屏蔽的中斷，將正在處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)；同時經(jīng)過一段等待時間之后，保護(hù)；同時經(jīng)過一段等待時間之后，輸出輸出RESET信號對信號對CPU進(jìn)行復(fù)位，使進(jìn)行復(fù)位，使CPU重新進(jìn)入正常工作重新進(jìn)入正常工作 電源故障端電源故障端PFI經(jīng)過分壓電阻經(jīng)過分壓電阻R1 1、R2 2接供電源接供電源UCCCC，當(dāng)電源發(fā)生較大波動

34、時，當(dāng)電源發(fā)生較大波動時，監(jiān)控電路將產(chǎn)生復(fù)位信號，從而有效地防止了電源干擾對監(jiān)控電路將產(chǎn)生復(fù)位信號，從而有效地防止了電源干擾對CPU的影響。的影響。 -61-化工自動化及儀表化工自動化及儀表測控程序包括測控程序包括A/D采樣程序、非線性補(bǔ)償程序、采樣程序、非線性補(bǔ)償程序、量程轉(zhuǎn)換程序、線性或開方輸出程序、阻尼程序量程轉(zhuǎn)換程序、線性或開方輸出程序、阻尼程序以及以及D/A輸出程序等輸出程序等通信程序采用串行口中斷接收通信程序采用串行口中斷接收/發(fā)送發(fā)送 分為兩部分：測控程序和通信程序分為兩部分：測控程序和通信程序 -62-化工自動化及儀表化工自動化及儀表常用壓力檢測儀表的簡單比較：常用壓力檢測儀表

35、的簡單比較：彈簧管壓力表：彈性式多為就地指示大量使用精度低、價(jià)格低廉彈簧管壓力表：彈性式多為就地指示大量使用精度低、價(jià)格低廉應(yīng)變片式壓變：電氣式常規(guī)在線儀表低端產(chǎn)品精度較低、溫漂較大、價(jià)格便宜應(yīng)變片式壓變：電氣式常規(guī)在線儀表低端產(chǎn)品精度較低、溫漂較大、價(jià)格便宜擴(kuò)散硅式壓變：電氣式常規(guī)在線儀表中端產(chǎn)品精度、穩(wěn)定性較前者好、價(jià)格較前者高擴(kuò)散硅式壓變：電氣式常規(guī)在線儀表中端產(chǎn)品精度、穩(wěn)定性較前者好、價(jià)格較前者高電容式壓變：電容式壓變： 彈性式常規(guī)在線儀表中高端精度優(yōu)于彈性式常規(guī)在線儀表中高端精度優(yōu)于0.2% 0.2% 、穩(wěn)定性好、價(jià)格較前兩者高、穩(wěn)定性好、價(jià)格較前兩者高壓阻式智能壓變：電氣式智能儀表

36、高端產(chǎn)品精度高壓阻式智能壓變：電氣式智能儀表高端產(chǎn)品精度高( (達(dá)達(dá)0.1FS)0.1FS)、穩(wěn)定性好、價(jià)格較高、穩(wěn)定性好、價(jià)格較高電容式智能壓變：彈性式智能儀表高端產(chǎn)品精度高電容式智能壓變：彈性式智能儀表高端產(chǎn)品精度高( (達(dá)達(dá)0.1FS)0.1FS)、穩(wěn)定性好、價(jià)格較高、穩(wěn)定性好、價(jià)格較高-63-化工自動化及儀表化工自動化及儀表-64-化工自動化及儀表化工自動化及儀表工作狀態(tài)工作狀態(tài)最小工作壓力最小工作壓力最大工作壓力最大工作壓力穩(wěn)定壓力穩(wěn)定壓力脈動壓力脈動壓力高壓高壓被測參數(shù)一般要求工作在被測參數(shù)一般要求工作在儀表量程儀表量程1/32/3為宜。為宜。-65-化工自動化及儀表化工自動化及儀

37、表30.60.84AMPa10.41.23AMPa-66-化工自動化及儀表化工自動化及儀表腐蝕性問題腐蝕性問題酸堿腐蝕酸堿腐蝕特殊介質(zhì)腐蝕特殊介質(zhì)腐蝕透氫透氫氫腐蝕氫腐蝕特殊介質(zhì)的參數(shù)測量高溫問題高溫問題真空問題防爆問題被測介質(zhì)中的氫原子透過隔離膜片，進(jìn)入充灌液中并形成氣被測介質(zhì)中的氫原子透過隔離膜片，進(jìn)入充灌液中并形成氣體，導(dǎo)致不能正確傳遞壓力的現(xiàn)象稱為體，導(dǎo)致不能正確傳遞壓力的現(xiàn)象稱為“變送器的透氫變送器的透氫”氫原子從設(shè)備表面滲入氫原子從設(shè)備表面滲入鋼內(nèi)部與不穩(wěn)定的碳化物發(fā)生反應(yīng)生鋼內(nèi)部與不穩(wěn)定的碳化物發(fā)生反應(yīng)生成甲烷，使鋼脫碳，機(jī)械強(qiáng)度受到永久性的破壞成甲烷，使鋼脫碳，機(jī)械強(qiáng)度受到永久

38、性的破壞氧氣、氯氣等氧氣、氯氣等-67-化工自動化及儀表化工自動化及儀表腐蝕性問題腐蝕性問題酸堿腐蝕酸堿腐蝕特殊介質(zhì)腐蝕特殊介質(zhì)腐蝕透氫透氫氫腐蝕氫腐蝕特殊介質(zhì)的參數(shù)測量高溫問題高溫問題真空問題防爆問題1.1.接液件材料接液件材料 隔離膜片隔離膜片 排氣排氣/ /排液閥排液閥 法蘭和接頭法蘭和接頭 “ “OO”形圈形圈2.2.非接液件材料非接液件材料 灌充液體灌充液體 螺栓和螺母螺栓和螺母 電氣殼體電氣殼體 “OO”形圈形圈316L不銹鋼、哈氏合金不銹鋼、哈氏合金C等等316不銹鋼等不銹鋼等316不銹鋼等不銹鋼等氟橡膠等氟橡膠等硅油、氟油等硅油、氟油等不銹鋼等不銹鋼等低銅鋁合金等低銅鋁合金等丁

39、腈橡膠等丁腈橡膠等-68-化工自動化及儀表化工自動化及儀表介質(zhì) 名稱濃度%溫度316哈氏C蒙乃爾鉭介質(zhì) 名稱濃度%溫度316哈氏C蒙乃爾鉭硫酸5室溫氫氟酸5室溫沸點(diǎn)48沸點(diǎn)10室溫醋酸100室溫沸點(diǎn)沸點(diǎn)60室溫甲酸50室溫沸點(diǎn)沸點(diǎn)80室溫草酸10室溫沸點(diǎn)沸點(diǎn)95室溫檸檬酸50室溫沸點(diǎn)沸點(diǎn)鹽酸5室溫苛性鈉20室溫沸點(diǎn)沸點(diǎn)10室溫40室溫沸點(diǎn)沸點(diǎn)20室溫氯化鐵30室溫沸點(diǎn)沸點(diǎn)35室溫氯化鈉10室溫沸點(diǎn)沸點(diǎn)硝酸10室溫20室溫 沸點(diǎn)25室溫30室溫沸點(diǎn)沸點(diǎn)飽和沸點(diǎn) 68室溫 氯化銨25室溫沸點(diǎn) 沸點(diǎn)發(fā)煙室溫 氯化鎂42室溫沸點(diǎn) 沸點(diǎn)-69-化工自動化及儀表化工自動化及儀表注：注：耐蝕性好的材料；耐蝕

40、性好的材料；尚耐蝕的材料；尚耐蝕的材料；不耐蝕的材料。不耐蝕的材料。 介質(zhì) 名稱濃度%溫度316哈氏C蒙乃爾鉭介質(zhì) 名稱濃度%溫度316哈氏C蒙乃爾鉭磷酸30室溫苛性鉀50室溫沸點(diǎn)硫酸銨20室溫60室溫飽和沸點(diǎn)沸點(diǎn)硫酸鈉50室溫70室溫沸點(diǎn)沸點(diǎn)硝酸銨10室溫80室溫沸點(diǎn)沸點(diǎn)硝酸鉀全部室溫硫酸+硝酸室溫 氯氣干室溫鉻水20室溫 濕室溫 沸點(diǎn) 氯水飽和室溫王水 室溫 二氧 化硫濕沸點(diǎn) 沸點(diǎn) 室溫 氨水10050 硫化氯濕室溫 100 -70-化工自動化及儀表化工自動化及儀表膜片材料：除傳統(tǒng)使用的哈氏合金、蒙乃爾合金、鉭外，還增加了鈦和鋯，膜片材料：除傳統(tǒng)使用的哈氏合金、蒙乃爾合金、鉭外，還增加了鈦和鋯，豐富了隔離膜片的材質(zhì)。豐富了隔離膜片的材質(zhì)。 材質(zhì)名稱材質(zhì)名稱 適用示例適用示例 哈氏合金哈氏合金C C 各種有機(jī)酸，無機(jī)酸，堿類各種有機(jī)酸，無