自动检测技术与仪表控制系统-变送单元课件.ppt

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1、11.变送单元将各种过程参数等转换成相应的统一标准信号，以供系统显示或进行下一步的调整控制所用。是自动控制系统的首要环节和重要组成部分。按被测参数划分为压力变送器、差压变送器、温度变送器、流量变送器、液位变送器和湿度变送器等。主要内容：常用变送器工作原理常用变送器结构分析力矩平衡式原理桥式电路原理差动方式原理典型差压变送器—DDZ-Ⅱ型、DDZ-Ⅲ型和差动电容式典型温度变送器—DDZ-Ⅱ型、DDZ-Ⅲ型一、常用变送器结构分析其结构分为开环式和闭环式1.闭环模式：具有深度负反馈效应，其结构如图11.1.常用变送器工作原理测量环节：检

2、测被测量，并转换成放大环节所能接受的输入信号um—电压、电流、位移作用力等。其静态放大倍数为Km反馈环节：把变送器的输出信号y转换成相应的反馈信号uf，再送回输入端，um与调整环节的输出信号uo的代数和与反馈信号uf进行比较，其偏差送入放大环节进行放大，并转换成标准输出信号y，其静态放大倍数为Kf调整环节：进行零点调整和零点迁移。目的是使变送器输出的标准信号的下限ymin与测量范围的下限umin的下限值相对应。调整环节：在umin=0时进行的是零点调整，在umin≠0时是零点迁移。即零点调整是使变送器的测量起始点为0，而零点迁移则

3、把测量起始点由0迁移到某一值。当测量起始点由0变为某一正值时的迁移为正迁移；反之为负迁移。变送器的输入u与输出y之间存在如下的关系：由于K足够大，上式可简化为：因此调整环节的输出为负值时可实现正迁移，反之为正迁移。此时有：即此时变送器达到平衡工作状态（力矩或电平衡）变送器的输入输出关系仅取决于测量环节和反馈环节而与放大环节无关，当二者的静态放大倍数都是常数时，输入输出成线性关系，若Km不是常数，可以选择具有相同非线性特性的反馈环节补偿，达到线性化的目的。2.开环式结构如图11-2所示。采用力矩平衡方式进行工作的变送器，通常是借助矢

4、量机构或复合杠杆来完成平衡关系的。如图11-3所示。调整环节集成在放大环节中，简单，精度稳定性和可靠性比力平衡式变送器高。微小位移型压力变送器二、力矩平衡式原理Fi表示变送器的输入ui经转换环节变换后的等效力，F0表示起调零和零点迁移作用的等效力，Ff表示深度负反馈所形成的作用力。ε为杠杆的微小位移。（ε≈0）根据力矩平衡有：Fi*di+F0*d0≈Ff*df所以，基于力矩平衡式的变送器，其工作原理的核心就在于如何将各种信号转换成等效的力矩，并测量出这些力矩达到相对平衡时所产生的微小位移，以备变送器进行放大和后处理。主要用于差压变

5、送器中。1.典型的桥式应用电路如图，其中E表示电源，△V表示输出三、桥式电路原理当电桥达到平衡时，其输出为零即△V=0，此时：由于电桥自带电源E，当其工作在平衡状态附近，且外部负载电阻相对较大时，电桥对外部的输出电流很小可以忽略不计，因此此时可认为提供的是纯电动势△V。这是其能够应用到多数仪器仪表中的主要原因。2.平衡式电桥将变送器的调整环节和反馈环节和电桥有机结合，可形成电平衡式变送器。如图，将输入电动势信号与电桥的输出电动势进行叠加的方式。νi-输入电动势；νf-总的反馈电动势，经滑动电位器Wf调整变化为ν’f，因反馈电动势是

6、通过放大器的负相端引入电桥的，构成了负反馈模式；滑动电位器W0是起调零作用；ν0是调整环节引入的电动势这种原理主要应用在以热电偶为测温元件的温度变送器中。平衡时：主要应用在以热电阻为测温元件的温度变送器中。3.非平衡式电桥将被测电动势信号直接引入桥臂。平衡时：四、差动方式原理应用范围：开环模式的变送器—电容式或电感式差压变送器特点：可以补偿电感、电容、互感等测量时的固有非线性；为了保证差动方式的正常工作，使得作为测量环节的敏感元件由于其固有的特性要求而只能提供微小的变化范围。工作前提：由两个完全对称且性能相同的敏感元件组成。当被测

7、参数引起位移变化时，一个敏感元件的特性增加，而另一个敏感元件的特性则减少，且增加和减少量相同，方向相反以f表示位移量d与敏感元件输出e之间的函数关系，即考虑两个敏感元件特性的对称性，以d0表示敏感元件的初始状态，则有：测量环节的总输出为：由于这两个敏感元件是完全对称的，则其初始状态特性在上式中将得到抵消，从而简化为：-可见，无论敏感元件的特性是线性还是非线性的，均可在采用差动方式时得到自动抵消，从而提供线性特性的输入输出关系。差压变送器是将液体、气体或蒸汽的压力、流量、液位等变量转换成统一的标准信号，作为指示记录仪、调节器或计算机

8、装置的输入信号，以实现对变量的显示、记录或自动控制。11.2.典型差压变送器一、DDZ-Ⅱ型差压变送器原理：力平衡原理，以电磁反馈力产生的力矩去平衡输入力产生的力矩组成：双杠杆平衡机构和位移检测放大线路。前者将差压形成的力矩得到平衡，并传递形成杠杆