变送器与转换器.ppt
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1、关于变送器和转换器第一张,PPT共六十页,创作于2022年6月2.12.1变送器的构成变送器的构成一、构成原理变送器是基于负反馈原理工作的,其构成如图。包括测量部分、放大器和反馈部分。第二张,PPT共六十页,创作于2022年6月测量部分:检测被测信号x,并将其转换成能被放大器接受的输入信号zi。反馈部分:把变送器的输出信号y转换成反馈信号zf,再回送至输入端。输入与输出之间的关系:K放大器的放大系数F反馈部分的反馈系数C测量部分的转换系数当满足深度负反馈的条件,即 上式表明,在的条件下,变送器输出与输入之间的关系取决于测量部分和反馈部分的特性,而与放大器的特性几乎无关。如果转换系数C和反馈系数
2、F是常数,则变送器的输出与输入将保持良好的线性关系。时,上式变为 第三张,PPT共六十页,创作于2022年6月变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理传传传传感感感感器器器器的的的的作作作作用用用用是是是是基基基基于于于于各各各各种种种种自自自自然然然然规规规规律律律律和和和和基基基基础础础础效效效效应应应应的的的的前前前前提提提提下下下下,把把把把被被被被测测测测变变变变量量量量转转转转化化化化为为为为一一一一个个个个与与与与之之之之成成成成对对对对应应应应关系的便于传送的输出信号,如电压、电流、电阻、频率、位移、力等等。关系的
3、便于传送的输出信号,如电压、电流、电阻、频率、位移、力等等。关系的便于传送的输出信号,如电压、电流、电阻、频率、位移、力等等。关系的便于传送的输出信号,如电压、电流、电阻、频率、位移、力等等。但但但但由由由由于于于于传传传传感感感感器器器器的的的的输输输输出出出出信信信信号号号号种种种种类类类类很很很很多多多多,而而而而且且且且信信信信号号号号往往往往往往往往十十十十分分分分微微微微弱弱弱弱并并并并伴伴伴伴有有有有非非非非线线线线性性性性,因因因因此此此此,除除除除了了了了部部部部分分分分单单单单纯纯纯纯以以以以显显显显示示示示为为为为目目目目的的的的的的的的检检检检测测测测系系系系统统统统之
4、之之之外外外外,多多多多数数数数情情情情况况况况下下下下都都都都要要要要利利利利用用用用变变变变送送送送器器器器来来来来把把把把传传传传感感感感器器器器的的的的输输输输出出出出转转转转换换换换成成成成遵遵遵遵循循循循统统统统一一一一标标标标准准准准的的的的模模模模拟拟拟拟量量量量或或或或者者者者数数数数字字字字量量量量输输输输出出出出信信信信号号号号,送送送送到到到到显显显显示示示示装装装装置置置置以以以以指指指指针针针针、数数数数字字字字、曲曲曲曲线线线线等等等等形形形形式式式式把把把把被被被被测测测测量量量量显显显显示示示示出出出出来来来来,或或或或者者者者同同同同时时时时送送送送到到到到
5、控控控控制制制制器器器器对对对对其其其其实实实实现现现现控制。控制。控制。控制。变送器基本的输入输出特性变送器基本的输入输出特性变送器基本的输入输出特性变送器基本的输入输出特性对于一个检测系统来说,对于一个检测系统来说,对于一个检测系统来说,对于一个检测系统来说,传感器传感器传感器传感器和和和和变送器变送器变送器变送器可以是两个独立的环节,也可以是一个有机的整体。可以是两个独立的环节,也可以是一个有机的整体。可以是两个独立的环节,也可以是一个有机的整体。可以是两个独立的环节,也可以是一个有机的整体。但是,变送器的输入输出特性通常是指包括敏感元件和变送环节的整体特性,原因:但是,变送器的输入输出
6、特性通常是指包括敏感元件和变送环节的整体特性,原因:但是,变送器的输入输出特性通常是指包括敏感元件和变送环节的整体特性,原因:但是,变送器的输入输出特性通常是指包括敏感元件和变送环节的整体特性,原因:一是人们往往更关心检测系统的输出与被测物理量之间的对应关系,一是人们往往更关心检测系统的输出与被测物理量之间的对应关系,一是人们往往更关心检测系统的输出与被测物理量之间的对应关系,一是人们往往更关心检测系统的输出与被测物理量之间的对应关系,二二二二是是是是敏敏敏敏感感感感元元元元件件件件的的的的某某某某些些些些特特特特性性性性往往往往往往往往需需需需要要要要通通通通过过过过变变变变送送送送环环环环
7、节节节节进进进进行行行行处处处处理理理理和和和和补补补补偿偿偿偿以以以以提提提提高高高高测测测测量量量量精精精精度度度度,例例例例如如如如:线线线线性性性性化化化化处处处处理理理理、环境温度的补偿等等。环境温度的补偿等等。环境温度的补偿等等。环境温度的补偿等等。第四张,PPT共六十页,创作于2022年6月变送器基本的输入输出特性变送器基本的输入输出特性变送器基本的输入输出特性变送器基本的输入输出特性变送器的理想输入输出特性变送器的理想输入输出特性变送器的理想输入输出特性变送器的理想输入输出特性 yminymax0(xmin)xmaxyxx xmaxmax和和和和x xminmin分别为变送器测
8、量范围的上限值和下限值分别为变送器测量范围的上限值和下限值分别为变送器测量范围的上限值和下限值分别为变送器测量范围的上限值和下限值 y ymaxmax和和和和y yminmin分别为变送器输出信号的上限值和下限值分别为变送器输出信号的上限值和下限值分别为变送器输出信号的上限值和下限值分别为变送器输出信号的上限值和下限值对于模拟式变送器:对于模拟式变送器:对于模拟式变送器:对于模拟式变送器:y ymaxmax和和和和y yminmin即为统一标准信号的上限值和下限值即为统一标准信号的上限值和下限值即为统一标准信号的上限值和下限值即为统一标准信号的上限值和下限值对于智能式变送器:对于智能式变送器:
9、对于智能式变送器:对于智能式变送器:y ymaxmax和和和和y yminmin即为输出数字信号范围的上限值和下限值即为输出数字信号范围的上限值和下限值即为输出数字信号范围的上限值和下限值即为输出数字信号范围的上限值和下限值第五张,PPT共六十页,创作于2022年6月数字式变送器的构成原理数字式变送器的构成原理数字式变送器的构成原理数字式变送器的构成原理 x检测元件A/D转换CPU通信电路数字信号存储器一般形式一般形式x检测元件A/D转换CPU通信电路存储器D/A转换采用采用HART协议通信方式协议通信方式第六张,PPT共六十页,创作于2022年6月数字式数字式变送器软件部分变送器软件部分包括
10、包括:A/D采样程序采样程序 量程转换程序量程转换程序 工程量变换程序工程量变换程序 滤波程序滤波程序 误差校正程序误差校正程序 D/A输出程序输出程序 通讯程序通讯程序 辅助功能程序辅助功能程序数字变送器的数字变送器的数字变送器的数字变送器的软件组成软件组成软件组成软件组成第七张,PPT共六十页,创作于2022年6月二、变送器的一些共性问题1、量程调整 量程调整(即满度调整)的目的是使变送器的输出信号的上限值ymax(即统一标准信号的上限值)与测量范围的上限值xmax相对应。量程调整相当于改变输入输出特性的斜率,也就是改变变送器的输入信号y与被测变量x之间的比例系数。量程调整通常是通过改变反
11、馈系数F的大小来实现的。F大,量程就大;F小,量程就小。有些变送器还可以通过改变转换系数C来调整量程。xyxminxmaxyminymax第八张,PPT共六十页,创作于2022年6月量程调整的方法量程调整的方法量程调整的方法量程调整的方法 改变反馈部分的反馈系数改变反馈部分的反馈系数K Kf f 改变测量部分转换系数改变测量部分转换系数K Ki i 软件实现软件实现 模拟式变送器模拟式变送器数字式变送器数字式变送器 K Kf f K Ki 量程量程 量程量程 第九张,PPT共六十页,创作于2022年6月2、零点调整和零点迁移 零点调整和零点迁移的目的,都是使变送器输出信号的下限值ymin(即统
12、一标准信号的下限值)与测量范围的下限值xmin相对应。在xmin=0时,为零点调整;在xmin0时为零点迁移。也就是说,零点调整使变送器的测量起始点为零,而零点迁移则是把测量起始点迁移到某一数值(正值或负值)。当测量起始点由零变为某一正值,称为正迁移;反之,当测量起始点由零变为某一负值,称为负迁移。第十张,PPT共六十页,创作于2022年6月零点调整的方法零点调整的方法模拟变送器:调模拟变送器:调Z0数字变送器:软件数字变送器:软件y0 xmaxyminymax第十一张,PPT共六十页,创作于2022年6月 零点迁移后,变送器的输入输出特性沿x坐标向右或向左平移了一段距离,其斜率并没有改变,即
13、变送器的量程不变。进行零点迁移,再辅以量程调整,可以提高仪表的测量灵敏度。当测量的起始点由零变为某一正值,称为正迁移;当测量的起始点由零变为某一正值,称为正迁移;当测量的起始点由零变为某一负值,称为负迁移当测量的起始点由零变为某一负值,称为负迁移 零点调整使变送器的测量起始点为零零点调整使变送器的测量起始点为零零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值:xyxmaxyminymax0零点迁移的方法零点迁移的方法模拟变送器:调模拟变送器:调Z0数字变送器:软件数字变送器:软件xminxmaxxminxmax第十二张,PPT共六十页,创作于2022年6月3
14、 3、线性化线性化原因原因:传传感器组件的输出信号与被测参数之间往往存在着非线性关系感器组件的输出信号与被测参数之间往往存在着非线性关系模拟式变送器模拟式变送器模拟式变送器模拟式变送器非线性补偿方法非线性补偿方法:1.1.使反馈部分与传感器组件具有相同的非线性特性使反馈部分与传感器组件具有相同的非线性特性 数字式变送器数字式变送器数字式变送器数字式变送器非线性补偿方法非线性补偿方法:软件实现软件实现 2.使测量部分与传感器组件具有相反的非线性特性使测量部分与传感器组件具有相反的非线性特性第十三张,PPT共六十页,创作于2022年6月4 4 4 4、变送器信号传输变送器信号传输变送器信号传输变送
15、器信号传输 气动变送器:气动变送器:气动变送器:气动变送器:电动模拟式变送器:电动模拟式变送器:电动模拟式变送器:电动模拟式变送器:HARTHARTHARTHART通讯通讯通讯通讯协议方式协议方式协议方式协议方式 数字式变送器:数字式变送器:数字式变送器:数字式变送器:两根气动管线(气源和信号)两根气动管线(气源和信号)两根气动管线(气源和信号)两根气动管线(气源和信号)二线制二线制二线制二线制四线制四线制四线制四线制 双向双向双向双向全数字量传输信号全数字量传输信号全数字量传输信号全数字量传输信号(现场总线通信方式现场总线通信方式现场总线通信方式现场总线通信方式)第十四张,PPT共六十页,创
16、作于2022年6月二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号信号 二线制二线制 四线制四线制供电电源和输出信号分别用二根导线传输供电电源和输出信号分别用二根导线传输 RL四线制四线制变送器变送器Io电源二线制二线制变送器变送器RLErrIo电动模拟式变送器信号传输方式电动模拟式变送器信号传输方式电动模拟式变送器信号传输方式电动模拟式变送器信号传输方式 第十五张,PPT共六十页,创作于2022年6月节省连接电缆、有利于安全防爆和抗干扰节省连接电缆、有利于安全防爆和抗干扰 二线制变送器的条件:二线制变送器的条件:工作电流:工作电流:工作电压:工作电压:
17、二线制二线制二线制二线制二线制优点:二线制优点:目前大多数变送器均为二线制变送器目前大多数变送器均为二线制变送器目前大多数变送器均为二线制变送器目前大多数变送器均为二线制变送器 二线制二线制变送器变送器RLErrIo+V VT T第十六张,PPT共六十页,创作于2022年6月 变送器的正常工作电流变送器的正常工作电流 必须得等于或小于变送器输出电流的最小值必须得等于或小于变送器输出电流的最小值 。通常,二线制变送器的输出通常,二线制变送器的输出电流下限值为电流下限值为4mADC4mADC,在此条件下,变送器须能够正常工作。但,在此条件下,变送器须能够正常工作。但对于输出电流为对于输出电流为0-
18、10mADC0-10mADC的变送器,若也采用二线制,则在输出电流为零时,变送器的工的变送器,若也采用二线制,则在输出电流为零时,变送器的工作电流也为零。显然,凡输出电流采用作电流也为零。显然,凡输出电流采用0-10mADC0-10mADC的仪表是不能采用二线制的。的仪表是不能采用二线制的。在下列电压条件下,变送器能保持正常工作。在下列电压条件下,变送器能保持正常工作。式中式中 变送器输出端电压;变送器输出端电压;电源电压的最小值;电源电压的最小值;输出电流的上限值,输出电流的上限值,;变送器的最大负载电阻值;变送器的最大负载电阻值;连接导线的电阻值。连接导线的电阻值。由图由图3-73-7(a
19、 a)可以看出,变送器的输出端电压值可以看出,变送器的输出端电压值 等于电源电压值和输出电流在负等于电源电压值和输出电流在负载电阻载电阻 及传输导线电阻及传输导线电阻 上的压降之差,为保证变送器的正常工作,输出端电压值只上的压降之差,为保证变送器的正常工作,输出端电压值只允许在限定范围之内变化。如果负载电阻要增加,电源电压就需增大。允许在限定范围之内变化。如果负载电阻要增加,电源电压就需增大。变送器的最小有效功率变送器的最小有效功率P P为为第十七张,PPT共六十页,创作于2022年6月2.22.2差压变送器差压变送器差压变送器是将液体、气体或蒸汽的压力、流量、液位等工艺变量转换成统一的标准信
20、号,作为指示记录仪、调节器或计算机装置的输入信号,以实现对上述变量的显示、记录或自动控制。2、2、1力平衡式差压变送器(一)概述 力平衡式差压变送器的构成如下图所示。它包括测量部分、杠杆系统、位移检测放大器及电磁反馈机构。这类差压变送器是基于力矩平衡原理工作的,它是以电磁反馈力生产的力矩去平衡输入力生产矩。但这类变送器目前主要用于气动产品,电动杠杆式的变送器目前已经被淘汰。第十八张,PPT共六十页,创作于2022年6月DDZ-IIIDDZ-IIIDDZ-IIIDDZ-III型差压变送器型差压变送器 检测部分检测部分:P 输入力输入力Fi 杠杆系统杠杆系统:力的传递和力矩比较,生成位移信号力的传
21、递和力矩比较,生成位移信号 位移检测放大器位移检测放大器:位移位移 输出输出Io电磁反馈装置电磁反馈装置:输出输出反馈力反馈力FfP P膜盒膜盒膜盒膜盒F Fi i杠杆系统杠杆系统杠杆系统杠杆系统MM位移检测位移检测位移检测位移检测放大器放大器放大器放大器电磁反馈机构电磁反馈机构电磁反馈机构电磁反馈机构F Ff fI Io o第十九张,PPT共六十页,创作于2022年6月(1)(1)(1)(1)测量部分测量部分测量部分测量部分 作用:作用:把被测差压把被测差压P转换成转换成 作用于主杠杆下端的输入力作用于主杠杆下端的输入力Fi A1=A2=Ad Fi=Ad(P1-P2)=AdP Fi=A1P1
22、-A2P2因因:故故:第二十张,PPT共六十页,创作于2022年6月(2)(2)(2)(2)杠杆系统杠杆系统杠杆系统杠杆系统 进行力的传递和力矩比较进行力的传递和力矩比较 主杠杆主杠杆将将Fi转换为转换为F1 矢量机构矢量机构将将F1转换为转换为F2 副杠杆副杠杆将将F2产生的力矩与产生的力矩与Ff产生的力矩进行比较,产生的力矩进行比较,生成位移变化生成位移变化 第二十一张,PPT共六十页,创作于2022年6月 主杠杆主杠杆将将Fi转换为转换为F1F1作用于矢量机构上作用于矢量机构上 HF1Fil2l1第二十二张,PPT共六十页,创作于2022年6月 矢量机构矢量机构矢量机构矢量机构将输入力将
23、输入力F1转换为作用于副杠杆上的力转换为作用于副杠杆上的力F2(a)(b)第二十三张,PPT共六十页,创作于2022年6月 副杠杆副杠杆副杠杆副杠杆进行力矩的比较进行力矩的比较 F2产生的力矩产生的力矩Ff产生的力矩产生的力矩合力矩合力矩调零力调零力Fz产生的力矩产生的力矩最终的合力矩最终的合力矩最终的合力矩最终的合力矩第二十四张,PPT共六十页,创作于2022年6月(3)(3)(3)(3)电磁反馈装置电磁反馈装置电磁反馈装置电磁反馈装置 作作用用:把把变变送送器器的的输输出出电电流流I0转转换换成成作作用用于于副副杠杠杆的电磁反馈力杆的电磁反馈力Ff Ff =BDcWI0设设 Kf=BDcW
24、改改变变反反馈馈动动圈圈的的匝匝数数W,可以改变可以改变 Kf的大小的大小 反反馈馈动动圈圈1固固定定在在副副杠杠杆杆上上,且且处处于于永永久久磁磁钢钢2的的磁磁场场中中,可可在在其其中中左左右右移移动动。软软铁铁芯芯3和和永永久久磁磁钢钢2组组成成磁磁路路。软软铁铁芯芯使使环环形形气气隙隙中中形形成成均均匀匀的的辐辐射射磁磁场场,从从而而使使流流过过反反馈馈动动圈圈的的电电流流方方向向总总是是与与磁磁场场方方向向垂垂直直。当当变变送送器器的的输输出出电电流流过过反反馈馈动动圈圈时时,就就会会产产生生电电磁磁反反馈馈力力Ff。Ff与与变变送送器器输输出出电电流流I0之之间的关系为:间的关系为:
25、则则 Ff =KfI0 第二十五张,PPT共六十页,创作于2022年6月1-3短接、短接、2-4短接短接 W=W1=725匝 1-2短接短接 W=W1+W2=2175匝 可实现可实现3:1的量程调整的量程调整 W1=725匝,匝,W2=1450匝匝R11与与W1的直流电阻相同的直流电阻相同第二十六张,PPT共六十页,创作于2022年6月(4)(4)(4)(4)整机特性整机特性整机特性整机特性 第二十七张,PPT共六十页,创作于2022年6月Io mAPminPmax420P第二十八张,PPT共六十页,创作于2022年6月1.变送器的输出电流变送器的输出电流I0和输入信号和输入信号P之间呈线性关
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