自動調(diào)節(jié)儀表 第二章

自動調(diào)節(jié)儀表第二章第一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日1第二章變送器和轉(zhuǎn)換器第一節(jié)變送器的構(gòu)成第二節(jié)差壓變送器（*）第三節(jié)溫度變送器（*）第四節(jié)電/氣轉(zhuǎn)換器變送器和轉(zhuǎn)換器2電氣院自動化教研室第二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.1變送器的構(gòu)成一、構(gòu)成原理測量部分C放大器K反饋部分F調(diào)零、零點遷移Zi

Zf

Z0

yx圖2-1變送器的構(gòu)成原理和輸入輸出特性變送器基于負反饋原理工作yxymaxxmaxxminymin03電氣院自動化教研室第三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日二、量程調(diào)整、零點調(diào)整和零點遷移

量程調(diào)整相當于改變變送器的輸入輸出特性的斜率，也就是改變變送器輸出信號y與輸入信號x之間的比例系數(shù)。1、量程調(diào)整（即滿度調(diào)整）的目的是使變送器的輸出信號上限值ymax與測量范圍的上限值xmax相對應。方法：改變F——F大，斜率小，量程大改變C——C小，斜率小，量程大圖2-2變送器量程調(diào)整前后的輸入輸出特性4電氣院自動化教研室第四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2、零點調(diào)整和零點遷移二者都是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：在xmin=

0時，稱為零點調(diào)整，在xmin≠

0時，稱為零點遷移。（1）零點調(diào)整使變送器測量起始點為零。（2）零點遷移是把測量起始點由零遷移到某一數(shù)值。5電氣院自動化教研室第五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日當測量起始點由零變?yōu)槟骋徽?，稱正遷移，圖b；而由零變?yōu)槟骋回撝?，稱為負遷移，圖c。實現(xiàn)方法：改變調(diào)零信號z0

，當z0

為負時可實現(xiàn)正遷移。注意：零點遷移后，變送器的輸入輸出特性沿x向左或右平移一段距離，但斜率不變，因此變送器的量程不變。圖2-3變送器零點遷移前后的輸入輸出特性6電氣院自動化教研室第六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.2差壓變送器用來將壓力、流量、液位等被測參數(shù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標準的信號，以實現(xiàn)對這些參數(shù)的顯示、記錄或自動控制。一、力平衡式差壓變送器（一）概述圖2-4力平衡式差壓變送器構(gòu)成方框圖測量部分杠桿系統(tǒng)位移檢測放大器電磁反饋機構(gòu)piFiFfI0s測量部分C放大器K反饋部分F調(diào)零、零點遷移Zi

Zf

Z0

yx7電氣院自動化教研室第七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日工作過程：測量部分將被測差壓△pi轉(zhuǎn)換成相應的輸入力Fi，該力與電磁反饋機構(gòu)輸出的作用力Ff一起作用于杠桿系統(tǒng)，使杠桿產(chǎn)生微小的偏移，再經(jīng)位移檢測放大器轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的直流電流輸出信號Io。8電氣院自動化教研室第八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（二）工作原理和結(jié)構(gòu)1.工作原理（1）力平衡式差壓變送器基于力矩平衡原理工作。它以電磁反饋力產(chǎn)生的力矩Mf去平衡輸入力產(chǎn)生的力矩Mi。由于采用深度負反饋，因而測量精度較高，而且保證了被測差壓△pi和輸出電流Io之間的線性關(guān)系。9電氣院自動化教研室第九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（2）結(jié)構(gòu)示意圖10電氣院自動化教研室第十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日檢測部分:ΔP→輸入力Fi

杠桿系統(tǒng):力的傳遞和力矩比較位移檢測放大器:位移→輸出電磁反饋裝置:輸出→反饋力Ff（2）結(jié)構(gòu)示意圖11電氣院自動化教研室第十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日杠桿系統(tǒng)受力圖12電氣院自動化教研室第十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日Al1/l2tanl3MilfK2K1loKf+Mo△PiFiF1-MfFfIosFo（3）變送器信號傳輸方框圖tan——矢量機構(gòu)的力傳遞系數(shù)，為矢量角K1——副杠桿力矩-位移轉(zhuǎn)換系數(shù)；K2——低頻位移檢測放大器位移-電流轉(zhuǎn)換系數(shù)；Kf——電磁反饋機構(gòu)的電磁結(jié)構(gòu)常數(shù)F213電氣院自動化教研室第十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日Al1/l2tanl3MilfK2K1loKf+Mo△PiFiF1-MfFfIosFo（4）變送器輸入輸出關(guān)系：14電氣院自動化教研室第十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日(5)結(jié)論：④零點和滿度值應反復調(diào)整。①在滿足深度負反饋的條件下,輸出電流Io與輸入差壓△Pi成正比。②后一項用于確定變送器輸出電流的起始值，對III型變送器，該項使輸出為4mA。改變調(diào)零彈簧作用力Fo可調(diào)整變送器的零點。③調(diào)整變送器的量程可通過改變tan和Kf來實現(xiàn)。15電氣院自動化教研室第十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2、結(jié)構(gòu)（1）測量部分（2）杠桿系統(tǒng)ⅰ、調(diào)零和零點遷移機構(gòu)ⅱ、靜壓調(diào)整和過載保護裝置ⅲ、平衡錘ⅳ、矢量機構(gòu)（3）電磁反饋機構(gòu)包括主、副杠桿以及16電氣院自動化教研室第十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日作用：把被測差壓ΔPi轉(zhuǎn)換成作用于主杠桿下端的輸入力Fi

A1=A2=AFi=A

(P1-P2

)=AΔPi

Fi=A1P1-A2P2因:

故:2.結(jié)構(gòu)（1）測量部分組成：高、低壓室，膜盒，膜片

Fi雙膜片結(jié)構(gòu)可減小溫度的影響（雙膜片受溫度變化抵消）。膜盒內(nèi)有充有硅油。17電氣院自動化教研室第十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日18電氣信息工程學院自動化教研室18電氣院自動化教研室第十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（2）杠桿系統(tǒng)

作用：進行力的傳遞和力矩比較，然后轉(zhuǎn)換成檢測片的位移。組成：主杠桿1、矢量機構(gòu)2和副杠杠4，以及調(diào)零機構(gòu)、零點遷移機構(gòu)、靜壓調(diào)整和過載保護、平衡錘。19電氣院自動化教研室第十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日①主杠桿——將輸入力Fi轉(zhuǎn)換為作用于矢量機構(gòu)上的力F1：20電氣院自動化教研室第二十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日②副杠桿——進行力矩的比較21電氣院自動化教研室第二十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日③調(diào)零和零點遷移機構(gòu)22電氣院自動化教研室第二十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日④靜壓調(diào)整和過載保護裝置23電氣院自動化教研室第二十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日⑤平衡錘作用：使副杠桿的重心和

支點M重合，提高儀

表的耐沖擊力、耐振

動性能，而且在儀表

不垂直安裝時也不影

響精度。24電氣院自動化教研室第二十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日⑥矢量機構(gòu)——將主杠桿傳來的推力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:：4°~15°，量程比為tan15°/tan4°=3.8325電氣院自動化教研室第二十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日26電氣院自動化教研室第二十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

Ff（3）電磁反饋機構(gòu)作用：把變送器的輸出電流I0轉(zhuǎn)換成作用于副杠桿的電磁反饋力Ff

，此力作用于副杠桿，產(chǎn)生反饋力矩Mf。反饋力Ff=πB0DWI0

設電磁結(jié)構(gòu)常數(shù)Kf

=πB0DW

改變反饋動圈的匝數(shù)W，可以改變Kf

的大小

則Ff=KfI01——反饋動圈，2——導磁體3——永久磁鋼27電氣院自動化教研室第二十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日1-3短接、2-4短接：W=W1=725匝

1-2短接：W

=

W1+W2=2175匝可實現(xiàn)3:1的量程調(diào)整。

W1=725匝，W2=1450匝。28電氣院自動化教研室第二十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（三）低頻位移檢測放大器作用：把副杠桿上位移檢測片（銜鐵）的微小位移s轉(zhuǎn)換成4~20mA的直流輸出電流Io。低頻位移檢測放大器構(gòu)成圖差動變壓器s低頻放大器組成：差動變壓器、低頻振蕩器、整流濾波電路、功率放大器。29電氣院自動化教研室第二十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日1.差動變壓器差動變壓器原理圖差動變壓器的結(jié)構(gòu)作用：將檢測片的位移s轉(zhuǎn)換成相應的電壓信號UCD。組成：檢測片（銜鐵），上、下罐形磁芯和四組線圈。uAB為原邊繞阻電壓，uCD為副邊繞阻感應電動勢。suCDBD上罐形磁芯下罐形磁芯AC檢測片s30電氣院自動化教研室第三十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日當uAB一定時，是固定值，隨s的大小而變化。BD上罐形磁芯下罐形磁芯AC檢測片s31電氣院自動化教研室第三十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日時，因差動變壓器上、下兩部分磁路的磁阻相等，原、副邊繞阻之間互感也相等，故，得，差動變壓器無輸出。時，因差動變壓器上半部磁路磁阻加大，互感下降，故，且uCD隨s增加而增加，此時uCD與uAB反相。時，因差動變壓器上半部磁路磁阻減小，互感增加，故，且uCD隨s減小而增加，此時uCD與uAB同相。32電氣院自動化教研室第三十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.低頻振蕩器VD10、VD11可以提供偏置電壓，使三極管VT1正常工作。

R2起電流負反饋作用,從而穩(wěn)定了VT1的直流工作點。（1）電路元件振蕩器電路uCDuAB33電氣院自動化教研室第三十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日振蕩器的輸出電壓uAB經(jīng)差動變壓器耦合得到的uCD，反饋至放大器的輸入端。

如果反饋信號能滿足振蕩的相位條件和振幅條件，則放大器能形成自激振蕩。

（2）工作原理振蕩器電路34電氣院自動化教研室第三十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日振蕩器電路（3）低頻振蕩器的起振條件：振蕩頻率：相位條件

：s</2時，

uCD

與

uAB

相位相同，則電路就形成正反饋。振幅條件：uCD=uAB

，即K

F

=1,選擇合適的電路參數(shù)，可滿足該條件。滿足以上兩條自激振蕩條件時，電路振蕩。35電氣院自動化教研室第三十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日(4)振蕩器的放大特性和反饋特性幅值可控工作點即：

sF交點P上移uAB

工作中，F(xiàn)隨s的變化而變化。

s較大時，F(xiàn)較小。（磁阻較大）

穩(wěn)定后的工作點P對應的電壓uAB是振蕩器的輸出電壓。（s與uAB的關(guān)系）36電氣院自動化教研室第三十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日3.整流濾波電路振蕩器的輸出電壓UAB經(jīng)二極管VD4整流，通過電阻R8-9和電容C5濾波，得到平滑的直流電壓信號UR4，再送至功放級。整流濾波電路uABuR437電氣院自動化教研室第三十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日4.功率放大器穩(wěn)定工作點提高輸入阻抗為穿透電流提供旁路，以改善溫度特性采用復合管，目的一是提高電流放大倍數(shù)；二是電平配置uR4IO38電氣院自動化教研室第三十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日其他元件作用R1、C1：相位校正作用，對高次諧波造成相移，破壞其振蕩條件，防止高次諧波產(chǎn)生寄生振蕩。R10：改變放大器靈敏度。高量程時，通過端子7、8將其接入，以降低靈敏度。R7：穩(wěn)定振蕩管輸入電壓。C3、C6：高頻旁路電容，可減小交流分量。VD9：防止電源反接。39電氣院自動化教研室第三十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日限能限流負載兩線制位移檢測放大器總圖及本安防爆措施如下：整流濾波電路差動變壓器功率放大器低頻振蕩器40電氣院自動化教研室第四十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日41電氣院自動化教研室第四十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日42（一）概述P2P1輸出信號4~20mA固定電極Ci1Ci2解調(diào)器功放器反饋、保護電源、振蕩硅油可動電極二、電容式差壓變送器42電氣院自動化教研室第四十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日圖2-19電容式差壓變送器構(gòu)成方框圖感壓膜片差動電容電容-電流轉(zhuǎn)換電路放大和輸出限制電路反饋電路調(diào)零、遷移信號I’＋－反饋信號I1測量部件轉(zhuǎn)換放大電路電流信號I2電容變化二、電容式差壓變送器43電氣院自動化教研室第四十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日1、構(gòu)成原理——位移平衡式s二、電容式差壓變送器44電氣院自動化教研室第四十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日45可動極板固定極板2、檢測元件——差動電容固定極板Ci1

s1Ci2s2二、電容式差壓變送器45電氣院自動化教研室第四十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日46是Ci1

s1Ci2s2可動極板固定極板固定極板2、檢測元件——差動電容二、電容式差壓變送器46電氣院自動化教研室第四十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日47（1）電容式接近開關(guān)在物位測量控制中的使用。二、電容式差壓變送器3、應用舉例47電氣院自動化教研室第四十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日48（2）利用電容式差壓變送器測量液體的液位。電容式差壓變送器施加在高壓側(cè)腔體內(nèi)的壓力與液位成正比：

P=gh二、電容式差壓變送器3、應用舉例48電氣院自動化教研室第四十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日投入式水位計二、電容式差壓變送器（2）利用電容式差壓變送器測量液體的液位。3、應用舉例49電氣院自動化教研室第四十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（二）測量部件

1、作用：正壓室Ci1,

s1負壓室Ci2,

s2△Pi使硅油向右移動，使中心感壓膜片向右產(chǎn)生微小位移△s。二、電容式差壓變送器1,2,3-電極引線;4-差動電容膜盒座;5-差動電容膜盒;6-負壓側(cè)導壓口;7-硅油;8-負壓側(cè)隔離膜片;9-負壓室基座;10-負壓側(cè)弧形電極;11-中心感壓膜片;12-正壓側(cè)弧形電極;13-正壓室基座;14-正壓側(cè)隔離膜片;15-正壓側(cè)導壓口;16-放氣排液螺釘;17-O形密封環(huán);18-插頭。50電氣院自動化教研室第五十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日51二、電容式差壓變送器51電氣院自動化教研室第五十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日二、電容式差壓變送器（二）測量部件2、關(guān)系：52電氣院自動化教研室第五十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日上式說明：(1)相對變化值與被測差壓成線性關(guān)系。

(2)與介電常數(shù)無關(guān)，可減小溫度對變送器的影響。(3)與有關(guān)。愈小，差動電容的相對變化量越大，靈敏度越高。二、電容式差壓變送器差動電容為53電氣院自動化教研室第五十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（三）轉(zhuǎn)換放大電路(了解)作用：將差動電容的相對變化值，轉(zhuǎn)換成標準的電流輸出信號。其他功能：

零點調(diào)整、正負遷移、量程調(diào)整、阻尼調(diào)整。該電路包括電容——電流轉(zhuǎn)換電路和放大及輸出限制電路兩部分。54電氣院自動化教研室第五十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)換放大部分電路原理方框圖振蕩器解調(diào)器穩(wěn)壓源調(diào)零及零點遷移功放和輸出限制量程調(diào)整（負反饋）基準電壓IC1IC3＋－E12～45VCi1Ci2RLI04～20mA共模信號－－＋差動信號振蕩控制放大器前置放大器55電氣院自動化教研室第五十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日圖2-28電容式差壓變送器電路圖56電氣院自動化教研室第五十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日將差動電容的相對變化值成比例地轉(zhuǎn)換為差動信號(即電流變化值)

。

1.電容－電流轉(zhuǎn)換電路57電氣院自動化教研室第五十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日差動信號

Ii=( I1－

I2)

共模信號

Ic=(I2+I1)差動信號Ii經(jīng)電流放大電路放大成4~20mA的輸出電流Io；共模信號Ic使得I2+I1保持不變,從而保證Ii

與輸入差壓ΔPi之間成比例關(guān)系。

58電氣院自動化教研室第五十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日包括VT1、T1等，向Ci1和Ci2提供高頻電流。是一種變壓器反饋型振蕩電路。振蕩器的輸出幅值由放大器

IC1的輸出電壓決定。（1）振蕩器59電氣院自動化教研室第五十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日解調(diào)(即相敏整流)后輸出兩組電流信號：差動信號和共模信號。解調(diào)器振蕩控制放大器（2）解調(diào)和振蕩控制電路60電氣院自動化教研室第六十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日對通過差動電容Ci1、Ci2的高頻電流進行半波整流。電流I2的路線為:T1(2)→VD2、VD6→Ci2→C17→Ri

→T1(11)

繞阻2-11輸出的高頻電壓經(jīng)VD4、VD8和VD2、VD6整流得到直流I1和I2，電流I1的路線為:

T1(11)→Ri→C17→Ci1→VD8、VD4→T1(2)①解調(diào)器61電氣院自動化教研室第六十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日T1

(3)→VD3、VD7

→Ci1→C17→R6∥R8

→T1(10)

電流I2的路線為:

T1(12)→R7∥R9→C17→Ci2→VD5、VD1→T1(1)繞阻3-10和繞阻1-12輸出的高頻電壓經(jīng)VD3、VD7和VD1、VD5整流得到直流I1和I2，電流I1的路線為:

①解調(diào)器62電氣院自動化教研室第六十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

I1、I2以相反的方向流過Ri，兩者平均值之差I(lǐng)2-I1即為解調(diào)器輸出的差動信號Ii

，I1、I2流過R6∥R8和R9∥R7產(chǎn)生的電流兩者平均值之和I2＋I1即為解調(diào)器輸出的共模信號Ic

。電路時間常數(shù)比振蕩周期小得多，可以認為Ci1、Ci2兩端電壓的變化等于振蕩器輸出高頻電壓的峰——峰值UPP，則可求得電流I1、I2的平均值如下：①解調(diào)器63電氣院自動化教研室第六十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日兩電流平均值之差I(lǐng)i及兩者之和Ic

分別為只要Ic恒定，即可實現(xiàn)差動電容相對變化值與電流信號Ii的線性關(guān)系。①解調(diào)器64電氣院自動化教研室第六十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日②振蕩控制放大器IC1的作用是使流過VD1、VD5和VD3、VD7的電流之和I2+I1即Ic等于常數(shù)。65電氣院自動化教研室第六十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日②振蕩控制放大器Ii

=I2

-I1

=K3Ci2-Ci1Ci2+Ci166電氣院自動化教研室第六十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日定性分析如下：I2+I1↑→↑

→Ui↑

→振蕩器振蕩幅度↓

→使I2+I1恢復到原來的數(shù)值,I2+I1↓

→變壓器T1輸出電壓減小↓

→Uo1↓

②振蕩控制放大器67電氣院自動化教研室第六十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日線性調(diào)整電路(包括VD9、VD10、R22、R23、RP1等)檢測元件中分布電容的存在，使差動電容的相對變化值減小，Ii減小，造成非線性誤差，故設計了線形調(diào)整電路。電路通過提高振蕩器輸出電壓幅度以增大解調(diào)器輸出電流的方法，來補償分布電容所產(chǎn)生的非線性誤差。（3）線性調(diào)整電路68電氣院自動化教研室第六十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日非0的Ui3作用于IC1,IC1輸出電位↓

振蕩器振蕩幅度↑

Ii

↑則補償了分布電容造成的誤差。（3）線性調(diào)整電路振蕩器供電電壓↑

69電氣院自動化教研室第六十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.放大及輸出限制電路作用：將電流信號Ii

放大，并輸出4~20mA的直流電流Io

。70電氣院自動化教研室第七十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日IC3起前置放大作用，VT3、VT4組成復合管，將IC3的輸出電壓變換為變送器的輸出電流。(1)放大電路(包括IC3、VT3、VT4等)71電氣院自動化教研室第七十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日電阻R31、R33、R34和電位器Rp3組成反饋網(wǎng)絡，輸出電流Io經(jīng)這一網(wǎng)絡分流，得到反饋電流If，送至放大器的輸入端，構(gòu)成深度負反饋保證了Ii和Io的線性關(guān)系。72電氣院自動化教研室第七十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日電位器Rp2用以調(diào)整輸出零位。S為正負遷移調(diào)整開關(guān)，可實現(xiàn)變送器的正向或負向遷移。電位器Rp3用以調(diào)整變送器的量程。73電氣院自動化教研室第七十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日式中：K4

=RiRf，K5

=1Ri，、a為分壓系數(shù)。對電路進行分析，可推得如下的輸入、輸出關(guān)系式：74電氣院自動化教研室第七十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日上式表明△pi與IO間成比例關(guān)系，并有：等式右邊第二項為調(diào)零信號。K4為電路放大倍數(shù)。改變值，同時影響變送器量程和調(diào)零信號。式中：K4

=RiRf，K5

=1Ri，、a為分壓系數(shù)。75電氣院自動化教研室第七十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日(2)輸出限制電路(包括VT2、R18等)當輸出電流超過允許值時，R18上壓降變大，使VT2的集電極電位降低，從而使該管處于飽和狀態(tài)，流過VT2(也即VT4)的電流受到限制(Io不超過30mA)。76電氣院自動化教研室第七十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日(3)放大電路中其它元件的作用R38、R39、C22和RP4構(gòu)成阻尼電路，抑制變送器的輸出波動，RP4用來調(diào)整阻尼時間。77電氣院自動化教研室第七十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日(3)放大電路中其它元件的作用VD12在指示儀表未接通時，為輸出電流提供通路,同時起反向保護作用。78電氣院自動化教研室第七十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.3溫度變送器4、四線制溫度變送器的特點：（1）在熱電偶和熱電阻溫度變送器中，采用了線性化電路，實現(xiàn)了變送器輸出信號與溫度的線性關(guān)系。（2）變送器輸入、輸出之間具有隔離變壓器，并且采取了本安防爆措施，具有良好的抗干擾性能。1、作用：將來自熱電偶或熱電阻的溫度信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標準的信號(420mA直流電流或15V直流電壓)，以實現(xiàn)對溫度的顯示、記錄或自動控制。2、分類：兩線制和四線制，主要討論四線制。3、品種：直流毫伏變送器、熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器。79電氣院自動化教研室第七十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日圖2-31溫度變送器結(jié)構(gòu)方框圖一、四線制溫度變送器在線路結(jié)構(gòu)上分為量程單元和放大單元，放大單元是通用的，而量程單元則隨品種、測量范圍的不同而異。輸入回路電壓放大反饋回路直流-交流變換器功率放大整流濾波隔離輸出U’ZU’fUi、Et-+UoIo（一）概述ACDCDC方波信號電源24VDC量程單元放大單元80電氣院自動化教研室第八十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日圖2-44直流毫伏變送器電路圖電壓放大功率放大隔離輸出直流-交流變換器81電氣院自動化教研室第八十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（二）放大單元工作原理由IC1構(gòu)成。由于來自量程單元的輸入信號很小，且放大電路采用直接耦合方式，故對溫度漂移必須加以限制。1.電壓放大電路放大單元作用：將量程單元輸出的毫伏信號進行電壓和功率的放大，輸出直流電流Io和直流電壓Uo信號。溫度漂移系數(shù)指失調(diào)電壓Uos隨溫度而變化的數(shù)值。若設變送器使用環(huán)境溫度范圍為△t，失調(diào)電壓溫漂系數(shù)為，則在溫度變化△t時失調(diào)電壓的變化量△Uos為82電氣院自動化教研室第八十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日當溫度變送器的最小量程Ui為3mV，溫升t為30oC，要求附加誤差小于等于0.3%時，通過計算可得失調(diào)電壓的溫漂系數(shù)：現(xiàn)設為由于△Uos的變化給儀表帶來的附加誤差，即說明溫漂系數(shù)越大，引起的相對誤差就越大。要求采用低漂移、高增益的運算放大器。83電氣院自動化教研室第八十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.功率放大電路（1）組成——VT1、VT2及其射級電阻R3、R4和To等。（2）作用——把IC1輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換成有一定負載能力的電流信號，再通過隔離變壓器實現(xiàn)隔離輸出。84電氣院自動化教研室第八十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日方波前半個周期(極性如圖)，VD1導通，VD2截止，由輸入信號產(chǎn)生ic1；

（3）工作原理——VT1、VT2起功放和調(diào)制作用，由交流方波電壓供電。在方波的前后半周期，二極管輪流導通，電流通過To的兩個繞組而產(chǎn)生交變磁通，在To副邊產(chǎn)生交變電流iL從而實現(xiàn)隔離輸出。方波后半個周期，VD2導通，VD1截止，由輸入信號產(chǎn)生ic2。85電氣院自動化教研室第八十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日3.隔離輸出電路（1）組成——整流二極管VD13~16、保護二極管VD17~18（2）作用——將功放輸出的交流信號iL轉(zhuǎn)換成直流信號Io,并實現(xiàn)隔離輸出。7、8端接輸出負載，為電流輸出Io（4-20mA）5、6端為電壓輸出Uo（1-5v）786電氣院自動化教研室第八十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（3）工作過程：為了避免輸出與輸入之間有直接電的聯(lián)系，在功放與輸出回路之間采用隔離變壓器TO來傳遞信號。To副邊電流iL經(jīng)橋式整流和由R14,C6組成的阻容濾波器濾波，得到4~20mA的直流輸出電流IO，IO在阻值為250歐的電阻R15上的壓降UO（1~5V）作為變送器輸出電壓信號。787電氣院自動化教研室第八十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日4.直流-交流-直流(DC/AC/DC)變換器（1）組成——整流二極管VD3~8、變壓器T1等組成。（2）作用——對儀表進行隔離式供電。（3）工作過程——先把24V直流電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率的的交流方波電壓，再經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓，提供直流電壓。直流-交流(DC/AC)變換器88電氣院自動化教研室第八十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（4）電路核心——直流-交流(DC/AC)變換器，即一個磁耦合多諧振蕩器。（5）振蕩頻率——對于理想的變換器，當晶體管集電極電流到達最大值時，罐形磁芯接近飽和，即在T/2時間內(nèi)磁通由-ΦM增加到ΦM

。可求得感應電勢：|ec|=ES=4WcBmST因此振蕩頻率為：f=4WcBmSES(T為周期,S為磁芯截面積，Bm為磁感應強度,ES為電源電壓)89電氣院自動化教研室第八十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（三）直流毫伏變送器量程單元R109R110R140上S下量程單元由輸入回路(左半部分)和反饋回路(右半部分)組成，將其與IC1聯(lián)系起來畫成下圖。輸入回路反饋回路報警電路UTUF90電氣院自動化教研室第九十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（三）直流毫伏變送器量程單元R109R110R140上S下輸入回路反饋回路報警電路UTUF1、R101、R102及VZ101、VZ102分別起限流和限壓作用，使得流入危險場所的電能量限制在安全電平以下。91電氣院自動化教研室第九十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（三）直流毫伏變送器量程單元R109R110R140上S下輸入回路反饋回路零遷調(diào)零報警電路UTUF2、R103、R104、R105及RP1組成零點調(diào)整和零點遷移電路，橋路基準電壓UZ由集成穩(wěn)壓器提供。92電氣院自動化教研室第九十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（三）直流毫伏變送器量程單元R109R110R140上S下輸入回路反饋回路報警電路UTUF3、輸入信號斷路報警電路。0.3V7.5M93電氣院自動化教研室第九十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日R109R110R140上S下輸入回路反饋回路零遷調(diào)零報警電路4、反饋回路中，按疊加原理，IC1同相輸入端的電壓UT為(見p67)。

UT=Ui+Uz’=Ui+Rcd+R103R103+RP1//R104+R105Uz

Ui+R105Rcd+R103Uz=Ui+

Uz(式中Rcd=RP11R104RP1+R104)UTUFRp115V94電氣院自動化教研室第九十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日R109R110R140上S下輸入回路反饋回路零遷調(diào)零報警電路從反饋回路可得IC1反相輸入端的電壓UF為UTUF5V95電氣院自動化教研室第九十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日=1U0+UzUF=R106+R111+RP21R111+R114UzR115R115+R116U05+R106R107196電氣院自動化教研室第九十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日Uo=[Ui+(-)Uz]變送器輸入輸出關(guān)系式為；R105Rcd+R103

==R106+R111+RP21R111+R114R115R115+R116151R106R107

=97電氣院自動化教研室第九十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日結(jié)論：(1)(-)Uz表示調(diào)零信號，改變值,即更換R103和調(diào)整RP1,可實現(xiàn)零遷和調(diào)零。(2)為輸入與輸出之間的比例系數(shù)，而輸出UO為1~5V不變，則越大表示量程越小。改變值,即更換R114和調(diào)整RP2,可實現(xiàn)量程調(diào)整。(3)零位和滿度必須反復調(diào)整。(4)Uo和Ui成線性關(guān)系。UO=[Ui+(-)Uz]R105Rcd+R103==R106+R111+RP21R111+R114R115R115+R116151R106R107

=98電氣院自動化教研室第九十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（四）熱電偶溫度變送器量程單元線性化電路冷端溫度補償電路99電氣院自動化教研室第九十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（四）熱電偶溫度變送器量程單元1.冷端溫度補償采用兩個銅電阻，0℃時固定為50。按疊加原理，IC1同相端的電壓UT為100電氣院自動化教研室第一百頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日UT=Et+Uz’=Et+RCu1

RCu21R103+RCu1+RCu2)UzR105(R100+

從上式可知，冷端環(huán)境溫度變化時，RCu1、RCu2的阻值也隨之變化，使式中第二項發(fā)生變化，從而補償了由于環(huán)境溫度升降引起的熱電偶電勢的變化。電路設計時使101電氣院自動化教研室第一百零一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日圖2.37熱電偶溫度變送器線性化原理方框圖2.線性化原理及電路分析（1）線性化電路的作用：使熱電偶溫度變送器的輸出信號（UO,IO）與被測溫度信號t之間成線性關(guān)系。（2）線性化原理：在反饋回路中置入與熱電偶特性相一致的非線性電路。tEtt熱電偶放大部分非線性反饋回路EtUz’+-UotUf’(Uo)tUf’tUo102電氣院自動化教研室第一百零二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（3）線性化電路

用四段折線來模擬非線性運算電路。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。Ua4Uf5Uf4Uf3Uf2Uf1Ua3Ua2Ua10Ua5UfUa1432103電氣院自動化教研室第一百零三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（五）熱電阻溫度變送器量程單元104電氣院自動化教研室第一百零四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日1.線性化原理線性化電路置于輸入回路，采用正反饋的方法來達到線性化的目的，如下圖所示。當Rt隨溫度而增加時，It將增大。而從上式可知，Rt的增加導致It的進一步加大，從而實現(xiàn)線性化。105電氣院自動化教研室第一百零五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.引線電阻補償Ir為消除引線電阻的影響，熱電阻采用三導線接法，要求r1=r2=r3=r

。由R23、R24、r2構(gòu)成的支路為引線電阻補償電路。

調(diào)整R24,使Ir=It,流過r3的兩電流大小相等,方向相反，故r3上不產(chǎn)生壓降。另電阻r1、r2上的壓降Itr1和Irr2亦極性相反，從而消除了引線電阻影響。106電氣院自動化教研室第一百零六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（六）本質(zhì)安全防爆措施在四線制溫度變送器的線路中采取了下列措施：（1）輸入、輸出及電源回路之間通過變壓器T0和T1而相互隔離，在變壓器中設有“防止短接板”。這樣，在儀表的輸出端或電源部分可能存在的高電位就不可能傳到輸入端，即不能傳送到現(xiàn)場去。（2）在輸入端設有限壓元件（穩(wěn)壓管）、限流元件（電阻），以防止高電能傳遞到現(xiàn)場。（3）在輸出端及電源端裝有功率二極管即熔斷絲。當高的交流電壓或高的正向電壓加到輸入端或電源兩端時，將在二極管回路產(chǎn)生一個大電流，從而把熔斷絲燒毀，斷開電源，保護了回路中的其它元件。由于二極管功率較大，因而在熔斷絲燒毀過程中不致被毀壞。107電氣院自動化教研室第一百零七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.4電/氣轉(zhuǎn)換器一、概述將電動儀表輸出的420mA直流電流轉(zhuǎn)換成可被氣動儀表接受的

20100kPa

標準氣壓信號，以實現(xiàn)電動、氣動儀表的聯(lián)用。二、氣動儀表的基本元件（一）氣阻（二）氣容（三）彈性元件（四）噴嘴-擋板機構(gòu)（五）功率放大器108電氣院自動化教研室第一百零八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（一）氣阻R氣阻與電阻相似，它可以改變氣路中的氣體流量。當流體呈層流狀態(tài)時，氣阻可表示如下：1、公式：△p——氣阻兩端的壓降M——氣體的質(zhì)量流量109電氣院自動化教研室第一百零九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2、層流、過渡流和紊流（b）振蕩搖擺的波形色線（c）色線破裂擴散（a）平穩(wěn)而鮮明的細色線層流過渡流紊流110電氣院自動化教研室第一百一十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日3、氣阻的分類恒氣阻（毛細管、小孔等）可調(diào)氣阻（變氣阻）線性氣阻（流過氣阻的流體為層流狀態(tài)）非線性氣阻（流過氣阻的流體為紊流狀態(tài)）111電氣院自動化教研室第一百一十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（二）氣容氣容與電容相似，它是具有一定容積的氣室，是