過(guò)程儀表復(fù)習(xí)資料

1、1.1.2 儀表性能儀表性能1 1、準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性（精確度）（用最大引用誤差來(lái)表示） 用精確度表示，即“相當(dāng)于被測(cè)變量真實(shí)值的正確量度”。 例：量程為100，精確度等級(jí)為0.5 ，則測(cè)量值與真實(shí)值的最大絕對(duì)誤差為：100 0.5 0.5之內(nèi)。1 2、可靠性指標(biāo)可靠性指標(biāo) 可靠性：指在規(guī)定工作條件下（環(huán)境條件和維護(hù)條件環(huán)境條件和維護(hù)條件），在規(guī)定的時(shí)間在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)內(nèi)具有正常工作性能的能力正常工作性能的能力，如機(jī)器，零件及系統(tǒng)的使用壽命。l 狹義的狹義的可靠性：機(jī)器、零件或系統(tǒng)一次使用的使用壽命。l 廣義的廣義的可靠性：可修復(fù)的機(jī)器、零件或系統(tǒng)在使用中不發(fā)生故障，一旦發(fā)生故障又易修復(fù)，使之具有經(jīng)常

2、使用的性能。因此，廣義的可靠性含有可維修性?？删S修性。 系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)常用概率來(lái)定義，包括：l 可靠度可靠度；l 平均故障間隔時(shí)間平均故障間隔時(shí)間(MTBF)；l 平均故障修復(fù)時(shí)間平均故障修復(fù)時(shí)間(MTTR)；l 有效率。有效率?？刂苾x表控制儀表根據(jù)控制系統(tǒng)根據(jù)控制系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)各組成環(huán)節(jié)的不同的不同功能和使用要求功能和使用要求劃分成單元組合儀表，儀表劃分成單元組合儀表，儀表間采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行聯(lián)系，有助于間采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行聯(lián)系，有助于了解過(guò)程控制儀表了解過(guò)程控制儀表必備功能，必備功能，學(xué)習(xí)過(guò)學(xué)習(xí)過(guò)程控制儀表程控制儀表的基本概念，掌握儀表系統(tǒng)構(gòu)成所需的測(cè)量系統(tǒng)或控制系統(tǒng)。的基本概念，掌

3、握儀表系統(tǒng)構(gòu)成所需的測(cè)量系統(tǒng)或控制系統(tǒng)。2控制儀表的組成控制儀表的組成自動(dòng)控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的自動(dòng)控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的控制器、變送器、運(yùn)算器、執(zhí)行器控制器、變送器、運(yùn)算器、執(zhí)行器等，以及等，以及新型控制儀表及裝置。新型控制儀表及裝置。給定值給定值被控變量被控變量控制對(duì)象控制對(duì)象被控介質(zhì)被控介質(zhì)變送器變送器控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器顯示器顯示器手操器手操器控制儀表組成單回路控制系統(tǒng)方框圖控制儀表組成單回路控制系統(tǒng)方框圖單元組合儀表可分為八類(lèi)：?jiǎn)卧M合儀表可分為八類(lèi)：u 變送單元；變送單元；u 轉(zhuǎn)換單元；轉(zhuǎn)換單元；u 控制單元；控制單元；u 運(yùn)算單元；運(yùn)算單元；u 顯示單元；顯示單元；u 給定單元；

4、給定單元；u 執(zhí)行單元；執(zhí)行單元；u 輔助單元。輔助單元。233 3、靈敏度：儀表達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，輸出信號(hào)的變化值與對(duì)應(yīng)的、靈敏度：儀表達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，輸出信號(hào)的變化值與對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)變化值的比值，反映儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)的靈敏程度；輸入信號(hào)變化值的比值，反映儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)的靈敏程度；u 靈敏度越大，儀表越靈敏；u 若儀表靈敏度輸入輸出是線性特性，儀表靈敏度是常數(shù)； 如果是非線性特性，靈敏度在整個(gè)量程范圍內(nèi)是變數(shù)。u 若儀表的輸入輸出具有相同單位，則靈敏度是放大倍數(shù)； 若是不同單位，則靈敏度是轉(zhuǎn)換系數(shù)。儀表靈敏度數(shù)值越高，則儀表越靈敏。1.1.2 儀表性能儀表性能444、線性度線性度：儀表的輸入輸出特性曲線

5、與選用的對(duì)比直線之間的偏離程度，用非線性誤差表示，指檢驗(yàn)曲線與相應(yīng)直線間的最大誤差，按量程的百分比表示，可分為端基線性度誤差和獨(dú)立性線性度誤差；5、回差回差：輸入量上升和下降時(shí)，儀表指示同一示值的兩個(gè)輸出量之差的最大值，包括滯環(huán)與死區(qū)；6、死區(qū)（靈敏限、分辨力）死區(qū)（靈敏限、分辨力）：儀表示值產(chǎn)生可觀察變化對(duì)應(yīng)輸入量的最小變化值，即引起輸出變化的最小輸入增量，實(shí)際上是死區(qū)，不大于儀表允許誤差絕對(duì)值的一半。 靈敏限越大則儀表越不靈敏。1.1.2 儀表性能儀表性能55 7、 動(dòng)態(tài)誤差：動(dòng)態(tài)誤差：當(dāng)用儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，儀表指示值總要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能顯示出來(lái)，這段時(shí)間稱(chēng)為儀表的反應(yīng)時(shí)間。如果儀

6、表不能及時(shí)反映被測(cè)參數(shù)，便要造成誤差，這種誤差稱(chēng)為動(dòng)態(tài)誤差。動(dòng)態(tài)誤差常用時(shí)間常數(shù)、全行程時(shí)間和滯后時(shí)間表示。l 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)：當(dāng)輸入階躍變化時(shí)，儀表的輸出到達(dá)其穩(wěn)定值的63.2%所需的時(shí)間。l 全行程時(shí)間全行程時(shí)間：當(dāng)輸入滿量程變化時(shí)，輸出由下限移至上限，或反行程所需的時(shí)間，通常以全量程的5%作為輸出下限值，全量程的95%作為輸出上限值。（與穩(wěn)定時(shí)間概念不同)l 滯后時(shí)間（時(shí)滯）：滯后時(shí)間（時(shí)滯）：從輸入產(chǎn)生變化的瞬間起，到它所引起的輸出量開(kāi)始變化的瞬間止。1.1.2 儀表性能儀表性能1.2 過(guò)程控制儀表與裝置的分類(lèi)及特點(diǎn)過(guò)程控制儀表與裝置的分類(lèi)及特點(diǎn)6 1、氣動(dòng)控制儀表、氣動(dòng)控制儀表 氣

7、動(dòng)控制儀表已有幾十年的歷史。在60年代以前它是工業(yè)自動(dòng)化的重要工具，目前其發(fā)展速度和生產(chǎn)應(yīng)用方面僅次于電動(dòng)控制儀表。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直觀，易于掌握，性能穩(wěn)定，可靠性高，具有安全防爆性能，不受電磁場(chǎng)干擾，維護(hù)方便 適用場(chǎng)所：適用場(chǎng)所：石油、化工、輕工等有爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)合，電力部門(mén)雖然很少采用成套的氣動(dòng)控制儀表，但在由電動(dòng)控制儀表組成的系統(tǒng)中，有時(shí)采動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行器。 現(xiàn)狀：現(xiàn)狀：所占領(lǐng)地現(xiàn)已十分狹小，主要在一些大型裝置的主體設(shè)備周?chē)?，?duì)單一的工藝參數(shù)進(jìn)行單回路調(diào)節(jié)。 氣動(dòng)控制儀表中的氣動(dòng)執(zhí)行器，由于其安全、可靠，工作平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)而受到歡迎。6 一、過(guò)程控制儀表的分類(lèi)一、過(guò)程控制儀表的分類(lèi)（一）、

8、按能源形式分類(lèi)（一）、按能源形式分類(lèi)按所用能源形式的不同，可分為電動(dòng)電動(dòng)、氣動(dòng)氣動(dòng)、液動(dòng)液動(dòng)和混合混合四大類(lèi)。 1.2 過(guò)程控制儀表與裝置的分類(lèi)及特點(diǎn)過(guò)程控制儀表與裝置的分類(lèi)及特點(diǎn)7 2液動(dòng)控制儀表液動(dòng)控制儀表 液動(dòng)控制儀表發(fā)展較早。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，但動(dòng)作速度較低、設(shè)備笨重。 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：功率較大的場(chǎng)合，如大型火電廠的汽輪機(jī)調(diào)速和水電站中的水輪機(jī)調(diào)速大都采用液動(dòng)調(diào)節(jié)。7 3電動(dòng)控制儀表電動(dòng)控制儀表 電動(dòng)控制儀表50年代發(fā)展起來(lái)，目前應(yīng)用最為廣泛。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：(1) 電信號(hào)可以無(wú)滯后地遠(yuǎn)距離傳輸，能實(shí)現(xiàn)快速和遠(yuǎn)距離控制實(shí)現(xiàn)快速和遠(yuǎn)距離控制；(2) 易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)

9、律，易于集中顯示和操作，易于與其它現(xiàn)易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，易于集中顯示和操作，易于與其它現(xiàn)代化技術(shù)工具代化技術(shù)工具(如巡回檢測(cè)裝置、數(shù)據(jù)處理裝置、電子計(jì)算機(jī)等)聯(lián)用聯(lián)用，能方便地組成各種復(fù)雜的綜合控制系統(tǒng)；(3) 能源供給方便能源供給方便，不需要龐大的壓縮空氣等附屬設(shè)備。 應(yīng)用：應(yīng)用： 工業(yè)自動(dòng)化的主要技術(shù)工具，廣泛地應(yīng)用于電力、化工、石油，冶金，輕工等部門(mén)。1.2 過(guò)程控制儀表與裝置的分類(lèi)及特點(diǎn)過(guò)程控制儀表與裝置的分類(lèi)及特點(diǎn)8 （1）單元組合式控制儀表：）單元組合式控制儀表： 含義：含義： 根據(jù)自動(dòng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)中各組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，將整套儀表劃分為能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)一定功能的若干單元

10、。各單元之間的聯(lián)系采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 分類(lèi)：分類(lèi)： 電動(dòng)組合單元儀表（DDZ）和氣動(dòng)組合單元（QDZ）儀表兩大類(lèi)，單元?jiǎng)澐忠?jiàn)前述。 中國(guó)生產(chǎn)的電動(dòng)單元組合儀表(DDZ)和氣動(dòng)單元組合儀表(QDZ)經(jīng)歷了I型、II型、III型三個(gè)發(fā)展階段，后推出了較為先進(jìn)的數(shù)字化的DDZ-S系列儀表。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 應(yīng)用靈活、通用性強(qiáng)，便于控制儀表的生產(chǎn)、維護(hù)及備品庫(kù)存等。 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： 適用于中、小型企業(yè)的自動(dòng)化系統(tǒng)。81.4 信號(hào)制及供電方式信號(hào)制及供電方式9一、信號(hào)類(lèi)型一、信號(hào)類(lèi)型1、氣動(dòng)儀表的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、氣動(dòng)儀表的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn) 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB777化工自動(dòng)化儀表用模擬氣動(dòng)信號(hào)規(guī)定了氣動(dòng)儀表信號(hào)的下限

11、值和上限值（過(guò)去統(tǒng)一使用0.21kgf/cm2，當(dāng)前國(guó)標(biāo)改為20100KPa的模擬氣壓信號(hào)），該標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC382是一致的。 1.4.1 信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)9信號(hào)制：信號(hào)制：即信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，是指儀表之間采用傳輸信號(hào)的類(lèi)型和數(shù)值。 用途：用途：設(shè)計(jì)控制儀表與裝置時(shí)，應(yīng)力求做到通用性和相互兼容性，以便不同系列或不同廠家生產(chǎn)的儀表能夠共同使用在同一控制系統(tǒng)中。要做到通用性和相互兼容性，首先必須統(tǒng)一儀表的信號(hào)制式。 FCS中現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室儀表或裝置之間采用雙向數(shù)字通信方式，其標(biāo)準(zhǔn)將在后面介紹，下面介紹模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。 2、電動(dòng)儀表信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)、電動(dòng)儀表信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn) 電信號(hào)種類(lèi)較多，主要有模擬信號(hào)模擬信號(hào)

12、、數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)、頻率信號(hào)頻率信號(hào)和脈寬信號(hào)脈寬信號(hào)等四大類(lèi)。 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)是自動(dòng)化儀表及裝置所采用的主要聯(lián)絡(luò)信號(hào)。 三、電模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的使用三、電模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的使用10 （二）直流電流信號(hào)傳輸（二）直流電流信號(hào)傳輸（1）連接方式）連接方式 現(xiàn)場(chǎng)與控制室儀表現(xiàn)場(chǎng)與控制室儀表之間采用電流信號(hào)傳輸。應(yīng)用電流作為統(tǒng)一信號(hào)時(shí)，所有這些儀表必須串聯(lián)連接，如圖所示。10圖 電流信號(hào)傳輸時(shí)儀表之間的連接 圖中R0為發(fā)送儀表的輸出電阻，Rcm和Ri分別為連接導(dǎo)線儀表之間的連接電阻和接收儀表的輸入電阻，由它們組成為變送器的負(fù)載電阻。在實(shí)際使用中，導(dǎo)線長(zhǎng)度和接收儀表的個(gè)數(shù)是可以在一定范圍內(nèi)變化的，因此負(fù)載

13、電阻也不是定值。由于發(fā)送儀表的輸出阻抗R0不可能無(wú)限大，負(fù)載電阻在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電流的變化應(yīng)小于允許值，這就是所謂的恒流性能。三、電模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的使用三、電模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的使用11電流信號(hào)的傳輸誤差可用公式表示為 式中n為接收儀表個(gè)數(shù)。由上式可見(jiàn)，為保證傳輸誤差在允許范圍內(nèi)，要求R0Rcm+nRi，此時(shí)有 可根據(jù)允許誤差和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)確定R0及Ri。 一般為保證信號(hào)在35km內(nèi)傳輸不受影響，同時(shí)考慮到一個(gè)發(fā)送儀表的輸出電流能同時(shí)送給幾個(gè)接收儀表，要求它的輸出電阻R0足夠大，而接收儀表如控制器等的輸入電阻Ri應(yīng)很小。 因此，當(dāng)以電流信號(hào)傳輸時(shí)，發(fā)送儀表的輸出阻抗很高，相當(dāng)于一個(gè)恒流源，當(dāng)接

14、收儀表輸入電阻足夠小時(shí)，傳輸導(dǎo)線長(zhǎng)度在一定范圍內(nèi)變化仍能保證精度，而小輸入電阻的接收儀表具有較高的抗干擾能力。因此直流電流信號(hào)適于遠(yuǎn)距離傳輸。11000()100%cmicmicmiRIIRRnRRnRIRRnR0100%cmiRnRR三、電模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的使用三、電模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的使用1212在并聯(lián)連接時(shí)，由于并聯(lián)儀表的輸入阻抗Ri不是無(wú)限大，信號(hào)電壓U0將在發(fā)送儀表內(nèi)阻R0及導(dǎo)線電阻Rcm上降掉一部分U，造成信號(hào)傳輸誤差圖 電壓信號(hào)傳輸時(shí)儀表之間的連接00000icmicmUURRURUURRn為減少此誤差，一般要滿足條件 ，此時(shí)上式變?yōu)閕cmRRRn00cmiRRUnUR(a)為減小傳輸誤差

15、，要求發(fā)送儀表內(nèi)阻R0及導(dǎo)線電阻Rcm足夠小。若遠(yuǎn)距離傳輸電壓信號(hào)，則增大了的Rcm勢(shì)必對(duì)接收儀表電阻Ri提出過(guò)高的要求，而輸入阻抗高將容易引入干擾，因此電壓信號(hào)不適于作遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男盘?hào)。(b)接收儀表輸入阻抗越高，誤差越小。當(dāng)并接的儀表較多時(shí)，相當(dāng)于總的輸入阻抗減小，誤差增大，因此并接的儀表越多，要求每個(gè)儀表的輸入阻抗就越大。三、電模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的使用三、電模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的使用1313（2）直流電壓連接的優(yōu)點(diǎn)）直流電壓連接的優(yōu)點(diǎn) 用電壓作為聯(lián)絡(luò)信號(hào)時(shí)，由于儀表是并聯(lián)連接，它的主要優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是：(a) 在設(shè)計(jì)安裝上比較簡(jiǎn)單；(b) 增加或取消某個(gè)儀表不會(huì)影響其它儀表工作；(c) 對(duì)儀表輸出級(jí)的耐壓要

16、求可以降低，提高儀表的可靠性。 在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)出控制室的傳輸信號(hào)采用電流信號(hào)，控制室內(nèi)部各儀表間聯(lián)絡(luò)信號(hào)采用電壓信號(hào)，連線特點(diǎn)為：電流傳輸、電流傳輸、電壓接收的方式電壓接收的方式。圖中I0，R0分別為發(fā)送儀表的輸出電流和輸出電阻；Ri為接收儀表的輸入電阻；R為電流/電壓轉(zhuǎn)換電阻，通常I0=420mA時(shí)R取250。圖 控制系統(tǒng)儀表之間典型連接方式(四四) 控制系統(tǒng)儀表之間典型連接方式控制系統(tǒng)儀表之間典型連接方式電流信號(hào)傳輸與電壓信號(hào)傳輸各有特點(diǎn)，電流適合于遠(yuǎn)距離對(duì)單個(gè)儀表傳送信息，電壓適合于把同一信息傳送到并聯(lián)多個(gè)儀表，兩者結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短。1.5.1 防爆安全的基本概念防爆安全的基本概念 14隔

17、爆型號(hào)儀表隔爆型號(hào)儀表 特點(diǎn)特點(diǎn)：儀表的電路和接線端子全部置于隔爆殼中，表殼強(qiáng)度足夠大，表殼結(jié)合面間隙足夠深，最大的間隙寬度又足夠窄。即便儀表因事故產(chǎn)生火花，也不會(huì)引起儀表外部的可燃性物質(zhì)爆炸。不會(huì)引起儀表外部的可燃性物質(zhì)爆炸。 設(shè)計(jì)措施：采用耐壓(810)102kPa以上的表殼，表殼外部的溫升不得超過(guò)由氣體或蒸汽的自燃溫度所規(guī)定的數(shù)值，表殼結(jié)合面的縫隙寬度和深度應(yīng)根據(jù)它的容積和氣體的級(jí)別采取規(guī)定的數(shù)值等。 使用：使用：安裝及維護(hù)正常時(shí)安全，但揭開(kāi)儀表表殼時(shí)，會(huì)失去防爆性能，不能在通電運(yùn)行的情況下打開(kāi)外殼進(jìn)行檢修或調(diào)整。對(duì)于組別、級(jí)別高的易爆性氣體如氫、乙快、二硫化碳等，不宜采用隔爆型防爆儀表

18、：l 隔爆表殼在加工上有困難，l 長(zhǎng)期使用后因磨損，很難長(zhǎng)期保持要求的間隙，逐漸失去防爆性能。14自動(dòng)化儀表防爆結(jié)構(gòu)主要有三種類(lèi)型：自動(dòng)化儀表防爆結(jié)構(gòu)主要有三種類(lèi)型：l隔爆型標(biāo)志d；l本質(zhì)安全型標(biāo)志i；l增安型標(biāo)志”e”1.5.1 防爆安全的基本概念防爆安全的基本概念 15 早期本質(zhì)安全型防爆概念：早期本質(zhì)安全型防爆概念：指孤立的安裝在危險(xiǎn)場(chǎng)所的電氣設(shè)備具有的防爆性能符合本質(zhì)安全防爆要求。 現(xiàn)代的本質(zhì)安全防爆概念：現(xiàn)代的本質(zhì)安全防爆概念：指整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的防爆性能符合本質(zhì)安全防爆要求。 具有本質(zhì)安全防爆的系統(tǒng)包括兩種電路具有本質(zhì)安全防爆的系統(tǒng)包括兩種電路：l 危險(xiǎn)場(chǎng)所（在現(xiàn)場(chǎng))的本質(zhì)安全電路；

19、l 非危險(xiǎn)場(chǎng)所(在控制室)中的非本質(zhì)安全電路。 為了防止非本質(zhì)安全電路中過(guò)大的能量傳入危險(xiǎn)場(chǎng)所中的本質(zhì)安全電路，在兩者之間采用了防爆安全柵，因而整套儀表系統(tǒng)具有本質(zhì)安全防爆性能。15本質(zhì)安全防爆儀表本質(zhì)安全防爆儀表 指在正常狀態(tài)下和故障狀態(tài)下，電路、設(shè)備產(chǎn)生的火花能量和達(dá)到的溫度都不能引起易爆性氣體或蒸汽爆炸的防爆類(lèi)型。l 正常狀態(tài)指在設(shè)計(jì)規(guī)定條件下的工作狀態(tài)，如設(shè)計(jì)規(guī)定的斷開(kāi)和閉合電路動(dòng)作所產(chǎn)生的火花。l 故障狀態(tài)指因事故而發(fā)生短路、斷路等情況。1.5.1 防爆安全的基本概念防爆安全的基本概念 1616本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)的性能保證措施：（1）采用低的工作電壓和小的工作電流。如正常工作時(shí)電壓不大

20、于24VDC，電流不大于20mA DC；故障時(shí)電壓不大于35V DC，電流不大于35mA DC。限制儀表所用電阻、電容和電感參數(shù)大小，以保證在正常及故障時(shí)所產(chǎn)生的火花能量不足以點(diǎn)燃爆炸性混合物。（2）用防爆安全柵將危險(xiǎn)場(chǎng)所和非危險(xiǎn)場(chǎng)所的電路隔開(kāi)。（3）現(xiàn)場(chǎng)儀表到控制室儀表連接導(dǎo)線不得形成過(guò)大分布電感和電容。 特點(diǎn)：l 防爆性能最好，原理上適用于一切危險(xiǎn)場(chǎng)所，一切易爆氣體；l 安全性能不隨時(shí)間而變化；l 維修方便，可在運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行維修和調(diào)整。圖 本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)構(gòu)成圖1.5.1 防爆安全的基本概念防爆安全的基本概念 (1) (2)caicaiCCCLLL17解：安全柵和變送器連接時(shí)，變送器和連

21、接導(dǎo)線都是安全柵的負(fù)載。連接導(dǎo)線的最大允許電容Cc和電感Lc應(yīng)等于或小于安全柵的最大允許負(fù)載電感La和電容Ca減去儀表輸入端未經(jīng)保護(hù)的電容Ci和電感Li，即應(yīng)滿足下列條件：17有一本安變送器和安全柵組成的本安防爆系統(tǒng)。已知安全柵的最大允許電容Ca為0.13uF，最大允許電感La為4.2mH，變送器電路板上的電容和電感已經(jīng)過(guò)保護(hù)，求該變送器的最大傳輸距離。設(shè)變送器信號(hào)電纜的截面積為1.5mm2,分布電容Cc為200pF/m，電感L和電阻R之比L/R=250uH/(設(shè)銅導(dǎo)線電阻率為0.0175 mm2/m)。上述兩式即為求變送器最大距離的計(jì)算公式。（1）先按式（1）求變送器信號(hào)線長(zhǎng)度 已知：Ca=

22、0.13uF，Cc/d=200PF/m，Ci=0(因變送器的電容電感已保護(hù)過(guò)） 于是 200PF/md0.13uF-0 得信號(hào)電纜的長(zhǎng)度d為 d0.13106/200=650m (2) 按（2）式求變送器信號(hào)線長(zhǎng)度已知：La=4.2mH，Lc/R=250uH/ , Li=0 于是 250uH/ R4.2 mH-0， 得信號(hào)電纜的電阻R為 R 4.2 103/250=16.8 導(dǎo)線的電阻公式為R=2d/S 于是 16.8 =0.0175 2d/1.5 得 d=720m根據(jù)上式計(jì)算結(jié)果可知，據(jù)（1）與（2）計(jì)算的導(dǎo)線長(zhǎng)度相差不多，為保險(xiǎn)起見(jiàn)，取d=650m，即變送器的最大傳輸距離不應(yīng)大于650m。

23、1.5.2 安全柵安全柵 1818 安全柵是構(gòu)成本質(zhì)安全系統(tǒng)的關(guān)鍵儀表安全柵是構(gòu)成本質(zhì)安全系統(tǒng)的關(guān)鍵儀表，安裝在控制室內(nèi)，安裝在控制室內(nèi)，是控制室儀表和現(xiàn)場(chǎng)儀表的關(guān)聯(lián)設(shè)備，保證系統(tǒng)的本安是控制室儀表和現(xiàn)場(chǎng)儀表的關(guān)聯(lián)設(shè)備，保證系統(tǒng)的本安防爆性能：防爆性能：l 系統(tǒng)正常時(shí)：傳輸信號(hào)；系統(tǒng)正常時(shí)：傳輸信號(hào)；l 故障時(shí)：控制流入危險(xiǎn)場(chǎng)所的能量在爆炸氣體或混故障時(shí)：控制流入危險(xiǎn)場(chǎng)所的能量在爆炸氣體或混合物的點(diǎn)火能量以下。合物的點(diǎn)火能量以下。 安全柵的構(gòu)成形式主要有以下五種：安全柵的構(gòu)成形式主要有以下五種：l 電阻式安全柵電阻式安全柵l 齊納式安全柵齊納式安全柵l 中斷放大式安全柵中斷放大式安全柵l 光電

24、隔離式安全柵光電隔離式安全柵l 變壓器隔離式安全柵變壓器隔離式安全柵 什么是干擾什么是干擾 干擾是一種無(wú)所不在、隨時(shí)可能產(chǎn)生的客觀的物理現(xiàn)象，是妨礙某一事件(事物)正常運(yùn)行(發(fā)展)的各種因素的總稱(chēng)。 儀表中的干擾信號(hào)儀表中的干擾信號(hào) 在儀表中，除了有用信號(hào)外，其他信號(hào)均可認(rèn)為是干擾信號(hào)。 干擾信號(hào)是影響儀表平穩(wěn)運(yùn)行的破壞因素，它包括干擾信號(hào)是影響儀表平穩(wěn)運(yùn)行的破壞因素，它包括： 分布電容電流，影響有用信號(hào)； 受磁力線感應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流，耦合在有效信號(hào)中； 強(qiáng)電器件之間的放電電流，損壞儀表器件等； 絕緣泄漏電流，導(dǎo)致絕緣性能下降。 1919儀表干擾信號(hào)的主要來(lái)源（在某些場(chǎng)合也將干擾稱(chēng)為“噪聲”）

25、：空間空間(如電磁輻射)其他信號(hào)的耦合其他信號(hào)的耦合(如靜電耦合、電磁耦合、公共阻抗耦合等)設(shè)備之間產(chǎn)生“互感”：對(duì)于有用信號(hào)，也存在著彼此干擾的現(xiàn)象，特別是”強(qiáng)電”信號(hào)對(duì)”弱電”信號(hào)的影響。強(qiáng)電設(shè)備對(duì)弱電儀表干擾，會(huì)使儀表無(wú)法穩(wěn)定工作，甚至損壞。21干擾的分類(lèi)干擾的分類(lèi)1.6.1 干擾產(chǎn)生的原因22干擾形成的三個(gè)充要條件：干擾形成的三個(gè)充要條件：l干擾源：干擾源是綜合體，是任何影響儀表平穩(wěn)運(yùn)行的破壞因素，如變壓器、繼電器、微波設(shè)備、電機(jī)和高壓電線等可以產(chǎn)生空中電磁信號(hào)的設(shè)備。l受干擾體：接受影響的系統(tǒng)的某個(gè)環(huán)節(jié)，吸收干擾信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成對(duì)系統(tǒng)造成影響的儀表參數(shù)。l干擾傳播的途徑，包括導(dǎo)線和空間

26、的輻射等 圖 干擾形成示意圖 22第二章 控制器 Ti 與Td的參數(shù)改變對(duì)控制品質(zhì)的影響 分析電路輸出關(guān)系24六、六、PID控制規(guī)律控制規(guī)律前面介紹了理想和實(shí)際前面介紹了理想和實(shí)際PID控制器的傳遞函數(shù)?？刂破鞯膫鬟f函數(shù)。在實(shí)際控制器中，由于相互干擾系數(shù)在實(shí)際控制器中，由于相互干擾系數(shù)F的存在，且其值與的存在，且其值與 有關(guān)，故有關(guān)，故P、I、D變量的實(shí)際值變量的實(shí)際值(KpF、TIF、 )與刻度值與刻度值(Kp、TI、TD)有差異；有差異；在整定某個(gè)變量時(shí)，相互干擾系數(shù)在整定某個(gè)變量時(shí)，相互干擾系數(shù)F還將影響其他變量，故在實(shí)際使用還將影響其他變量，故在實(shí)際使用時(shí)應(yīng)注意整定變量間的相互影響。時(shí)

27、應(yīng)注意整定變量間的相互影響。 控制器整定變量間的相互干擾情況與控制器整定變量間的相互干擾情況與PID運(yùn)算電路的構(gòu)成方式有關(guān)。運(yùn)算電路的構(gòu)成方式有關(guān)。24當(dāng)偏差為階躍信號(hào)時(shí)，利用拉氏反變換，當(dāng)偏差為階躍信號(hào)時(shí)，利用拉氏反變換，由前面實(shí)際由前面實(shí)際PID傳遞函數(shù)可求得實(shí)際傳遞函數(shù)可求得實(shí)際PID控制器的輸出為控制器的輸出為()(1) ()IIDDtK TpIKtTDyKFKFeKF e 當(dāng)t=0時(shí)，y(0)=KpKD當(dāng)t時(shí)， y()=KpKIDITTDTF圖圖PID運(yùn)算電路運(yùn)算電路 2525六、六、PID控制規(guī)律控制規(guī)律PI、PD、PID調(diào)節(jié)特性也可用幅頻和相頻特性來(lái)表示和分析。 圖實(shí)際圖實(shí)際PI

28、D控制器的階躍響應(yīng)特性控制器的階躍響應(yīng)特性 圖中，特性曲線是由圖中，特性曲線是由PI階躍響應(yīng)特性階躍響應(yīng)特性0CDE和和PD階躍響應(yīng)特性階躍響應(yīng)特性0ADF兩曲兩曲線疊加而成。線疊加而成。由圖可知，控制器的比例增益、積分時(shí)間和微分時(shí)間等變量也可由圖解法由圖可知，控制器的比例增益、積分時(shí)間和微分時(shí)間等變量也可由圖解法求得求得。 26三、基型控制器電路分析三、基型控制器電路分析輸入電路是由運(yùn)算放大器輸入電路是由運(yùn)算放大器A1等組成的偏差差動(dòng)電平移動(dòng)電路，等組成的偏差差動(dòng)電平移動(dòng)電路，作用作用 測(cè)量信號(hào)測(cè)量信號(hào)Ui和給定信號(hào)和給定信號(hào)Us相減，得到偏差信號(hào)，再將偏差放大兩倍后輸出；相減，得到偏差信號(hào)

29、，再將偏差放大兩倍后輸出； 電平移動(dòng)，將以電平移動(dòng)，將以0V為基準(zhǔn)的為基準(zhǔn)的Ui轉(zhuǎn)換成以電平轉(zhuǎn)換成以電平UB(10V)為基準(zhǔn)的輸出信號(hào)為基準(zhǔn)的輸出信號(hào)U01。 26采用這種電路形式有如下兩個(gè)目的：采用這種電路形式有如下兩個(gè)目的：（1）消除集中供電引入的誤差）消除集中供電引入的誤差 （2）為了保證運(yùn)算放大器的正常工）為了保證運(yùn)算放大器的正常工作作 。 圖輸入電路原理圖輸入電路原理 1、 輸入電路27作業(yè)請(qǐng)分析如下電路，請(qǐng)問(wèn)（1）該電路能夠?qū)崿F(xiàn)什么功能；（2）改變W1電位器滑動(dòng)位置，可改變什么;（3）將電阻R2開(kāi)路，可使什么增大;（4）當(dāng)Ui為階躍輸入時(shí)，Uo隨時(shí)間如何變化。28輸出電路如左圖所示

30、。輸出電路如左圖所示。加接晶體管加接晶體管VT1和和VT2是為了增大是為了增大運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器A4的輸出電流，使整的輸出電流，使整機(jī)輸出電流機(jī)輸出電流Io達(dá)到達(dá)到420mADC。VT1和和VT2組成復(fù)合管的目的是為組成復(fù)合管的目的是為了提高放大倍數(shù)，降低了提高放大倍數(shù)，降低VT1的基的基極電流，使得極電流，使得5、輸出電路、輸出電路輸出電路的作用是將比例積分電路輸出的以輸出電路的作用是將比例積分電路輸出的以UB為基準(zhǔn)的為基準(zhǔn)的15VDC電壓信號(hào)電壓信號(hào)Uo3轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為流過(guò)負(fù)載換為流過(guò)負(fù)載RL(一端接地一端接地)的的420mADC輸出電流輸出電流Io。實(shí)際上它是個(gè)電壓。實(shí)際上它是個(gè)電壓/電流電

31、流轉(zhuǎn)換電路。轉(zhuǎn)換電路。28圖輸入電路原理圖輸入電路原理 oofIII29圖輸出電路等效原理圖圖輸出電路等效原理圖 為了便于分析輸出電路的工作原理，將電阻為了便于分析輸出電路的工作原理，將電阻R20，晶體管，晶體管VT1，VT2以及負(fù)載電以及負(fù)載電阻阻RL等和運(yùn)算放大器等和運(yùn)算放大器A4等效成一個(gè)運(yùn)算放大器，并畫(huà)成下圖的形式。等效成一個(gè)運(yùn)算放大器，并畫(huà)成下圖的形式。由圖可見(jiàn)，它是一個(gè)差動(dòng)輸入運(yùn)算放大電路，其輸出與輸入關(guān)系為由圖可見(jiàn)，它是一個(gè)差動(dòng)輸入運(yùn)算放大電路，其輸出與輸入關(guān)系為 5、輸出電路、輸出電路29234324ooRUURR 4423,ooofHUUIIRR 32324()oHoHURR

32、IRRR4250HRR31 5oUVDC由圖可知由圖可知根據(jù)前面各式，則根據(jù)前面各式，則式中，式中，R23=10k ，R24=40k ，RH=62.5 取，則有取，則有相應(yīng)的輸出電流相應(yīng)的輸出電流Io=420mA DC?；鶞?zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓UB和電源電壓和電源電壓UE是送去輸入運(yùn)算電路的共模輸入信號(hào)，對(duì)電路的運(yùn)是送去輸入運(yùn)算電路的共模輸入信號(hào)，對(duì)電路的運(yùn)算關(guān)系沒(méi)有影響。但是對(duì)上述電路參數(shù)，在算關(guān)系沒(méi)有影響。但是對(duì)上述電路參數(shù)，在UB=10V，UE=24V時(shí)，可求得的時(shí)，可求得的A4的最大輸出電壓接近電源電壓，因此的最大輸出電壓接近電源電壓，因此A4的選擇應(yīng)同時(shí)滿足共模輸入電壓范的選擇應(yīng)同時(shí)滿足共模

33、輸入電壓范圍和最大輸出電壓范圍的要求。圍和最大輸出電壓范圍的要求。 4250HRR31 5oUVDC32324()oHoHURRIRRR3.1.2 變送器的共性問(wèn)題變送器的共性問(wèn)題變送器在使用之前，須進(jìn)行量程調(diào)整和零點(diǎn)調(diào)整。變送器在使用之前，須進(jìn)行量程調(diào)整和零點(diǎn)調(diào)整。1、測(cè)量范圍與上限調(diào)整測(cè)量范圍與上限調(diào)整 測(cè)量范圍：儀表按規(guī)定的精度進(jìn)行測(cè)量的被測(cè)量的范圍；或者說(shuō)：在允許測(cè)量范圍：儀表按規(guī)定的精度進(jìn)行測(cè)量的被測(cè)量的范圍；或者說(shuō)：在允許誤差范圍內(nèi)，儀表能給出的被測(cè)量的集合。誤差范圍內(nèi)，儀表能給出的被測(cè)量的集合。 上限與下限：測(cè)量范圍的最高值與最低值分別稱(chēng)為儀表的測(cè)量上限與下限。上限與下限：測(cè)量范

34、圍的最高值與最低值分別稱(chēng)為儀表的測(cè)量上限與下限。 量程：上限與下限代數(shù)差的絕對(duì)值為儀表量程。量程：上限與下限代數(shù)差的絕對(duì)值為儀表量程。 例：某溫度變送器的測(cè)量范圍是例：某溫度變送器的測(cè)量范圍是200800，試求上下限及量程。，試求上下限及量程。 解：下限解：下限200，上限，上限800 量程量程上限下限上限下限 |800-(-200)|10001、量程調(diào)整與上限調(diào)整量程調(diào)整與上限調(diào)整 因此，根據(jù)儀表的測(cè)量范圍可知其上下限及量程。但是，反過(guò)來(lái)，若給出儀因此，根據(jù)儀表的測(cè)量范圍可知其上下限及量程。但是，反過(guò)來(lái)，若給出儀表的量程，則不能確定其上下限及測(cè)量范圍。表的量程，則不能確定其上下限及測(cè)量范圍。

35、儀表測(cè)量范圍的另一種表示方法是給出儀表的儀表測(cè)量范圍的另一種表示方法是給出儀表的零點(diǎn)零點(diǎn)，即測(cè)量下限及儀表的量，即測(cè)量下限及儀表的量程。只要儀表的零點(diǎn)和量程確定了，其測(cè)量范圍也就確定了，因而用儀表的程。只要儀表的零點(diǎn)和量程確定了，其測(cè)量范圍也就確定了，因而用儀表的一一個(gè)零點(diǎn)和量程個(gè)零點(diǎn)和量程表示儀表的測(cè)量范圍是一種更為常用的表示方式表示儀表的測(cè)量范圍是一種更為常用的表示方式。 3.1.2 變送器的共性問(wèn)題變送器的共性問(wèn)題3、零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移（下限調(diào)整）零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移（下限調(diào)整）圖變送器遷移前后的輸入輸出特性圖變送器遷移前后的輸入輸出特性 零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移：使變送器的輸

36、出信號(hào)下限值：使變送器的輸出信號(hào)下限值ymin與測(cè)量范圍的下限與測(cè)量范圍的下限值值xmin相對(duì)應(yīng)，在相對(duì)應(yīng)，在xmin=0時(shí)，稱(chēng)為零點(diǎn)調(diào)整，在時(shí)，稱(chēng)為零點(diǎn)調(diào)整，在xmin 0時(shí)，稱(chēng)為零點(diǎn)遷移。時(shí)，稱(chēng)為零點(diǎn)遷移。 零點(diǎn)調(diào)整使變送器的測(cè)量起始點(diǎn)為零；零點(diǎn)調(diào)整使變送器的測(cè)量起始點(diǎn)為零； 零點(diǎn)遷移是把測(cè)量的起始點(diǎn)由零遷移到某一數(shù)值零點(diǎn)遷移是把測(cè)量的起始點(diǎn)由零遷移到某一數(shù)值(正值或負(fù)值正值或負(fù)值)。正遷移正遷移：當(dāng)測(cè)量的起始點(diǎn)由零變?yōu)槟骋徽?；：?dāng)測(cè)量的起始點(diǎn)由零變?yōu)槟骋徽?；?fù)遷移負(fù)遷移：當(dāng)測(cè)量的起始點(diǎn)由零變?yōu)槟骋回?fù)值。：當(dāng)測(cè)量的起始點(diǎn)由零變?yōu)槟骋回?fù)值。零點(diǎn)遷移特點(diǎn)：零點(diǎn)遷移特點(diǎn)： 零點(diǎn)遷移使變送器的

37、輸入輸出特性沿零點(diǎn)遷移使變送器的輸入輸出特性沿x坐標(biāo)向右或向左平移了一段距離，坐標(biāo)向右或向左平移了一段距離，其斜率不改變，即變送器的量程不變。其斜率不改變，即變送器的量程不變。進(jìn)行零點(diǎn)遷移，再輔以量程調(diào)整，可以提高儀表的測(cè)量精度。進(jìn)行零點(diǎn)遷移，再輔以量程調(diào)整，可以提高儀表的測(cè)量精度。 零點(diǎn)調(diào)整的調(diào)整量通常比較?。涣泓c(diǎn)調(diào)整的調(diào)整量通常比較??； 零點(diǎn)遷移的調(diào)整量比較大，可達(dá)量程的一倍或數(shù)倍。零點(diǎn)遷移的調(diào)整量比較大，可達(dá)量程的一倍或數(shù)倍。各種變送器對(duì)其零點(diǎn)遷移的范圍都有明確規(guī)定。各種變送器對(duì)其零點(diǎn)遷移的范圍都有明確規(guī)定。零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移的方法零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移的方法 模擬式變送器通過(guò)改變放大器輸入

38、端上的調(diào)零信號(hào)模擬式變送器通過(guò)改變放大器輸入端上的調(diào)零信號(hào)z0的大小實(shí)現(xiàn)；的大小實(shí)現(xiàn)； 智能式變送器通過(guò)組態(tài)來(lái)完成的智能式變送器通過(guò)組態(tài)來(lái)完成的 。3.1.2 變送器的共性問(wèn)題變送器的共性問(wèn)題4、線性化、線性化圖非線性補(bǔ)償原理圖非線性補(bǔ)償原理 非線性補(bǔ)償非線性補(bǔ)償：變送器在使用時(shí)，希望其輸出信號(hào)與被測(cè)參數(shù)之間成線性關(guān)變送器在使用時(shí)，希望其輸出信號(hào)與被測(cè)參數(shù)之間成線性關(guān)系，但傳感器組件的輸出信號(hào)與被測(cè)參數(shù)之間往往存在著非線性關(guān)系，為系，但傳感器組件的輸出信號(hào)與被測(cè)參數(shù)之間往往存在著非線性關(guān)系，為使變送器的輸出信號(hào)使變送器的輸出信號(hào)y與被測(cè)參數(shù)與被測(cè)參數(shù)x之間呈線性關(guān)系，必須進(jìn)行非線性補(bǔ)償之間呈線

39、性關(guān)系，必須進(jìn)行非線性補(bǔ)償。非線性補(bǔ)償?shù)姆椒ǚ蔷€性補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ簩?duì)于模擬式變送器，非線性補(bǔ)償方法通常有兩種對(duì)于模擬式變送器，非線性補(bǔ)償方法通常有兩種反饋非線性補(bǔ)償；反饋非線性補(bǔ)償；測(cè)量非線性補(bǔ)償。測(cè)量非線性補(bǔ)償。對(duì)于智能式變送器，預(yù)先將傳感器的特性?xún)?chǔ)存在變送器的對(duì)于智能式變送器，預(yù)先將傳感器的特性?xún)?chǔ)存在變送器的EPROM中，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償。中，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償。測(cè)量非線性補(bǔ)償原理如圖測(cè)量非線性補(bǔ)償原理如圖 (b)所示。所示。測(cè)量部分與傳感器組件具有相反的測(cè)量部分與傳感器組件具有相反的非線性特性，剛好補(bǔ)償了傳感器組非線性特性，剛好補(bǔ)償了傳感器組件的非線性，件的非線性，因此輸入放大器的

40、信號(hào)特性是線性因此輸入放大器的信號(hào)特性是線性的，只要負(fù)反饋放大器的特性是線的，只要負(fù)反饋放大器的特性是線性的，則變送器輸出信號(hào)性的，則變送器輸出信號(hào)y與輸入與輸入信號(hào)信號(hào)x之間呈線性關(guān)系。之間呈線性關(guān)系。反饋非線性補(bǔ)償原理如圖反饋非線性補(bǔ)償原理如圖 (a)所示。所示。反饋部分與傳感器組件具有相同的非反饋部分與傳感器組件具有相同的非線性特性；線性特性；負(fù)反饋放大器的特性是反饋部分特性負(fù)反饋放大器的特性是反饋部分特性的倒特性；的倒特性； 因此負(fù)反饋放大器的特性剛好與傳感因此負(fù)反饋放大器的特性剛好與傳感器組件的非線性關(guān)系相反，使得變送器組件的非線性關(guān)系相反，使得變送器輸出信號(hào)器輸出信號(hào)y與輸入信號(hào)與

41、輸入信號(hào)x呈線性關(guān)系。呈線性關(guān)系。 一、一、HART協(xié)議的技術(shù)要點(diǎn)協(xié)議的技術(shù)要點(diǎn)1、HART通信采用基于通信采用基于Bell 202通信標(biāo)準(zhǔn)的通信標(biāo)準(zhǔn)的FSK(頻移鍵控頻移鍵控)技術(shù)技術(shù)，在，在420mA的模擬信號(hào)上疊加了一個(gè)頻率信號(hào)的模擬信號(hào)上疊加了一個(gè)頻率信號(hào)(1200Hz代表邏輯代表邏輯“1”，2200Hz代表邏輯代表邏輯“0”)。由于正弦信號(hào)的平均值為。由于正弦信號(hào)的平均值為0，HART通信信號(hào)不會(huì)影響通信信號(hào)不會(huì)影響420mA信號(hào)的信號(hào)的平均值，這就使平均值，這就使HART通信可以與通信可以與420mA信號(hào)并存而不相互干擾。信號(hào)并存而不相互干擾。2、HART總線能同時(shí)進(jìn)行模擬信號(hào)傳輸

42、和數(shù)字信號(hào)的雙向通信總線能同時(shí)進(jìn)行模擬信號(hào)傳輸和數(shù)字信號(hào)的雙向通信，因而在與，因而在與現(xiàn)場(chǎng)智能儀表通信時(shí)，還可使用模擬顯示、記錄儀及控制器。這對(duì)傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)智能儀表通信時(shí)，還可使用模擬顯示、記錄儀及控制器。這對(duì)傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，并逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化較為有利。控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，并逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化較為有利。3、支持多主站數(shù)字通信，在一根雙絞線上可同時(shí)連接幾個(gè)智能儀表。另、支持多主站數(shù)字通信，在一根雙絞線上可同時(shí)連接幾個(gè)智能儀表。另外，還可通過(guò)租用電話線連接儀表，這樣使用較便宜的接口設(shè)備，便可實(shí)外，還可通過(guò)租用電話線連接儀表，這樣使用較便宜的接口設(shè)備，便可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信?，F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。4、允許、允許應(yīng)

43、答應(yīng)答和成組通信方式，大多數(shù)應(yīng)用都使用和成組通信方式，大多數(shù)應(yīng)用都使用應(yīng)答應(yīng)答通信方式，要求通信方式，要求有較快過(guò)程數(shù)據(jù)刷新速率的應(yīng)用可使用成組通信方式。有較快過(guò)程數(shù)據(jù)刷新速率的應(yīng)用可使用成組通信方式。5、所有的、所有的HART儀表都使用一個(gè)公用報(bào)文結(jié)構(gòu)，允許通信主機(jī)與所有與儀表都使用一個(gè)公用報(bào)文結(jié)構(gòu)，允許通信主機(jī)與所有與HART兼容的現(xiàn)場(chǎng)儀表以相同的方式通信。一個(gè)報(bào)文能處理兼容的現(xiàn)場(chǎng)儀表以相同的方式通信。一個(gè)報(bào)文能處理4個(gè)過(guò)程變量，個(gè)過(guò)程變量，多變量測(cè)量?jī)x表可在一個(gè)報(bào)文中進(jìn)行多個(gè)過(guò)程變量的通信。在任一現(xiàn)場(chǎng)儀多變量測(cè)量?jī)x表可在一個(gè)報(bào)文中進(jìn)行多個(gè)過(guò)程變量的通信。在任一現(xiàn)場(chǎng)儀表中，表中，HART協(xié)

44、議支持協(xié)議支持256個(gè)過(guò)程變量。個(gè)過(guò)程變量。練練 習(xí)習(xí)一個(gè)10m高的裝水罐（密度為1000kg/m3），變送器安裝在罐下0.5m處，試以KPa（N/m2）為單位，確定變送器的上下限、量程和測(cè)量范圍。DDZIII溫度變送器兩線制和四線制之分溫度變送器兩線制和四線制之分四線制溫度變送器具有如下特點(diǎn)四線制溫度變送器具有如下特點(diǎn)：本質(zhì)安全：本質(zhì)安全 (1) 在熱電偶和熱電阻溫度變送器中采用了線性化電路，從而使在熱電偶和熱電阻溫度變送器中采用了線性化電路，從而使變送器的輸出信號(hào)和被測(cè)溫度呈線性關(guān)系，便于指示和記錄。變送器的輸出信號(hào)和被測(cè)溫度呈線性關(guān)系，便于指示和記錄。 (2) 變送器的輸入、輸出之間具有

45、隔離變壓器，并采取了安全火變送器的輸入、輸出之間具有隔離變壓器，并采取了安全火花防爆措施，故具有良好的抗干擾性能，且能測(cè)量來(lái)自危險(xiǎn)場(chǎng)所花防爆措施，故具有良好的抗干擾性能，且能測(cè)量來(lái)自危險(xiǎn)場(chǎng)所的直流毫伏或溫度信號(hào)。的直流毫伏或溫度信號(hào)。 兩線制溫度變送器特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝使用方便，可用于對(duì)防爆要求不高的場(chǎng)合。DDZIII 溫度變送器的分類(lèi)各類(lèi)變送器又有三種品種：各類(lèi)變送器又有三種品種： 直流毫伏變送器：輸入信號(hào)是直流毫伏信號(hào)。直流毫伏變送器：輸入信號(hào)是直流毫伏信號(hào)。 凡是能將工藝參數(shù)變換成直流毫伏信號(hào)的傳感器或檢測(cè)元件均可與凡是能將工藝參數(shù)變換成直流毫伏信號(hào)的傳感器或檢測(cè)元件均可與該種變送器配

46、合使用，將被測(cè)工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換成該種變送器配合使用，將被測(cè)工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換成DC420mA統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，擴(kuò)大了變送器的應(yīng)用范圍。信號(hào)，擴(kuò)大了變送器的應(yīng)用范圍。 熱電偶溫度變送器。熱電偶溫度變送器。 熱電阻溫度變送器。熱電阻溫度變送器。 變送器結(jié)構(gòu)：三種變送器在線路結(jié)構(gòu)上都分為量程單元和放大單元兩個(gè)變送器結(jié)構(gòu)：三種變送器在線路結(jié)構(gòu)上都分為量程單元和放大單元兩個(gè)部分，它們分別設(shè)置在兩塊印制電路板上，用接插件互相連接。部分，它們分別設(shè)置在兩塊印制電路板上，用接插件互相連接。放大單元是通用的，而量程單元?jiǎng)t隨品種、測(cè)量范圍的不同而異。放大單元是通用的，而量程單元?jiǎng)t隨品種、測(cè)量范圍的不同而異。 變送器的主

47、要性能指標(biāo)：變送器的主要性能指標(biāo)： 基本誤差為基本誤差為 0.5%； 環(huán)境溫度每增加環(huán)境溫度每增加25附加誤差不超過(guò)附加誤差不超過(guò) 0.5%； 負(fù)載電阻在負(fù)載電阻在0100 范圍內(nèi)變化時(shí)，附加誤差不范圍內(nèi)變化時(shí)，附加誤差不超過(guò)超過(guò) 0.5%。 2、線性化原理及電路分析、線性化原理及電路分析 線性化電路的作用是使熱電偶溫度變送器的輸出信號(hào)線性化電路的作用是使熱電偶溫度變送器的輸出信號(hào)(Uo、Io)與被測(cè)溫度信號(hào)與被測(cè)溫度信號(hào)t之間之間成線性關(guān)系。成線性關(guān)系。熱電偶輸出的熱電勢(shì)熱電偶輸出的熱電勢(shì)Et與所對(duì)應(yīng)的溫度與所對(duì)應(yīng)的溫度t之間是非線性的之間是非線性的,而且不同型號(hào)的熱電偶或同而且不同型號(hào)的熱

48、電偶或同型號(hào)熱電偶在測(cè)溫范圍不同時(shí)，其特性曲線形狀也不一樣。型號(hào)熱電偶在測(cè)溫范圍不同時(shí)，其特性曲線形狀也不一樣。鉑銠鉑銠-鉑熱電偶，鉑熱電偶，Et-t特性是下凹形的；特性是下凹形的；鎳鉻鎳鉻-鎳鋁熱電偶的特性曲線，開(kāi)始時(shí)呈下凹形，溫度升高后又變成上凸形的。鎳鋁熱電偶的特性曲線，開(kāi)始時(shí)呈下凹形，溫度升高后又變成上凸形的。在測(cè)量范圍為在測(cè)量范圍為01000時(shí)的最大非線性誤差，前者約為時(shí)的最大非線性誤差，前者約為6%，后者約為，后者約為1%。為保證變送器輸出信號(hào)與被測(cè)溫度之間呈線性關(guān)系，必須采取線性化措施。為保證變送器輸出信號(hào)與被測(cè)溫度之間呈線性關(guān)系，必須采取線性化措施。圖熱電偶溫度變送器線性化原理

49、方框圖圖熱電偶溫度變送器線性化原理方框圖 由圖可知輸入放大器的信號(hào)由圖可知輸入放大器的信號(hào) =Et +Uz-Uf。Uz在熱電偶冷端溫度不變時(shí)為常數(shù)，而在熱電偶冷端溫度不變時(shí)為常數(shù)，而Et和和t的關(guān)系是非線性的。的關(guān)系是非線性的。如果如果Uf與與t的關(guān)系也是非線性的，并且同的關(guān)系也是非線性的，并且同熱電偶熱電偶Et-t的非線性關(guān)系相對(duì)應(yīng)，那么，的非線性關(guān)系相對(duì)應(yīng)，那么，Et和和Uf的差值的差值 與與t的關(guān)系也就呈線性關(guān)的關(guān)系也就呈線性關(guān)系了，系了， 經(jīng)線性放大器放大后的輸出信號(hào)經(jīng)線性放大器放大后的輸出信號(hào)Uo也就與也就與t呈線性關(guān)系。呈線性關(guān)系。要實(shí)現(xiàn)線性化，反饋回路的特性要實(shí)現(xiàn)線性化，反饋回路

50、的特性(Uf-Uo的特性亦即的特性亦即Uf-t特性特性)須與熱電偶的特性須與熱電偶的特性相一致相一致。一、一、線性化原理線性化原理2、線性化原理及電路分析、線性化原理及電路分析 線性化電路，即非線性運(yùn)算電路實(shí)際上是一個(gè)折線電路，它是用折線法來(lái)近似表示線性化電路，即非線性運(yùn)算電路實(shí)際上是一個(gè)折線電路，它是用折線法來(lái)近似表示熱電偶的特性曲線的，例如用右圖所示為由五段折線來(lái)近似表示某非線性特性的曲熱電偶的特性曲線的，例如用右圖所示為由五段折線來(lái)近似表示某非線性特性的曲線。線。圖中圖中Uf為反饋回路的輸入信號(hào)，為反饋回路的輸入信號(hào)，Ua為非線性運(yùn)算電路的輸出信號(hào)，為非線性運(yùn)算電路的輸出信號(hào)， 1、 2

51、、 3、 4 、 5分別代表五段直線的斜率。分別代表五段直線的斜率。折線的段數(shù)及斜率的大小是由熱電偶的特性來(lái)確定，一般情況下，用折線的段數(shù)及斜率的大小是由熱電偶的特性來(lái)確定，一般情況下，用46段折線近似段折線近似表示熱電偶的某段特性曲線時(shí)，所產(chǎn)生的誤差小于表示熱電偶的某段特性曲線時(shí)，所產(chǎn)生的誤差小于0.2%。 圖非線性運(yùn)算電路特性曲線圖非線性運(yùn)算電路特性曲線 要實(shí)現(xiàn)如圖所示的特性曲線，可采用如圖所示的典要實(shí)現(xiàn)如圖所示的特性曲線，可采用如圖所示的典型的運(yùn)算電路結(jié)構(gòu)。型的運(yùn)算電路結(jié)構(gòu)。圖中圖中VZ103、VZ104、VZ105、VZ106為穩(wěn)壓管，它們的為穩(wěn)壓管，它們的穩(wěn)壓值為穩(wěn)壓值為UD。其特性

52、是。其特性是在擊穿前，電阻極大，相當(dāng)于開(kāi)路；在擊穿前，電阻極大，相當(dāng)于開(kāi)路；當(dāng)擊穿后，動(dòng)態(tài)電阻極小，相當(dāng)于短路。當(dāng)擊穿后，動(dòng)態(tài)電阻極小，相當(dāng)于短路。Us1、Us2、Us3、Us4為由基準(zhǔn)電壓回路提供的基準(zhǔn)為由基準(zhǔn)電壓回路提供的基準(zhǔn)電壓，對(duì)公共點(diǎn)而言，它們均為負(fù)值。電壓，對(duì)公共點(diǎn)而言，它們均為負(fù)值?；鶞?zhǔn)電壓回路圖由恒壓電路和電阻分壓器組成?；鶞?zhǔn)電壓回路圖由恒壓電路和電阻分壓器組成。 Ra為非線性運(yùn)算電路的等效負(fù)載電阻。為非線性運(yùn)算電路的等效負(fù)載電阻。二、二、線性化電路線性化電路圖非線性運(yùn)算電路原理圖圖非線性運(yùn)算電路原理圖 一、直流毫伏變送器的量程單元 為便于分析其工作原理，將量程為便于分析其工作

53、原理，將量程單元和放大單元的運(yùn)算放大器聯(lián)單元和放大單元的運(yùn)算放大器聯(lián)系起來(lái)畫(huà)于右圖中。系起來(lái)畫(huà)于右圖中。 圖直流毫伏變送器圖直流毫伏變送器 圖直流毫伏變送器圖直流毫伏變送器 量程單元量程單元直流毫伏變送器的量程單元由直流毫伏變送器的量程單元由信信號(hào)輸入電路，零點(diǎn)調(diào)整橋路和反號(hào)輸入電路，零點(diǎn)調(diào)整橋路和反饋電路饋電路等部分組成。等部分組成。輸入回路中輸入回路中R101、R102和和VZ101、VZ102起限流和限幅作用，限制打起限流和限幅作用，限制打火能量在安全火花范圍內(nèi)?；鹉芰吭诎踩鸹ǚ秶鷥?nèi)。R101與與C101還組成低通濾波器，以還組成低通濾波器，以濾去輸入信號(hào)濾去輸入信號(hào)Ui中的交流分量。

54、中的交流分量。零點(diǎn)調(diào)整電路由零點(diǎn)調(diào)整電路由R103、R104、R105、和和RP1電位器等組成，其中電位器等組成，其中R105遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他電阻的阻值。遠(yuǎn)大于其他電阻的阻值。橋路基準(zhǔn)電壓橋路基準(zhǔn)電壓Uz由集成穩(wěn)壓器提由集成穩(wěn)壓器提供供,其輸出電壓為其輸出電壓為5V。R109、R110、R140及開(kāi)關(guān)及開(kāi)關(guān)S組成輸入信號(hào)斷路報(bào)警電路，如果輸入信號(hào)組成輸入信號(hào)斷路報(bào)警電路，如果輸入信號(hào)開(kāi)路，當(dāng)開(kāi)關(guān)置于開(kāi)路，當(dāng)開(kāi)關(guān)置于上上位置時(shí)，位置時(shí)，R110上的壓降上的壓降(0.3V)通過(guò)電阻通過(guò)電阻R140加到加到運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器IC1的同相端，這個(gè)輸入電壓足以使變送器輸出超過(guò)的同相端，這個(gè)輸入電壓足以使

55、變送器輸出超過(guò)20mA；而當(dāng)開(kāi)關(guān)而當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于置于下下的位置時(shí)，的位置時(shí)，IC1同相端接地，相當(dāng)于輸入回路輸出同相端接地，相當(dāng)于輸入回路輸出信號(hào)信號(hào)Ui=0，變送器輸出為，變送器輸出為4mA。在變送器正常工作時(shí)，因。在變送器正常工作時(shí)，因R140的阻值的阻值很大很大(7.5 M )，而輸入信號(hào)內(nèi)阻很小，故報(bào)警電路的影響可忽略。，而輸入信號(hào)內(nèi)阻很小，故報(bào)警電路的影響可忽略。反饋回路由反饋回路由R106、R107、R111、R114R116和量程調(diào)整電位器和量程調(diào)整電位器Rp2等組成。等組成。其中其中R116為反饋電壓源的內(nèi)阻，其阻值遠(yuǎn)小于為反饋電壓源的內(nèi)阻，其阻值遠(yuǎn)小于R114。反饋電壓。反饋電

56、壓Uf來(lái)自放來(lái)自放大單元的隔離反饋部分。大單元的隔離反饋部分。一、直流毫伏變送器的量程單元由圖可知，由圖可知，IC1同相輸入端的電壓同相輸入端的電壓UT是變送器輸入信號(hào)是變送器輸入信號(hào)Ui和基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)電壓UZ共同作用的共同作用的結(jié)果；而它的反相輸入端的電壓結(jié)果；而它的反相輸入端的電壓UF(即即Uf)則分別由基準(zhǔn)電壓和反饋電壓則分別由基準(zhǔn)電壓和反饋電壓Uf共同作共同作用的結(jié)果。此時(shí)，可求得放大器正向端的電壓用的結(jié)果。此時(shí)，可求得放大器正向端的電壓UT為為 1031031104105(|)cdTiZiZPRRUUUUURRRR式中，式中，Rcd 表示表示Rp1滑動(dòng)觸點(diǎn)上部分的等效電阻值，即滑動(dòng)

57、觸點(diǎn)上部分的等效電阻值，即放大器負(fù)端的電壓放大器負(fù)端的電壓UF可用疊加原理求得可用疊加原理求得式中，式中，RP21表示表示RP2滑動(dòng)觸點(diǎn)左邊部分的電阻；滑動(dòng)觸點(diǎn)左邊部分的電阻；RP22表示表示Rp2滑動(dòng)觸點(diǎn)右邊部滑動(dòng)觸點(diǎn)右邊部分的電阻。分的電阻。Uf為為RP2動(dòng)觸點(diǎn)對(duì)電壓參考點(diǎn)的電壓。動(dòng)觸點(diǎn)對(duì)電壓參考點(diǎn)的電壓。106107111211151061071112114115116115116221141151161061061071112114115116106107(|)(|)/ (|)/pFffPpZPRRRRRUUURRRRRRRRRRRRRRURRRRRRRRR111041104PcdpR

58、RRRR一、直流毫伏變送器的量程單元在電路設(shè)計(jì)中取在電路設(shè)計(jì)中取則得到則得到 如果考慮放大器為理想放大器，則如果考慮放大器為理想放大器，則UT=UF ， 聯(lián)立求解得聯(lián)立求解得由于變送器的輸出電壓由于變送器的輸出電壓V0與反饋電壓的關(guān)系為與反饋電壓的關(guān)系為U0=5Uf，將，將Uf代入得代入得10510411031071061141112106107115116(|);/ppRRRRRRRRRRRRR10310510611121115106111114115116107cdTiZPFfZRRUUURRRRRRUUURPRRRR()fiZUUU 05 ()iZUUU式中式中此式即直流毫伏變送器的輸入

59、與輸出間的關(guān)系式此式即直流毫伏變送器的輸入與輸出間的關(guān)系式 。10311111411511610610510611121107()();cdpRRRRRRRRRRRR該式說(shuō)明：該式說(shuō)明：(1) (-r)Uz項(xiàng)為變送器的調(diào)零信號(hào)。項(xiàng)為變送器的調(diào)零信號(hào)。 當(dāng)當(dāng)r時(shí)，即時(shí)，即(Rcd+R103)R106 時(shí)，得到正向調(diào)零信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)負(fù)向遷移；時(shí)，得到正向調(diào)零信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)負(fù)向遷移； 當(dāng)當(dāng)r，即，即(Rcd+R103)0.02MPa時(shí)，調(diào)節(jié)閥開(kāi)始打開(kāi)，也就是說(shuō)時(shí)，調(diào)節(jié)閥開(kāi)始打開(kāi)，也就是說(shuō)有有氣氣時(shí)閥打開(kāi)。時(shí)閥打開(kāi)。v氣關(guān)閥是指輸入氣壓信號(hào)氣關(guān)閥是指輸入氣壓信號(hào)p0.02MPa時(shí)，調(diào)節(jié)閥開(kāi)始關(guān)閉，當(dāng)時(shí)，調(diào)

60、節(jié)閥開(kāi)始關(guān)閉，當(dāng)p=0.1MPa時(shí)，調(diào)節(jié)閥全關(guān)閉；相反，當(dāng)時(shí)，調(diào)節(jié)閥全關(guān)閉；相反，當(dāng)p 0.02MPa時(shí)，調(diào)節(jié)閥全打開(kāi)。時(shí)，調(diào)節(jié)閥全打開(kāi)。由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正，反兩種作用形式，調(diào)節(jié)閥也有正裝和反裝兩種形式。由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正，反兩種作用形式，調(diào)節(jié)閥也有正裝和反裝兩種形式。因此，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)有四種組合因此，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)有四種組合 圖圖 氣開(kāi)、氣關(guān)閥示意圖氣開(kāi)、氣關(guān)閥示意圖 表4.3 執(zhí)行器組合方式 表表 執(zhí)行器組合方式執(zhí)行器組合方式 組合的規(guī)律與正負(fù)數(shù)乘法運(yùn)算相似，正正得正，正反得反，反反得正。組合的規(guī)律與正負(fù)數(shù)乘法運(yùn)算相似，正正得正，正反得反，反反得正。在生產(chǎn)過(guò)程中，調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)