差压变送器课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,上页,下页,目 录,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,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标准的统一信号，以实现对这些参数的显示、记录或自动控制,。,1差压变送器 差压变送器用来将差压,2,差压,从物理学角度来看，任何一个物体上受到的压力都包括大气压力和被测介质的压力（一般称为表压）两部分。作用在被测物体上的这两部分压力总和称为绝对压力。,P,绝,=P,表,+,大气压,2差压从物理学角度来看，任何一个物体上受到的压力都包括大气压,3,测量绝对压力的仪表称为绝压表。,对于普通的工业压力表测量的都是表压值，也就是绝对压力与大气压的压差值。,当绝对压力大于大气压值时测得的表压值为正值，称为正表压；当绝对压力小于大气压值时测得的表压值为负值，称为负表压，即真空度。测量真空度的仪表称为真空表。,3测量绝对压力的仪表称为绝压表。,4,按照检测元件分类,:,膜盒式差压变送器,电容式差压变送器,扩散硅式差压变送器,振弦式差压变送器,电感式差压变送器,等,p,F (M),p,C,p,R,p,f,p,L,4按照检测元件分类: 膜盒式差压变送器 电容式差压变送器,5,3.2.1.,膜盒式差压变送器,膜盒式差压变送器构成,工作原理：力矩平衡,检测元件膜盒或膜片,杠杆系统则有单杠杆、双杠杆和矢量机构,53.2.1. 膜盒式差压变送器 膜盒式差压变送器构成 工作,6,DDZ-III,型差压变送器,检测,部分,:,P,输入力,F,i,杠杆系统,:,力的传递和力矩比较,位移检测放大器,:,位移,输出,电磁反馈装置,:,输出反馈力,F,f,6DDZ-III型差压变送器 检测部分: P 输入力Fi,7,(1),测量部分,作用：,把被测差压,P,转换成,作用于主杠杆下端的输入力,F,i,A,1,= A,2,= A,d,F,i,= A,d,(P,1,-P,2,) = A,d,P,F,i,= A,1,P,1,-A,2,P,2,因,:,故,:,7(1) 测量部分 作用：把被测差压P转换成A1= A,8,(2),电磁反馈装置,作用：,把变送器的输出电流,I,0,转换成作,用于副杠杆的电磁反馈力,F,f,见图,F,f,=BD,c,WI,0,设,K,f,=BD,c,W,则,F,f,= K,f,I,0,改变反馈动圈的匝数，,可以改变,K,f,的大小,8(2) 电磁反馈装置 作用：把变送器的输出电流I0转换成作,9,1-3短接、2-4短接,W = W,1,=725,匝,1-2短接,W,=,W,1,+W,2,=2175,匝,可实现3：1的量程调整,W,1,=725,匝，,W,2,=1450,匝,91-3短接、2-4短接 W = W1=725匝 1-2短接,10,回顾：电感,&,电感传感器,电感传感器的敏感元件是电感线圈，其转换原理基于电磁感应原理。它把被测量的变化转换成线圈自感系数,L,或互感系数,M,的变化,(,在电路中表现为感抗,XL,的变化,),而达到被测量到电参量的转换。,10回顾：电感&电感传感器电感传感器的敏感元件是电感线圈，其,11,自感,当一个简单的单线圈作为敏感元件时，机械位移输入会改变线圈产生的磁路的磁阻，从而改变自感式装置的电感。电感的变化由合适的电路进行测量，就可从表头上指示输入值。磁路的磁阻变化可以通过空气间隙的变化来获得，也可以通过改变铁心材料的数量或类型来获得。,简单自感式装置原理图,11自感 当一个简单的单线圈作为敏感元件时，机械位移输,12,互感,采用两个线圈的互感装置如图,5.26,所示。当一个激励源线圈的磁通量被耦合到另一个传感线圈上，就可从这个传感线圈得到输出信号。输入信息是衔铁位移的函数，它改变线圈间的耦合。耦合可以通过改变线圈和衔铁之间的相对位置而改变。这种相对位置的改变可以是线位移的，也可以是转动的角位移。,12互感采用两个线圈的互感装置如图5.26所示。当一个激励源,13,(3),放大器,作用：,把副杠杆上位移检测片（衔铁）的微小,位移,S,转换成420,mA,的直流输出电流,构成方框图,:,13(3) 放大器 作用：把副杠杆上位移检测片,14,放大器,14 放大器,15,差动变压器,差动变压器的作用是将位移检测片（衔铁）,的位移,S,转换成相应的电压信号,15差动变压器 差动变压器的作用是将位移检测片（,16,差动变压器,=,u,CD,随着,S,的减小而增大与,u,AB,同相,uCD随着S的减小而增大与uAB同相 ,17,低频振荡器,振荡器要形成,自激振荡,，,必须满足振荡的相位条件和,振幅条件,相位条件,u,CD,与,u,AB,同相工作在,的范围内,振幅条件,选择合适的电路参数，,是容易满足的,振荡频率,17 低频振荡器 振荡器要形成自激振荡，相位条,18,名词解释：自激振荡,在振荡电路中，人为地引入正反馈（所谓正反馈，就是在振荡电路中通过对振荡电流同相位的电流补给，使振荡电流不断增大的过程），并使反馈环路增益满足一定的条件，那么，电路在没有外部激励的情况下会产生输出信号，即产生自激振荡。无论在放大电路还是在振荡电路中，自激振荡的本质是相同的。即振荡时电路中的反馈一定是正反馈，并且反馈环路增益必须满足一定的条件。,返回,18名词解释：自激振荡在振荡电路中，人为地引入正反馈（所谓正,19,低频振荡器,振荡器的放大特性和反馈特性,不同,S,下的输出与输入关系,SF,交点上移,u,AB,19 低频振荡器振荡器的放大特性和反馈特性 不,20,整流滤波电路,将振荡器的输出电压,u,AB,转换为直流电压信号,U,R4,整流滤波电路,功率放大器,20 整流滤波电路 将振荡器的输出电压uAB转换为直流电,21,功率放大器,将输入的电压信号,U,R4,转换为变送器的输出电流,I,0,提高电流放大系数,电平配置,目的：,21 功率放大器 将输入的电压信号UR4转换为变送器的输出,22,(4),杠杆系统,进行力的传递和力矩比较,主杠杆：,将输入力,F,i,转换为,作用于矢量机构上的力,F,1,22(4) 杠杆系统 进行力的传递和力矩比较 主杠杆：,23,矢量机构：,将输入力,F,1,转换为作,用于副杠杆上的力,F,2,23 矢量机构：将输入力F1转换为作,24,副杠杆,进行力矩的比较,S,24 副杠杆进行力矩的比较 S,25,(5),整机特性,零点和量程要反复调整,25 (5) 整机特性 零点和量程要反复调整,26,3.2.2,.,电容式差压变送器,电容式,差压变送器是目前工业上普遍使用的一种变送器。电容式差压变送器的信号检测部分采用电容式压力传感器，输入差压作用于电容式压力传感器的中心感压膜片，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之电容量发生变化，此电容变化量由信号调理部分转换、放大后输出标准电流信号。,感压膜片,差动电容,P,S,C,差动电容变化,263.2.2. 电容式差压变送器 电容式差,27,27,28,(1),电容式,差压变送器,构成方框图,检测元件,28(1) 电容式差压变送器构成方框图 检测元件,29,P=0,C,i1,=C,i2,=15pF,P,0,C,i1,的电容量减小,C,i2,的电容量增大,(2),电容式,差压变送器,测量原理,差动,电容测量原理,29P=0P0 (2) 电容式差压变送器测量原理 ,30,P=0,S,1,=S,2,=S,0,P,0,S,1,=S,0,+ S,2,=S,0,-,30P=0 S1=S2=S0 P0 S1=S0+,31,相对变化值 与被测差压,P,成线性关系,与灌充液的介电常数无关,结论：,31相对变化值 与被测差压P成线性,32,振荡器,向电容式压力传感器的,C,i1,和,C,i2,提供高频电源,振荡器为变压器反馈振荡器,振荡器的等效电路,32 振荡器 向电容式压力传感器的Ci1和Ci2提供高频,33,电容一电流转换电路,i,2,i,1,作用：将差动,电容的相对变,化值,成比例地,转换为差动,信号 ，并实,现非线性补偿,功能,。,T,1,同相端输出为正,T,1,同相端输出为负,33电容一电流转换电路 i2i1 作用：将差动T1同相端输出,34,电容一电流转换电路,差动信号,I,d,=,（,I,2,I,1,）,=,共模信号,I,c,=,（,I,2,+I,1,）,差动信号,Id,经电流放大电路放大成,420mA,的输出电流,I,0,；共模信号,I,c,=I,2,+I,1,保持不变，从而保证,Id,与输入差压,P,之间成比例关系,I,d,C,I,c,34 电容一电流转换电路差动信号 Id=（I2I1,35,i,2,i,1,T,1,同相端输出为正,T,1,同相端输出为负,解调器,35i2i1T1同相端输出为正 T1同相端输出为负,36,解调器,电路时间常数比振荡周期小得多，可以认为,C,i1,、,C,i2,两端电压的变化等于振荡器输出高频电压的峰一峰值,U,PP,各个回路的电流主要取决于,C,i1,、,C,i2,i,1,和,i,2,的平均值,I,1,、,I,2,如下：,36 解调器 电路时间常数比振荡,37,解调器,i,1,、,i,2,的平均值之差,I,d,及两者之和,I,c,分别为,37 解调器 i1、i2的平均值之差Id及两者之和I,38,振荡控制放大器,流过,VD,1,、,VD,5,和,VD,3,、,VD,7,的电流之和,I,2,+I,1,即,I,C,等于常数,。,38 振荡控制放大器 流过VD1、VD5和VD3、VD7的,39,振荡控制放大器,定性分析如下：,I,2,+I,1, ,U,d,振荡器振荡幅度,使,I,2,、,I,1, ,恢复到原来的,I,2,+I,1,数值,变压器,T,1,输出电压减小,U,01,39 振荡控制放大器定性分析如下： I2+I1 ,40,40,41,线性调整电路,进行非线性补偿,I,d,和,P,的,非线性关系是由电容式压力传感器的分布电容引起的,41 线性调整电路 进行非线性补偿 Id和,42,振荡器,向电容式压力传感器的,C,i1,和,C,i2,提供高频电源,振荡器为变压器反馈振荡器,振荡器的等效电路,42 振荡器 向电容式压力传感器的Ci1和Ci2提供高频,43,放大转换部分,把测量部分输出的差动信号,I,d,放大并转换成,4,20mA,的直流输出电流 ，实现量程调整、零点调整和迁移、输出限幅和阻尼调整功能,43放大转换部分 把测量部分输出的差动信号I,44,电流放大电路,把,Id,放大并转换成,4,20mA,的直流输出电流，并实现量程调整,输出电流,I,o,路线为,E,+,VD,11,R,31, W,3,R,33,VD,12,R,18,VT,2,VT,4,R,L,E,R,34,C,11,44电流放大电路 把Id放大并转换成420mA的,45,电流放大电路的等效电路,电流放大电路,45 电流放大电路的等效电路 电流放大电路,46,电流放大电路,反馈电流,I,f,与,I,o,的关系为,因为,R,34,（,R,33,+,R,a,+,R,b,）,46 电流放大电路反馈电流If与Io的关系为 因为R3,47,式（,3-38,）表明,:,I,0,和输入信号,P,之间呈线性,改变,反馈,系数的大小，可以调整变送器的量程,47式（3-38）表明 : I0和输入信号P之间呈,48,48,49,零点调整与零点迁移电路,调整变送器的输出零位和实现变送器的零点迁移 ，调整电位器,W,2,，即改变,U,A,的大小，可以使得变送器的输出零点电流为,4mA,。,接通,R,20,时实现正迁移,接通,R,21,时实现负迁移。,49 零点调整与零点迁移电路 调整变送器的输出零位,50,输出限幅电路,限制变送器输出电流,I,o,的最大数值,不超过,30mA,。,I,o,最大值为,:,50 输出限幅电路 限制变送器输出电流Io的最大,51,51,52,阻尼电路,抑制变送器的输出,电流因输入差压快速,变化所引起的波动,52 阻尼电路 抑制变送器的输出,53,53,54,R,26,R,28,用于变送器的零点温度补偿,C,17,用于电容耦合接地,VZ,2,除起稳压作用外，还在电源接反时，提供电流通路，以免损坏电子器件。,R,1,、,R,2,、,R,4,、,R,5,用于量程温度补偿二极管,V,D,11,用于在变送器输出指示表未接通时，为输出电流提供通路。,54 R26R28用于变送器的零点温度补偿,55,3.2.3.,扩散硅式差压变送器,扩散硅式差压变送器其传感元件采用扩散硅压阻传感器,。,扩散硅式差压变送器的基本工作原理为：输入差压经由信号检测部分的扩散硅压阻传感器，利用压阻效应使硅材料上的扩散电阻,(,应变电阻,),阻值发生变化，从而使这些电阻组成的电桥产生不平衡电压，该电压由前置放大器放大，与调零与零迁电路产生的调零信号的代数和送入电压,-,电流转换器转换为整机的电流输出信号。,553.2.3. 扩散硅式差压变送器 扩散硅式差压变,56,56,57,(1),扩散硅式,差压变送器,构成方框图,57 (1) 扩散硅式差压变送器构成方框图,58,(2),测量部分,把被测差压,P,成比例地转换为不平衡电压,U,S,1),扩散硅压阻传感器,设：,58 (2) 测量部分 把被测差压P成比例地转换为不平,59,2),传感器供电电路,为传感器提供恒定的桥路工作电流,U,T1,=,U,F1,、,I,F1,=0,工作电流,I,S,为,59 2) 传感器供电电路 为传感器提供恒定的桥路工作,60,(3),放大转换部分,把测量部分输出的,毫伏信号,U,O1,放大并转换成,4,20mA,的直流输出电流,I,O,1),前置放大器,起电压放大作用,可求得,因,R,8,=R,9,，,故,60(3) 放大转换部分 把测量部分输出的毫伏信号U,61,2),电压,电流转换器,把前置放大器的输出,电压,U,01,转换成,4,20mA,的直流输出电流,I,O,由于,R,10,R,11,R,15,R,18,因而,U,0,U,01,零点调整和输出限幅功能,612) 电压电流转换器 把前置放大器的输出电压U01转换,62,采用了哪些措施（手段）来提高变送器的性能？,62 采用了哪些措施（手段）来提高变送器的性能？,63,数字式差压变送器,ST3000,差压变送器,3051,C,差压变送器,1151数字式差压变送器,63数字式差压变送器 ST3000差压变送器,64,ST3000,差压变送器,传感器在单个芯片上形成差压测量用、温度测量用和静压测量用三种感测元件,64 ST3000差压变送器 传感器在单个芯,65,3051,C,差压变送器,检测元件采用电容式压力传感器,65 3051C差压变送器 检测元件采用电容式,66,1151数字式差压变送器,AT89S8252,-,转换技术,HT202,如何保证满足二线制要求？,66 1151数字式差压变送器 AT89S,67,1151数字式差压变送器的软件,分为两部分：测控程序和通信程序,测控程序包括,A/D,采样程序、非线性补偿程序、量程转换程序、线性或开方输出程序、阻尼程序以及,D/A,输出程序等,通信程序采用串行口中断接收/发送,67 1151数字式差压变送器的软件,