變送單元課件

1、第二章 變送單元 12-1 變送器概述 一、用途 將被測的過程參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位、 成份等物理量變換為單元組合儀表規(guī)定的統(tǒng)一 標(biāo)準(zhǔn)信號傳送給其它單元，供指示、記錄和調(diào)節(jié)。 二、變送器構(gòu)成原理測量部分C放大器K反饋部分F調(diào)零、零點(diǎn)遷移Zi Zf Z0 yxyxymaxxmaxxminymin0變送器的構(gòu)成原理和輸入輸出特性零點(diǎn)調(diào)整使變送器測量起始點(diǎn)為零；零點(diǎn)遷移是把測量起始點(diǎn)由零遷移到某一數(shù)值。當(dāng)測量起始點(diǎn)由零變?yōu)槟骋徽?，稱正遷移；而由零變?yōu)槟骋回?fù)值，稱為負(fù)遷移。 零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移 使變送器的輸出信號下限值ymin與測量范圍的下限值xmin相對應(yīng)，在xmin= 0時，稱為零點(diǎn)調(diào)整，

2、在xmin 0時，稱為零點(diǎn)遷移。 實(shí)現(xiàn)方法：改變調(diào)零信號Z0 （1）零點(diǎn)調(diào)整及零點(diǎn)遷移的實(shí)現(xiàn) 引入調(diào)零及零點(diǎn)遷移部分。 （2）量程調(diào)整的實(shí)現(xiàn)改變外特性的斜率 改變反饋系數(shù)F 改變輸入轉(zhuǎn)換系數(shù)C 例： 某工藝對象要求控溫在800，現(xiàn)選用型熱電偶 溫度變送器。（精度0.5，配K型熱電偶）方案一 選 01000 溫度變送器 輸出 420mA 量程 1000 絕對誤差5 假如配顯示儀表，輸出為 795805，測量 誤差為 5方案二 溫變量程調(diào)成 6001000輸出 420mA 量程 400 絕對誤差2 假如配顯示儀表、則測量誤差為2 798802 零點(diǎn)從0遷移至600, 量程從1000調(diào)至400 使測

3、量誤差由 5提高到 2三. 變送器的連接方式 二線制：現(xiàn)場變送器與控制室之間只有二根線連接，既 提供變送器電源又傳輸變送信號 兩線制 變送器。 四線制：變送器的電源和輸出的變送信號分別由四根線 傳送 四線制溫度變送器。 型或型溫度變送器，改變接線端子和配接不同測溫元件可構(gòu)成不同功能的溫度變送器。熱電偶溫度變送器 TmV 010mA (型) 420mA (型) 熱電偶溫差變送器TmV010mA (型) 420mA (型) 熱電阻溫度變送器 T R 010mA (型) 420mA (型) 熱電阻溫差變送器TR 010mA (型) 420mA (型) 直流mV 轉(zhuǎn)換器 mV 010mA 420mA二

4、、 型二線制溫度變送器1. 電路原理圖及結(jié)構(gòu)框圖 溫度變送器組成高精度穩(wěn)壓源輸入回路橋路部分濾波電路集成運(yùn)算放大器功率放大器反饋回路輸出回路 二線制變送器實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)* 變送器供電能源低 量程下限工作電流4mA 其中恒流源0.5mA、橋路1mA、 運(yùn)放0.2mA、功放2.3mA * 變送器供電波動范圍大 * 變送器輸入回路及運(yùn)放需穩(wěn)壓供電，因此需要一個能耗極低的高精度穩(wěn)壓源。2、熱電偶溫度變送器線路分析 接線: 接放大器 輸入端+ - 接熱電偶 短接斷偶時在上限報(bào)警 短接+ - 接熱電偶斷偶時在下限報(bào)警 (1) 輸入回路： 1 2 接 Rcu +R11 3 4 接 R12 Rcu 冷端溫度自動補(bǔ)

5、償 R11 R12 視正負(fù)遷移情況決定是否接入橋路 輸入回路冷端延伸 用補(bǔ)償導(dǎo)線環(huán)境溫度變化 冷端溫度自動補(bǔ)償Rcu的設(shè)計(jì)計(jì)算 若20 時“全補(bǔ)償”，050 內(nèi)自動補(bǔ)償 計(jì)算環(huán)境溫度變化時: 熱電偶 ET =(T環(huán) - 20 ) 銅電阻 Rcu = Rcu(T環(huán)- 20 ) 例：K型熱電偶 6001000 引入負(fù)反饋電壓 將輸出量取出一部分通過輸入回路實(shí)現(xiàn)反饋。 R14 量程粗調(diào) RP2 量程細(xì)調(diào) R17 R20 200 C2 C5 200/10V 低通濾波器 減小干擾，提高抗干擾能力 二極管嵌位限制電容儲能 D10、D11 輸入端雙向限幅（保護(hù)）電平移動 解決單電源供電而運(yùn)放要電源供電的 矛

6、盾.(2) 濾波電路 由于電磁場干擾，避免交流分量進(jìn)入運(yùn)放，故 采用濾波。為保險(xiǎn)起見，采用兩組RC濾波器，輸 入經(jīng)R17 C5接基準(zhǔn)點(diǎn)。為了安全火花性能的需要， 現(xiàn)場儀表需安全火花儀表?，F(xiàn)場儀表有儲能元件， 安全火花儀表電容不能太大，根據(jù)內(nèi)部效果看，加 二極管鉗位限幅，為保險(xiǎn)起見，加兩個二極管，雙 重化保險(xiǎn)，進(jìn)行直流信號濾波，將交流分量濾掉。濾波電路的作用（5）高精度、低功耗穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路 (如圖) 高精度穩(wěn)壓管VZ1，通過VT2供給橋路、運(yùn)放電源 恒流源0.5mA給VZ1提供工作電流保證穩(wěn)壓 VT3接成二極管，利用它的be結(jié)補(bǔ)償VT2的be結(jié)的 溫度變化 由于現(xiàn)場儀表受環(huán)境溫度變化引起。

7、 VT1、R4、R5組成有源負(fù)載，電源大幅度波動降 落在有源負(fù)載上穩(wěn)流電路保證VZ1工作在小電流0.5mA時穩(wěn)壓，必須要求一 個高精度穩(wěn)流源供電二級深度電流負(fù)反饋保證其恒流性能，調(diào)節(jié)RP4可 改變恒流的大小 采取以上措施后，電源變化9V到17V時，橋路 電壓變化僅12mV 負(fù)反饋原理以深度電流負(fù)反饋保證整機(jī)輸出的恒流性能。 兩線制傳輸采用標(biāo)準(zhǔn)信號制，信號下限4mA可區(qū)分零點(diǎn) 與故障 RP1調(diào)零4mA RP3 調(diào)橋壓5V RP4調(diào)恒流源0.5mA Rcu冷端溫度補(bǔ)償 R11、R12零點(diǎn)遷移 RP2 量程細(xì)調(diào) R14 量程粗調(diào)整機(jī)綜述 RP1：調(diào)零 R12：量程下限起始電阻 R10：引入反饋（通過

8、輸入回路引入） R0：測溫元件到溫度變送器的引線電阻，環(huán)境溫度變化 靠橋路平衡實(shí)現(xiàn)，引線帶來的電阻誤差和溫度的誤差， 對角線同時接到測溫點(diǎn)，用橋路平衡進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 例：測量范圍0 100,選鉑熱電阻 Pt100 ，0輸出100， 100輸出138.5，即R12 設(shè)為100. 若：50 200，R12 應(yīng)接 50時的電阻119.4 ，即進(jìn)行 零點(diǎn)遷移。 滿度為200時Pt100電阻為175.84 . 4. 熱電偶溫差變送器 R11= R12 = 0 Rcu = 0 用兩熱電偶對接后接入運(yùn)放輸入端 反向輸入時，34 短接，1 接高溫正，2 接低溫正 正向輸入時，12 短接，3 接高溫正，4 接低

9、溫正5. 熱電阻溫差變送器 1 2 34 短接 12 接高溫?zé)犭娮?34接低溫?zé)犭娮?. mV轉(zhuǎn)換器 1 2 接mV信號 3 4 短接 12接R11 34接R12 Rcu= 0 三、線性化原理及線路分析 線性化電路的作用是使溫度變送器的輸出信號與被測 溫度信號之間呈線性關(guān)系。IT檢測儀表變送器 線性反饋：取線性部分 非線性反饋：用線性化電路克服測量的非線性近似線性：用線性化電路，使輸出特性逼近線性 線性化原理采取在反饋回路中置入與熱電偶特性相一致的非線性電路的方法，如下圖示。線性化電路 用折線來近似模擬熱電偶的特性曲線，如圖。折線的段數(shù)及斜率大小由熱電偶的特性來確定。 表示直線的斜率。線性電路

10、的實(shí)現(xiàn) 在IC2的反饋回路中由VZ103 VZ106穩(wěn)壓管控制反饋回路的組成，以改變輸出特性斜率。 IC2、R120 R122、R115、R0、Ra組成運(yùn)算基本線路決定1, 并聯(lián)R120改變2 1 并聯(lián)電阻的大小決定于對新線段斜率的要求,基準(zhǔn)電壓的 數(shù)值和穩(wěn)壓管的擊穿電壓決定折線拐點(diǎn) 如：第一段直線，UfUf2 斜率1 由上圖可列出 由上式可知1斜率由電阻R115、R120 R122、和Ra確定， 1可通過改變R120調(diào)整。 第二段直線， Uf2 1 分析以上電路可知 比較1和2兩式可知，只要R120上并一電阻既可改 變2斜率。 并聯(lián)電阻的大小決定于新線段斜率的要求, 基準(zhǔn)電壓 和穩(wěn)壓管擊穿電

11、壓則決定折線的拐點(diǎn)，根據(jù)要求的斜率， 并聯(lián)相應(yīng)電阻，可達(dá)到線性化目的。 熱電阻溫度變送器的線性化采用正反饋法, 將熱阻信號引入運(yùn)放同相端, 使輸出電流It隨Ut即溫度t增加而增加。補(bǔ)償了熱電阻隨被測溫度升高其變化量逐漸減小的非線性。 2-3 DBC型差壓變送器 用途：把差壓、流量、液位等被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成為統(tǒng)一 的標(biāo)準(zhǔn)信號，與顯示、調(diào)節(jié)儀表配合使用可實(shí)現(xiàn) 對上述參數(shù)的自動檢測與自動調(diào)節(jié)。 一、力平衡式差壓變送器 1. 工作原理 被測參數(shù) 差壓彈性元件變形產(chǎn)生一個力作用于杠桿系統(tǒng)彈性元件變形產(chǎn)生微小位移引起電參數(shù)的變化 單杠桿式差壓變送器整機(jī)靜特性 輸出輸入之間關(guān)系式 雙杠桿式差壓變送器整機(jī)靜特性矢量機(jī)構(gòu)式差壓變送器整機(jī)靜特性作用：把被測差壓P轉(zhuǎn)換成作用于主杠桿下端的輸入力Fi A1= A2= AFi= A (P1 -P2) = APi Fi= A1P1 -A2P2因: 故:2. 結(jié)構(gòu)測量部分杠桿系統(tǒng) 作用：進(jìn)行力的傳遞和力矩比較。 組成： 主杠桿1、矢量機(jī)構(gòu)2和副杠杠4，以及調(diào)零機(jī)構(gòu)、零點(diǎn)遷移機(jī)構(gòu)、靜壓調(diào)整和過載保護(hù)、平衡錘。 主杠桿將輸入力Fi轉(zhuǎn)換為作用于矢量機(jī)構(gòu)上的力F1 ： 矢量機(jī)構(gòu)將輸入力F1轉(zhuǎn)換為作用于副杠桿上的力F2 ：改變tan，可改變差壓變送器的量程：415，量程比為tan15/tan4=3.83 副杠桿 進(jìn)行力矩的比較 由上式表明以下幾點(diǎn): (1)