1、1控制儀表及裝置控制儀表及裝置第二章第二章 變送器和轉換器變送器和轉換器2第二章第二章 變送器和轉換器變送器和轉換器第一節第一節 變送器的構成變送器的構成第二節第二節 差壓變送器差壓變送器第三節第三節 溫度變送器溫度變送器第四節第四節 電電/ /氣轉換器氣轉換器3 一、基本定義一、基本定義:量程調整、零點調整和零量程調整、零點調整和零點遷移點遷移二、變送器的構成二、變送器的構成本節重點內容介紹本節重點內容介紹第一節第一節 變送器的構成變送器的構成4第一節第一節 變送器的構成變送器的構成一、構成原理一、構成原理測量部分測量部分C C放大器放大器K K反饋部分反饋部分F F調零、零點遷移調零、零點

2、遷移Z Zi i Z Zf f Z Z0 0 y yx xy yx xy ymaxmaxx xmaxmaxx xminminy yminmin0 0變送器的構成原理和輸入輸出特性變送器的構成原理和輸入輸出特性0()1KyCxzKF01()yCxzF1K F 5二、量程調整、零點調整和零點遷移二、量程調整、零點調整和零點遷移量程調整量程調整相當于改變變相當于改變變送器的輸入輸出特性的送器的輸入輸出特性的斜率，也就是改變變送斜率，也就是改變變送器輸出信號器輸出信號y y與輸入信號與輸入信號x x之間的比例系數。之間的比例系數。 量程調整量程調整（即滿度調整）的目的（即滿度調整）的目的: :使變送器

3、輸出信號使變送器輸出信號上限值上限值y ymaxmax與測量范圍上限值與測量范圍上限值x xmaxmax相對應。相對應。方法方法：改變反饋部分反饋系數改變反饋部分反饋系數 改變測量部分轉換系數改變測量部分轉換系數01()yCxzF6零點調整零點調整使變送器測量起始點為零；使變送器測量起始點為零；零點遷移零點遷移是把測量起始點由零遷移到某一數值是把測量起始點由零遷移到某一數值。當測量起始點由零變為某一正值，稱當測量起始點由零變為某一正值，稱正遷移正遷移；而由零變為；而由零變為某一負值，稱為某一負值，稱為負遷移負遷移。 零點調整和零點遷移零點調整和零點遷移都是都是使變送器輸出信號下限值使變送器輸出

4、信號下限值y ymimin n與測量范圍的下限值與測量范圍的下限值x xmimin n相對應，在相對應，在x xmimin n= = 0 0時，稱為零時，稱為零點調整，在點調整，在x xminmin 0 0時，稱為零點遷移時，稱為零點遷移。 7 一、一、力平衡式差壓變送器力平衡式差壓變送器熟悉其結構、掌握其工作原理、讀懂電路圖熟悉其結構、掌握其工作原理、讀懂電路圖二、二、電容式差壓變送器電容式差壓變送器理解其結構、掌握其工作原理理解其結構、掌握其工作原理本節重點內容介紹本節重點內容介紹第二節第二節 差壓變送器差壓變送器8第二節第二節 差壓變送器差壓變送器用來將差壓、流量、液位等被測參數轉換為統

5、一標準的用來將差壓、流量、液位等被測參數轉換為統一標準的信號，以實現對這些參數的顯示、記錄或自動控制信號，以實現對這些參數的顯示、記錄或自動控制。一、力平衡式差壓變送器一、力平衡式差壓變送器（一）概述（一）概述測量部分測量部分杠杠系統杠杠系統位移檢測位移檢測放大器放大器電磁反饋電磁反饋機構系統機構系統piF Fi iF Ff fI0變送器構成方框圖變送器構成方框圖91.1. 工工作作原原理理（二）工作原理和結構（二）工作原理和結構10（二）工作原理和結構（二）工作原理和結構1.1. 工作原理工作原理Al1/l2tan l3MilfK2K1loKf+MoPiFiF1-MfFfIoSFo1 300

6、0200taniffffpiffl l AlIpFl l Kl KlKpFl K11作用：把被測差壓作用：把被測差壓PP轉換成轉換成作用于主杠桿下端的輸入力作用于主杠桿下端的輸入力F Fi i A1= A2= AFi= A (P1 -P2) = APi Fi= A1P1 -A2P2因因: : 故故: :2. 2. 結構結構(1)(1)測量部分測量部分12(2)杠桿系統杠桿系統 作用：作用：進行力的傳遞和進行力的傳遞和力矩比較力矩比較。 組成：組成： 主杠桿主杠桿1、矢量機、矢量機構構2和副杠杠和副杠杠4，以及調零以及調零機構、零點遷移機構、靜機構、零點遷移機構、靜壓調整和過載保護、平衡壓調整和

7、過載保護、平衡錘。錘。13 主杠桿主杠桿將輸入力將輸入力Fi轉換為轉換為作用于矢量機構上的力作用于矢量機構上的力F1 ：iFllF21114 矢量機構矢量機構將輸入力將輸入力F1轉換為作用于副轉換為作用于副杠桿上的力杠桿上的力F2 ：21tanFF改變改變tan ，可改變差，可改變差壓變送器的量程壓變送器的量程 ：415，量程比為，量程比為tan15/tan4=3.8315 副杠桿副杠桿tantantan2313213132iipAllllFlllFlFMi進行力矩的比較進行力矩的比較 0IlKFlMfffff000Ml FfMMMi01 3000200taniffffpiffl l AlIp

8、Fl l Kl KlKpFl K16幾點結論幾點結論(1)(1)在滿足深度負反饋的條件下在滿足深度負反饋的條件下, ,輸出電流輸出電流Io與與輸入輸入 差壓差壓Pi成正比。成正比。(2)(2)改變調零彈簧作用力改變調零彈簧作用力Fo可調整變送器的零點。可調整變送器的零點。(3)(3)調整變送器的量程可通過改變調整變送器的量程可通過改變tan 和和Kf來實現。來實現。(4)(4)零點和滿度應反復調整。零點和滿度應反復調整。1 3000200taniffffpiffl l AlIpFl l Kl KlKpFl K17 調零和零點遷移機構調零和零點遷移機構零點由調零彈簧調整；零點由調零彈簧調整；零點

9、遷移由遷移彈簧調整；零點遷移由遷移彈簧調整；310000020001()tan()iffffpiffl l A pl FlIFl l Kl Kl FlKpFl Al K 零點遷移原則：零點遷移后被測差壓的上限不零點遷移原則：零點遷移后被測差壓的上限不能超過該表所規定的上限值，遷移后的最小量能超過該表所規定的上限值，遷移后的最小量程不得小于該表的最小量程。程不得小于該表的最小量程。設遷移力設遷移力 到主杠桿支點的距離為到主杠桿支點的距離為 ,則有則有0F0l18tan)(tantan20013320013132llFlpAllllFlFlFlFMiii0F00121lFlFlFi0IlKFlMf

10、ffff000Ml FfMMMi0ffiPffffiKlFlAlFlpKKlFlKllFlpAllI0010000200130)(tan)(0F0l19平平衡衡帶帶拉拉條條靜壓調整和過載保護裝置靜壓調整和過載保護裝置20靜壓調整和過載保護裝置靜壓調整和過載保護裝置作用：克服變送器的靜壓誤差和過載時起保護作用。作用：克服變送器的靜壓誤差和過載時起保護作用。靜壓誤差：屬于系統誤差靜壓誤差：屬于系統誤差靜壓誤差產生原因：靜壓誤差產生原因：1.測量膜片的有效面積不等；測量膜片的有效面積不等；2.拉條裝配不正。拉條裝配不正。解決辦法：解決辦法： 調靜壓調整螺釘。調靜壓調整螺釘。21平衡錘平衡錘l作用：作

11、用：使副杠使副杠桿的重心和其桿的重心和其支點支點M M重合，重合，提高儀表的耐提高儀表的耐沖擊、耐振動沖擊、耐振動性能；在儀表性能；在儀表不垂直安裝時，不垂直安裝時，不影響精度。不影響精度。221-3短接、短接、2-4短接短接：W = W1=725匝匝 1-2短接：短接： W = W1+W2=2175匝匝 可實現可實現3:1的量程調整的量程調整 W1=725匝匝W2=1450匝匝Kf =B0DW 23(3)電磁反饋裝置電磁反饋裝置 作用：作用：把變送器的輸出電流把變送器的輸出電流I0轉換成作用于轉換成作用于副杠桿的電磁反饋力副杠桿的電磁反饋力Ff Ff =B0DWI0 設設 Kf =B0DW

12、改變反饋動圈的匝數，改變反饋動圈的匝數，可以改變可以改變 K Kf f 的大小的大小 則則 Ff = KfI024（三）低頻位移檢測（三）低頻位移檢測放大器放大器 作用：作用：把副杠桿上位移檢測片（銜鐵）的微小位移把副杠桿上位移檢測片（銜鐵）的微小位移S轉換成轉換成420mA的直流輸出電流。的直流輸出電流。構成方框圖構成方框圖25 由差動變壓器、低頻振蕩器、整流濾波電路、由差動變壓器、低頻振蕩器、整流濾波電路、功率放大器組成。功率放大器組成。 261.1.差動變壓器差動變壓器B BD D上罐形磁芯上罐形磁芯下罐形磁芯下罐形磁芯A AC C檢測片檢測片差動變壓器的結構差動變壓器的結構S S (1

13、)(1)結構結構差動變壓器原理圖差動變壓器原理圖B DA C-+271.1.差動變壓器差動變壓器B差動變壓器原理圖差動變壓器原理圖B DA C-+(2)(2)工作原理工作原理（a）位移）位移s=/2 uCD =0（b）位移）位移s/2 uCD 、uAB反相反相D D上罐形磁芯上罐形磁芯下罐形磁芯下罐形磁芯A AC C檢測片檢測片差動變壓器的結構差動變壓器的結構S S 28討論：當s=/2 時 e2=e2 UCD=e2- e2=0差動變壓器無輸出當se2 UCD=e2- e20此時，UCD與UAB同相當s/2 時，因差動變壓器，上半部磁路磁阻增大互感減小 e2e2 UCD=e2- e20此時，U

14、CD與UAB反相。292.2.低頻放大器低頻放大器D1、D2 可以提供偏置電可以提供偏置電壓，使三極管壓，使三極管BG1正常工正常工作。作。兩個二極管兩個二極管D1、D2就相就相當于一個穩壓管。當于一個穩壓管。振蕩器電路振蕩器電路（1）振蕩器）振蕩器由振蕩器、整流濾波電路、功率放大器組成。由振蕩器、整流濾波電路、功率放大器組成。30低頻振蕩器的起振條件低頻振蕩器的起振條件l 振蕩頻率振蕩頻率：l相位條件相位條件 ： s /2 時時， uCD 與與 uAB 相位相同，則相位相同，則電路就形成正反饋。電路就形成正反饋。l振幅條件振幅條件： K F = 1, 選擇合適的電路參數，選擇合適的電路參數，

15、可滿足這一條件。可滿足這一條件。1f0 = LABC42l 振蕩頻率振蕩頻率：1f0 = LABC4231振蕩器的放大特性和反饋特性振蕩器的放大特性和反饋特性幅值可控幅值可控工作點工作點即：即： S F P點上移點上移 uAB 工作中，工作中，F隨隨S的變化而變化。的變化而變化。 S較較大時，大時，F較小；（磁阻較大）較小；（磁阻較大） S較小較小時，時，F較大（磁阻較小）較大（磁阻較小） 。交點交點P即為穩定后的工作點，即為穩定后的工作點，P點對應的電壓點對應的電壓uAB就是振蕩器就是振蕩器的輸出電壓的輸出電壓32(2)(2)整流濾波電路整流濾波電路整流濾波電路整流濾波電路振蕩器的輸出電壓振

16、蕩器的輸出電壓u uABAB經二極管經二極管D4D4整流，通過電阻整流，通過電阻R R8-98-9和電容和電容C5C5濾波，得到平滑的直流電壓信號濾波，得到平滑的直流電壓信號UR4 ，再送，再送至功放級。至功放級。33(3)(3)功率放大器功率放大器穩定工作點穩定工作點 提高輸入阻抗提高輸入阻抗為為VTVT2 2、VTVT3 3集電極與發射級之間集電極與發射級之間的穿透電流提供旁路，改善溫的穿透電流提供旁路，改善溫度特性，提高電路的穩定性。度特性，提高電路的穩定性。采用復合管，目的一采用復合管，目的一是提高電流放大倍數；是提高電流放大倍數；二是電平配置二是電平配置, ,使使VTVT2 2的基級

17、電平與前級輸的基級電平與前級輸出信號的電平相匹配。出信號的電平相匹配。34其他元件作用其他元件作用R1、C1：相位校正作用，對高次諧波造成相移，破：相位校正作用，對高次諧波造成相移，破壞其振蕩條件，防止高次諧波產生寄生振蕩。壞其振蕩條件，防止高次諧波產生寄生振蕩。R10：改變放大器靈敏度。高量程時，通過端子改變放大器靈敏度。高量程時，通過端子7、8將其接入，以降低靈敏度。將其接入，以降低靈敏度。R7：穩定振蕩管輸入電壓。穩定振蕩管輸入電壓。C3、C6：高頻旁路電容，可減小交流分量。：高頻旁路電容，可減小交流分量。D9：防止電源反接。防止電源反接。353 3、安全火花防爆措施、安全火花防爆措施安

18、全火花防爆原則：安全火花防爆原則：、電子線路設計上。電子線路設計上。、安裝使用上（不讓火花竄入現場）隔離。、安裝使用上（不讓火花竄入現場）隔離。盡可能減小貯能元件（盡可能減小貯能元件（L L、C C）并使現有貯能元件在故并使現有貯能元件在故障情況下釋放的能量（電流、電壓）限制在安全額定障情況下釋放的能量（電流、電壓）限制在安全額定以下。以下。36限能限能限流限流負載兩線制兩線制位移檢測位移檢測放大器總圖放大器總圖及本安防爆措施見下：及本安防爆措施見下：37根據位移檢測放大器原理線路圖，有以下四根據位移檢測放大器原理線路圖，有以下四點防爆考慮：點防爆考慮： l差動變壓器原邊線圈兼做振蕩器的諧振電

19、差動變壓器原邊線圈兼做振蕩器的諧振電感，減少了儲能原件的數量：感，減少了儲能原件的數量：l反饋動圈反饋動圈W1W1、W2 W2 兩端并聯二極管兩端并聯二極管VD5VD8,VD5VD8,提供了斷電時的能量釋放通路；提供了斷電時的能量釋放通路；l二極管二極管VD10VD12VD10VD12用以限制用以限制C5C5兩端的電壓，兩端的電壓，二極管二極管VD3VD3用以限制用以限制C2C2兩端的電壓；兩端的電壓；lR8R8、R9R9為為C5C5的放電能量限流電阻，在的放電能量限流電阻，在VD4VD4擊擊穿時，可限制穿時，可限制C5C5的放電電流。的放電電流。 38（一）（一）概述概述檢測檢測部分部分感壓

20、感壓膜片膜片差動差動電容電容電容電容-電流電流轉換電路轉換電路 放大和輸放大和輸出限制電路出限制電路反饋反饋電路電路調零、遷移信號調零、遷移信號反饋反饋信號信號iPS2121iiiiCCCC21II0I轉換部分轉換部分二、二、電容式差壓變送器電容式差壓變送器電容式差壓電容式差壓變送器變送器構成方框圖構成方框圖39（二）測量部件（二）測量部件 作用：作用：iP2121iiiiCCCCi1i20CCiP時，測量部件結構測量部件結構i1i10CCiP 時，電容量減小，電容量增大Ci24021002210001/() 1/()1/() 1/()iiiiCCASSSSSKSCCASSSSS1iSKP21

21、21221iiiiiCCKSK KPCC11110iAACSSS 22220iAACSSS 結論：結論：1212iiiiCCCC(1) 相對變化值相對變化值 與被測差壓與被測差壓 成線性關系。成線性關系。 iP(2) 與介電常數與介電常數 無關無關 ,可大大減小溫度對變送器的影響。可大大減小溫度對變送器的影響。 (3) 與與 有關。有關。 愈小，靈敏度越高。愈小，靈敏度越高。0S0S41（三）轉換放大電路（三）轉換放大電路作用：作用： 將差動電容的相對變化值，轉換成標準的電流輸將差動電容的相對變化值，轉換成標準的電流輸出信號。出信號。 此外，還要實現零點調整、正負遷移、量程調整、此外，還要實現

22、零點調整、正負遷移、量程調整、阻尼調整等功能。阻尼調整等功能。電路構成電路構成:包括包括電容電流轉換電路電容電流轉換電路及及放大電路放大電路兩兩部分部分42轉換放大部分電路原理方框圖轉換放大部分電路原理方框圖振蕩器振蕩器解調器解調器穩壓穩壓源源調零及調零及 零點遷移零點遷移功放和功放和 輸出限制輸出限制量程調整量程調整（負反饋）（負反饋）基準基準 電壓電壓IC1IC3E1245VCi1Ci2RLI 0420mA共模信號共模信號差動信號差動信號振蕩控制振蕩控制放大器放大器前置放大器前置放大器431.1.電容電流轉換電路電容電流轉換電路振蕩器振蕩器 包括包括VT1、T1等，向等，向Ci1和和Ci2

23、提供高頻電源提供高頻電源將差動電容的相對變化值成比例地轉換為差動電流將差動電容的相對變化值成比例地轉換為差動電流信號信號 (電流變化值電流變化值)。是一種變壓器反饋型是一種變壓器反饋型振蕩電路，其振蕩頻振蕩電路，其振蕩頻率由檢測電容和變壓率由檢測電容和變壓器次級繞組的電感決器次級繞組的電感決定。定。振蕩器的輸出幅值振蕩器的輸出幅值由由控制放大器控制放大器 IC1 的輸的輸出電壓決定。出電壓決定。44解調解調和振蕩控制電路和振蕩控制電路:包括解調器和振蕩控制電路包括解調器和振蕩控制電路Ii = I2 - I1 = ( I2+ + I1) 解調解調(即相敏整流即相敏整流)后輸出兩組電流信號后輸出兩

24、組電流信號 ：差動信號：差動信號和共模信號，使后者保持不變，可得和共模信號，使后者保持不變，可得Ci2- -Ci1Ci2+ +Ci1= K3Ci2- -Ci1Ci2+ +Ci145線性調整電路線性調整電路: :包括包括VD9、VD10、R22、R23、RP1等等檢測元件中分布電容的存在，使差動電容的相對變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，造成非線性誤差，故設計了線形調整電化值減小，造成非線性誤差，故設計了線形調整電路。路。電路通過提高振蕩電路通過提高振蕩器輸出電壓幅度以器輸出電壓幅度以增大解調器輸出電增大解調器輸出電流的方法，來補償流的方法，來補償分布電容所產生的分布電容所

25、產生的非線性誤差。非線性誤差。補償電壓大小取決補償電壓大小取決于于RP1的阻值。的阻值。462. .放大及輸出限制電路放大及輸出限制電路將電流信號將電流信號 Ii 放大，并輸出放大，并輸出4 20mA的直流電流。的直流電流。47放大放大電路電路: :包括包括IC3、VT3、 VT4等等IC3起前置放大作用，起前置放大作用， VT3、 VT4組成復合管，將組成復合管，將IC3的輸出電壓變換為變送器的輸出電流。的輸出電壓變換為變送器的輸出電流。電阻電阻R31、 R33、 R34和電位器和電位器Rp3組成反饋網絡，輸出電組成反饋網絡，輸出電流流Io經這一網絡分流，得到反饋電流經這一網絡分流，得到反饋

26、電流If，送至放大器送至放大器的輸入端，這深度負反饋的輸入端，這深度負反饋保證了保證了Ii 和和 Io的線性關系。的線性關系。電位器電位器Rp2用以調整輸出零位。用以調整輸出零位。S為正負遷移調整開關，可實現變送器的正向或負向為正負遷移調整開關，可實現變送器的正向或負向遷移。遷移。電位器電位器Rp3用以調整變送器的量程。用以調整變送器的量程。對電路的分析，可推得如下的輸入、輸出關系式：對電路的分析，可推得如下的輸入、輸出關系式：48調零和調量程電路調零和調量程電路Io = K3K4Ci2- -Ci1Ci2+ +Ci1+ K4K5 ( UA- - a aUVZ1) 式中：式中：K4 =RiRf，

27、K5 =1Ri，、a a為分壓系數。49輸出限制輸出限制電路電路: :包括包括VT2、 R18等等當輸出電流超過允許值時，當輸出電流超過允許值時，R18上壓降變大，使上壓降變大，使VT2的集電極電位降低，從而使該管處于飽和狀態，流的集電極電位降低，從而使該管處于飽和狀態，流過過VT2(也即也即VT4)的電流受到限制的電流受到限制(Io不超過不超過30mA)。其它元件的作用其它元件的作用R38、R39、C22和和RP4構成阻尼電路構成阻尼電路，抑制變送器的輸抑制變送器的輸出波動，出波動，RP4用來調整阻尼時間。用來調整阻尼時間。VZ2起穩壓作用，還可防止電源反接時損壞器件起穩壓作用，還可防止電源

28、反接時損壞器件。VD12在指示儀表未接同時在指示儀表未接同時，為輸出電流提供通路為輸出電流提供通路, 同同時起反向保護作用時起反向保護作用。50第三節第三節 溫度變送器溫度變送器1.變送器變送器分類：兩線制和四線制分類：兩線制和四線制2.變送器變送器品種：直流毫伏變送器、熱電偶溫度變送品種：直流毫伏變送器、熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器器、熱電阻溫度變送器3.四線制溫度變送器的特點（四線制溫度變送器的特點（2條）條）4.變送器變送器的的線路結構線路結構：量程單元和放大單元量程單元和放大單元5.讀懂讀懂直流毫伏變送器量程單元電路圖直流毫伏變送器量程單元電路圖、熱電偶溫、熱電偶溫度變送器量程單

29、元電路圖、熱電阻溫度變送器量程度變送器量程單元電路圖、熱電阻溫度變送器量程單元電路圖單元電路圖本節重點內容介紹本節重點內容介紹51第三節第三節 溫度變送器溫度變送器定義定義:l將來自熱電將來自熱電偶偶或熱電阻的溫度信號轉換為統一標準的或熱電阻的溫度信號轉換為統一標準的信號信號(4 20mA直流電流或直流電流或1 5V直流電壓直流電壓)，以實現對溫以實現對溫度的顯示、記錄或自動控制度的顯示、記錄或自動控制。分類：分類：l變送器變送器有有兩線制兩線制和和四線制四線制之分之分，主要討論主要討論四線制變送四線制變送器器。l變送器有變送器有三個品種：直流毫伏變送器、熱電偶溫度變三個品種：直流毫伏變送器、

30、熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器。送器、熱電阻溫度變送器。52一、一、四線制溫度變送器四線制溫度變送器1.四線制溫度變送器的特點：四線制溫度變送器的特點：在熱電偶和熱電阻溫度變送器中，采用了線性化電在熱電偶和熱電阻溫度變送器中，采用了線性化電路，實現了變送器輸出信號與溫度的線性關系。路，實現了變送器輸出信號與溫度的線性關系。 變送器輸入、輸出之間具有隔離變壓器，并且采取變送器輸入、輸出之間具有隔離變壓器，并且采取了本安防爆措施。了本安防爆措施。（一）概述（一）概述53輸入回路輸入回路電壓放大電壓放大反饋回路反饋回路直流直流-交流交流變換器變換器功率放大功率放大整流濾波整流濾波隔離輸出隔離輸出

31、UZUfUi、Et-+ UoIo量程單元量程單元放大單元放大單元溫度變送器結構方框圖溫度變送器結構方框圖2.結構結構線路結構上分為線路結構上分為量程單元量程單元和和放大單元放大單元，放大單元是通用的放大單元是通用的，而量程單元則隨品種、測量范圍的不同而異而量程單元則隨品種、測量范圍的不同而異。54圖圖2-44 2-44 直流毫伏變送器電路圖直流毫伏變送器電路圖55（二）（二）放大單元放大單元工作原理工作原理由由IC1構成，構成，要求采用要求采用低漂移、高增益低漂移、高增益的運算放大器。的運算放大器。溫漂系數：溫漂系數：UOS隨溫度而變化的數值，即隨溫度而變化的數值，即在溫度變化在溫度變化t時，

32、失調電壓的變化量為：時，失調電壓的變化量為：UOS的變化給儀表帶來的附加誤差表示為：的變化給儀表帶來的附加誤差表示為：溫漂系數和儀表附加誤差的關系：溫漂系數和儀表附加誤差的關系：1. 1. 電壓放大電路電壓放大電路其作用是將其作用是將量程單元量程單元輸出的毫伏信號放大，輸出直流輸出的毫伏信號放大，輸出直流電流電流Io 和直流電壓和直流電壓Uo信號信號。tUOSttUUOSOSiOSUUiOSiOSUttUUU560.3/osVVct當溫度變送器的最小量程當溫度變送器的最小量程 Ui 為為3mV，溫升溫升 t為為30oC，要求附加誤差小于等于要求附加誤差小于等于0.3%時，時，通過計算可得失調電

33、壓的溫漂系數：通過計算可得失調電壓的溫漂系數： 003. 0C303OiOSmVtUtUiOSiOSUttUUU因此，應采用低漂移型高增益運算放大器因此，應采用低漂移型高增益運算放大器572.2.功率放大電路功率放大電路由由VT1、VT2、T0等組成。等組成。其作用是把其作用是把 IC1 輸出的電輸出的電壓信號轉換成電流壓信號轉換成電流信號信號，再通過隔離變壓器實現隔再通過隔離變壓器實現隔離輸出離輸出。VT1、VT2起功放起功放作用，由交流方作用，由交流方波電壓供電。波電壓供電。在方波的前后半在方波的前后半周期周期，二極管輪二極管輪流導通流導通，電流通電流通過過T0的兩個繞組的兩個繞組而產生交

34、變磁通，而產生交變磁通，在在T0副邊產生交副邊產生交變電流變電流iL 。583. 3. 隔離輸出電路隔離輸出電路構成：由整流二極管構成：由整流二極管VDVD13161316、保護二極管保護二極管VDVD17181718等組成。等組成。作用作用：將將功放功放輸出的交流信號轉換成直流輸出的交流信號轉換成直流信號信號, , 并實現并實現隔離輸出，從而避免輸出和輸入之間有直接電的聯系。隔離輸出，從而避免輸出和輸入之間有直接電的聯系。7-8端接輸出負載，為電流輸出（端接輸出負載，為電流輸出（4-20mA）5-6端為電壓輸出（端為電壓輸出（1-5v）594. 直流直流-交流交流-直流直流(DC/AC/DC

35、)變換器變換器604. 直流直流-交流交流-直流直流(DC/AC/DC)變換器變換器由整流二極管由整流二極管VDVD38、變壓器變壓器T T 1等組成。等組成。其作用是對其作用是對儀表進行隔離式供電儀表進行隔離式供電。先把先把24V直流電壓轉換成一定頻率的的交流方波電壓，直流電壓轉換成一定頻率的的交流方波電壓，再經過整流、濾波和穩壓，再經過整流、濾波和穩壓，提供直流電壓提供直流電壓。電路核心是直流電路核心是直流-交流交流(DC/AC)變換器變換器，實質上是一，實質上是一個磁耦合多諧振蕩器個磁耦合多諧振蕩器。振蕩頻率振蕩頻率可求得感應電勢：可求得感應電勢： ES =4WcBmST因此振蕩頻率為：

36、因此振蕩頻率為： f =4WcBmSES( (T為周期為周期, S為磁為磁 芯截面積，芯截面積，Bm為為磁感應強度磁感應強度) )61（三）直流毫伏變送器量程單元（三）直流毫伏變送器量程單元R109R110R140上上K下下量程單元由輸入回路量程單元由輸入回路(左半部分左半部分)和反饋回路和反饋回路(右半部分右半部分)組成，組成，將其與將其與IC1 聯系起來畫成下圖聯系起來畫成下圖。輸入電阻輸入電阻輸入電阻輸入電阻穩壓二極管穩壓二極管U Ui i輸入電壓輸入電壓零點調整和零點遷零點調整和零點遷移電路移電路濾波電容濾波電容輸入信號斷路輸入信號斷路報警電路報警電路Rp1Rp21Rp22Rp11Rp

37、2量程調整電位器量程調整電位器62輸入回路輸入回路: R101、R102及及VZ101、VZ102分別起限流和限壓作用。分別起限流和限壓作用。R103、R104 、R105及及RP1組成零點調整和零點遷移電組成零點調整和零點遷移電路，橋路基準電壓路，橋路基準電壓UZ由集成穩壓器提供由集成穩壓器提供。圖中圖中紅筆紅筆部分為部分為輸入信號斷路報警電路輸入信號斷路報警電路。按疊加原理，按疊加原理，IC1同相輸入端的電壓同相輸入端的電壓UT為為:UT = Ui + Uz = Ui +Rcd + R103R103 + RP1/R104 + R105Uz( 式中式中 Rcd =RP11 R104RP1+

38、R104 Ui +R105Rcd + R103Uz= Ui + Uz)63從從反饋回路反饋回路可得可得IC1反相輸入端的電壓反相輸入端的電壓UF為為zPPfPPfFURRRRRRRRRRRRRRURRRRRRRRRRRRRRUU107106106116115114211110710611611511422116115115116115114211110710610710611121/550250/;00415040f1161152111107106114106107UURRURIURRRRRRRRRP又UF =R106 + R111 + RP21R111 + R114UzR115R115 +

39、R116U05+R106R107=1 U0 + Uz64從從反饋回路反饋回路可得可得IC1反相輸入端的電壓反相輸入端的電壓UF為為UF =R106 + R111 + RP21R111 + R114UzR115R115 + R116U05+R106R107=1 U0 + Uz因因 UT UF故故 U0 = Ui + ( - ) Uz 結論：結論：(1)改變改變 值值, 即更換即更換R103和調整和調整RP1,可實現零遷和調零。可實現零遷和調零。 (2)改變改變 值值, 即更換即更換R114和調整和調整RP2, 可實現量程調整可實現量程調整。 (3)零位和滿度必須反復零位和滿度必須反復調整調整。

40、UT Ui +R105Rcd + R103Uz= Ui + Uz65（四）熱電偶溫度變送器量程單元（四）熱電偶溫度變送器量程單元EtVs4Vs2Vs3Vs1UzUz661. 冷端溫度補償冷端溫度補償采用采用兩個銅電阻兩個銅電阻，固定為固定為50 。當熱電偶型號不同時，。當熱電偶型號不同時，只需調整幾個錳銅電阻或金屬膜電阻。只需調整幾個錳銅電阻或金屬膜電阻。按疊加原理，可求得按疊加原理，可求得IC1同相端的電壓同相端的電壓UT為為(見教材見教材)105211031002110021100/)(RRRRRRRRRRREUEUcucucucucucutztT21103100105/)(cucuRRR

41、RRUT = Et +RCu1 RCu2R103 + RCu1+ RCu2)Uz1R105(R100 + 所以，所以，671. 冷端溫度補償冷端溫度補償UT = Et+RCu1 RCu2R103 + RCu1+ RCu2)Uz1R105(R100 + 從上式可知，冷端環境溫度變化時，從上式可知，冷端環境溫度變化時，RCu1、RCu2的的阻值也隨之變化，從而補償了由于環境溫度升降引阻值也隨之變化，從而補償了由于環境溫度升降引起的熱電偶電勢的變化。起的熱電偶電勢的變化。而且，補償特性與熱電偶的特性相似，故補償精度而且，補償特性與熱電偶的特性相似，故補償精度高。高。68熱電偶溫度變送器線性化原理方框

42、圖熱電偶溫度變送器線性化原理方框圖熱電偶熱電偶放大部分放大部分非線性非線性反饋回路反饋回路EtVz+-ttttEtVo Vo(Vo)tVfVf2. 線性化線性化采取在反饋回路中置入與采取在反饋回路中置入與熱電偶特性相一致的非線熱電偶特性相一致的非線性電路的方法，如下圖所示。性電路的方法，如下圖所示。69用四段折線來模擬非線性運算電路，用四段折線來模擬非線性運算電路，如下圖。如下圖。折線的段數及斜率大小由熱電偶的特性來確折線的段數及斜率大小由熱電偶的特性來確定。定。 表示直線的斜率。表示直線的斜率。Va4Vf5Vf4Vf3Vf2Vf1Va3Va2Va10Va5VfVa143270非線性電路的實現

43、非線性電路的實現Vs4Vs3Vs2Vs1在在IC2的反饋回路中加入一些的反饋回路中加入一些穩壓管和基準電壓，穩壓管和基準電壓，利用穩壓管的擊穿特性實現折線電路。利用穩壓管的擊穿特性實現折線電路。71非線性電路的實現非線性電路的實現第一段直線第一段直線Vs4Vs3Vs2Vs1RaUaUcUfUbRo72oaaoaaaboaaabccfRRRRRRRRRRURRRRRRRRRRUURRRUURRRRRRRUURRRU)1 (1 )1 (1 /)(/)(1201221211221151221211f120122121122115122121115120122121120122121122121122

44、可見，聯立上述三式，得73非線性電路的實現非線性電路的實現第二段直線第二段直線Vs4Vs3Vs2Vs1RaUaUcUfUbRoR11974oaaoaaaboaaabccfRRRRRRRRRRRURRRRRRRRRRRUURRRUURRRRRRRRRUURRRU)/1 (1 )/1 (1 /)(/)(1191201221211221151221212f119120122121122115122121115119120122121119120122121122121122可見，聯立上述三式，得斜率變大了斜率變大了75Ir（五）熱電阻溫度變送器量程單元（五）熱電阻溫度變送器量程單元761. 線性化原

45、理與電路分析線性化原理與電路分析（1）熱電阻和溫度之間的關系）熱電阻和溫度之間的關系如鉑熱電阻，如鉑熱電阻，電阻阻值和溫度之間的關系，電阻阻值和溫度之間的關系，如下如下圖所示。圖所示。當當Rt隨溫度而增加時，隨溫度而增加時， 增加量將隨著溫增加量將隨著溫度的升高而減小。度的升高而減小。tRt上凸曲線上凸曲線77UzUo17161716191617FzttRVVRRRRRIRR1zttgVIgR1. 線性化原理與電路分析線性化原理與電路分析(2)正反饋正反饋線性化線性化采用正反饋的方法來達到線性化的目的，如下圖所示。采用正反饋的方法來達到線性化的目的，如下圖所示。當當Rt隨溫度而增加時，隨溫度而

46、增加時， Ut將增大。而且將增大。而且Ut的增加量也的增加量也將隨著溫度的升高而增大，從而實現線性化。將隨著溫度的升高而增大，從而實現線性化。1zttgVVgRRt191617;RRRg 小于小于1下凹下凹曲線曲線tttVI R VT =78Ir2. 引線電阻補償電路引線電阻補償電路Ir為消除引線電阻的影響為消除引線電阻的影響， 熱電阻采用三導線接法，熱電阻采用三導線接法，要求要求r1 = r2 = r3 = r 。由由R23、R24、r2構成的支路為引構成的支路為引線電阻補償電路。線電阻補償電路。 調整調整R24,使使Ir =It,流過流過r3的兩電流的兩電流大小相等大小相等, 方向方向相反

47、，故相反，故r3上不上不產生壓降產生壓降。另，電阻另，電阻 r1 、r2 上的壓降上的壓降Itr和和Irr亦亦極性相反，極性相反，從而消除了引線從而消除了引線電阻影響。電阻影響。79第四節第四節 電電/ /氣轉換器氣轉換器1.掌握基本概念：氣阻、氣容掌握基本概念：氣阻、氣容2.理解噴嘴擋板機構的結構、原理理解噴嘴擋板機構的結構、原理3.理解電理解電/氣轉換器的結構、原理氣轉換器的結構、原理本節重點內容介紹本節重點內容介紹80第四節第四節 電電/ /氣轉換器氣轉換器一、概述一、概述電電/ /氣轉換器氣轉換器將電動儀表輸出的將電動儀表輸出的4 4 2020mAmA直流電流轉直流電流轉換成可被氣動儀

48、表接受的換成可被氣動儀表接受的 2020 100100kPa kPa 標準氣壓信標準氣壓信號，以實現電動、氣動儀表的聯用號，以實現電動、氣動儀表的聯用，構成混合控制系統，發揮電、氣儀表各自的優點。 電電/ /氣轉換器主要性能指標：氣轉換器主要性能指標：（1 1）輸入信號：）輸入信號：420420mA(DC)mA(DC)（2 2）輸出信號：輸出信號：0.020.10.020.1MPa MPa （3 3）變差：變差： 0.5%0.5%（4 4）基本誤差：基本誤差：0.5% 0.5% （5 5）靈敏度：）靈敏度：0.05% 0.05% （6 6）防爆等級：安全隔爆復合型、安全火花型）防爆等級：安全隔

49、爆復合型、安全火花型81第四節第四節 電電/ /氣轉換器氣轉換器二、氣動儀表的基本元件二、氣動儀表的基本元件（一）氣阻（一）氣阻氣阻與電阻相似，它可以改變氣路中的氣體流量氣阻與電阻相似，它可以改變氣路中的氣體流量。氣阻氣阻有有恒氣阻恒氣阻( (毛細管、小孔等毛細管、小孔等) )與與可調氣阻可調氣阻( (變氣阻變氣阻) ), ,以及以及線性氣阻線性氣阻和和非線性氣阻非線性氣阻。流過氣阻的流體為層流狀態時，氣阻呈現為線性；流過氣阻的流體為層流狀態時，氣阻呈現為線性；流過氣阻的流體為紊流狀態時，氣阻呈現非線性。流過氣阻的流體為紊流狀態時，氣阻呈現非線性。pMR 式中R-氣阻P-氣阻兩端的壓降M-氣體的質量流量在流體呈層流狀態時，可表示為：在流體呈層流狀態時，可表示為：氣動儀表由氣阻、氣容、彈性元件、噴嘴氣動儀表由氣阻、氣容、彈性元件、噴嘴- -擋板機構和功擋板機構和功率放大器等基本元件。率放大器等基本元件。82（二）氣容（二）氣容氣容與電容相似，它是具有一定容積的氣室氣容與電容相似，它是具有一定容積的氣室，是儲能，是儲能