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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,*,1,2.5,液位变送器,液位是指密封容器或开口容器中液位的高低，通过液位测量可知道容器内的原料，半成品或成品的数量，以便调节流入流出容器的物料，使之达到物料平衡，从而保证生产过程顺利进行。,此外，通过液位测量可对生产过程中各环节所耗物料进行统计和经济核算。,液位测量由于受到被测介质的物理性质，化学性质以及工作条件的影响，再加上以往未得到足够重视，因此，目前仍然是一个比较薄弱的环节。,2,2.5.1,浮力式液位变送器,浮力式液位变送器是根据阿基米德原理工作的，即液体对一个物体浮力的大小，等于该物体所排出的液体的重量。浮力式液位变送器可分为恒浮力式和变浮力式两种。,恒浮力式液位计原理,1,恒浮力式液位变送器,3,2,变浮力式液位变送器,浮筒式液位计原理,右图为浮筒式变浮力液位计原理图。圆柱形浮筒部分沉浸于液体中，当浮筒被液体浸没的高度变化时，其所受浮力,F,也变化，,F,的变化压缩弹簧，弹簧的弹性力与浮筒的重力相平衡时，浮筒便处于某一平衡位置，测量弹簧的压缩位移，并转换成统一标准信号，便可得知液位高度。,4,浮,筒,G,F,弹,F,浮,浮筒,弹簧,磁钢室,输出指示器,内置式,外置式,静井,基本工作原理,主要由四个基本部分组成：浮筒、弹簧、磁钢室和输出指示器,当浮筒沉浸在液体中时，浮筒将受到向下的重力,G,、向上的浮力,F,浮,和弹簧弹力,F,弹,的复合作用,弹簧的伸缩使其与刚性连接的磁钢产生位移，再通过输出指示器内磁感应元件和传动装置或变换输出装置，使其指示出液位或输出与液位对应的电信号。,特点和要求,浮筒式液位计通常有内置式和侧装外置式两种安装方式，测量原理完全相同，但外置式安装更适用于温度较高的场合。,5,2.5.2,静压力式液位变送器,-,差压（压力）液位变送器,基本工作原理,P=gH,零点迁移,零点迁移的目的：使,H,0,时，变送器输出为,I,omin,（如,4mA,）,P=,1,gH,P=,1,gH-,2,g,（,h,2,-h,1,）,P=,1,gH+,1,gh,1,无迁移,负迁移,迁移量：,-,2,g,（,h,2,-h,1,）,正迁移,迁移量：,1,gh,1,6,例,已知,1,=1200kg/m,3,，,2,=950kg/m,3,，,h,1,=1m,，,h,2,=5m,，液位变化范围,02.5,米，求：变送器的,量程,和,迁移量,。,解,H,max,1,g=2.5*1200*9.8=29400Pa,变送器量程可选为：,40kPa,当,H=0,时，,-,2,g,（,h,2,-h,1,）,=-4*950*9.8=-37.24 kPa,变送器需要进行负迁移，迁移量为,37.24 kPa,结论：,差压式液位变送器，事实上就是一个差压变送器，无非液位变送器的输出与液位高度,H,成线性关系，因此，差压式液位变送器的安装与前面所述的差压变送器的安装是完全相同的。,为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固等液体液位时,，,引压管线,容易出现,被腐蚀、被堵塞的问题，应使用在导压管人口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器（,压力信号的,远传装置），分单法兰式及双法兰式两种。,7,右图为吹气式液位变送的原理。将一根吹气管插入至被测液体的最低液位（零液位）处。压缩空气或惰性气体经恒压阀和流量计吹入贮液罐内，当吹气管的下端有微量气泡溢出时，导管内的压力几乎与液封压力相等。,吹气式液位测量原理,吹气式液位变送,8,2.6,成分分析仪表,成分分析仪表是对物质的成分及性质进行分析和测量的仪表。在现代工业生产过程中，必须对生产过程中的原料、成品、半成品的化学成分、化学性质、粘度、浓度、密度、重度、以及,PH,值等进行自动测量和自动控制，以达到优质高产、降低能源消耗和产品成本，保证安全生产和防止环境污染的目的。,按使用场合来分，成分分析仪表又分为实验室分析仪表和过程分析仪表，自动分析仪表或在线分析仪表。,9,表,2-3,分析仪表的分类,类别,品种,热学式,热导式分析仪表，热化学式分析仪表，差热式分析仪表,磁力式,热磁式分析仪表，磁力机械式分析仪表,光学式,光电比色分析仪表，红外吸收式分析仪表，紫外吸收式分析仪表，光干涉式分析仪表，光散射式分析仪表，光度式分析仪表，分光光度分析仪表，激光分析仪表，化学发光式分析仪表,射线式,X,射线分析仪表，电子光学式分析仪表，核辐射式分析仪表，微波式分析仪表,电化学式,电导式分析仪表，电量式分析仪表，电位式分析仪表，电解式分析仪表，极谱仪，酸度计，离子浓度计,色谱仪,气相色谱仪，液相色谱仪,质谱仪,静态质谱仪，动态质谱仪，其他质谱仪,波谱仪,核磁共振波谱仪，电子顺磁共振波谱仪，,共振波谱仪,物性仪,温度计，水分计，粘度计，密度计，浓度计，尘量计,其他,晶体振荡分析仪表，蒸馏及分离分析仪表，气敏式分析仪表，化学变色式分析仪表,10,2.6.1,红外气体分析仪,红外气体分析仪是利用不同的气体对不同波长的红外线辐射能具有选择性吸收的特性来进行气体浓度分析的。它具有量程范围宽、灵敏度高、反应迅速、选择性强的特点。,红外线的波长范围为,0.751000,，红外气体分析仪中利用的波长范围为,225,，可以用恒定电流加热镍铬丝到某一适当的温度而产生某一特定波长范围的红外线。,气体,特征吸收峰波长,/m,气体,特征吸收峰波长,/m,CO,CO,2,CH,4,NH,3,SO,2,4.65,2.7,，,4.26,，,14.5,2.4,，,3.3,，,7.65,2.3,，,2.8,，,6.1,，,9,7.3,H,2,S,HCl,C,2,H,4,H,2,O,7.6,3.4,3.4,，,5.3,，,7,，,10.5,在,2.6,10,之间都有相当的吸收,表,2-4,部分气体特征吸收峰波长,11,I,与,c,的关系曲线,红外气体分析仪原理框图,12,样气在色谱柱中的分离过程,2.6.2,气相色谱分析仪,13,2.6.3,热磁式氧分析仪,在生产过程中，尤其是燃烧和氧化过程中，以及安全保护和粮食果品储存等方面，准确测量和严格控制混合气体中的氧含量，对节约能源和安全生产等具有十分重要的作用。,在氧分析仪表中，应用最广泛的是热磁式氧分析仪，它具有,量程宽，稳定性好，不消耗被分析气体和使用简便等优点。,传感器是一个具有中间水平通道的测量环室。,热磁式氧分析仪的传感器结构见上图。,14,2.6.4,氧化锆氧量分析仪,氧化锆氧分析器是近年来发展起来的一种新型分析仪表，它由氧化锆探头和变送器两部分组成。氧化锆探头可直接插入管道内进行检测。它将被测气体中的氧含量（浓度）转换成氧浓差电势，经变送器将氧浓差电势转换成,DC 15V,。或,DC 420mA,。统一标准信号输出或远传。,因此，在冶金、炼油、化工等工业部门被广泛用于测量各种锅炉、轧钢加热炉等烟道气的氧含量；它亦可方便地与调节器配合组成氧含量自动控制系统，实现最佳燃烧控制。,氧化锆探头是基于氧浓差电池原理工作的，见上图。,15,2.7,二线制变送器的电路分析与设计,“二线制”：变送器工作电源线和,4,20mA,输出信号线共用两根线。与非二线制（四线制）仪表相比，节省两根传输线，便于施工和维护，有利于,HART,通信协议的实施。,由于集成电路和,MEMS,的发展，传感器越来越精细，体积越来越小。与之匹配的是多种型号的专用,IC,电路芯片，完成由,mV,4,20mA,的变送转换功能。,16,XTR101,芯片,它是美国,BURR,BROW,公司生产的变送器通用电路芯片。,1,）组成：由仪用放大器，双匹配电流源和输出驱动电路等三部分组成。,2),性能指标：偏置电压,30,V,，电压漂移,0.75,V/,，非线性,0.01,工作电压：,11.6,40VDC,，一般采用,24VDC,温度：,40,85,。采用小型,14,引脚双列直插式封装。,工作原理,1,）原理分析,简化电路如图所示。,17,18,设,IC,1,和,IC,2,为理想运算放大器，同相端和反相端电位相等，运放的输入电流为,0,，则跨导设置电阻,R,S,中的电流,I,S,=(e,1N4,e,1N3,)/R,S,=e,1N,/R,S,I,S,和,I,3,形成,I,1,，由芯片参数（内部）设定，得到输出电流,I,0,和输入信号,e,1N,的关系为：,I,0,=4mA+(0.016S+40/R,S,)e,1N,由上式可知：当,e,1N,0,，,I,0,=4mA,；,当为最大值，,I,0,=20mA,，,可知,(0.016S+40/R,S,)e,1N.M,16mA,则,R,S,=40/(16mA/e,1N.M,0.016S),由此根据,e,1N.M,选择,R,S,。,19,2,）应用中的注意事项,负载电阻和电源匹配,由于,XTR101,为单电源工作，工作电源电压,11.6,40V,。负载电阻和电源电压为线性关系，如下图所示。一般变送器电源电压为,24V,，因此最大负载电阻为,750,。实际应用中变送器输出来带,3,个,250,的负载（显示器、调节器、,A/D,输入电阻等）。,20,外接晶体管电路,如下图所示，在,8,，,9,，,12,脚外接一个晶体管，用以分流内部晶体管的大部分电流。以减少芯片的功耗和温度的变化，从而提高,XTR101,的精度和稳定性。但采用这样设计方式应确保外部晶体管的功率参数。,21,输入端空载电位,放大器工作电压,V,CC,，即信号输入端应比信号输出端高,4,6V,，保证电路处于线性工作范围，由外接电阻,R,2,来实现。如下图所示。输入端,3,，,4,输入信号为,e,1n,(E,2,）。由内部电流源输出（,10,，,11,）,I,REF1,和,I,REF2,(2mA),产生偏置电位。（当,R,2,=2.5K,，偏置电位,3,，,47,为,5V,）。,22,失调误差的补偿,为了消除偏置电压的电流影响，在,1,，,2,和,14,引脚之间设置电位计,RP,2,，调节中心点位置使,e,IN,=0,时，,I,0,=4mA,。,设计实例,1.,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按键触动,PCBA,上的开关按键来实现功能的一种设计方式。,传统机械按键设计要点：,1.,合理的选择按键的类型，尽量选择平头类的按键，以防按键下陷。,2.,开关按键和塑胶按键设计间隙建议留,0.050.1mm,，以防按键死键。,3.,要考虑成型工艺，合理计算累积公差，以防按键手感不良。,传统机械按键结构层图：,按键,开关键,PCBA,24,1,）热电偶温度变送器,原理电路如图所示。设热电偶分度号为,K,设定测量范围,0,1000,。,25,首先查热电偶分度表，其热电势,0,41.269mV(01000),；,计算量程电阻,R,S,由上面,I,0,的表达式，,I,0,=16mA,，计算,R,S,得到,R,S,=40/(I,0,/e,1n,-0.016S)=107.6,计算冷端补偿电路,利用二极管,VD,的,PN,结电压温度特性，产生冷端补偿电压。,设,PN,结在,25,时，,V,VD,=0.6V,（硅管），,温度特性,V,VD,/T,2mV/,由,R,5,、,R,6,组成,V,VD,的分压器，使,R,6,上的电压变化率和热电偶的温度变化率近似相等。,K,型热电偶在,25,时，,E,T,/T=0.04mV/,26,计算分压电路，由,V,VD,/T(R,6,/(R,5,+R,6,)=E,T,/T,选择,R,5,=2K,，解得,R,6,=40.82,热电偶输入回路校验,由上图热电偶输入回路电压平衡方程式：,e,1n,=e,2,-e,1,=e,t,+V,4,-e,1,当冷端温度为,25,，热电偶工作端为,0,时，,e,t,=,1.0mV,V,VD,=600mV,，代入上式得到,V,4,=13.0mV,，,R,4,=V,4,/1mA=13.0,R,4,、,R,S,采用精密多圈电位器，用于调节变送器的,0,点和量程，,R,5,和,R,6,用温度系数很小的绕线精密电
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