變送器知識講解

關于變送器知識講解第1頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月第2頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月物位儀表根據(jù)實際使用中的變送器主要介紹電容式變送器。1.變送器原理壓力和差壓變送器作為過程控制系統(tǒng)的檢測變換部分，將液體、氣體或蒸汽的差壓(壓力)、流量、液位等工藝參數(shù)轉換成統(tǒng)一的標準信號(如DC4mA～20mA電流)，作為顯示儀表、運算器和調節(jié)器的輸入信號，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的連續(xù)檢測和自動控制。差動電容式壓力變送器由測量部分和轉換放大電路組成，如圖一、變送器原理與使用第3頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

測量轉換電路

差動電容結構一、變送器原理與使用第4頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月差動電容式壓力變送器的測量部分常采用差動電容結構，如上圖所示。中心可動極板與兩側固定極板構成兩個平面型電容HC和LC。可動極板與兩側固定極板形成兩個感壓腔室，介質壓力是通過兩個腔室中的填充液作用到中心可動極板。一般采用硅油等理想液體作為填充液，被測介質大多為氣體或液體。隔離膜片的作用既傳遞壓力，又避免電容極板受損。當正負壓力(差壓)由正負壓導壓口加到膜盒兩邊的隔離膜片上時，通過腔室內硅油液體傳遞到中心測量膜片上，中心感壓膜片產(chǎn)生位移，使可動極板和左右兩個極板之間的間距不相對，形成差動電容，若不考慮邊緣電場影響，該差動電容可看作平板電容。差動電容的相對變化值與被測壓力成正比，與填充液的介電常數(shù)無關，從原理上消除了介電常數(shù)的變化給測量帶來的誤差。一、變送器原理與使用第5頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）電氣接線拆下標記“FIELDTERMINALS”電子外殼。將正極導線接到“PWR/COMN”接線端子上，負極導線接到“-”接線端子上。注意不得將帶電信號線與測試端子（test）相連，因通電將損壞測試線路中的測試二極管。應使用屏蔽的雙絞線以獲得最佳的測量效果，為了保證正確通訊，應使用24AWG或更高的電纜線。用導管塞將變送器殼體上未使用的導管接口密封。重新擰上表蓋。（2）電子室旋轉電子室可以旋轉以便數(shù)字顯示位于最好的觀察位置。旋轉時，先松開殼體旋轉固定螺釘。然后進行調整。一、變送器原理與使用2.變送器的使用第6頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.投運和零點校驗一體化三閥組與差壓變送器投入運行時的操作程序：首先，打開差壓變送器上兩個排污閥，而后打開平衡閥，再慢慢打開二個截止閥，將導壓管內的空氣或污物排除掉，關閉二個排污閥，再關閉平衡閥，變送器即可投入運行。差壓變送器零點在線校驗操作程序：先打開平衡閥，關閉二個截止閥，即可對變送器進行零點校驗。三閥組的調整狀態(tài)如下圖所示。以羅斯蒙特3051型差壓變送器為例介紹差壓變送器的調零。松開電子殼體上防爆牌的螺釘，旋轉防爆牌，露出零點調節(jié)按鈕。（注意，有兩個按鈕，一個為零點調節(jié)按鈕（ZERO），另一個為恢復默認設置按鈕（SPAN），注意選擇零點調節(jié)按鈕。給變送器加壓，壓力值等于4mA輸出對應的壓力值。按下零點調節(jié)按鈕2秒鐘，檢查輸出是否變成4mA。帶有表頭的變送器會顯示“ZEROPASS”。一、變送器原理與使用第7頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月調零時三閥組狀態(tài)差壓變送器調零注意事項：零位調整螺釘和量程調整螺釘切勿搞混、搞錯。安裝現(xiàn)場切勿進行差壓變送器的量程調整；變送器調零時正負壓室及兩側引壓管溫度必須相同，如果兩側有溫差則調整的零點會隨時間產(chǎn)生漂移；若在現(xiàn)場用變送器進行正、負遷移補償，則應在投運運狀態(tài)下做零位調整。若遷移量過大，則不能再差壓變送器上進行遷移補償。一、變送器原理與使用第8頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月二、變送器技術特性1.測量范圍、上下限及量程每個用于測量的變送器都有測量范圍，它是該儀表按規(guī)定的精度進行測量的被測變量的范圍。測量范圍的最小值和最大值分別稱為測量下限（LRV）和測量上限(URV),簡稱下限和上限。變送器的量程可以用來表示其測量范圍的大小，是其測量上限值與下限值的代數(shù)差即：量程=測量上限值一測量下限值使用下限與上限可完全表示變送器的測量范圍，也可確定其量程。第9頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2.零點遷移和量程調整在實際使用中，由于測量要求或測量條件的變化，需要改變變送器的零點或量程，為此可以對變送器進行零點遷移和量程調整。量程調整的目的是使變送器的輸出信號的上限值與測量范圍的上限值相對應。如圖為變送器量程調整前后的輸入輸出特性。由圖可見，量程調整相當于改變變送器輸入輸出特性的斜率，由特性1到特性2的調整為量程增大調整。反之，由特性2到特性1的調整為量程減小調整。變送器上限調整二、變送器技術特性第10頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月在實際測量中，為了正確選擇變送器的量程大小，提高測量準確度，常常需要將測量的起點遷移到某一數(shù)值(正值或負值)，這就是所謂零點遷移。在未加遷移時，測量起始點為零；當測量的起始點由零變?yōu)槟骋徽禃r，稱為正遷移；反之，當測量的起始點由零變?yōu)槟骋回撝禃r，稱為負遷移。零點調整和零點遷移的目的，都是使變送器輸出信號的下限值與測量信號的下限值相對應。下圖為變送器零點遷移前后的輸入輸出特性。由圖中可以看出，零點遷移后變送器的輸入-輸出特性沿x坐標向右或向左平移了一段距離，其斜率并沒有改變，即變送器的量程不變。若采用零點遷移，再輔以量程壓縮，可以提高儀表的測量精確度和靈敏度。二、變送器技術特性第11頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月變送器零點遷移二、變送器技術特性第12頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月零點正、負遷移是指變送器零點的可調范圍，但它和零點調整是不一樣的。零點調整是在變送器輸入信號為零，而輸出不為零(下限)時的調整；而零點正、負遷移，是在變送器的輸入不為零時，輸出調至零(下限)的調整。如果差壓變送器的低壓引入口有輸入壓力，高壓引入口沒有，則將輸出調至零(下限)時的調整，稱為負遷移；如果差壓變送器的高壓引入口有輸入壓力，低壓引入口沒有，則把輸出調至零(下限)的調整，稱為正遷移。由于遷移是在變送器有輸入時的零點調整，所以遷移量是以能遷移多少輸入信號來表示，或是以測量范圍的百分之多少來表示。二、變送器技術特性第13頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月由于同一臺變送器，其使用范圍有大有小，所以遷移量也成了有大有小。大多數(shù)廠家生產(chǎn)的變送器，遷移量都是以最大量程的百分數(shù)來表示的。例如有的變送器零點正負遷移為最大量程的±100％，這就是說，如果變送器的測量范圍為0～31.1kPa至0～186.8kPa，則當變送器高或低壓引入口通0～186.8kPa范圍內的任意壓力時，其零點都可以遷到4mA。不過高壓引入口通186.8kPa的壓力已經(jīng)是測量范圍上限了，再通就是超壓，把零點調成4mADC不是不可能，但已是沒有意義了，所以一般還補充一句，零點遷移量與使用量程之和不能超過測量范圍的限值。即二、變送器技術特性第14頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.四線制與二線制變送器大都安裝在現(xiàn)場，其輸出信號送至控制室中，而它的供電又來自控制室。變送器的信號傳送和供電方式通常有兩種：（1）四線制供電電源與輸出信號分別用兩根導線傳輸，其接線方式如圖所示。這樣的變送器稱為四線制變送器。DDZ-Ⅱ系列儀表的變送器采用這種接線形式。由于電源與信號分別傳送，因此對電流信號的零點及元件的功耗沒有嚴格的要求。供電電源可以是交流(220V)電源或直流(24V)電源，輸出信號可以是死零點(0～10mA)或活零點(4～20mA)。二、變送器技術特性第15頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

四線制傳輸

二線制傳輸二、變送器技術特性第16頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）二線制對于二線制變送器，同變送器連接的導線只有兩根，這兩根導線同時傳輸供電電源和輸出信號，如圖所示?？梢?，電源、變送器和負載電阻是串聯(lián)的。二線制變送器相當于一個可變電阻，其阻值由被測參數(shù)控制。當被測參數(shù)改變時，變送器的等效電阻隨之變化，因此流過負載的電流也變化。二線制變送器必須滿足如下條件：變送器的正常工作電流，必須等于或小于信號電流的最小值由于電源線和信號線公用，電源供給變送器的功率是通過信號電流提供的。在變送器輸出電流為下限值時，應保證它內部的半導體器件仍能正常工作。因此，信號電流的下限值不能過低。因為在變送器輸出電流的下限值時，半導體器件必須有正常的靜態(tài)工作點，需要由電源供給正常工作的功率，因此信號電流必須有活零點。國際統(tǒng)一電流信號采用4～20mADC，為制作二線制變送器創(chuàng)造了條件。二、變送器技術特性第17頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月二線制變送器必須采用直流單電源供電。所謂單電源是指以零電位為起始點的電源，而不是與零電壓對稱的正負電源。變送器的輸出端電壓U等于電源電壓與輸出電流在RL及傳輸導線電阻r上的電壓降之差。為保證變送器正常工作，輸出端電壓值只能在限定的范圍內變化。如果負載電阻增加，電源電壓就需增大；反之，電源電壓可以減??；如果電源電壓減小，負載電阻就需減??；反之，負載電阻可以增加。由于二線制變送器供電功率很小，同時負載電壓隨輸出電流及負載阻值變化而大幅度變化，導致線路各部分工作電壓大幅度變化。因此，制作二線制變送器時，要求采用低功耗集成運算放大器和設置性能良好的穩(wěn)壓、穩(wěn)流環(huán)節(jié)。二線制變送器的優(yōu)點很多，可大大減少裝置的安裝費用，有利于安全防爆等。因此，目前世界各國大都采用二線制變送器。二、變送器技術特性第18頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月4.供電方式電動儀表都需要電源供給能量，供電方式在電動儀表中也是一個重要問題。現(xiàn)在的電動儀表大致有兩種供電方式：交流供電和直流集中供電。(1)交流供電。在各個儀表中分別引入工頻220V交流電壓，再用變壓器降壓，然后進行整流、濾波及穩(wěn)壓作為各自的電源，在早期的電動儀表系統(tǒng)中多用這種供電方式。缺點是：這種供電方式需要在每塊表中附加電源變壓器、整流器及穩(wěn)壓器線路，因此增加了儀表的體積和重量；變壓器的發(fā)熱增加了儀表的溫升；220V交流直接引入儀表中，降低了儀表的安全性。(2)直流集中供電。直流集中供電是各個儀表統(tǒng)一由直流低電壓電源箱供電。工頻220V交流電壓在電源箱中進行變壓、整流、濾波以及穩(wěn)壓后供給各儀表電源。集中供電的好處很多：①每塊表省去了電源變壓器、整流及穩(wěn)壓部分，從而縮小了儀表的體積，減輕了儀表的重量，并減少了發(fā)熱元部件，使儀表溫升降低；②由于采用直流低電壓集中供電，可以采取防停電措施，所以當工業(yè)用220V交流電斷電時，能直接投入直流低電壓(如24V)備用電源，從而構成無停電裝置；③沒有工業(yè)用220V交流電進入儀表，為儀表的防爆提供了有利條件。二、變送器技術特性第19頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月5.阻尼特性差壓變送器常用來和節(jié)流裝置配合測量流體流量，也可根據(jù)靜壓原理測量容器內的介質液位，流量、液位這兩種物理參數(shù)有時很容易波動，致使記錄曲線很粗很大，看不清楚，為此變送器內一般都有阻尼(濾波)裝置。阻尼特性以變送器傳送時間常數(shù)來表示，傳送時間常數(shù)是指輸出由0升到最大值的63.2％時的時間常數(shù)。阻尼越大，則時間常數(shù)越長。變送器的傳送時間分兩部分，一部分是組成儀表的各環(huán)節(jié)的時間常數(shù)，這一部分是不能調的，電動變送器大概為零點幾秒；另一部分是阻尼電路的時間常數(shù)，這一部分是可以調的，從幾秒到十幾秒。二、變送器技術特性第20頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月差壓、壓力變送器除了用于測量工業(yè)生產(chǎn)過程中的差壓、壓力參數(shù)外，還可和多種傳感元件配套，測量流體流量，測量容器中的介質液位，料位，以及在監(jiān)測和控制系統(tǒng)中作為一個環(huán)節(jié)，參與各種運算。三、變送器的應用

一、流量測量1.節(jié)流式流量計差壓變送器用得最廣的是和節(jié)流裝置配合，測量各種流體的流量。節(jié)流裝置包括節(jié)流元件、上下游連接的直管和引壓裝置三邵分，其中最基本的是節(jié)流元件，主要的有孔板、文丘利管和噴嘴三種，如圖。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，測量流量的儀表是很多的，但差壓式流量計所占的比例最大，用得最為廣泛，其結構簡單、可靠，無可動部件，不怕振動，能耐高溫、低溫和其他惡劣條件;

差壓式流量計既能測液體，又能測氣體和蒸氣流量;由標準節(jié)流裝置組成的差壓流量計不用標定。第21頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月(a)孔板（b）噴嘴（c）文丘里管標準節(jié)流元件三、變送器的應用第22頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2.內藏孔板流量計內藏孔板流量計是將節(jié)流元件設計在差壓變送器的檢測部件內部，用以測量微小流量的一種變送器。它屬于差壓類流量計中的一種。這種儀表適用于測量?50以下管道的流體流量。因為孔板嵌裝在變送器內部，和變送器做成一體，所以沒有常規(guī)節(jié)流元件那樣的引壓裝置，安裝特別簡單。差壓變送器是成熟儀表，精度高，穩(wěn)定性好，一般儀表人員都比較熟悉。它和小口徑節(jié)流裝置制作成一體，結構簡單牢固，無可動部件，適應介質范圍廣，氣體、液體、蒸汽均可測量。三、變送器的應用第23頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月差壓、壓力變送器的另一個用途是用于測量容器內液體的液位、界位，以及固體顆粒的料位。1.靜壓液位計容器中盛有液體或固體物料時，由于液體或物料受重力的作用，它們會對容器底部或側壁產(chǎn)生一定的靜壓力。當液體或物料的密度均勻，此靜壓力與液體的高度成正比，測出了容器底部的靜壓力，就可知道液位高度。P=ρgh

式中:p一容器底部的靜壓力,Pa;h—容器內介質液位，m;

三、變送器的應用ρ第24頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月-一液體密度，kg/m3;g一重力加速度，m/s2。通過測靜壓來測量容器液位的靜壓液位計，可分為兩類:①用于測量開口容器液位的壓力式液位計;下圖為開口容器液位測量示意圖，測量儀表可以用差壓變送器，也可以用壓力變送器。用差壓時，低壓引壓口通大氣。三、變送器的應用第25頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月開口容器液位測量示意圖閉口容器液位測量示意圖三、變送器的應用第26頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月②用于測量閉口容器液位的差壓式液位計。用靜壓式液位計測量閉口容器液位時，變送器的示值除了與液柱的靜壓力有關外，還與液位上面的氣相壓力有關，所以變送器的輸出既受液位的變化，還受氣相壓力的變化而變化。為了消除氣相壓力的影響，需要采用差壓式液位計測量，如上圖閉口容器的液位測量示意圖所示。容器底部壓力引至變送器高壓側，上部壓力引至變送器低壓側。三、變送器的應用第27頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2.雙室平衡容器差壓液位計雙室平衡容器用于測量下業(yè)鍋爐的汽包水位，因為汽包內溫度高，壓力高，如不采取特殊裝置，則兩引壓導管內的溫度無法恒定。下圖為雙室平衡容器的結構與測量原理圖。它由內管容室1和冷凝室2組成，其中冷凝室2通過接管3與汽鼓4的蒸汽空間相連。工作時，冷凝室中的蒸汽不斷冷凝成水，多余的凝結水不斷地通過連接管3溢流回汽鼓，從而使凝結水保持恒定高度口容室1為冷凝室2中的管子，通過接管5與汽鼓的容水空間相連，這樣容室1中的水位便隨汽鼓待測水位的變化而變化。這種平衡容器使得冷凝室2和容室1的水溫基本相同。并維待在蒸汽的飽和溫度不變，因而可以減少由于溫度不同而產(chǎn)生的誤差。雙室平衡容器實質上是一個水位一差壓的轉換裝置，它根據(jù)連通器原理，將汽包水位轉換為兩個容室中的壓力差，并通過測此壓力差來測量汽包水位。

三、變送器的應用第28頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1內管容室，2一冷凝室;3，5一接桿;4一汽包雙室平衡容器的工作原理三、變送器的應用第29頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月四、手操器的連接變送器以羅斯蒙特3051，手操器以HART375為例進行介紹。1、連接方式3051或其它壓力變送器與HART

375手操器的接線如圖所示，現(xiàn)場可接在表的電源端子處，控制室可接在信號端子處?；芈冯娮钁ＷC在250～1000Ω的范圍內。第30頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1進入在線畫面打開電源開關，等待HART375進入主菜單畫面，如圖所示界面，此界面有五個選項欄，分別為：HART應用、現(xiàn)場總線應用、手操器設置、與PC通訊和寫字板。HART375主界面四、手操器的連接第31頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月使用光標筆雙擊“HART應用欄”，如果手操器與變送器通訊正常，則畫面應轉入在線畫面，如圖所示界面，這個界面會顯示在線變送器的各個實時參數(shù)，比如實時的過程變量值、電流輸出值、量程上限與下限值，其中最重要的是儀表設置這個選項，他是變送器能夠進行組態(tài)的關鍵菜單。與變送器連接在線畫面四、手操器的連接第32頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2、3051型變送器的組態(tài)：3051型變送器常用HART手操器進行組態(tài)。對常用的變送器功能，列出了快捷鍵指令序列。只要在聯(lián)機（Online）菜單中，按下這些快捷鍵指令序列，即可執(zhí)行所需要的變送器功能。步驟如下；1.3.2.1擰下變送器接線盒端蓋，將HART手操器的“+”、“-”表筆，分別掛在變送器“LOOP”回路的“+”、“-”接線端子上；打開手操器電源，選擇“Online”，使手操器處于聯(lián)機狀態(tài)，即可以出現(xiàn)聯(lián)機（Online）菜單。（注：以下組態(tài)均是快捷鍵指令）四、手操器的連接第33頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月四、手操器的連接第34頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.2.2設定過程變量單位：1（設備設置），3（基本設置），2（單位）；1.3.2.3設定輸出模式（即設定變送器的輸出為線性或平方根）：1（設備設置），3（基本設置），5（輸出功能）；1.3.2.4重設量程（即設定4mA和20mA分別對應的過程量的值）：4（量程下限值）或5（量程上限值）。注意：該量程值應在變送器的量程范圍內；當位于電子線路板面板上的變送器保護功能跳線開關位于“ON”位置，將不能調整零點和量程。1.3.2.5設定阻尼：1（設備設置），3（基本設置），6（阻尼）；四、手操器的連接第35頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.2.6微調：當傳感器校驗的最大引用誤差不滿足現(xiàn)場精確度（一般為0.25）要求時，需要對變送器進行微調。變送器的微調可分為傳感器微調（模數(shù)微調）和輸出微調（數(shù)模微調）兩種。在決定使用哪一個微調步驟時，首先確定是變送器線路板的模/數(shù)轉換部分要校驗，還是數(shù)/模轉換部分要校驗，可按以下步驟進行：1.3.2.6.1將壓力源、HART手操器和數(shù)字式讀數(shù)裝置與變送器相連1.3.2.6.1.2使變送器與手操器見通訊；1.3.2.6.1.3給變送器施加一定的壓力（如100KPa）；1.3.2.6.1.4將所加壓力與手操器聯(lián)機（Online）菜單上的“過程變量”（PV）相比較，如果兩值不符，且測試設備準確無誤，則要進行傳感器微調；四、手操器的連接第36頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.2.6.1.5將手操器聯(lián)機菜單上的“模擬量輸出（AO）”與數(shù)字式讀數(shù)裝置上的讀數(shù)相比較。如果兩值不符，且測試設備準確無誤，則可進行輸出微調；下面分別介紹兩種微調的方法。1.3.2.6.2傳感器微調（即模數(shù)微調）：包括零點微調和完全微調1.3.2.6.2.1零點微調1.3.2.6.2.1.1變送器通大氣，并且將手操器與測量回路相連；1.3.2.6.2.1.2從手操器主菜單中選擇1（設備設置）、2（診斷和維修）、3（校驗）、3（傳感器微調）、1（零點微調）；注意：變送器必須在真零（以零為基礎）的3%之內，才可進行零點微調。1.3.2.6.2.1.3依照手操器提供的指令完成零點微調的調整。1.3.2.6.2.2完全微調1.3.2.6.2.2.1完全微調時需連上壓力輸入源（精度至少三倍于變送器精度）、HART手操器、讀數(shù)裝置及變送器，和電源。四、手操器的連接第37頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2.6.2.2.2從聯(lián)機菜單中選擇1（設備設置）、2（診斷和維修）、3（校驗）、2（下限傳感器微調）

1.3.2.6.2.2.3遵循手操器提供的指令，完成對下限值的調整；

1.3.2.6.2.2.4重復以上步驟調整上限值，將步驟2中的2（下限傳感器微調）用3（上限傳感器微調）代替即可。

1.3.2.6.3輸出微調（即數(shù)/模微調）：

1.3.2.6.3.1在聯(lián)機菜單中選擇1（設備設置）、2（診斷和維修）、3（校驗）、2（輸出微調）、1（數(shù)/模微調）。并將控制回路設定在手動方式，選擇“OK”；

1.3.2.6.3.2根據(jù)“連接參考表”的提示，將一個精確的參考安培表與變送器相連；注意+、-；連接好后選擇“OK”；

1.3.2.6.3.3在“將現(xiàn)場裝置輸出設定為4mA”提示下，選擇“OK”，則變送器輸出應為4mA；

1.3.2.6.3.4記錄下參考表的實際數(shù)值，在“輸入儀表值”提示下將該值鍵入，手操器提示核實輸出值是否等于參考表上的值

1.3.2.6.3.5