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第 2 章 变送器

第 2 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. 第 2 章 变送器. 知识目标. 掌握变送器的作用、种类、构成原理 掌握变送器量程调整、零点调整及零点迁移的目的 理解电容式差压变送器测量、转换和放大部分的工作原理 了解其它差压变送器的构成、特点 掌握架装式温度变送器量程单元和放大单元的作用，调零、调量程的方法 掌握一体化温度变送器的功能、构成和特点. 技能目标. 能进行差压变送器的选用、安装、调校和维护

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第 2 章 变送器

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Presentation Transcript

  1. 第2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

  2. 第2章 变送器 知识目标 掌握变送器的作用、种类、构成原理 掌握变送器量程调整、零点调整及零点迁移的目的 理解电容式差压变送器测量、转换和放大部分的工作原理 了解其它差压变送器的构成、特点 掌握架装式温度变送器量程单元和放大单元的作用，调零、调量程的方法 掌握一体化温度变送器的功能、构成和特点 技能目标 能进行差压变送器的选用、安装、调校和维护 能完成电容式差压变送器、架装式温度变送器的实训项目 能处理常见故障

  3. 2.1 概述 第2章 变送器 2.2电容式差压变送器 2.3其他差压变送器 2.4 温度变送器

  4. 按照被测参数分类 变送器的理想输入输出特性 y 差压变送器 ymax 压力变送器 温度变送器 ymin 液位变送器 x xmin xmax 流量变送器等 xmin可能＝0，也可能≠0

  5. 一、变送器的构成原理 2.1 概述 二、变送器的一些共性问题

  6. 一、变送器的构成原理 零点调整 零点迁移 变送器的组成 ： z0 + x zi y 放大器 Ko 测量部分 Ki + － zf 反馈部分 Kf 关键环节： 放大器 测量部分 反馈部分

  7. = y ? 输入输出关系 z0 + x zi + y Ki Ko － zf Kf 当满足KoKf>>1的条件时

  8. 如果，[ymin，ymax]与[xmin，xmax]，如何调整？ 1.调整Ki、Kf可以改变线性关系的斜率，调试会影响零点 2.调整z0可以改变零点，同时也会引起线性关系的平移

  9. y ymax ymin x xmin xmax 1.量程调整 二、变送器的一些共性问题 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

  10. 量程调整的方法 改变反馈部分的反馈系数Kf 改变测量部分转换系数Ki Kf ↑ 量程 ↑ Ki↑ 量程 ↓

  11. y ymax ymin xmax 0 2.零点调整 使变送器的输出信号下限值ymin与测量范围的下限值xmin=0相对应 零点调整的方法 调Z0 x

  12. y ymax ymin x xmax 0 3.零点迁移 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，在xmin=0时，称为零点调整，在xmin≠0时，称为零点迁移 ·零点调整使变送器的测量起始点为零 ·零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值: 零点迁移的方法 调Z0 xmin xmax xmin xmax 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

  13. 2.2电容式差压变送器 一、结构组成 二、整机特性 三、差压变送器选 用、安装和维护

  14. 2.2电容式差压变送器 电容式差压变送器采用差动电容作为检测元件 一、结构组成： 由测量部件、转换电路、放大电路三部分组成 二、工作原理： 当Δpi↑→感压膜片ΔS↑→ΔCi↑→Ii↑→与Iz、If综合比较→ΔI↑→I0↑

  15. 框图 调零、迁移 电路 放大电路 ΔCi2-Ci1 ΔS↑ I‘ Ii ΔPi↑ I0 感压 膜片 差动 电容 电容-电流 转换器 放大和输出 限制电路 - 4～20 mA If (I2-I1) δc↑ 0～100 kPa 测量部件 转换电路 反馈电路

  16. ΔCi2-Ci1 ΔS↑ ΔPi↑ 感压膜片 差动电容 δc↑ 一、结构组成 （一）测量部件 ΔPi→Δci↑ δc=k2·k1·ΔPi 1．作用 ΔPi↑→电容的变化量ΔCi 2．结构 （画出测量部件示意图） 3．工作原理 ：当ΔPi↑→ΔS↑→ΔCi2-Ci1↑→δc↑ （1）差压-位移转换 ：ΔPi↑→ΔS↑ （2）位移-电容转换 ：ΔS↑→ δc↑

  17. 返回

  18. ΔCi2-Ci1 ΔPi↑ 测量部件 电容-电流转换器 Ii(I2-I1)i δc↑ （二）转换电路 作用： 电容的相对变化量δc→差动电流Ii，并实 现非线性补偿。 结构组成 : 振荡器、解调器、振荡控制放大器及线性调整电路。 各组成部分的作用及原理（画出简化线路）

  19. 负反馈 差动电容 If （ │ ） 限流 － Id ＋ IC3 振荡器 解调器 功放 Iz E 线性调整 稳压源 Vc Io 调零 零迁 IC1 Vr RL 基准电压 框图

  20. 1.振荡器–如何振荡？ 振荡器为变压器反馈振荡器LC串联谐振 U01为运算放大器Ai 的输出电压，作为振荡器的供电电压，因此U01的大小可控制振荡器的输出幅度。 向电容式压力传感器的Ci1和Ci2提供高频电源 振荡器的等效电路(仅包括3组中的1组)

  21. 电容一电流转换电路 将差动电容的 相对变化值成比 例地转换为差动 信号 Id，非线性 补偿功能 差动信号Id=（i2－i1） 共模信号Ic=（i2+i1） 当共模信号Ic保持不变时，Id与输入差压ΔP之间成比例关系 然后，把差动信号Id经电流放大电路放大成4~20mA的输出电流I0

  22. 2.解调器 对通过差动电容Ci1、Ci2 的高频电流进行半波整流 1.振荡器输出为正半周时（同名端为正） (1)电流i2的路线为 : T1(2)→VD6、VD6→C2→Ci2→C17→C11→T1(11) (2)电流i1的路线为: T1(3)→R4→VD7、VD3→C1→Ci1→C17→R6∥R8→T1 (10) i1不流经C11，但会引起Ci1上的电压变化

  23. 2.解调器 2.振荡器输出为负半周时（同名端为负） (1)电流i2的路线为 : T1（12）→R7∥R9→C17→Ci2→C2→VD1VD5→R3→T1（1） i1不流经C11，但会引起Ci2上的电压变化 (2)电流i1的路线为: T1（11）→ C11 →C17→Ci1→C1→VD4、VD8→T1（2）

  24. 2.解调器 (1)i2、i1以相反的方向流过C11， (2)正半周，i2经C11向Ci2充电，电容上的电压变化为UPP (3)负半周，i1经C11向Ci1充电，电容上的电压变化为UPP 如果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一峰值UPP i1和i2 的平均值I1、I2如下： 两者平均值之差I2-I1即为解调器输出的差动信号Id i1、i2流过R6∥R8和R9∥R7产生的电压两者平均值之和I2＋I1即为解调器输出的共模信号Ic。

  25. 2.解调器 i1、i2的平均值之差Id及两者之和Ic分别为: 上式成立的前提：Ic为常数。

  26. 3.振荡控制放大器 • 保证I2+I1即IC等于常数。 A1的输入端接受两个电压信号： 一个是基准U02在R9和R8上的压降 另一个是i2、i1分流后在R9和R8上产生的压降 正常工作时运放输入端的电压： 只要满足U02恒定，Ic即恒定

  27. 3.振荡控制放大器 • 定性分析如下： I2+I1↑ → ↑ →Ud↑ →U01↓ →振荡器振荡幅度↓ →变压器T1输出电压减小↓ →使I2+I1 ↓恢复到原来的数值 I2+I1

  28. （三）放大电路 1.作用 Ii→I0 2.分析工作原理 调零、迁移 电路 ΔCi2-Ci1 I‘ Ii I0 ΔPi↑ 测量部件 电容-电流转换器 放大和输出 限制电路 - 4～20 mA If δc↑ 0～100 kPa (I2-I1) 反馈电路 负反馈放大器：Ii→I0

  29. 调零、迁移 电路 ΔPi↑ ΔCi2-Ci1 ΔS↑ Ii I01 I0 感压 膜片 差动 电容 电容-电流 转换器 放大和输出 限制电路 - 4～20 mA If δc↑ (I2-I1) 0～100 kPa 反馈电路 二、整机特性 分析： ①ΔI0∝ΔPi ②Rw2→α→I01调零 ③R20、R21→α→零迁。 ④w3→β→K4→Kp→量程调整 (反复调)

  30. 小结： 调零、迁移 电路 ΔCi2-Ci1 ΔS↑ ΔPi↑ Ii I01 I0 感压 膜片 差动 电容 电容-电流 转换器 放大和输出 限制电路 - 4～20 mA If δc↑ (I2-I1) 0～100 kPa 反馈电路 整机特性

  31. P + - 三、差压变送器选 用、安装和维护 敞口容器 P气 4~20 mA ρ PB H I0 P2=P气 P1

  32. 密闭带压容器 PA I0 ρ PB 4~20 mA H P1 P2 △P

  33. 正迁移 PA I0 mA 20 ρ PB h 4 4~20 mA kPa I0 ΔP △ P上2 0 △ P上2 h0 + - P1 P2 △P

  34. 测量部分 负迁移 PA ρ0 ρ PB 4m I0 0～2m h ρ0 4~20 mA h1 调 节 器 ΔP I0 h0 1 m + - P2 P1 △P

  35. 法兰与容器直接连接，插入筒深入容器 • 只有: • 负迁移情况 法兰测量头 PA ρ0 变送器 4~20 mA ΔP PB HB I0 ρ P2 H P1 - + 毛细管 HA △P 插入筒 ρ0

  36. 法兰与容器直接连接，插入筒深入容器 变送器 法兰测量头 • 只有： • 负迁移情况 PA ρ0 HB PB H ρ 插入筒 ρ0 △P I0 HA + - 毛细管 4~20 mA P1 P2 △P

  37. Q 差变器使用时应注意问题： • 开启表时： 应打开平衡阀2,再开高低截止阀1、3， 当阀1、3全开后，再关阀2。 • 停表时： 应先打开平衡阀2，再关闭阀1、3。 P1 P2 截止阀 截止阀 1 3 平衡阀 2 ΔI0 P1 P2 ΔPi

  38. 一、扩散硅式差压变送器 2.3其他差压变送器 二、振弦式差压变送器 三、DELTAPI K系列电感式变送器

  39. 测量部分——扩散硅压阻传感器 ——把被测差压ΔP成比例地转换为不平衡电压US 1-负压导压口2-正压导压口3-硅油4-隔离膜片5-硅杯6-支座7-玻璃密封8-引线

  40. 电路部分——扩散硅式差压变送器放大电路

  41. 该信号经运算放大器A和晶体管进行电压和功率放大后使输出电流Io增加。在差压变化的量程范围内，晶体管BG的发射极电流Ie为3～19mA，所以整机输出电流Io为4～20mA。该信号经运算放大器A和晶体管进行电压和功率放大后使输出电流Io增加。在差压变化的量程范围内，晶体管BG的发射极电流Ie为3～19mA，所以整机输出电流Io为4～20mA。 分析 当变送器输入差压信号Δpi时，使硅杯受压，RA、RD的阻值增加△R，而RB、RC的阻值减小△R，此时T点电位降低，而F点电位升高，于是电桥有电压输出。

  42. 通过振弦去改变谐振电路的谐振频率 二、振弦式差压变送器 基本原理： 将压力或差压的变化转换成振弦张力的变化，从而使振弦的固有谐振频率变化 检测出这个电信号的频率就检测到了差压的大小

  43. 1、检测器的结构

  44. 2、信号变换过程 压力或差压变换成电振荡频率，再变成电流的过程。

  45. 3.频率－电流变换

  46. 三、DELTAPI K系列电感式变送器 DELTAPI K系列电感式变送器是由英国肯特公司使用先进的测量技术设计而成的，它以单元组合方式，用于过程控制系统中。能在各种危险或恶劣的工业环境中，为差压、压力、流量、液位和料位提供精确可靠的测量。该变送器已由天津自动化仪表厂引进生产。

  47. 1.工作原理 整机是由敏感元件-膜盒、放大器、显示表头、外壳和测量室等几大部分组成。 （1）测量部分 ：膜盒、敏感膜片、固定电磁电路、隔离膜片、灌充液、过程接口等

  48. 2.仪表组成部件图 1-盖；2-放大器盒盖；3-敏感元件输出电缆及插头；4-零点、阻尼、量程调节螺钉；5-放大器；6-定位螺钉；7-外壳锁紧螺母；8-容室紧固螺栓；9-外壳

  49. 一、热电偶温度变送器 2.4 温度变送器 二、一体化热电偶温度变送器 三、热电阻温度变送器 四、一体化热电偶温度变送器

  50. 一、热电偶温度变送器 热电偶温度变送器构成框图

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