讲得最透彻的电容式差压变送器原理(带图)ppt课件

我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第六节第六节电容式差压变送器电容式差压变送器一、有关变送器的常识一、有关变送器的常识变送器是现场仪表，其输变送器是现场仪表，其输出信号送至控制室中，而出信号送至控制室中，而它的供电又来自控制室。它的供电又来自控制室。变送器的信号传送和供电变送器的信号传送和供电方式通常有如下两种方式通常有如下两种：1 1 四线制传输四线制传输 供供电电电电源源和和输输出出信信号号分分别别用用两两根根导导线线传传输输，如如右右图图所所示示。图图中中的的变变送送器器称称为为四线制变送器。四线制变送器。第六节电容式差压变送器一、有关变送器的常识变送器是现场1我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 由由于于电电源源与与信信号号分分别别传传送送，因因此此对对电电流流信信号号的的零零点点及及元元器器件件的的功功耗耗无无严严格格要要求求。在在该该传传输输方方式式中中，若若变变送送器器的的一一个个输输出出端端与与电电源源装装置置的的负负端端相相连连，也也就就成成了了三三线线制制传传输。输。2 2 两线制传输两线制传输 变变送送器器与与控控制制室室之之间间仅仅用用两两根根导导线线传传输输。这这两两根根导导线线既既是是电电源源线线，又又是是信信号号线线，如如右右图图所所示示。图图中中的的变变送送器器称称为两线制变送器。为两线制变送器。由于电源与信号分别传送，因此对电流信号的零点及元器件的功2我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 采采用用两两线线制制变变送送器器不不仅仅可可节节省省大大量量电电缆缆线线和和安安装装费费用用，而而且且有有利利于于安安全全防防爆爆。因因此此这这种种变变送送器器得得到到了了较快的发展。较快的发展。要要实实现现两两线线制制变变送送器器，必必须须采采用用活活零零点点的的电电流流信信号号。由由于于电电源源线线和和信信号号线线公公用用，电电源源供供给给变变送送器器的的功功率率是是通通过过信信号号电电流流提提供供的的。在在变变送送器器输输出出电电流流为为下下限限值值时时，应应保保证证它它内内部部的的半半导导体体器器件件仍仍能能正正常常工工作作。因因此此，信信号号电电流流的的下下限限值值不不能能过过低低。国国际际统统一一电电流流信信号号采采用用4 42OmA(DC)2OmA(DC)，为为制制作作两两线线制制变变送送器器创创造造了了条件。条件。采用两线制变送器不仅可节省大量电缆线和安装费用，而且有利3我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物许多模拟变送器的构成方框图许多模拟变送器的构成方框图见右图，它包括见右图，它包括测量部分测量部分（即输入转换部分）、放大（即输入转换部分）、放大器和反馈部分。测量部分用器和反馈部分。测量部分用以检测被测参数以检测被测参数x,x,并将其转并将其转换成能被放大器接受的输入换成能被放大器接受的输入信号信号z zi i(电压、电流、位移、电压、电流、位移、作用力或力矩等信号作用力或力矩等信号)。反馈。反馈部分则把变送器的输出信号部分则把变送器的输出信号y y转换成反馈信号转换成反馈信号z zf f，再回送至，再回送至输入端。输入端。z zi i与调零信号与调零信号z z0 0的代的代数和同反馈信号数和同反馈信号z zf f进行比较，进行比较，其差值其差值 送入放大器进放大，送入放大器进放大，并转换成标准输出信号并转换成标准输出信号y y。3许多模拟变送器的构成原理许多模拟变送器的构成原理许多模拟变送器的构成方框图见右图，它包括测量部分（即4我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 由由下图可以求得变送器输出与输入之间的关系为下图可以求得变送器输出与输入之间的关系为:式中，式中，K K放大器的放大系数；放大器的放大系数；F F反馈部分的反馈系数；反馈部分的反馈系数；C C测量部分的转换系数。测量部分的转换系数。当当满满足足深深度度负负反反馈馈的的条条件件，即即KFlKFl时时，上上式式变变为为:上上式式表表明明，在在KFlKFl的的条条件件下下，变变送送器器输输出出与与输输入入之之间间的的关关系系取取决决于于测测量量部部分分和和反反馈馈部部分分的的特特性性，而而与与放放大大器器的的特特性性几几乎乎无无关关。如如果果转转换换系系数数C C和和反反馈馈系系数数F F是是常常数数，则则变变送送器的输出与输入将保持良好的线性关系。器的输出与输入将保持良好的线性关系。由下图可以求得变送器输出与输入之间的关系为:5我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 变变送送器器的的输输入入输输出出特特性性示示于于右右图图，x xmaxmax和和x xminmin分分别别为为被被测测参参数数的的上上限限值值和和下下限限值值，也也即即变变送送器器测测量量范范围围的的上上、下下限限值值 (图图中中x xminmin=0),y=0),ymaxmax和和y yminmin分分别别为为输输出出信信号号的的上上限限值值和和下下限限值值。它它们们与与统统一一标标准准信信号的上、下限值相对应。号的上、下限值相对应。4 4 量程调整、零点调整和零点量程调整、零点调整和零点迁移迁移变送器涉及的另一个共性问变送器涉及的另一个共性问题是量程、零点调整和零点题是量程、零点调整和零点迁移。迁移。变送器的输入输出特性示于右图，xmax和xmin分别为被6我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物(1)(1)量程调整量程调整 量程调整量程调整 (即满度调整即满度调整)的的目的是使变送器输出信号的目的是使变送器输出信号的上限值上限值y ymaxmax与测量范围的上限与测量范围的上限值值x xmaxmax相对应。即当相对应。即当x=xx=xmaxmax时，时，使使y=yy=ymaxmax。量程调整通常是通。量程调整通常是通过改变反馈系数过改变反馈系数F F的大小来实的大小来实现的。现的。F F大，量程就大；大，量程就大；F F小，小，量程就小。有些变送器还可量程就小。有些变送器还可以通过改变转换系数以通过改变转换系数C C来调整来调整量程。量程。(1)量程调整7我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物(2)零点调整和零点迁移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的下限值ymin与测量范围的下限值与测量范围的下限值xmin相对应。即当相对应。即当x=xmin时，使时，使y=ymin。在。在xmin=0时，为零点调整时，为零点调整,在在xmin不等于时，为零点迁移。也就是说，零点调整使变送不等于时，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器的测量起始点为零，而零点迁移则是把测量起始点由零迁移到某一数值由零迁移到某一数值(正值或负值正值或负值)。(2)零点调整和零点迁移8我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 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。当测量起始点由零变为某一负值，称为负迁移。变送器零点调整和零点迁移可通过改变调零信号变送器零点调整和零点迁移可通过改变调零信号z z0 0的大的大小来实现。当小来实现。当z z0 0为负时可实现正迁移；而当为负时可实现正迁移；而当z z0 0为正时则为正时则可实现负迁移。可实现负迁移。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9我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 二、电容式差压变送器二、电容式差压变送器 (见教材见教材P142P142P146)P146)电容式差压变送器是没有杠杆机构的变送器，它采用电容式差压变送器是没有杠杆机构的变送器，它采用差动电容作为检测元件，整个变送器无机械传动、调差动电容作为检测元件，整个变送器无机械传动、调整装置，并且测量部分采用全封闭焊接的固体化结构，整装置，并且测量部分采用全封闭焊接的固体化结构，因此仪表结构简单，性能稳定、可靠，且具有较高的因此仪表结构简单，性能稳定、可靠，且具有较高的精度。精度。一个典型的变送器的主要性能指标如下：一个典型的变送器的主要性能指标如下：（1）基本误差）基本误差有有 0.25%，0.35%，0.5%三三种；种；（2）输出信号）输出信号420mA(DC)(两线制两线制)（3）负载电阻）负载电阻0600（在（在24V(DC)供电时），供电时），01650（在（在45V(DC)供电时）。供电时）。（4）电源电压）电源电压1245V(DC),一般为一般为24V(DC)。二、电容式差压变送器一个典型的变送器的主要性能指标如下：10我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高压侧高压侧进气口进气口低压侧低压侧进气口进气口电子线电子线路位置路位置内部不锈钢膜片的位置内部不锈钢膜片的位置各种电容式压力变送器外形图各种电容式压力变送器外形图高压侧进气口低压侧进气口电子线路位置内部不锈钢膜片的位置各种11我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物各种电容式压力变送器外形图各种电容式压力变送器外形图各种电容式压力变送器外形图12我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物法兰法兰各种电容式压力变送器外形图各种电容式压力变送器外形图法兰各种电容式压力变送器外形图13我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 变送器包括测量部分和转换放大电路两部分，其构成方框变送器包括测量部分和转换放大电路两部分，其构成方框如图所示。输入差压如图所示。输入差压 p pi i作用于测量部分的感压膜片，使作用于测量部分的感压膜片，使其产生位移，从而使感压膜片（即可动电极）与两固定电其产生位移，从而使感压膜片（即可动电极）与两固定电极所组成的差动电容器之电容量发生变化。此电容变化量极所组成的差动电容器之电容量发生变化。此电容变化量由电容由电容电流转换电路转换成电流信号，电流信号与调零电流转换电路转换成电流信号，电流信号与调零信号的代数和同反馈信号进行比较，其差值送入放大电路，信号的代数和同反馈信号进行比较，其差值送入放大电路，经放大得到整机的输出电流经放大得到整机的输出电流I I0 0。变送器包括测量部分和转换放大电路两部分，其构成方框如图14我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（一）测量部分（部件）（一）测量部分（部件）测测量量部部分分的的作作用用是是把把被被测测差差压压 p pi i转转换换成成电电容容量量的的变变化化。它它由由正正、负负压压测测量量室室和和差差动动电电容容检检测测元元件件（膜膜盒）等部分组成，其结构如图所示。盒）等部分组成，其结构如图所示。差差动动电电容容检检测测元元件件包包括括中中心心感感压压膜膜片片1111，(即即可可动动电电极极)，正正、负负压压侧侧弧弧形形电电极极1212、1010（即即固固动动电电极极)，电电极极引引线线1 1、2 2、3 3，正正、负负压压侧侧隔隔离离膜膜片片1414、8 8和和基基座座1313、9 9等等。在在检检测测元元件件的的空空腔腔内内充充有有硅硅油油，用用以以传传递递压压力力。感感压压膜膜片片和和其其两两边边的的正正负负压压侧侧弧弧形形电电极极形形成成电电容容C Ci1i1和和C Ci2i2。无无差差压压输输入入时时，C Ci1i1=C=Ci2i2，其其电电容容量量约为约为15015017OpF17OpF。（一）测量部分（部件）15我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物讲得最透彻的电容式差压变送器原理(带图)ppt课件16我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物电容式差压变送器测量部件电容式差压变送器测量部件1-1-隔离膜片；隔离膜片；2 2，7-7-固定弧形电极；固定弧形电极；3-3-硅油；硅油；4-4-测量测量膜片；膜片；5-5-玻璃层；玻璃层；6-6-底座底座电容式差压变送器测量部件1-隔离膜片；2，7-固定弧形电极；17我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 当被测差压当被测差压 p pi i通过正、负通过正、负压侧导压口引入正、负压室，压侧导压口引入正、负压室，作用于正、负压侧隔离膜片作用于正、负压侧隔离膜片上时，迫使硅油向右移动，上时，迫使硅油向右移动，将压力传递到中心感压膜片将压力传递到中心感压膜片的两侧，使膜片向右产生微的两侧，使膜片向右产生微小位移小位移 S S，如图所示。输入，如图所示。输入差压差压 p pi i与中心感压与中心感压膜片位膜片位移移 S S的关系可表示为：的关系可表示为：S S =K=K1 1 p pi i 式中式中K Kl l为由膜片材料特性和为由膜片材料特性和结构参数所确定的系数。结构参数所确定的系数。当被测差压pi通过正、负压侧导压口引入正、负压室，作18我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物设中心感压膜片与两边固定电极之间的距离分别为设中心感压膜片与两边固定电极之间的距离分别为S S1 1和和S S2 2 。当被测差压。当被测差压 p pi i=0=0时，时，中心感压膜片与两边固中心感压膜片与两边固定电极之间的距离相等。设其间距为定电极之间的距离相等。设其间距为S SO O，则，则S S1 1=S=S2 2=S=S0 0。当被测差压当被测差压 p pi i不等于不等于0 0时，中心感压时，中心感压膜片产生位移膜片产生位移 S S。此时有此时有：S S1 1=S=S0 0+S S，S S2 2=S=S0 0-S S若不考虑边缘电场的影响，若不考虑边缘电场的影响，感压膜片与两边固定电极感压膜片与两边固定电极构成的电容构成的电容C Ci1i1和和C Ci2i2，可近似地看成是平板电容器。，可近似地看成是平板电容器。其电容量分别为其电容量分别为：C Ci1i1=A/(A/(S S0 0+S)S)C Ci2 i2=A/(A/(S S0 0-S)S)式中式中 为极板间介质的介电常数；为极板间介质的介电常数；A A为固定极板的面积。为固定极板的面积。设中心感压膜片与两边固定电极之间的距离分别为S1和S219我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 经过数学推导得出：经过数学推导得出：(C(Ci2i2-C-Ci1i1)/(C)/(Ci2i2+C+Ci1i1)=S/S/S S0 0=K=K2 2 S S K K2 2=1/S=1/S0 0上式表明：上式表明：(a)(a)差动电容的相对变化量差动电容的相对变化量(C(Ci2i2-C-Ci1i1)/(C)/(Ci2i2+C+Ci1i1)与与 S S 成线性关系，因此转换放大部分应将这一相对变化值成线性关系，因此转换放大部分应将这一相对变化值变换为直流电流信号。变换为直流电流信号。(b)(C(b)(Ci2i2-C-Ci1i1)/(C)/(Ci2i2+C+Ci1i1)与与介电常数介电常数 无关。这一点非无关。这一点非常重要，因为常重要，因为 是随温度变化的，现是随温度变化的，现 不出现在式中，不出现在式中，无疑可大大减小温度对变送器的影响。无疑可大大减小温度对变送器的影响。(c)(c)(C(Ci2i2-C-Ci1i1)/(C)/(Ci2i2+C+Ci1i1)与与S S0 0有关。有关。S S0 0愈小，愈小，差动电容差动电容的相对变化量愈大，即灵敏度愈高。的相对变化量愈大，即灵敏度愈高。(C(Ci2i2-C-Ci1i1)/(C)/(Ci2i2+C+Ci1i1)=K)=K1 1K K2 2 p pi i经过数学推导得出：(Ci2-Ci1)/(Ci2+20我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 应当指出，在上述的讨论中，并没有考虑到分布电应当指出，在上述的讨论中，并没有考虑到分布电容的影响。事实上，由于分布的电容容的影响。事实上，由于分布的电容C C0 0的存在，的存在，差动差动电容的相对变化量变为电容的相对变化量变为：分布电容的存在将会给变送器带来非线性误差，为分布电容的存在将会给变送器带来非线性误差，为了保证仪表的精度，应在转换电路中加以克服。了保证仪表的精度，应在转换电路中加以克服。（二）转换和放大电路（二）转换和放大电路转换和放大电路的作用是将上述差动电容的相对变化转换和放大电路的作用是将上述差动电容的相对变化转换成标准的电流输出信号。此外，还要实现零点调转换成标准的电流输出信号。此外，还要实现零点调整、正负迁移、量程调整、阻尼调整等功能。其原理整、正负迁移、量程调整、阻尼调整等功能。其原理框图如下页图所示。框图如下页图所示。应当指出，在上述的讨论中，并没有考虑到分布电容的影响。事21我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物转换放大电路原理框图转换放大电路原理框图转换放大电路原理框图22我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 该该电电路路包包括括电电容容-电电流流转转换换电电路路及及放放大大电电路路两两部部分分。它它们们分分别别由由振振荡荡器器、解解调调器器、振振荡荡控控制制放放大大器器以以及及前前置置放放大大器器、调调零零与与零零点点迁迁移移电电路路、量量程程调调整整电电路路 (负负反反馈馈电电路路)、功放与输出限制电路等组成。、功放与输出限制电路等组成。差差动动电电容容器器Ci1Ci1、Ci2Ci2由由振振荡荡器器供供电电，经经解解调调 (即即相相敏敏整整流流)后后，输输出出两两组组电电流流信信号号：一一组组为为差差动动信信号号；另另一一组组为为共共模模信信号号。差差动动信信号号随随输输入入差差压压 pipi而而变变化化，此此信信号号与与调调零零及及调调量量程程信信号号(即即反反馈馈信信号号)迭迭加加后后送送入入运运算算放放大大器器IC3,IC3,再再经经功功放放和和限限流流得得到到4 42OmA2OmA的的输输出出电电流流。共共模模信信号号与与基基准准电电压压进进行行比比较较，其其差差值值经经IC1IC1放放大大后后，去去作作为为振振荡荡器器的的供供电电，从从而而使使共共模模信信号号保保持持不不变变。下下面面的的分分析析将将证证实实，当当共共模模信信号号为为常常数数时时，能能保保证证差差动动信信号号与与输输入入差差压压之之间间成成单单一一的的比比例例关关系系。转转换换放放大大部部分分的的完完整整电电路路图最后给出。图最后给出。该电路包括电容-电流转换电路及放大电路两部分。它们分别由23我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1 1、电容、电容电流转换电路电流转换电路 电电容容-电电流流转转换换电电路路的的功功能能是是将将差差动动电电容容的的相相对对变变化化值值成成比比例例地地转转换换为为差差动动电电流信号流信号 (即电流变化值即电流变化值)。(1)(1)振振荡荡器器 振振荡荡器器用用来来向向差差动动电电容容C Ci1i1、C Ci2i2提提供供高高频频电电流流，它它由由晶晶体体管管BGBG1 1、变变压压器器T T1 1及及一一些些电电阻阻、电电容容组组成成。振振荡荡器器电电路路如如右右图图所所示示。在在电电路路设设计计时时，只只要要适适当当选选择择电电路路元元件件的的参参数，便可满足振荡条件。数，便可满足振荡条件。振荡器原理图振荡器原理图1、电容电流转换电路振荡器原理图24我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物(2)解调和振荡控制电路解调和振荡控制电路这部分电路包括解调器和振荡控制放大器。前者主要这部分电路包括解调器和振荡控制放大器。前者主要由二极管由二极管D1D8构成，后者即为集成运算放大器构成，后者即为集成运算放大器ICIC1 1。电路原理见下页图。电路原理见下页图。振荡器由放大器振荡器由放大器ICIC1 1的输出电压的输出电压V Vo1o1供电，从而使供电，从而使ICIC1 1能能控制振荡器的输出幅度。控制振荡器的输出幅度。(2)解调和振荡控制电路这部分电路包括解调器和振荡控制放大25我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 解调和振荡控制电路图解调和振荡控制电路图i2i1解调和振荡控制电路图i2i126我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 图中图中R Ri i为并在电容为并在电容C C1111两端的等效电阻。两端的等效电阻。V VR R是运算放大是运算放大器器ICIC2 2的输出电压。由电路总图可知，此电压是稳定不的输出电压。由电路总图可知，此电压是稳定不变的，它作为变的，它作为ICIC1 1输入端的基准电压源。输入端的基准电压源。ICIC1 1的输出电的输出电压压V Vo1o1作为振荡器的电源电压。变压器作为振荡器的电源电压。变压器T T1 1的三个绕组的三个绕组 (L(L1-121-12、L L2-112-11、L L3-103-10)分别与一些二极管和差动电容串接分别与一些二极管和差动电容串接在电路中。由于差动电容器的容量很小，其值远远小在电路中。由于差动电容器的容量很小，其值远远小于于C C1111和和C C1717,因此在振荡器输出幅度恒定的情况下，通因此在振荡器输出幅度恒定的情况下，通过过C Ci1i1和和C Ci2i2的电流的大小，主要取决于这两个电容的容的电流的大小，主要取决于这两个电容的容量。量。（i i）解调器）解调器 它用于对差动电容它用于对差动电容C Ci1i1和和C Ci2i2的高频电流进行半波整流。的高频电流进行半波整流。图中Ri为并在电容C11两端的等效电阻。VR是运算放大器27我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物当振荡器输出为负半周时，即同名端为负时，当振荡器输出为负半周时，即同名端为负时，D1、D5和和D4、D8导通而导通而D2、D6和和D3、D7截止，线圈截止，线圈L1-12产生的电产生的电压经如下路径形成电流压经如下路径形成电流i 2:L2-11D2、D6Ci2C17Ri C11L2-11当振荡器输出为正半周时，即同名端为正时，当振荡器输出为正半周时，即同名端为正时，D2、D6和和D3、D7导通而导通而D1、D5和和D4、D8截止，线圈截止，线圈L2-11产生的电产生的电压经如下路径形成电流压经如下路径形成电流i2：L3-10D3、D7Ci1C17R6 R8L3-10同时线圈同时线圈L3-10产生的电压经如下路径形成电流产生的电压经如下路径形成电流i1:L L1 1-12 12 R R7 7 R R9 9 C C17 17 C Ci2 i2 D D1 1、D D5 5L L1-121-12L L2 2-11 11 R Ri i C C1111 C C17 17 C Ci1 i1 D D4 4、D D8 8 L L2-112-11同时线圈同时线圈L2-11产生的电压经如下路径形成电流产生的电压经如下路径形成电流i 1:当振荡器输出为负半周时，即同名端为负时，D1、D5和D4、D28我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物讲得最透彻的电容式差压变送器原理(带图)ppt课件29我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 根据电路条件，差动电容的电容量很小，即它们的阻根据电路条件，差动电容的电容量很小，即它们的阻抗较大，其它电阻和电容的阻抗相对来说可忽略不计。抗较大，其它电阻和电容的阻抗相对来说可忽略不计。设线圈设线圈L L2 2-1111、L L3 3-1010、L L1-121-12电压的峰值为电压的峰值为U Um m，通过，通过C Ci1i1和和C Ci2i2的电流的峰值分别为的电流的峰值分别为I ICi2Ci2、I ICi1Ci1：半波整流的平均电流公式为半波整流的平均电流公式为I I整整=KI=KIm m=I=Im m/I ICi2Ci2=C Ci2i2U Um m I ICi1Ci1=C Ci1i1U Um m 为振荡角频率。为振荡角频率。根据电路条件，差动电容的电容量很小，即它们的阻抗较大，其30我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 这样半波整流电流分别为这样半波整流电流分别为 I I2 2=C Ci2i2U Um m/I I1 1=C Ci1i1U Um m/I I 2 2=C Ci2i2U Um m/I I 1 1=C Ci1i1U Um m/（波形对称的情况（波形对称的情况下）下）I I2 2=I=I 2 2 I I1 1=I=I 1 1 (I(I2 2-I-I1 1)/(I)/(I2 2+I+I1 1)=)=(C(Ci2i2-C-Ci1i1)/(C)/(Ci2i2+C+Ci1i1)流过流过R Ri i C C1111的电流为的电流为 I Ii i=I=I2 2-I-I1 1=(I=(I2 2+I+I1 1)(C(Ci2i2-C-Ci1i1)/(C)/(Ci2i2+C+Ci1i1)只要保持只要保持I I2 2+I+I1 1为定值，差动电容的相对变化量就正比于为定值，差动电容的相对变化量就正比于I Ii i。如何保持。如何保持I I2 2+I+I1 1为定值呢？这就是振荡控制放大器的为定值呢？这就是振荡控制放大器的作用。作用。这样半波整流电流分别为I2=Ci2Um/31我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（iiii）振荡控制放大器）振荡控制放大器ICIC1 1的作用就是使流过的作用就是使流过D D3 3、D D7 7和和D D1 1、D D5 5的电流之和的电流之和I I1 1+I+I2 2等于常数。由前图可知，等于常数。由前图可知，ICIC1 1的输入端接受两个电压信的输入端接受两个电压信号：一个是基准电压号：一个是基准电压V VR R在在R R9 9和和R R8 8上的压降；另一个是上的压降；另一个是I I1 1+I+I2 2在在R R6 6/R/R8 8和和R R7 7/R/R9 9上的压降。这两个电压信号之差上的压降。这两个电压信号之差送入送入ICIC1 1，经放大得到，经放大得到V Vo1o1，去控制振荡器。当，去控制振荡器。当ICIC1 1为理为理想运算放大器时，由想运算放大器时，由ICIC1 1、振荡器、及解调器一部分电、振荡器、及解调器一部分电路所构成的深度负反馈电路，使放大器输入端的两个路所构成的深度负反馈电路，使放大器输入端的两个电压信号近似相等，即电压信号近似相等，即 （ii）振荡控制放大器IC1的作用就是使流过D3、D7和D32我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物据此可求得据此可求得I1+I2的数值。的数值。从电路分析可知，这两个电压信号的关系式分为：从电路分析可知，这两个电压信号的关系式分为：因因R6=R9，R7=R8，故上两式可分别简化为，故上两式可分别简化为据此可求得I1+I2的数值。33我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 由于 可求得 上式中的R6、RR、R9和VR均恒定不变，故I1+I2为一常数。令 故由于34我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（iii)iii)线性调整电路线性调整电路 由于差由于差动电容容检测元件中分布元件中分布电容的存在，将造成非容的存在，将造成非线性性误差。差。由由前前可知，分布可知，分布电容将使差容将使差动电容的相容的相对变化化值减小，减小，从而使从而使I Ii i偏小。偏小。为克服克服这一一误差，在差，在电路中路中设计了了线性性调整整电路。路。该电路通路通过提高振提高振荡器器输出出电压幅度以幅度以增大解增大解调器器输出出电流的方法，来流的方法，来补偿分布分布电容所容所产生生的非的非线性。性。调整整电路由路由D D9 9、D D1010、C C3 3、R R2222、R R2323、W W1 1等元等元件件组成。成。现将将这一一电路画成如下路画成如下图所示的原理所示的原理简图，进行分析。行分析。（iii)线性调整电路35我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 绕组绕组3-103-10和绕组和绕组1-121-12输出的输出的高频电压经高频电压经D9、D10整流，整流，在在R22、W1、R23上形成直上形成直流压降流压降(即调整电压即调整电压)。因。因R22=R23，故当，故当Rw1=0时，绕时，绕组组3-103-10和绕组和绕组1-121-12回路在回路在振荡器正、负半周内所呈振荡器正、负半周内所呈现的电阻相等，所以现的电阻相等，所以V Vi3i3=0=0，无补偿作用。当，无补偿作用。当Rw100时，两绕组回路在振荡器时，两绕组回路在振荡器正、负半周内所呈现的电正、负半周内所呈现的电阻不相等，所以阻不相等，所以V Vi3i300，V Vi3i3的方向如图中所示。的方向如图中所示。绕组3-10和绕组1-12输出的高频电压经D9、D10整36我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 该调整电压作用于该调整电压作用于IC1，使使IC1的输出电位降低，的输出电位降低，振荡器的供电电压增加，振荡器的供电电压增加，从而使振荡器的振荡幅从而使振荡器的振荡幅度增大，提高了度增大，提高了Ii，这样，这样就补偿了分布电容所造就补偿了分布电容所造成的误差。补偿电压大成的误差。补偿电压大小取决于小取决于W1的阻值，的阻值，Rw1大，则补偿作用强。大，则补偿作用强。该调整电压作用于IC1，使IC1的输出电位降低，振荡器的37我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2、放大及输出限制电路放大及输出限制电路 这这部部分分电电路路的的功功能能是是将将电电流流信信号号Ii放放大大，并并输输出出4 420mA20mA的的直直流流电电流流。此此外外，还还要要实实现现零零点点调调整整、正正负负迁迁移移、量量程程调调整整、阻阻尼尼调调整整等等功功能能。其其电电路路原原理理如如下下图图所示。所示。(1)(1)放大电路放大电路 放放大大电电路路主主要要由由集集成成运运算算放放大大器器IC3和和晶晶体体管管BG3、BG4等等组组成成。IC3起起前前置置放放大大作作用用，BG3和和BG4组组成成复复合合管管，将将IC3的的输输出出电电压压转转换换为为变变送送器器的的输输出出电电流流。电电阻阻R31、R33、R34和和电电位位器器W3组组成成反反馈馈电电阻阻网网络络，输输出出电电流流I0经经这这一一网网络络分分流流，得得到到反反馈馈电电流流If，它它送送至至放放大大器器的的输输入入端端，构构成成深深度度负负反反馈馈，从从而而保保证证了了I0与与Ii之间的线性关系。之间的线性关系。2、放大及输出限制电路38我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物讲得最透彻的电容式差压变送器原理(带图)ppt课件39我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 电电路路中中W2为为调调零零电电位位器器，用用以以调调整整输输出出零零位位。K K为为正正、负负迁迁移移调调整整开开关关，开开关关拨拨至至相相应应位位置置，可可实实现现变变送送器器的的正正向向或或负负向向迁迁移移。W3为为调调量量程程电电位位器器，用用以以调调整整变变送器的量程。送器的量程。现对放大器的输入输出关系作进一步的分析。由图可现对放大器的输入输出关系作进一步的分析。由图可知，知，IC3反相输入端的电压反相输入端的电压(即即A A点的电压点的电压),),是由是由DW1的的稳定电压通过稳定电压通过R10和和R13、R14分压所得。该电压使分压所得。该电压使IC3输输入端的电位在共模输入电压范围内，以保证运算放大入端的电位在共模输入电压范围内，以保证运算放大器能正常工作。器能正常工作。IC3同相输入端的电压同相输入端的电压VT(即即B B点的电压点的电压VB)是由三个电压信号叠加而成的：是由三个电压信号叠加而成的：电路中W2为调零电位器，用以调整输出零位。K为正、负迁移40我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 一一个个是是解解调调器器的的输输出出电电流流Ii在在B B点点产产生生的的电电压压Vi；第第二二个个是是调调零零电电路路在在B B点点产产生生的的调调零零电电压压V0；第第三三个个是是调调量量程程电电路路(即即负负反反馈馈电电路路)的的反反馈馈电电流流If在在B B点点产产生生的的电电压压Vf。设设Ri为为并并在在电电容容C11两两端端的的等等效效电电阻阻(参参见见下下图图)，则则Vi=-RiIi。Vi为为负负值值，是是由由于于C11上上的的压压降降为为上上正正下下负负(参见上图参见上图)，即，即B B点的电位随点的电位随Ii的增加而降低。的增加而降低。一个是解调器的输出电流Ii在B点产生的电压Vi；第二个是41我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物讲得最透彻的电容式差压变送器原理(带图)ppt课件42我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物调零电路如右图所示。设R0为计算V0时在B点处的等效电阻。可由图求得调零电压V0为：调零电路如右图所示。设R0为计算V0时在B点处的等效电阻43我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物讲得最透彻的电容式差压变送器原理(带图)ppt课件44我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物调调量量程程电电路路如如右右图图所所示示。设设Rf为为计计算算Vf时时If流流经经B B点点处处的的等等效效负负载载电电阻阻，Rcd为为电电位位器器滑滑触触点点c c和和d d之之间间的的等等效效电电阻阻，按按-Y变换方法可得变换方法可得：调量程电路如右图所示。设Rf为计算Vf时If流经B点处的等效45我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物讲得最透彻的电容式差压变送器原理(带图)ppt课件46我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物由于由于故故可可近近似似地地求求得得反反馈馈电电流流I If f为：为：所以所以 式中式中由于47我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物当当ICIC3 3为理想运算放大器时，为理想运算放大器时，V VT T=V=VF F(即即V VA A=V=VB B)，则有：，则有：将将V Vi i、V V0 0和和V Vf f的关系式代入上式得：的关系式代入上式得：设设得：得：当IC3为理想运算放大器时，VT=VF(即VA=VB)，则有48我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物上上面面公公式式表表明明了了变变送送器器输输入入差差压压 P Pi i与与输输出出电电流流I I0 0之之间成线性关系。此式还说明间成线性关系。此式还说明:(a)(a)等等式式右右边边第第二二项项为为调调零零信信号号。在在测测量量下下限限时时，应应调调整整该该项项使使变变送送器器的的输输出出电电流流为为4mA4mA。可可通通过过调调节节电电位器位器W W2 2，或由开关，或由开关K K接通接通R R2020或或R R2121来改变。来改变。当当R R2020接接通通时时，V V 0 0增增加加，变变送送器器输输出出电电流流减减小小，从从而而可可实实现现正正向向迁迁移移；当当R R2121接接通通时时，V V 0 0减减小小，可可实实现现负向迁移。负向迁移。上面公式表明了变送器输入差压Pi与输出电流I0之间成线性关49我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 (b)(b)K K4 4为为电电路路放放大大倍倍数数，此此值值与与 有有关关。调调节节电电位位器器W W3 3可改变可改变 值，可实现变送器的量程调整。值，可实现变送器的量程调整。(c)(c)改改变变 值值，不不仅仅调调整整了了变变送送器器的的量量程程，而而且且也也影影响响了了变变送送器器的的调调零零信信号号。同同样样，改改变变V V 0 0值值 ，不不仅仅改改变变了了变变送送器器零零位位，对对满满度度输输出出也也会会有有影影响响。因此，在仪表调校时，应反复调整零点和满度。因此，在仪表调校时，应反复调整零点和满度。50我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 该该电电路路由由晶晶体体管管BGBG2 2、电电阻阻R R1818等等组组成成，见见图图。其其作作用用是是防防止止输输出出电电流流过过大大，损损坏坏器器件件。当当输输出出电电流流超超过过允允许许值值时时，R R1818上上压压降降变变大大，使使BGBG2 2的的集集极极电电位位降降低低，从从而而使使该该管管处处于于饱饱和和状状态态，因因此此流流过过BGBG2 2，也也即即流流过过BGBG4 4的的电电流流受受到到限限制制。输输出出限限制制电电路路可可保保证证在在变变送送器器过过载载时，输出电流时，输出电流I I0 0不大于不大于3OmA3OmA放大电路中其它元件的作用如下：放大电路中其它元件的作用如下：R R3838、R R3939、C C2222和和W W4 4等等构构成成阻阻尼尼电电路路，用用于于抑抑制制送送器器的的输输出出因因被被测测差差压压变变化化所所引引起起的的波波动动。W W4 4为为阻阻尼尼时时间间常常数数调调整整电电位位器器，调调节节W W4 4可可改改变变动动态态反反馈馈量量，也也即即调调整整了变送器的阻尼程度。了变送器的阻尼程度。(2)(2)输出限制电路输出限制电路该电路由晶体管BG2、电阻R18等组成，见图。其作用是防51我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物R R1 1、R R4 4、R R5 5和和热热敏敏电电阻阻R R2 2用用于于量量程程温温度度补补偿偿；R R2727、R R2828和热敏电阻和热敏电阻R R2626用于零点温度补偿。用于零点温度补偿。DWDW2 2(见见后后总总图图)除除起起稳稳压压作作用用外外，当当电电源源反反接接时时，它它还还提提供供反反向向通通路路，以以防防止止器器件件损损坏坏。D D1212用用于于在在指指示示仪仪表表末末接接通通时时，为为输输出出电电流流I I0 0提提供供通通路路，同同时时起反向保护作用。起反向保护作用。R1、R4、R5和热敏电阻R2用于量程温度补偿；R27、R252我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物电容式差压变送器电路图电容式差压变送器电路图电容式差压变送器电路图53我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物压力表的选用应根据工艺要求，合理地选择压力表的种类、型号、量程和精度等级等。(1)确定仪表量程。根据被测压力的大小来确定仪表的量程。在选择仪表的上限时应留有充分的余地。一般在被测压力稳定的情况下，最大工作压力不应超过仪表满量程的3/4；在被测压力波动较大或测量脉动压力时，最大工作压力不应超过仪表满量程的2/3。为了保证测量精度，最小工作压力不应低于满量程的的1/3。压力表的选用压力表的选用(P177179)压力表的选用应根据工艺要求，合理地选择压力表的种类、型号、量54我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物(2)选用仪表的精度根据生产上所允许的最大测量误差来确定压力表的精度。选择时，应在满足生产要求的情况下尽可能选用精度较低、经济实用的压力表。(3)仪表类型的选择选择仪表时应考虑被测介质的性质，如温度的高低、黏度的大小、易燃易爆和是否有腐蚀性等；还要考虑现场环境条件，如高温、潮湿、振动和电磁干扰等；还必须满足工艺生产提出的要求，如是否需要远传、自动报警或记录等。(2)选用仪表的精度55我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物目前中国出厂的压力（包括差压）检测仪表有统一的量程系列，它们是1KPa、1.6KPa、2.5KPa、4.0KPa、6.0KPa以及它们的10n倍数。举例：有一个压力容器在正常工作时压力范围为0.40.6MPa，要求使用弹簧管压力表进行检测，并使测量误差不大于被测压力的4，试确定该表的量程和精确度等级。目前中国出厂的压力（包括差压）检测仪表有统一的量程系列56我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1为什么具有均匀壁厚的圆形弹簧管不能作为测压元件？为什么具有均匀壁厚的圆形弹簧管不能作为测压元件？2试推导出单管试推导出单管弹簧管压力表输入输出静态特性关系式，并说明各物理量的含弹簧管压力表输入输出静态特性关系式，并说明各物理量的含义。义。3说明单管弹簧管压力表量程调整的具体方法和理由。说明单管弹簧管压力表量程调整的具体方法和理由。4本课程所学的电容式差压变送器包括测量部分和转换放大部分，简述测量部本课程所学的电容式差压变送器包括测量部分和转换放大部分，简述测量部分和转换放大部分的作用。分和转换放大部分的作用。5自学教材自学教材P55P58的的“2.6压电式检测元件压电式检测元件”。6自学教材自学教材P70P72的的“2.8.2霍尔霍尔检测元件。检测元件。作业五作业五1为什么具有均匀壁厚的圆形弹簧管不能作为测压元件？作业五57