变送器和转换器.ppt
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1、第二章第二章 变送器和转换器变送器和转换器 变送器和转换器的作用是分别将各种工艺变量(如温度、压力、流量、液位)和电信号(如电压、电流、频率、气压信号等)转换成相应的统一标准信号。v第一节第一节变送器的构成变送器的构成v第二节第二节差压变送器差压变送器v第三节第三节温度变送器温度变送器v第四节第四节电电气转换器气转换器上一页上一页目录目录下一页下一页10755-83376489第一节第一节 变送器的构成变送器的构成一、构成原理一、构成原理二、量程调整、零点调整和零点迁移二、量程调整、零点调整和零点迁移一、构成原理变送器是基于负反馈原理工作的,其构成原理如图所示,它包括测量部分(既输入转换部分)
2、、放大器和反馈部分。上一页上一页目录目录下一页下一页20755-83376489一、构成原理、构成原理上一页上一页目录目录下一页下一页30755-83376489二、量程调整、零点调整和零点迁移二、量程调整、零点调整和零点迁移变送器涉及的另一个问题是量程、零点调整和零点漂移。1、量程调整、量程调整其目的是使变送器输出信号的上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应。相当于改变输入输出特性的斜率,也就是改变y与x的比例系数。量程调整通常是通过改变反馈系数F的大小来实现的。F大,量程就大。F小,量程就小。也有些变送器还可以通过改变转换系数c来调整量程。上一页上一页目录目录下一页下一页40755
3、-833764892、零点调整和零点迁移零点调整和零点迁移 使变送器的输出信号下限值ymiin与测量范围的下限值xmin相对应。在xmin=0时,称为零点调整;在xmin0时,称为零点迁移。由上图可知,零点迁移后变送器的输出特性沿x坐标向右或左平移,其斜率没有变,即变送器量程不变。进行零点迁移,在辅以量程调整,可提高仪表的测量灵敏度。上一页上一页目录目录下一页下一页50755-83376489第二节第二节 差压变送器差压变送器v一、力平衡式差压变送器一、力平衡式差压变送器v二、电容式差压变送器二、电容式差压变送器v三、扩散硅式差压变送器三、扩散硅式差压变送器差压变送器是将液体、气体或蒸汽的压力
4、、流量、液位等工艺量转换成统一的标准信号,作为只是记录仪、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。本节着重讨论普遍使用的力平衡式差压变送器和电容式差压变送器。上一页上一页目录目录下一页下一页60755-83376489一、力平衡式差压变送器一、力平衡式差压变送器(一)、概述概述(二)、工作原理和结构工作原理和结构(三)、低频位移检测放大器低频位移检测放大器(一)(一)、概述、概述力平衡式差压变送器包括测量部分、杠杆部分、位移检测放大器及电磁反馈机构。其构成方框图如下:上一页上一页目录目录下一页下一页70755-83376489工作原理:工作原理:是按力矩平衡原理工
5、作的。是按力矩平衡原理工作的。测量部分是将被测差压Pi转换成相应的输入力Fi,该力与电磁反馈机构输出的作用力Ff一起作用于杠杆系统,使杠杆系统产生微小的偏移,在经位移检测放大器转换成统一的直流电流输出信号。由于采用了深度负反馈,因而测量精度较高,而且保证了被测差压Pi和输出电流Io之间的线性关系。上一页上一页目录目录下一页下一页80755-83376489(二)(二)工作原理和结构工作原理和结构1、工作原理工作原理:根据图叙述其工作原理:被测差压信号P1、P2分别引入元件3的两侧,则Pi转换为Fi,该力作用于主杠杆的下端,使主杠杆以轴封膜片4为支点偏转,F1沿水平推动8。F1分解F2和F3,F
6、2带动14以M为支点逆时针偏转,此时12靠近差动变压器,使两者间气隙减小。检测片的位移变化量通过15转换为420mA的Io,作为输出。Io又流过16,产生Ff使副杠杆顺时针偏转,当Ff和Fi力矩平衡时,变送器状态稳定。上一页上一页目录目录下一页下一页90755-83376489由上述工作原理可画出其传输方框图:A-膜片有效面积L1、L2Fi、F1到主杠杆支点H的力臂L3、Lo、LfF2、Fo、Ff到副杠杆支点M的力臂L4检测片12到副杠杆支点M的距离tg矢量机构的力传递系数,为矢量角K1副杠杆力矩-位移转换系数Kf电磁反馈机构的电磁结构常数K2低频位移检测放大器位移-电流转换系数上一页上一页目
7、录目录下一页下一页100755-83376489在差压变送器的放大系数(K1K2)和反馈系数(LfKf)的乘积足够大时,当变送器处于稳定时,将满足力矩平衡关系:Mi+Mo=MfIo=KpPi+LoFo/LfKf上一页上一页目录目录下一页下一页110755-833764892.结构:结构:(具体各部结构及作用)检测检测部分部分:P 输入力Fi,组成:由高低压式膜盒、轴封膜片双膜片结构可减小温度的影响(双膜片受温度变化抵消)。膜盒内有充有硅油。工作过程工作过程:P作用膜盒上时,膜片2和硬心同时向右移动,迫使盒内硅油通过孔向右流动,并在连接片6上产生集中力Fi当Pi逐渐加大,超过额定差压时,膜片与机
8、座接触,起到单向过载保护作用。杠杆系统:杠杆系统:是变送器中机械传动和力矩平衡部分作用:使F1产生力矩与电磁反馈力Ff产生的力矩进行比较,再转化为检测片的位移。现分析其主要机构:上一页上一页目录目录下一页下一页120755-83376489、调零和零点迁移机构:调零和零点迁移机构:零点迁移:调节迁移弹簧来实现。调零:由调零弹簧来调整。迁移弹簧对杠杆施加一个迁移力Fo设Fo到主杠杆支点的距离为Lo,则有:上一页上一页目录目录下一页下一页130755-83376489、静压调整和过载保护装置:、静压调整和过载保护装置:产生原因:膜盒两侧的膜片有效面积不等。主杠杆、拉条等装配不正,会使主杠杆产生一个
9、附加力矩。消除方法:在主杠杆上安装一个静压调整装置。、平衡锤:、平衡锤:在副杠杆重心与支点M重合,从而提高了仪表的耐冲击,耐振动性能,而且仪表不垂直安装时也不影响精度。、矢量机构:、矢量机构:组成:由矢量板、推板组成。改变可改变差压变送器的量程。当仅用矢量机构调整量程时的量程比为:上一页上一页目录目录下一页下一页140755-833764893.电磁反馈机构电磁反馈机构作用是将输出电流Io转换成电磁反馈力Ff,此力作用于副杠杆,产生反馈力矩Mf,以便和测量部分产生的输入力矩Mi相平衡。反馈力Ff的大小为:Ff=KfIoKf是电磁结构常数,其值为:上一页上一页目录目录下一页下一页150755-8
10、3376489(三)(三)、低频位移检测放大器低频位移检测放大器作用:是将副杠杆上检测片的微小位移s转换成直流输出电流Io其原理线路图其原理线路图2-12如下页:如下页:其组成有:其组成有:差动变压器、低频振荡器、整流滤波差动变压器、低频振荡器、整流滤波及功率放大器功率放大器。1、差动变压器差动变压器2、低频振荡器低频振荡器3、安全火花防爆安全火花防爆上一页上一页目录目录下一页下一页160755-83376489上一页上一页目录目录下一页下一页170755-833764891、差动变压器差动变压器 差动变压器是由检测片(衔铁)、上、下罐形磁芯和四组线圈构成。如图2-13所示,其作用是将检测片的
11、位移s转换成相应的电压信号uCD上一页上一页目录目录下一页下一页180755-83376489讨论:讨论:当s=/2 时e2=e2UCD=e2-e2=0差动变压器变压器输出当se2 UCD=e2-e20此时UCD与UAB同相当s/2 时,因差动变压器,上半部磁路磁阻增大互感减小 e2e2 UCD=e2-e20此时UCD与UAB反相。上一页上一页目录目录下一页下一页190755-833764892、低频振荡器低频振荡器低频放大器由振荡器振荡器、整流滤波整流滤波、及功率放大器功率放大器三部分组成。、振荡器振荡器线路图如右图:由LAB、C4构成的并联振荡回路的固有频率也就是低频振荡器的振荡频率。上一
12、页上一页目录目录下一页下一页200755-83376489振荡的振幅条件:即振荡的振幅条件:即KF=1检测片位移S与振荡器输出电压UAB之间的关系:如下图,说明振荡器的放大特性是非线形的,而反馈特性在铁芯未饱和的情况下是线形的。两条线的交点p即为稳定后的工作点,p点对应的uAB就是振荡器的输出电压。上一页上一页目录目录下一页下一页210755-83376489、整流滤波整流滤波振荡器的输出电压UAB经二极管VD4整流以及通过电阻R8、R9和电容C5滤波得到平滑的直流电压信号,再送至功放级。整流滤波电路并联在LAB、C4回路的两端,因此它的总阻抗不能太小,否则将要影响振荡器的工作。上一页上一页目
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