控制儀表與計算機控制裝置_其他儀表工作原理ppt精選課件

.,1,其它常用的單元儀表,在用單元組合儀表構(gòu)成控制系統(tǒng)時，有時還需要使用一些其它單元的儀表，如運算單元、顯示與積算單元和輔助單元等,.,2,4.1.開方器,4.1.1.開方器的作用,開方器的作用是對某一統(tǒng)一標準信號進行開方運算，并將運算結(jié)果以統(tǒng)一標準信號輸出，供其它儀表使用,.,3,當采用差壓方式測量流量時,系統(tǒng)構(gòu)成如圖所示,開方器在流量檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用,UP=K2P,開方器的輸出y與被測流量q成線性關(guān)系。,.,4,4.1.2.開方器的構(gòu)成原理,在模擬式儀表中有多種方法可用來實現(xiàn)開方運算?？梢岳枚O管的開關(guān)作用，也可以利用負反饋原理使其輸入與輸出之間呈開方運算特性,開方特性實現(xiàn)原理,.,5,還有一種開方器是由乘除器演變來的開方器,乘法運算的方法單向矩形脈沖法。,如圖所示,單向矩形脈沖,.,6,其直流分量可表示,占空比，用S來表示則,再假設(shè)：,則可得,由此可見，UD與U1、U2的乘積成正比，從而實現(xiàn)了乘法運算,.,7,根據(jù)這一原理，我們可以構(gòu)造乘法運算電路，如圖所示。其中，調(diào)高電路和濾波電路實現(xiàn)了乘法運算，稱之為乘法電路。,乘法運算電路構(gòu)成方框圖,.,8,在此基礎(chǔ)上，我們就可以利用負反饋原理來進一步實現(xiàn)乘除運算，其構(gòu)成原理如圖所示。,這里有兩套乘法電路，一套用于實現(xiàn)輸入信號U1與U2的乘法運算。另一套乘法電路設(shè)置在反饋通道中，就整機特性來講相當于進行除法運算，所以輸入信號U3為除數(shù),乘除器構(gòu)成方框圖,.,9,由圖可知,由于深度負反饋,由上面兩式得,設(shè)K2=K3，則有,若使U3=UD,即可以實現(xiàn)對U1的開方運算,（4-9）,（4-10）,（4-13）,（4-12）,（4-11）,.,10,4.1.3.DDZIII型開方器,DDZIII型開方器的作用是對15VDC的輸入信號進行開方運算，運算結(jié)果以15VDC或420mADC輸出,運算關(guān)系式,.,11,4.1.3.1.DDZIII型開方器的構(gòu)成,DDZIII型開方器由輸入電路、開方運算電路、小信號切除電路及輸出電路等組成。,開方器構(gòu)成方框圖,.,12,4.1.3.2.電路分析,輸入電路減去與運算無關(guān)的零點電壓并將電路基準移動到內(nèi)部基準UB,為克服共模干擾，輸入信號采用差動輸入方式,輸入電路圖,.,13,差動電路的輸出,同相端輸出,可求得,由于,所以,（4-20）,.,14,開方運算電路,開方運算電路是開方器的核心電路，用于實現(xiàn)開方運算,它是由自激振蕩時間分割器和比例放大電路兩部分組成的。,.,15,自激振蕩時間分割器,自激振蕩時間分割器圖,.,16,.,17,比例放大電路,比例放大電路的作用是將自激振蕩時間分割器的輸出信號UD放大，其輸出信號U3一方面送至小信號切除電路，另一方面反饋至乘法電路2，以便實現(xiàn)開方運算,設(shè),則,.,18,小信號切除電路,U3UL由于VT7的飽和壓降很小，可以忽略不計，所以此時的輸出為U4=U3,而當U3UL由于VT8的飽和壓降很小，可以忽略不計U4=0,此電路可以實現(xiàn)信號的切除。當輸入信號小于滿量程的1%（即Ui1.04V）時，將開方器的輸出切除,而當輸入信號大于或等于滿量程的1%時，輸出與輸入之間呈開方運算關(guān)系。,小信號切除電路圖,.,19,輸出電路的作用是將以UB為基準的信號U4轉(zhuǎn)換為以0V為基準的信號，同時加上1V的零點值，并進行功率放大，最終得到整機輸出Uo和Io。,輸出電路,.,20,4.1.3.3整機特性,在輸入信號大于1.04V時，U4=U3,將開方運算部分特性,代入,得,最終得,.,21,開方器原理電路圖,.,22,4.2積算器,積算器屬于顯示單元儀表，其作用是對輸入信號進行累計積算,比例積算器,開方積算器,.,23,4.2.1積算的基本概念與原理,以流量累計積算為例，對于比例積算器，其輸入信號為與瞬時流量成正比的信號,流體總量可表示為,累計字數(shù)N用脈沖頻率積分表示,流體總量的積分,從而得,.,24,電流信號轉(zhuǎn)換為脈沖頻率信號,電流信號轉(zhuǎn)換為脈沖頻率信號可通過電容的充放電來實現(xiàn),C兩端的電壓UC與充電電流之間的關(guān)系為,.,25,由,得,.,26,4.2.2比例積算器,比例積算器的作用是將15VDC信號轉(zhuǎn)換為010PPS的脈沖信號，經(jīng)整形及功率放大后驅(qū)動計數(shù)器轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對輸入信號的累計積算。,.,27,2.2.1比例積算器的構(gòu)成原理,它由輸入電路、積分電路、比較電路、整形電路及步進電機驅(qū)動電路等幾部分組成,.,28,4.2.2.2電路分析,（1）輸入電路,(2)U/f轉(zhuǎn)換電路,（3）脈沖整形及步進電機驅(qū)動電路,.,29,輸入電路為差動輸入電平移動兼減1V電路其電路如圖所示,輸入電路,.,30,差動輸入運放輸出為,同相端輸出為,于是得,以0V為基準的與以UB為基準的Uo1有如下關(guān)系,.,31,U/f轉(zhuǎn)換電路,U/f轉(zhuǎn)換電路的作用是將輸入電路的輸出信號Uo1轉(zhuǎn)換為鋸齒波脈沖信號，且該鋸齒波脈沖的頻率與Uo1成正比,.,32,Uo1為階躍輸入,當Uo2=Ua時，t=T1,可得鋸齒波脈沖信號的頻率為：,.,33,脈沖整形及步進電機驅(qū)動電路,脈沖整形及步進電機驅(qū)動電路的作用是將U-f轉(zhuǎn)換電路輸出的010Hz鋸齒波信號轉(zhuǎn)換為010Hz的方波信號，經(jīng)功率放大并倍頻后推動計數(shù)器的步進電機轉(zhuǎn)動,脈沖整形與輸出電路圖,.,34,脈沖整形電路,脈沖整形電路的作用是將鋸齒波信號Uo2轉(zhuǎn)換為同頻率的方波信號Uo4，以便用作計數(shù)器的步進電機控制信號。,Uo2與Uo4的波形對應(yīng)關(guān)系如圖4-21所示。,.,35,步進電機驅(qū)動電路,步進電機驅(qū)動電路的作用是對脈沖整形電路的輸出信號Uo4進行功率放大，,同時具有倍頻作用，將010Hz的方波信號轉(zhuǎn)換為020Hz的步進電機驅(qū)動信號。,所以，該電路也稱為脈沖倍頻及功率放大電路。,.,36,積算計數(shù)器,積算計數(shù)器是積算器的顯示單元，它是由步進電機及由步進電機帶動的一套機械傳動機構(gòu)和計數(shù)字輪組成的。其構(gòu)成如圖所示。,.,37,4.3輔助單元儀表,4.3.1安全柵安全柵是構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)的關(guān)鍵儀表，其作用是：一方面保證信號的正常傳輸，另一方面控制流入危險場所的能量在爆炸性氣體或爆炸性混合物的點火能量以下，以確保系統(tǒng)的安全火花性能。常用的安全柵有兩種，一種是齊納式安全柵，一種是隔離式安全柵。,.,38,4.3.1.1齊納式安全柵,齊納式安全柵是基于齊納二極管反向擊穿特性來工作的，其原理線路如圖所示。圖中：VZ1和VZ2為齊納二極管，F(xiàn)為快速熔斷器，R為限流電阻。,齊納式安全柵原理電路圖,.,39,4.3.1.2隔離式安全柵,（1）檢測端安全柵,檢測端安全柵用于為兩線制變送器進行隔離式供電，并將變送器送來的420mADC信號轉(zhuǎn)換成隔離的且與之成正比的420mADC或15VDC的信號，而且在故障狀態(tài)下，可限制其電流和電壓值，使進入危險場所的能量限制在安全額定值以下。,（2）操作端安全柵,操作端安全柵是將控制儀表送來的420mADC信號由調(diào)制器利用直流/交流轉(zhuǎn)換器提供的供電方波轉(zhuǎn)換為交流方波信號,.,40,4.3.2操作器,操作器的作用是以手動設(shè)定方式在輸出端輸出420mADC信號，以此進行手動遙控操作或為調(diào)節(jié)器提供外部給定信號,操作器構(gòu)成框圖,.,41,4.3.3電源箱,這里所說的電源箱是指24V直流電源箱，其作用是將220V交流電轉(zhuǎn)換為24V直流電，經(jīng)穩(wěn)壓處理