变送器过程控制仪表及装置.ppt
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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,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,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,知识目标,技能目标,第2章 变送器,第2章 变送器,2.1 概述,2.2电容
2、式差压变送器,2.3其他差压变送器,2.4 温度变送器,按照被测参数分类,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,变送器的理想输入输出特性,x,y,xmin,xmax,ymin,ymax,xmin 可能0,也可能0,2.1 概述,一、变送器的构成原理,二、变送器的一些共性问题,一、变送器的构成原理,测量部分,放大器,反馈部分,x,测量部分Ki,变送器的组成:,zi,放大器Ko,y,反馈部分Kf,zf,+,零点调整零点迁移,+,z0,关键环节:,当满足KoKf1的条件时,输入输出关系,x,Ki,zi,Ko,y,Kf,zf,+,+,z0,如果,ymin,ymax 与xmin,
3、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,1.量程调整,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,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,二、变送器的一些共性问题,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,Ki,量程,量程,2.零点调整,零点调整的方法 调Z0,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,x,3.零点迁移,使变送器的输出信号下限值ymia与测量范
4、围的下限值xmin相对应,在xmin=0时,称为零点调整,在xmin0时,称为零点迁移,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,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:,xmin,xmax,xmin,xmax,零点迁移的方法调Z0,2.2 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,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pi感压膜片SCiIi与Iz、If综合比较II0,框图
5、,感压膜片,电容-电流转换器,Pi,Ci2-Ci1,c,Ii,放大和输出限制电路,反馈电路,-,If,调零、迁移电路,I,I0,(I2-I1),0100 kPa,420 mA,差动电容,S,测量部件,转换电路,放大电路,(一)测量部件 Pici c=k2k1Pi 1作用 Pi电容的变化量Ci 2结构(画出测量部件示意图)3工作原理:当PiSCi2-Ci1c,(1)差压-位移转换:PiS,(2)位移-电容转换:S c,一、结构组成,返回,作用:电容的相对变化量c差动电流Ii,并实 现非线性补偿。,各组成部分的作用及原理(画出简化线路),结构组成:振荡器、解调器、振荡控制放大器及线性调整电路。,(
6、二)转换电路,框图,1.振荡器 如何振荡?,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。,振荡器为变压器反馈振荡器 LC串联谐振,振荡器的等效电路(仅包括3组中的1组),向电容式压力传感器的Ci1和Ci2提供高频电源,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=(i2i1),共模信号 Ic=(i2+i1),当共模信号Ic保持不变时,Id 与输入差压P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420mA的输出电流I0,2.解调器,1.振荡器输出为正半周时(同名端为正),T
7、1(2)VD6、VD6C2Ci2C17C11T1(11),(2)电流i1的路线为:,T1(3)R4VD7、VD3C1Ci1C17R6R8T1(10),对通过差动电容Ci1、Ci2 的高频电流进行半波整流,(1)电流i2的路线为:,i1不流经C11,但会引起Ci1上的电压变化,2.解调器,2.振荡器输出为负半周时(同名端为负),(2)电流i1的路线为:,(1)电流i2的路线为:,i1不流经C11,但会引起Ci2上的电压变化,T1(11)C11 C17Ci1C1VD4、VD8T1(2),T1(12)R7R9C17Ci2C2VD1VD5R3T1(1),2.解调器,如果电路时间常数比振荡周期小得多,可
8、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:,(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,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R6R8和R9R7产生的电压两者平均值之和I2I1即为解调器输出的共模信号Ic。,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。,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
9、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,3.振荡控制放大器,I2+I1,Ud,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,U01,定性分析如下:,(三)放大电路 1.作用 IiI02.分析工作原理,测量部件,电容-电流转换器,Pi,Ci2-Ci1,c,负反馈放大器:IiI0,Ii,放大和输出限制电路,反馈电路,-,If,调零、迁移电路,I,I0,(I2-I1),0100 kPa,420 mA,分析:I0PiRw2I01调零R20、R21零迁。
10、w3K4Kp量程调整(反复调),二、整机特性,感压膜片,电容-电流转换器,Pi,Ci2-Ci1,c,Ii,放大和输出限制电路,反馈电路,-,If,调零、迁移电路,I01,I0,(I2-I1),0100 kPa,420 mA,差动电容,S,整机特性,小结:,I0,H,PB,P气,敞口容器,P2=P气,P1,420 mA,三、差压变送器选 用、安装和维护,密闭带压容器,PB,PA,I0,H,P1,P2,P,420 mA,正迁移,20,PB,P,+,-,PA,h,h0,P上2,I0 mA,0,4,P上2,kPa,I0,P1,P2,P,420 mA,测量部分,PB,P,+,-,PA,h,h0,0,0,
11、h1,调节器,负迁移,I0,P1,P2,P,420 mA,1 m,4m,02m,I0,法兰与容器直接连接,插入筒深入容器,PA,PB,P,-,+,法兰测量头,插入筒,毛细管,变送器,只有:负迁移情况,H,HA,HB,0,0,P1,P2,P,I0,420 mA,法兰与容器直接连接,插入筒深入容器,PA,PB,P,+,-,法兰测量头,插入筒,毛细管,变送器,只有:负迁移情况,H,HA,HB,0,0,I0,P1,P2,P,420 mA,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。,1,3,2,P1,P2
12、,Pi,P1,P2,平衡阀,截止阀,截止阀,I0,Q,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,测量部分扩散硅压阻传感器,把被测差压P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,电路部分 扩散硅式差压变送器放大电路,分析,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319mA,所以整机输出电流Io为420mA。,当变送器输入差压信号pi时,使硅杯受压,RA、RD的阻值增加R,而RB、
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