控制仪表及装置第二章课件

控制仪表及装置控制仪表及装置控制仪表及装置控制仪表及装置第二章第二章 变送器和转换器变送器和转换器2024/8/31控制仪表及装置第二章控制仪表及装置第二章 变送器和转换器变送器和转换器2023/7/291第二章第二章 变送器和转换器变送器和转换器第一节第一节 变送器的构成变送器的构成第二节第二节 差压变送器差压变送器第三节第三节 温度变送器温度变送器第四节第四节 电电/气转换器气转换器2024/8/32第二章第二章 变送器和转换器第一节变送器和转换器第一节 变送器的构成变送器变送器的构成变送器2023/7变送器的构成变送器的构成构成原理构成原理测量部分C放大器K反馈部分F调零、零点迁移Zi Zf Z0 yxyxymaxxmaxxminymin0变送器的构成原理和输入输出特性2024/8/33变送器的构成构成原理测量部分放大器反馈部分调零、零点迁移变送器的构成构成原理测量部分放大器反馈部分调零、零点迁移Zi量程调整、零点调整和零点迁移量程调整、零点调整和零点迁移量量程程调调整整相相当当于于改改变变变变送送器器的的输输入入输输出出特特性性的的斜斜率率，也也就就是是改改变变变变送送器器输输出出信信号号y与与输输入入信信号号x之间的比例系数。之间的比例系数。量程调整量程调整（即满度调整）的目的是（即满度调整）的目的是使变送器的输出信使变送器的输出信号上限值号上限值ymax与测量范围的上限值与测量范围的上限值xmax相对应。相对应。方法方法：改变反馈部分反馈系数改变反馈部分反馈系数改变测量部分转换改变测量部分转换系数系数2024/8/34量程调整、零点调整和零点迁移量程调整相当于改变变送器的输入输量程调整、零点调整和零点迁移量程调整相当于改变变送器的输入输零点调整使变送器测量起始点为零；零点迁移是把测量起零点调整使变送器测量起始点为零；零点迁移是把测量起始点由零迁移到某一数值始点由零迁移到某一数值。当测量起始点由零变为某一正当测量起始点由零变为某一正值，称正迁移；而由零变为某一负值，称为负迁移。值，称正迁移；而由零变为某一负值，称为负迁移。零点调整和零点迁移零点调整和零点迁移都是都是使变送器的输出信号下限值使变送器的输出信号下限值ymin与测量范围的下限值与测量范围的下限值xmin相对应，在相对应，在xmin=0时，称时，称为零点调整，在为零点调整，在xmin 0时，称为零点迁移时，称为零点迁移。实现方法实现方法：改变调零信号改变调零信号Z0 2024/8/35零点调整使变送器测量起始点为零；零点迁移是把测量起始点由零迁零点调整使变送器测量起始点为零；零点迁移是把测量起始点由零迁差压变送器差压变送器用来将差压、流量、液位等被测参数转换为统一标准的用来将差压、流量、液位等被测参数转换为统一标准的信号，以实现对这些参数的显示、记录或自动控制信号，以实现对这些参数的显示、记录或自动控制。一、力平衡式差压变送器一、力平衡式差压变送器（一）概述（一）概述测量部分杠杠系统位移检测放大器电磁反馈机构系统piFiFfI0变送器构成方框图2024/8/36差压变送器用来将差压、流量、液位等被测参数转换为统一标准的信差压变送器用来将差压、流量、液位等被测参数转换为统一标准的信（二）工作原理和结构（二）工作原理和结构（二）工作原理和结构（二）工作原理和结构1.1.工作原理工作原理Al1/l2tanl3MilfK2K1loKf+MoPiFiF1-MfFfIoSFo2024/8/37（二）工作原理和结构（二）工作原理和结构1.工作原理工作原理Al1/l2tanl3M几点结论几点结论(1)在满足深度负反馈的条件下,输出电流Io与输入差压Pi成正比。(2)改变调零弹簧作用力Fo可调整变送器的零点。(3)调整变送器的量程可通过改变tan和Kf来实现。(4)零点和满度应反复调整。2024/8/38几点结论几点结论(1)在满足深度负反馈的条件下在满足深度负反馈的条件下,输出电流输出电流Io与输入与输入 作作用用：把把被被测测差差压压P转转换换成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=AFi=A(P1-P2)=APi Fi=A1P1-A2P2因因:故故:2.结构结构测量部分测量部分2024/8/39作用：把被测差压作用：把被测差压P转换成作用于主杠杆下端的输入力转换成作用于主杠杆下端的输入力Fi A1杠杆系统杠杆系统杠杆系统杠杆系统 作作用用：进进行行力力的的传传递递和和力力矩比较矩比较。组成：组成：主杠杆主杠杆1、矢量机、矢量机构构2和副杠杠和副杠杠4，以及调零以及调零机构、零点迁移机构、静机构、零点迁移机构、静压调整和过载保护、平衡压调整和过载保护、平衡锤。锤。2024/8/310杠杆系统杠杆系统 作用：进行力的传递和力矩比较。作用：进行力的传递和力矩比较。组成：组成：主杠杆主杠杆1、主杠杆主杠杆主杠杆主杠杆将将输输入入力力Fi转转换换为为作作用用于于矢矢量量机机构构上上的的力力F1：2024/8/311 主杠杆主杠杆将输入力将输入力Fi转换为作用于矢量机构上的力转换为作用于矢量机构上的力F1 矢量机构矢量机构将将输输入入力力F1转转换换为为作作用用于于副副杠杠杆上的力杆上的力F2：改变改变tan，可改变，可改变差压变送器的量程差压变送器的量程：415，量程比为，量程比为tan15/tan4=3.832024/8/312 矢量机构矢量机构将输入力将输入力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 副杠杆副杠杆进行力矩的比较进行力矩的比较2024/8/313 副杠杆副杠杆进行力矩的比较进行力矩的比较 2023/7/2913调零和零点迁移机构调零和零点迁移机构2024/8/314 调零和零点迁移机构调零和零点迁移机构2023/7/2914静压调整和过载保护装置、平衡锤静压调整和过载保护装置、平衡锤2024/8/315 静压调整和过载保护装置、平衡锤静压调整和过载保护装置、平衡锤2023/7/2915平衡带拉条2024/8/316平衡带拉条平衡带拉条2023/7/2916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杆的的电磁反馈力电磁反馈力Ff Ff =BDcWI0 设设 Kf=BDcW 改改变变反反馈馈动动圈圈的的匝匝数数，可以改变可以改变 Kf 的大小的大小则则 Ff =KfI02024/8/317电磁反馈装置电磁反馈装置 作用：把变送器的输出电流作用：把变送器的输出电流I0转换成作用于副杠杆转换成作用于副杠杆1-31-3短接、短接、2-42-4短接短接：W=W1=725匝1-21-2短接：短接：W=W1+W2=2175匝可实现可实现3:1 1的量程调整的量程调整 W1=725匝匝，W2=1450匝匝2024/8/3181-3短接、短接、2-4短接：短接：W=W1=725匝匝 1-2短接：短接：（三）低频位移检测（三）低频位移检测放大器放大器 作作用用：把把副副杠杠杆杆上上位位移移检检测测片片（衔衔铁铁）的的微微小小位位移移S转换成转换成420420mA的直流输出电流。的直流输出电流。由由差差动动变变压压器器、低低频频振振荡荡器器、整整流流滤滤波波电电路路、功功率放大器组成。率放大器组成。构成方框图2024/8/319（三）低频位移检测放大器（三）低频位移检测放大器 作用：把副杠杆上位移检测片作用：把副杠杆上位移检测片1.1.1.1.差动变压器差动变压器差动变压器差动变压器B差动变压器原理图D上罐形磁芯下罐形磁芯AC检测片差动变压器的结构S2024/8/3201.差动变压器差动变压器B差动变压器原理图差动变压器原理图D上罐形磁芯下罐形磁芯上罐形磁芯下罐形磁芯AC检检2.2.2.2.低频振荡器低频振荡器低频振荡器低频振荡器D1、D2 可以提供偏置可以提供偏置电电压压，使三，使三极极管管BG1正常工正常工作。作。两个两个二极管二极管D1、D2就相就相当当于一于一个个稳压稳压管。管。R2起起负负反反馈馈作用作用,从从而而稳稳定了定了BG1的工作点。的工作点。振荡器电路2024/8/3212.低频振荡器低频振荡器D1、D2 可以提供偏置电压，使三极管可以提供偏置电压，使三极管BG1正正低频振荡器的起振条件低频振荡器的起振条件低频振荡器的起振条件低频振荡器的起振条件振荡频率振荡频率：相位条件相位条件 s /2 时时，uCD 与与 uAB 相位相同，则相位相同，则电路就形成正反馈。电路就形成正反馈。振幅条件振幅条件 K F =1,=1,选择合适的电路参数，选择合适的电路参数，可满足这一条件。可满足这一条件。1f0=LABC422024/8/322低频振荡器的起振条件振荡频率：相位条件低频振荡器的起振条件振荡频率：相位条件 s /2 振荡器的放大特性和反馈特性振荡器的放大特性和反馈特性振荡器的放大特性和反馈特性振荡器的放大特性和反馈特性幅值可控幅值可控工作点工作点即：即：S F P点上移点上移 uAB 工作中，工作中，F随随S的变化而变化。的变化而变化。S较大时，较大时，F较小；（磁阻较大）较小；（磁阻较大）S较小时，较小时，F较大。（磁阻较小）较大。（磁阻较小）2024/8/323振荡器的放大特性和反馈特性幅值可控工作点即：振荡器的放大特性和反馈特性幅值可控工作点即：S F 3.3.3.3.整流滤波电路整流滤波电路整流滤波电路整流滤波电路整流滤波电路震荡器的输出震荡器的输出电压电压uAB经二经二极极管管D4整流，通过电阻整流，通过电阻R8-9和电容和电容C5滤波，得到平滑的直流电压信号，再送至功滤波，得到平滑的直流电压信号，再送至功放级放级。2024/8/3243.整流滤波电路整流滤波电路震荡器的输出电压整流滤波电路整流滤波电路震荡器的输出电压uAB经二极管经二极管D4.4.4.4.功率放大器功率放大器功率放大器功率放大器稳定工作点提高输入阻抗穿透电流旁路，改善温度特性采用复合管，目的一是提高电流放大倍数；二是电平配置2024/8/3254.功率放大器稳定工作点功率放大器稳定工作点 提高输入阻抗穿透电流旁路，改善温提高输入阻抗穿透电流旁路，改善温其他元件作用其他元件作用其他元件作用其他元件作用R1、C1：相位校正作用，对高次谐波造成相移，破：相位校正作用，对高次谐波造成相移，破坏其振荡条件，防止高次谐波产生寄生振荡。坏其振荡条件，防止高次谐波产生寄生振荡。R10：改变放大器灵敏度。高量程时，通过端子改变放大器灵敏度。高量程时，通过端子7 7、8 8将其接入，以降低灵敏度。将其接入，以降低灵敏度。R7：稳定振荡管输入电压。稳定振荡管输入电压。C3、C6：高频旁路电容，可减小交流分量。：高频旁路电容，可减小交流分量。D9：防止电源反接。防止电源反接。位移检测位移检测放大器总图放大器总图及本安防爆措施见下：及本安防爆措施见下：2024/8/326其他元件作用其他元件作用R1、C1：相位校正作用，对高次谐波造成相移，破：相位校正作用，对高次谐波造成相移，破限能限流负载两线制2024/8/327限能限流负载两线制限能限流负载两线制2023/7/2927（一）（一）（一）（一）概述概述概述概述检测元件检测元件差动电容差动电容感压膜片差动电容电容-电流转换电路 放大和输出限制电路反馈电路调零、迁移信号反馈信号构成原理位移平衡式构成原理位移平衡式二、二、电容式差压变送器电容式差压变送器变送器构成方框图2024/8/328（一）概述检测元件差动电容感压膜片差动电容电容（一）概述检测元件差动电容感压膜片差动电容电容-电流转换电电流转换电（二）测量部件（二）测量部件（二）测量部件（二）测量部件 作用：作用：测量部件结构2024/8/329（二）测量部件（二）测量部件 作用：测量部件结构作用：测量部件结构2023/7/2929结论结论：(1)相对变化值 与被测差压 成线性关系。(2)与介电常数 无关,可大大减小温度对变送器的影响。(3)与 有关。愈小，灵敏度越高。2024/8/330结论：结论：(1)相对变化值相对变化值 与被测差压与被测差压1.什么是传统机械按键什么是传统机械按键设计？设计？传统的机械按键设计是需要手动按压按键传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动触动PCBA上的开关按键来实现功能的一种上的开关按键来实现功能的一种设计方式。设计方式。传统机械按键设计要传统机械按键设计要点：点：1.合理的选择按键的合理的选择按键的类型，尽量选择平头类型，尽量选择平头类的按键，以防按键类的按键，以防按键下陷。下陷。2.开关按键和塑胶按开关按键和塑胶按键设计间隙建议留键设计间隙建议留0.050.1mm，以防，以防按键死键。按键死键。3.要考虑成型工艺，要考虑成型工艺，合理计算累积公差，合理计算累积公差，以防按键手感不良。以防按键手感不良。传统机械按键结传统机械按键结构层图：构层图：按按键键开关开关键键PCBA1.什么是传统机械按键设计？传统的机械按键设计是需要手动按压什么是传统机械按键设计？传统的机械按键设计是需要手动按压（三）转换放大电路（三）转换放大电路（三）转换放大电路（三）转换放大电路作用：作用：将差动电容的相对变化值，转换成标准的电流输将差动电容的相对变化值，转换成标准的电流输出信号。出信号。此外，还要实现零点调整、正负迁移、量程调整、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。阻尼调整等功能。电路包括电路包括电容电流转换电路及放大电路两部分2024/8/332（三）转换放大电路作用：电路包括电容电流转换电路及放大电路（三）转换放大电路作用：电路包括电容电流转换电路及放大电路转换放大部分电路原理方框图转换放大部分电路原理方框图转换放大部分电路原理方框图转换放大部分电路原理方框图振荡器解调器稳压源调零及 零点迁移功放和 输出限制量程调整（负反馈）基准 电压IC1IC3E1245VCi1Ci2RLI 0420mA共模信号差动信号振荡控制放大器前置放大器2024/8/333转换放大部分电路原理方框图振荡器解调器稳压源调零及转换放大部分电路原理方框图振荡器解调器稳压源调零及 零点迁移零点迁移1.电容电流转换电路电容电流转换电路振荡器振荡器 包括包括VT1、T1等，向等，向Ci1和和Ci2提供高频电源提供高频电源将差动电容的相对变化值成比例地转换为差动电流信将差动电容的相对变化值成比例地转换为差动电流信号号(电流变化值电流变化值)。是一种变压器反馈型振荡电路，其振荡频率由检测电容和变压器次级绕组的电感决定。振荡器的输出幅值由控制放大器IC1 的输出电压决定。2024/8/3341.电容电流转换电路振荡器电容电流转换电路振荡器 包括包括VT1、T1等，向等，向Ci1和和解调和振荡控制电路解调和振荡控制电路(包括解调器和振荡控制电路包括解调器和振荡控制电路)Ii=I2-I1=(I2+I1)解调解调(即相敏整流即相敏整流)后输出两组电流信号后输出两组电流信号：差动信号：差动信号和共模信号，使后者保持不变，可得和共模信号，使后者保持不变，可得Ci2-Ci1Ci2+Ci1=K3Ci2-Ci1Ci2+Ci12024/8/335解调和振荡控制电路解调和振荡控制电路(包括解调器和振荡控制电路包括解调器和振荡控制电路)Ii=I线性性调整整电路路(包括包括VD9、VD10、R22、R23、RP1等等)检测元件中分布电容的存在，使差动电容的相对变化检测元件中分布电容的存在，使差动电容的相对变化值减小，造成非线性误差，故设计了线形调整电路。值减小，造成非线性误差，故设计了线形调整电路。电路通过提高振荡器输出电压幅度以增大解调器输出电流的方法，来补偿分布电容所产生的非线性误差。补偿电压大小取决于RP1的阻值。2024/8/336线性调整电路线性调整电路(包括包括VD9、VD10、R22、R23、RP1等等2.放大及输出限制电路放大及输出限制电路将电流信号将电流信号 Ii 放大，并输出放大，并输出420420mA的直流电流。的直流电流。2024/8/3372.放大及输出限制电路将电流信号放大及输出限制电路将电流信号 Ii 放大，并输出放大，并输出4 放大放大电路路(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组成复合管，将组成复合管，将IC3的输出电压变换为变送器的输出电流。的输出电压变换为变送器的输出电流。电阻电阻R31、R33、R34和电位器和电位器Rp3组成反馈网络，输出组成反馈网络，输出电流电流Io经这一网络分流，得到反馈电流经这一网络分流，得到反馈电流If，送至放大送至放大器的输入端，这深度负反馈器的输入端，这深度负反馈保证了保证了Ii 和和 Io的线性关系。的线性关系。电位器电位器Rp2用以调整输出零位。用以调整输出零位。S为正负迁移调整开为正负迁移调整开关，可实现变送器的正向或负向迁移。电位器关，可实现变送器的正向或负向迁移。电位器Rp3用用以调整变送器的量程。以调整变送器的量程。对电路的分析，可推得如下的输入、输出关系式：对电路的分析，可推得如下的输入、输出关系式：2024/8/338放大电路放大电路(包括包括IC3、VT3、VT4等等)IC3起前置放大作起前置放大作调零和调量程电路Io=K3K4Ci2-Ci1Ci2+Ci1+K4K5(UA-aUVZ1)式中：式中：K4=RiRf，K5=1Ri，、a为分压系数。2024/8/339调零和调量程电路调零和调量程电路Io=K3K4Ci2-Ci1Ci2+Ci输出限制输出限制电路路(包括包括VT2、R18等等)当输出电流超过允许值时，当输出电流超过允许值时，R18上压降变大，使上压降变大，使VT2的集电极电位降低，从而使该管处于饱和状态，流的集电极电位降低，从而使该管处于饱和状态，流过过VT2(也即也即VT4)的电流受到限制的电流受到限制(Io不超过不超过30mA)。其它元件的作用其它元件的作用R38、R39、C22和和RP4构成阻尼电路构成阻尼电路，抑制变送器的抑制变送器的输出波动，输出波动，RP4用来调整阻尼时间。用来调整阻尼时间。VZ2起稳压作用，还可防止电源反接时损坏器件起稳压作用，还可防止电源反接时损坏器件。VD12在指示仪表未接同时在指示仪表未接同时，为输出电流提供通路为输出电流提供通路,同时起反向保护作用同时起反向保护作用。2024/8/340输出限制电路输出限制电路(包括包括VT2、R18等等)当输出电流超过允许值时当输出电流超过允许值时温度变送器温度变送器四线制温度变送器的特点：四线制温度变送器的特点：1.1.在热电偶和热电阻温度变送器中，采用了线性化电在热电偶和热电阻温度变送器中，采用了线性化电路，实现了变送器输出信号与温度的线性关系。路，实现了变送器输出信号与温度的线性关系。2.2.变送器输入、输出之间具有隔离变压器，并且采取变送器输入、输出之间具有隔离变压器，并且采取了本安防爆措施。了本安防爆措施。将来自热电将来自热电偶偶或热电阻的温度信号转换为统一标准的信或热电阻的温度信号转换为统一标准的信号号(4(4 2020mA直流电流或直流电流或1 1 5 5V直流电压直流电压)，以实现对温度以实现对温度的显示、记录或自动控制的显示、记录或自动控制。变送器变送器有有两线制两线制和和四线制四线制之分之分，主要讨论主要讨论四线制变送器四线制变送器。有有三个品种：三个品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送器、热直流毫伏变送器、热电偶温度变送器、热电阻温度变送器。电阻温度变送器。2024/8/341温度变送器四线制温度变送器的特点：将来自热电偶或热电阻的温度温度变送器四线制温度变送器的特点：将来自热电偶或热电阻的温度输入回路电压放大反馈回路直流-交流变换器功率放大整流滤波隔离输出UZUfUi、Et-+UoIo量程单元放大单元温度变送器结构方框图温度变送器结构方框图（一）概述（一）概述在线路结构上分为量程单元和放大单元在线路结构上分为量程单元和放大单元，放大单元是通放大单元是通用的，而量程单元则随品种、测量范围的不同而异用的，而量程单元则随品种、测量范围的不同而异。2024/8/342输入回路电压放大反馈回路直流输入回路电压放大反馈回路直流-交流功率放大整流滤波隔离输出交流功率放大整流滤波隔离输出U（二）（二）（二）（二）放大单元放大单元放大单元放大单元工作原理工作原理工作原理工作原理由IC1构成，要求采用低漂移、高增益的运算放大器。1.电压放大电路电压放大电路其作用是将量程单元输出的毫伏信号放大，输出直流其作用是将量程单元输出的毫伏信号放大，输出直流电流电流Io 和直流电压和直流电压Uo信号。当温度变送器的最小量程Ui为3mV，温升t为30oC，要求附加误差小于等于0.3%时，通过计算可得失调电压的温漂系数：2024/8/343（二）放大单元工作原理由（二）放大单元工作原理由IC1构成，要求采用低漂移、高增益的构成，要求采用低漂移、高增益的2.2.功率放大电路功率放大电路功率放大电路功率放大电路由由VT1、VT2、T0等组成。等组成。其作用是把其作用是把 IC1 输出的电压输出的电压信号转换成电流信号转换成电流信号信号，再通过隔离变压器实现隔离再通过隔离变压器实现隔离输出输出。VT1、VT2起功放作用，由交流方波电压供电。在方波的前后半周期，二极管轮流导通，电流通过T0的两个绕组而产生交变磁通，在T0副边产生交变电流iL。2024/8/3442.功率放大电路由功率放大电路由VT1、VT2、T0等组成。其作用是把等组成。其作用是把 3.隔离输出电路隔离输出电路由整流二极管由整流二极管VD1316、保护二极管保护二极管VD1718等组成。等组成。其作用是将其作用是将功放功放输出的交流信号转换成直流输出的交流信号转换成直流信号信号,并并实现隔离输出实现隔离输出。7、8端接输出负载，为电流输出（4-20mA）5、6端为电压输出（1-5v）2024/8/3453.隔离输出电路由整流二极管隔离输出电路由整流二极管VD1316、保护二极管、保护二极管VD4.直流直流-交流交流-直流直流(DC/AC/DC)变换器变换器由整流二极管由整流二极管VD38、变压器变压器T 1等组成。等组成。其作用是对其作用是对仪表进行隔离式供电仪表进行隔离式供电。先把先把2424V直流电压转换成一定频率的的交流方波电压，直流电压转换成一定频率的的交流方波电压，再经过整流、滤波和稳压，再经过整流、滤波和稳压，提供直流电压提供直流电压。电路核心是直流电路核心是直流-交流交流(DC/AC)变换器变换器，一个磁耦合，一个磁耦合多谐振荡器多谐振荡器。振荡频率振荡频率可求得感应电势：可求得感应电势：ES=4WcBmST因此振荡频率为：因此振荡频率为：f =4WcBmST(T为周期,S为磁芯截面积，Bm为磁感应强度)2024/8/3464.直流直流-交流交流-直流直流(DC/AC/DC)变换器由整流二极管变换器由整流二极管（三）直流毫伏变送器量程单元（三）直流毫伏变送器量程单元（三）直流毫伏变送器量程单元（三）直流毫伏变送器量程单元R109R110R140上K下量程单元由输入回路量程单元由输入回路(左半部分左半部分)和反馈回路和反馈回路(右半部右半部分分)组成，组成，将其与将其与IC1 联系起来画成下图联系起来画成下图。2024/8/347（三）直流毫伏变送器量程单元（三）直流毫伏变送器量程单元R109R110R140上上K下量下量输入回路输入回路输入回路输入回路:R101、R102及及VZ101、VZ102分别起限流和限压作用，分别起限流和限压作用，将其与将其与IC1 联系起来画成下图联系起来画成下图。R103、R104、R105及及RP1组成零点调整和零点迁移电组成零点调整和零点迁移电路，桥路基准电压路，桥路基准电压UZ由集成稳压器提供由集成稳压器提供。图中图中红笔红笔部分为输入信号部分为输入信号断路报警电路断路报警电路。按叠加原理，按叠加原理，IC1同相输入端的电压同相输入端的电压UT为为(见教材见教材)UT=Ui+Uz=Ui+Rcd+R103R103+RP1/R104+R105Uz(式中式中Rcd =RP11 R104RP1+R104 Ui+R105Rcd+R103Uz=Ui+Uz)2024/8/348输入回路输入回路:R101、R102及及VZ101、VZ102分别分别从从反馈回路反馈回路可得可得IC1反相输入端的电压反相输入端的电压UF为为UF=R106+R111+RP21R111+R114UzR115R115+R116U05+R106R107=1U0+Uz因UT UF故U0=Ui+(-)Uz 结论结论：(1)改改变变 值值,即即更更换换R103和和调调整整RP1,可可实实现现零零迁迁和和调调零。零。(2)改变改变 值值,即更换即更换R114和调整和调整RP2,可实现量程调整可实现量程调整。(3)零位和满度必须反复零位和满度必须反复调整调整。2024/8/349从反馈回路可得从反馈回路可得IC1反相输入端的电压反相输入端的电压UF为为UF=R106（四）热电偶温度变送器量程单元（四）热电偶温度变送器量程单元（四）热电偶温度变送器量程单元（四）热电偶温度变送器量程单元EtVs4Vs2Vs3Vs12024/8/350（四）热电偶温度变送器量程单元（四）热电偶温度变送器量程单元EtVs4Vs2Vs3Vs121.1.冷端温度补偿冷端温度补偿冷端温度补偿冷端温度补偿采用采用两个铜电阻两个铜电阻，固定为固定为5050。当热电偶型号不同时，。当热电偶型号不同时，只需调整几个锰铜电阻或金属膜电阻。只需调整几个锰铜电阻或金属膜电阻。按叠加原理，可求得按叠加原理，可求得IC1同相端的电压同相端的电压UT为为(见教材见教材)UT=Ei+RCu1 RCu2R103+RCu1+RCu2)Uz1R105(R100+从上式可知，冷端环境温度变化时，从上式可知，冷端环境温度变化时，RCu1、RCu2的的阻值也随之变化，从而补偿了由于环境温度升降引阻值也随之变化，从而补偿了由于环境温度升降引起的热电偶电势的变化。而且，补偿特性与热电偶起的热电偶电势的变化。而且，补偿特性与热电偶的特性相似，故补偿精度高。的特性相似，故补偿精度高。2024/8/3511.冷端温度补偿采用两个铜电阻，固定为冷端温度补偿采用两个铜电阻，固定为50。当热电偶型号。当热电偶型号热电偶温度变送器线性化原理方框图热电偶放大部分非线性反馈回路EtVz+-ttttEtVoVo(Vo)tVfVf2.线性化线性化采取在反馈回路中置入与采取在反馈回路中置入与热电偶特性相一致的非线热电偶特性相一致的非线性电路的方法，如下图所示。性电路的方法，如下图所示。2024/8/352热电偶温度变送器线性化原理方框图热电偶放大部分非线性热电偶温度变送器线性化原理方框图热电偶放大部分非线性EtVz用四段折线来模拟非线性运算电路，用四段折线来模拟非线性运算电路，如下图。如下图。折线的段数及斜率大小由热电偶的特性来确定。折线的段数及斜率大小由热电偶的特性来确定。表示直线的斜率。表示直线的斜率。Va4Vf5Vf4Vf3Vf2Vf1Va3Va2Va10Va5VfVa14322024/8/353用四段折线来模拟非线性运算电路，如下图。折线的段数及斜率大小用四段折线来模拟非线性运算电路，如下图。折线的段数及斜率大小非线性电路的实现非线性电路的实现非线性电路的实现非线性电路的实现Vs4Vs3Vs2Vs1在在IC2的反馈回路中加入一些的反馈回路中加入一些稳压管和基准电压，稳压管和基准电压，利用稳压管的击穿特性实现折线电路。利用稳压管的击穿特性实现折线电路。2024/8/354非线性电路的实现非线性电路的实现Vs4Vs3Vs2Vs1在在IC2的反馈回路中的反馈回路中Ir（五）热电偶温度变送器量程单元（五）热电偶温度变送器量程单元2024/8/355Ir（五）热电偶温度变送器量程单元（五）热电偶温度变送器量程单元2023/7/29551.线性化线性化线行化电路置于输入回路线行化电路置于输入回路，采用正反馈的方法来达，采用正反馈的方法来达到线性化的目的，如下图所示。到线性化的目的，如下图所示。当当Rt随温度而增加时，随温度而增加时，It将增大。而从上式可知，将增大。而从上式可知，Rt的增加导致的增加导致It的进一步加大，从而实现线性化。的进一步加大，从而实现线性化。2024/8/3561.线性化线行化电路置于输入回路，采用正反馈的方法来达到线线性化线行化电路置于输入回路，采用正反馈的方法来达到线Ir2.引线电阻补偿引线电阻补偿Ir为消除引线电阻的影响为消除引线电阻的影响，热电阻采用三导线接法，热电阻采用三导线接法，要求要求r1=r2=r3=r。由由R23、R24、r2构成的支路为引构成的支路为引线电阻补偿电路。线电阻补偿电路。调整R24,使Ir=It,流过r3的两电流大小相等,方向相反，故r3上不产生压降。另电阻r1、r2 上的压降Itr和Irr亦极性相反，从而消除了引线电阻影响。2024/8/357Ir2.引线电阻补偿引线电阻补偿Ir为消除引线电阻的影响，为消除引线电阻的影响，热电阻采用热电阻采用电电/气转换器气转换器一、概述一、概述将电动仪表输出的将电动仪表输出的4 4 2020mA直流电流转换成可被气动仪直流电流转换成可被气动仪表接受的表接受的 2020 100100kPa 标准气压信号，以实现电动、气标准气压信号，以实现电动、气动仪表的联用动仪表的联用。二、气动仪表的基本元件二、气动仪表的基本元件（一）气阻（一）气阻气阻与电阻相似，它可以改变气路中的气体流量气阻与电阻相似，它可以改变气路中的气体流量。流。流过气阻的流体为层流状态时，气阻呈现为线性；而流过气阻的流体为层流状态时，气阻呈现为线性；而流体为紊流状态时，气阻呈现非线性。体为紊流状态时，气阻呈现非线性。有有恒气阻恒气阻(毛细管、小孔等毛细管、小孔等)与与可调气阻可调气阻(变气阻变气阻)。2024/8/358电电/气转换器一、概述将电动仪表输出的气转换器一、概述将电动仪表输出的4 20mA直流电流转换直流电流转换（二）气容（二）气容气容与电容相似，它是具有一定容积的气室气容与电容相似，它是具有一定容积的气室，是储能，是储能元件；有元件；有固定气容固定气容与与弹性气容弹性气容两种。两种。固定气室的气容量为恒值。弹性气容在工作过程中容积发生变化，气容量也随之改变。（三）弹性元件（三）弹性元件用来产生力、储存机械能、缓冲振动，把力、差压等用来产生力、储存机械能、缓冲振动，把力、差压等物理量转换为位移物理量转换为位移。弹性元件有不同形状的弹性元件有不同形状的弹簧、波纹管、金属膜片和非弹簧、波纹管、金属膜片和非金属膜片金属膜片等。等。2024/8/359（二）气容气容与电容相似，它是具有一定容积的气室，是储能元件（二）气容气容与电容相似，它是具有一定容积的气室，是储能元件（四）喷嘴挡板机构（四）喷嘴挡板机构把微小的位移转换成相应的压力信号把微小的位移转换成相应的压力信号，由，由恒节流孔恒节流孔与与喷嘴挡板喷嘴挡板(变节流孔变节流孔)组成。组成。喷嘴挡板构成一个变气阻，气阻值决定于喷嘴挡板间的间隙，气源压力pS经恒节流孔进入节流气室，由喷嘴挡板的间隙排出，改变时，喷嘴背压pB 也改变。见下图。2024/8/360（四）喷嘴挡板机构把微小的位移转换成相应的压力信号，由恒节流（四）喷嘴挡板机构把微小的位移转换成相应的压力信号，由恒节流（五）功率放大器（五）功率放大器将喷嘴挡板的输出压力和流量放大将喷嘴挡板的输出压力和流量放大，由，由壳体、膜片、壳体、膜片、锥阀、球阀、簧片、恒气阻锥阀、球阀、簧片、恒气阻等组成。等组成。当输入信号(喷嘴背压)pB增大时，金属膜片受力而产生向下的推力，使球阀开大，锥阀关小，输出压力随之增加。2024/8/361（五）功率放大器将喷嘴挡板的输出压力和流量放大，由壳体、膜片（五）功率放大器将喷嘴挡板的输出压力和流量放大，由壳体、膜片三、电三、电/气转换器气转换器由由电流电流-位移转换位移转换部分部分(动圈、磁钢、杠杆等动圈、磁钢、杠杆等)，位移位移-气气压转换压转换部分部分(喷嘴挡板、杠杆系统等喷嘴挡板、杠杆系统等)，气动功率放大器气动功率放大器和和反馈部件反馈部件(正、负反馈波纹管正、负反馈波纹管)组成。组成。输入电流进入动圈产生电磁力，带动杠杆转动，使挡板靠近喷嘴，背压升高，经功放后输出压力，再通过波纹管产生负反馈力，达到平衡。2024/8/362三、电三、电/气转换器由电流气转换器由电流-位移转换部分位移转换部分(动圈、磁钢、杠杆等动圈、磁钢、杠杆等)，