1、13.1 概述概述 作用作用:对各种工艺参数对各种工艺参数,如温度、压力、流如温度、压力、流 量、液位、量、液位、成分等物理量进行检测，成分等物理量进行检测，以供显示、记录、控制以供显示、记录、控制 仪表使用。仪表使用。分类：差压变送器、压力变送器、温度变送器、液位分类：差压变送器、压力变送器、温度变送器、液位 变送器、流量变送器。变送器、流量变送器。XMINXMAXYMINYMAX XMAX-XMINY=YMAX-YMIN*X+YMINYX23.1.1变送器的构成原理变送器的构成原理:模拟式变送器完全由模拟元器件构成，它将输模拟式变送器完全由模拟元器件构成，它将输入的各种被测参数转换成统一标
2、准信号，其性入的各种被测参数转换成统一标准信号，其性能也完全取决于所采用的硬件。从构成原理来能也完全取决于所采用的硬件。从构成原理来看，模拟式变送器由测量部分，放大器和反馈看，模拟式变送器由测量部分，放大器和反馈部分三部分组成，如图部分三部分组成，如图3 32 2所示。在放大器的所示。在放大器的输入端还加有调与零点迁移信号输入端还加有调与零点迁移信号Z Z0 0,Z,Z0 0由零点由零点调整（简称调零）和零点迁移（简称迁移）环调整（简称调零）和零点迁移（简称迁移）环节产生。节产生。33.1.1变送器的构成原理变送器的构成原理:测量部分测量部分K1X放大部分放大部分K反馈部分反馈部分Kf零点调整
3、零点调整零点迁移零点迁移+-Y=K1+K*Kf（K1X+Z）YZ若：若：K*Kf1则：则：Y=（K1*X/Kf）+Z/Kf4智能式变送器的构成原理智能式变送器的构成原理智能式变送器由以微处理器（智能式变送器由以微处理器（CPU）为核心构成的硬件电路和由）为核心构成的硬件电路和由系统程序、功能模块构成的软件两大部分组成。系统程序、功能模块构成的软件两大部分组成。(1)(1)智能式变送器的硬件构成智能式变送器的硬件构成x x传感器组件传感器组件A/DA/D转转换器换器微处理器微处理器存储器存储器通信电路通信电路数字信号数字信号（a a）一般形式）一般形式传感器组件传感器组件A/DA/D转转换器换器
4、微处理器微处理器存储器存储器x xD/AD/A转转换器换器FSKFSK信号信号通信电路通信电路（b b）采用）采用HARTHART协议通信方式协议通信方式 5 智能式变送器主要包括传感组件、智能式变送器主要包括传感组件、A/D转换器、微处理器、存储转换器、微处理器、存储器和通信电路等部分；采用器和通信电路等部分；采用HART协议通信方式的智能式变送器还协议通信方式的智能式变送器还包括包括D/A转换器。传感器组件通常由传感器和信号调理电路组成，信转换器。传感器组件通常由传感器和信号调理电路组成，信号调理电路用于对传感器的输出信号进行处理，并转换成号调理电路用于对传感器的输出信号进行处理，并转换成
5、A/D转换器转换器所能接受的信号。所能接受的信号。被测参数被测参数X经传感器组件，由经传感器组件，由A/D转换器转换成数字信号送入微转换器转换成数字信号送入微处理器，进行数据处理。存储器中除存放系统程序，功能模块和数处理器，进行数据处理。存储器中除存放系统程序，功能模块和数据外，还存有传感器特性、变送器的输入输出特性以及变送器的识据外，还存有传感器特性、变送器的输入输出特性以及变送器的识别数据，以用于变送器在信号转换时的各种补偿，以及零点调整和别数据，以用于变送器在信号转换时的各种补偿，以及零点调整和量程调整。智能式变送器通过通信电路挂接在控制系统网络通信电量程调整。智能式变送器通过通信电路挂
6、接在控制系统网络通信电缆上，与网络中其它各种智能化的现场控制设备或上位计算机进行缆上，与网络中其它各种智能化的现场控制设备或上位计算机进行通信，传送测量结果信号或变送器本身的各种参数，网络中其它各通信，传送测量结果信号或变送器本身的各种参数，网络中其它各种智能化的现场控制设备或上位计算机也可对变送器进行远程调整种智能化的现场控制设备或上位计算机也可对变送器进行远程调整和参数设定。和参数设定。采用采用HART协议通信方式的智能式变送器，微处理器将数据处理协议通信方式的智能式变送器，微处理器将数据处理后，再传送给后，再传送给D/A转换成转换成420mADC信号输出，信号输出，D/A将通信电路送将通
7、信电路送来的数字信号叠加在来的数字信号叠加在420mA直流信号上输出。通信电路对直流信号上输出。通信电路对420mA直流电流回路进行监测，将其中叠加的数字信号转换成二进制直流电流回路进行监测，将其中叠加的数字信号转换成二进制数字信号后，再传送给微处理器。数字信号后，再传送给微处理器。6 智能式变送器的核心是微处理器。微处理器可以智能式变送器的核心是微处理器。微处理器可以实现对检测信号的线性化处理、量程调整、零点调整、实现对检测信号的线性化处理、量程调整、零点调整、数据转换、仪表自检以及数据通信，同时还控制数据转换、仪表自检以及数据通信，同时还控制A/DA/D和和D/AD/A的运行，实现模拟信号
8、和数字信号的转换。由于微的运行，实现模拟信号和数字信号的转换。由于微处理器具有较强的数据处理功能，因此智能式变送器处理器具有较强的数据处理功能，因此智能式变送器可使用单一传感器以实现常规的单参数测量；也可使可使用单一传感器以实现常规的单参数测量；也可使用复合传感器以实现多种传感器检测的信息融合；还用复合传感器以实现多种传感器检测的信息融合；还可使一台变送器能够配接不同的传感器。可使一台变送器能够配接不同的传感器。通常，智能式变送器还配置有手持终端（外部数通常，智能式变送器还配置有手持终端（外部数据设定器或组态器），用于对变送器参数进行设定，据设定器或组态器），用于对变送器参数进行设定，如设定变
9、送器的型号、量程调整、零点调整、输入信如设定变送器的型号、量程调整、零点调整、输入信号选择、输出信号选择、工程单位选择和阻尼时间常号选择、输出信号选择、工程单位选择和阻尼时间常数设定以及自诊断等。数设定以及自诊断等。7（2 2）智能式变送器的软件构成）智能式变送器的软件构成 智能式变送器的软件：系统程序和功能模块两大部分。智能式变送器的软件：系统程序和功能模块两大部分。系统程序系统程序对变送器硬件的各部分电路进行管理，并使变送对变送器硬件的各部分电路进行管理，并使变送器能完成最基本的功能，如模拟信号和数字信号的转换、数据通器能完成最基本的功能，如模拟信号和数字信号的转换、数据通信、变送器自检等
10、；信、变送器自检等；功能模块功能模块提供了各种功能，供用户组态时调用以实现用户所提供了各种功能，供用户组态时调用以实现用户所要求的功能。智能式变送器提供的功能模块主要有：要求的功能。智能式变送器提供的功能模块主要有：8 资源模块资源模块 包含与资源相关的硬件数据，控制其他功能模块的包含与资源相关的硬件数据，控制其他功能模块的工作组态；工作组态；变量转换变量转换 将输入将输入/输出变量转换成相应的工程量；输出变量转换成相应的工程量；模拟输入模拟输入 对传感器进行选择、滤波、平方根、小信号切除及对传感器进行选择、滤波、平方根、小信号切除及去掉尾数等功能；去掉尾数等功能；量程自动切换量程自动切换 自
11、动切换量程，以及提高测量精度；自动切换量程，以及提高测量精度；非线性校正非线性校正 用于校正传感器的非线性误差；用于校正传感器的非线性误差；温度误差校正温度误差校正 消除变送器由环境温度或工作介质温度变化而消除变送器由环境温度或工作介质温度变化而引起的误差；引起的误差；阻尼时间设定；阻尼时间设定；显示转换显示转换 用于组态液晶显示上的过程变量；用于组态液晶显示上的过程变量；PID控制功能控制功能 包含多种控制功能，如包含多种控制功能，如PID算法、设定值及变算法、设定值及变换率范围调整、测量值滤波及报警、前馈、输出跟踪等；换率范围调整、测量值滤波及报警、前馈、输出跟踪等；运算功能运算功能 提供
12、预定公式，可进行各种计算；提供预定公式，可进行各种计算；报警报警 可具有动态或静态报警限位、优先级选择、暂时性报可具有动态或静态报警限位、优先级选择、暂时性报警限位、扩展阶跃设定点和报警限位或报警检查延迟等功能。警限位、扩展阶跃设定点和报警限位或报警检查延迟等功能。9 用户可以通过上位管理计算机或挂接在现场总线通信电缆上用户可以通过上位管理计算机或挂接在现场总线通信电缆上的手持式组态器，对变送器进行远程组态，调用或删除功能模块；的手持式组态器，对变送器进行远程组态，调用或删除功能模块；也可以使用专用的编程工具对变送器进行本地调整。也可以使用专用的编程工具对变送器进行本地调整。不同厂家或不同品种
13、的变送器，其硬件和软件部分的系统结不同厂家或不同品种的变送器，其硬件和软件部分的系统结构大致相同，主要的区别在于器件类型、电路形式、程序编码和构大致相同，主要的区别在于器件类型、电路形式、程序编码和软件功能等方面。软件功能等方面。103.1.2变送器的共性问题变送器的共性问题:1）量程量程调整：调整：使变送器的输出信号上限与输使变送器的输出信号上限与输 入信号上限相对应。入信号上限相对应。X/MAXXMAXYMAXYMIN量程调整相当于量程调整相当于改变输入输出特改变输入输出特性的斜率。性的斜率。量程：指变送器的输量程：指变送器的输 入测量范围。入测量范围。112、变送器的零点调整和零点迁移：
14、、变送器的零点调整和零点迁移：目的：使变送器的输出信号上限与输目的：使变送器的输出信号上限与输 入信号上限相入信号上限相 对应。对应。在在XMIN=0时，称为零点调整；时，称为零点调整；在在XMIN 0时，称为零点迁移时，称为零点迁移。正迁移：正迁移：XMIN0负迁移：负迁移：XMIN0零点迁移不改变变送器的零点迁移不改变变送器的量程。量程。X1MINX2MINYX12xmaxx0minxmaxyminyxmaxx0maxyminyminxxmaxx0maxyminy(a)(a)未迁移未迁移(b)(b)正迁移正迁移(c)(c)负迁移负迁移yyy 可以看出，零点迁移以后，变送器的输入输出特性沿可
15、以看出，零点迁移以后，变送器的输入输出特性沿x x坐标向右或向左坐标向右或向左平移了一段距离，其斜率并没有改变，即变送器的量程不变。平移了一段距离，其斜率并没有改变，即变送器的量程不变。进行零点迁移，再辅以量程调整，可以提高仪表的测量精度。进行零点迁移，再辅以量程调整，可以提高仪表的测量精度。零点调整的调整量通常比较小，而零点迁移的调整量比较大，可达量零点调整的调整量通常比较小，而零点迁移的调整量比较大，可达量程的一倍或数倍。程的一倍或数倍。各种变送器对其零点迁移的范围都有明确规定。各种变送器对其零点迁移的范围都有明确规定。零点调整和零点迁移的方法，对于模拟式变送器，是通过改变加在放零点调整和
16、零点迁移的方法，对于模拟式变送器，是通过改变加在放大器输入端上的调零信号大器输入端上的调零信号Z Z0 0的大小来实现，参见图的大小来实现，参见图3-13-1；对于智能式变送器，；对于智能式变送器，也是通过组态来完成的。也是通过组态来完成的。z133、线性化：、线性化：变送器在使用时，总是希望其输出信号与被测参数之间变送器在使用时，总是希望其输出信号与被测参数之间成线性关系，但由于传感器组件的输出信号与被测参数成线性关系，但由于传感器组件的输出信号与被测参数之间往往存在着非线性关系，因此，为了使变送器的输之间往往存在着非线性关系，因此，为了使变送器的输出信号出信号y y与被测参数与被测参数x
17、x之间呈线性关系，必须进行非线性之间呈线性关系，必须进行非线性补偿。补偿。对于模拟式变送器，非线性补偿方法通常有两种示：对于模拟式变送器，非线性补偿方法通常有两种示：A:A:使反馈部分与传感器组件具有相同的线性特性；使反馈部分与传感器组件具有相同的线性特性；B:B:使测量部分与传感器组件具有相反的线性特性。使测量部分与传感器组件具有相反的线性特性。14在反馈回路中引入一个与传感元件相同的在反馈回路中引入一个与传感元件相同的非线性特性电路进行线性化处理；非线性特性电路进行线性化处理；一般采用分段线性化方法一般采用分段线性化方法热电偶温度变送器热电偶温度变送器15检测元件检测元件T T测量部分测量
18、部分xziz放大器放大器反馈部分反馈部分y_fzA:使反馈部分与传感器组件具有相同的线性特性；使反馈部分与传感器组件具有相同的线性特性；由于反馈部分与传感器组件具有相同的非线性特性，由于反馈部分与传感器组件具有相同的非线性特性，而负反馈放大器的特性是反馈部分特性的倒特性，因此而负反馈放大器的特性是反馈部分特性的倒特性，因此负反馈放大器的特性刚好与传感器组件的非线性关系相负反馈放大器的特性刚好与传感器组件的非线性关系相反，结果使得变送器输出信号反，结果使得变送器输出信号Y与输入信号与输入信号X之间呈线之间呈线性关系。性关系。16线性化线性化-热电阻温度变送器热电阻温度变送器在测量回路中引入一个与
19、传感元件相反的在测量回路中引入一个与传感元件相反的非线性特性电路进行线性化处理；非线性特性电路进行线性化处理；一般采用分段线性化方法或电压正反馈方法一般采用分段线性化方法或电压正反馈方法17检测元件检测元件T T测量部分测量部分xziz放大器放大器反馈部分反馈部分y_fz B:使测量部分与传感器组件具有相反的线性特性。使测量部分与传感器组件具有相反的线性特性。由于测量部分与传感器组件具有相反的非线性特由于测量部分与传感器组件具有相反的非线性特性，刚好补偿了传感器组件的非线性，因此输入放大性，刚好补偿了传感器组件的非线性，因此输入放大器的信号特性是线性的，只要负反馈放大器的特性是器的信号特性是线
20、性的，只要负反馈放大器的特性是线性的，则变送器输出信号线性的，则变送器输出信号Y与输入信号与输入信号X之间呈线性之间呈线性关系。关系。对于智能式变送器来说，只要预先将传感器的特对于智能式变送器来说，只要预先将传感器的特性存储在变送器的性存储在变送器的EPROM中，通过软件是很容易实中，通过软件是很容易实现非线性补偿的。现非线性补偿的。184、变送器的信号传输：、变送器的信号传输：变送器安装在生产现场，工作电源从控制室提变送器安装在生产现场，工作电源从控制室提供，而输出信号传送到控制室。供，而输出信号传送到控制室。19 二线制和四线制传输二线制和四线制传输 电动模拟式变送器的二线制和四线制传输电
21、源和输出信号方电动模拟式变送器的二线制和四线制传输电源和输出信号方式。式。二线制传输方式，电源、负载电阻和变送器是串联的，目前二线制传输方式，电源、负载电阻和变送器是串联的，目前大多数变送器均为二线制变送器。大多数变送器均为二线制变送器。四线制传输方式，电源和负载电阻是分别与变送器相连的，四线制传输方式，电源和负载电阻是分别与变送器相连的，即供电电源和输出信号分别用二根导线传输，这类变送器称为四即供电电源和输出信号分别用二根导线传输，这类变送器称为四线制变送器。线制变送器。二二线线制制变变送送器器IUrIIRE四四线线制制变变送送器器IIR电电源源（a a）二线制变送器）二线制变送器（b b）
22、四线制变送器）四线制变送器20二线制和四线制传输二线制和四线制传输电电源源生产现场生产现场控制室控制室电电源源工作电流工作电流IUT+IOMAX（RLMAX+r）RLEUT223.2 差压变送器差压变送器:作用作用:将差压、流量、液位等被测参数转换为标准的将差压、流量、液位等被测参数转换为标准的电流信号或数字信号。电流信号或数字信号。种类：种类：膜盒式、电容、扩散硅、电感式差压变送器。膜盒式、电容、扩散硅、电感式差压变送器。主要以电容差压变送器为主进行介绍主要以电容差压变送器为主进行介绍233.2.1.膜盒式差压变送器膜盒式差压变送器24253.2电容式差压（压力）变送器电容式差压（压力）变送
23、器 电容式差压变送器的检测元件采用电容式压力传感器，电容式差压变送器的检测元件采用电容式压力传感器，是目前工业上普遍使用的一种变送器。是目前工业上普遍使用的一种变送器。输入差压输入差压 作用于测量部分电容式压力传感器的中心感作用于测量部分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，此电容变化极所组成的差动电容之电容量发生变化，此电容变化量由电容量由电容/电流传换电路转换成电流信号电流传换电路转换成电流信号Ia，Ib和调零和调零与零迁电路产生的调零信号与零迁电路产生的调零信号Iz的代数和同
24、反馈电路产的代数和同反馈电路产生的反馈信号生的反馈信号If进行比较，其差值送入放大器，经放进行比较，其差值送入放大器，经放大得到整机的输出信号大得到整机的输出信号IO。由于反馈电路和调零与零迁电路仅由几个电阻和电位由于反馈电路和调零与零迁电路仅由几个电阻和电位器构成，因此可把它们与放大器合为一个整体，即变器构成，因此可把它们与放大器合为一个整体，即变送器可划分为两部分：测量部分和放大部分。送器可划分为两部分：测量部分和放大部分。263.2电容式差压（压力）变送器：电容式差压（压力）变送器：检测元件：检测元件：电容式压力传感器。目前使用最广电容式压力传感器。目前使用最广 泛的变送器（如：泛的变送
25、器（如：1151系列、系列、ST3000系列）系列）主要生产厂家：罗斯蒙特（主要生产厂家：罗斯蒙特（Rosmount）、霍）、霍尼韦尔尼韦尔Honeywell）及合资厂家。及合资厂家。检测检测电容电容C/I电流放大电流放大零点调整、迁移零点调整、迁移反馈反馈P、PIO测量部分测量部分放大部分放大部分工作原理！工作原理！27测量部分测量部分电容压力传感器：电容压力传感器：若不考虑边缘电场影响，中心感压膜若不考虑边缘电场影响，中心感压膜片与其两边弧形电极构成的电容片与其两边弧形电极构成的电容Ci1和和Ci2可近似地看成可近似地看成是平板电容器，其电容量可分别表示为是平板电容器，其电容量可分别表示为
26、S0S0 Ci1=S0+Ci2=S0-=S0=KCi1-Ci2Ci1+Ci2差动电容相对变化值差动电容相对变化值结论结论P10128pKpKKpSKCCCCiiii21011212 差动电容的相对变化值差动电容的相对变化值 与被测差压与被测差压P成线性成线性关系，因此把这一相对变化值作为测量部分的输出关系，因此把这一相对变化值作为测量部分的输出信号；信号；与灌充液的介电常数与灌充液的介电常数 无关，这样从原理上消无关，这样从原理上消除了灌充液介电常数的变化给测量带来的误差。除了灌充液介电常数的变化给测量带来的误差。29 电容电容/电流转换电路的作用是将差动电容的相对变化值成电流转换电路的作用是
27、将差动电容的相对变化值成比例地转换为差动信号比例地转换为差动信号Id，并实现非线性补偿功能。，并实现非线性补偿功能。它由振荡器、解调器、振荡控制放大电路和线性调整电它由振荡器、解调器、振荡控制放大电路和线性调整电路等部分组成。路等部分组成。电容式压力传感器的电容式压力传感器的Ci1和和Ci2由振荡器供电，因此，由振荡器供电，因此，两个电容的电容量变化，被转换为电流变化，其中流过两个电容的电容量变化，被转换为电流变化，其中流过Ci1的电流为的电流为 i 1，流过，流过Ci2的电流为的电流为 i 2。经解调器相敏。经解调器相敏整流后输出两组信号，一组（整流后输出两组信号，一组（i2-i1）为差动信
28、号）为差动信号Id，另，另一组（一组（i2+i1）为共模信号）为共模信号Ic。差动信号。差动信号Id经电流放大电经电流放大电路放大成路放大成420mADC的输出电流的输出电流I0；共模信号；共模信号Ic作为振作为振荡控制放大电路的输入信号，以控制振荡器的供电电压，荡控制放大电路的输入信号，以控制振荡器的供电电压，使得使得 i1+i2 保持不变，从而保证保持不变，从而保证Id与输入差压与输入差压P成比成比例关系。例关系。原理图30电容电容/电流转换电流转换非线性化非线性化31正半周正半周 当振荡器输出为正半周时（当振荡器输出为正半周时（T1同相端为正时），同相端为正时），VD2、VD6及及VD2
29、，VD7导通，而导通，而VD1，CD5及及CD4，CD8截止。绕组截止。绕组2-11产产生的电流生的电流 i2 的路线为的路线为 )11(,21111722261TCCCCVDVDLTi绕组绕组3-10产生的电流的路线为产生的电流的路线为)10(,318617113741TRRCCCVDVDRLTi32电容电容/电流转换电流转换非线性化非线性化33当振荡器输出为负半周时（当振荡器输出为负半周时（T1T1同相端为负时），同相端为负时），VD1VD1、VD5VD5及及VD4VD4，VD8VD8导通，导通，而而VD2VD2，VD6VD6及及VD3VD3，VD7VD7截止。绕组截止。绕组2-112-1
30、1产生的电流产生的电流 i1 i1 的路线为的路线为 从图从图3-343-34中可以看出，绕组中可以看出，绕组2-112-11在振荡器正、负半周中产生的在振荡器正、负半周中产生的电流电流i1i1和和i2i2以相反的方向流过以相反的方向流过C11C11，两者平均值之差，两者平均值之差I2-I1I2-I1即为即为解调器输出的差动信号解调器输出的差动信号IdId，作为一下级电流放大器的输入信号。，作为一下级电流放大器的输入信号。绕组绕组3-103-10和和1-121-12产生的电流产生的电流i1i1和和i2i2流过流过R6/R8R6/R8和和R9/R7R9/R7产生的产生的电压，对运算放大器电压，对
31、运算放大器A1A1输出端说，极性相同，两者平均值之和输出端说，极性相同，两者平均值之和I2+I1I2+I1即为解调器输出的共模信号即为解调器输出的共模信号IcIc。为了求得差动信号为了求得差动信号I2-I1I2-I1与差动电容相对变化值的关系，先要确与差动电容相对变化值的关系，先要确定定i1.i2i1.i2的大小。因为电路时间常数比振荡周期小得多，可以认的大小。因为电路时间常数比振荡周期小得多，可以认为为C11C12C11C12两端电压的变化等于振荡器输出高频电压的峰两端电压的变化等于振荡器输出高频电压的峰-峰值峰值UppUpp，因此可求得，因此可求得 i1i1和和i2i2的平均值的平均值I1
32、I1，I2I2如下如下)2(,11184117111TVDVDCCCCTi绕组绕组1-121-12产生的电流产生的电流i2 i2 的路线为的路线为)1(,1213512217971TRVDVDCCCRRTi34 式中式中:T振荡器输出高振荡器输出高频电压的周期；频电压的周期；f振荡器输出高振荡器输出高频电压的频率。频电压的频率。fUCTUCIppippi111fUCTUCIppippi222因此，差动电容的平均值之差因此，差动电容的平均值之差IdId及两者之和及两者之和IcIc分别为分别为fUCCIIIppiid1212fUCCIIIppiic1212PKCCCCfUCCfUCCIIiiiip
33、piippiicd)()()()(1212121235电容电容/电流转换电流转换非线性化非线性化36 振荡控制放大器：振荡控制放大器的作用，是使振荡控制放大器：振荡控制放大器的作用，是使流过流过VD1，VD5和和VD3，VD7的电流之和的电流之和I2+I1即即Ic等于常数。等于常数。在不考虑线性调整电路作用时，在不考虑线性调整电路作用时，A1的输出端的输出端接受两个电压信号：一个是基准电压接受两个电压信号：一个是基准电压U02在在R9和和R8上的压降，设为上的压降，设为Ud1,另一个是分流后在另一个是分流后在R9和和R8上产生的压降，即共模信号上产生的压降，即共模信号Ic产生的压降，设为产生的
34、压降，设为Ud20 和和 以它们的平均值表示：以它们的平均值表示：37 由于由于R6=R9，R7=R8，故上式可写成，故上式可写成28689791ORdURRRURRRU18686297972IRRRRIRRRRUd286861OdURRRRU1286862IIRRRRUd如把如把A1看作理想运算放大器，即看作理想运算放大器，即Ud=Ud1+Ud2=038 上式中上式中R6R6，R8R8，R9R9和和U02U02均恒定不变，因此均恒定不变，因此I2+I1I2+I1也恒定不变，也恒定不变，即即Ic Ic为常数。为常数。振荡控制放大器维持振荡控制放大器维持Ic Ic不变的过程可以定性分析如下：不变
35、的过程可以定性分析如下：假设振荡器输出电压增加使假设振荡器输出电压增加使I2+I1I2+I1增加。可知，增加。可知，A1A1的输入信号的输入信号Ud2Ud2增加，即增加，即UdUd增加，使增加，使A1A1的输出的输出U01U01减小（减小（U01U01是以是以A1A1电源电源正极为基准），从而使得振荡器振荡幅度减小，变压器正极为基准），从而使得振荡器振荡幅度减小，变压器T1T1输输出电压减小，直至使出电压减小，直至使I2+I1I2+I1恢复到原来的数值。显然，这是一恢复到原来的数值。显然，这是一个负反馈的自动调节过程，振荡器和调制器一部分电路构成个负反馈的自动调节过程，振荡器和调制器一部分电路
36、构成了了A1A1的深度负反馈电路，其目的是维持的深度负反馈电路，其目的是维持I2+I1I2+I1保持不变。保持不变。286681228686128686210OOddURRRRIIURRRRIIRRRRUU39放大、反馈部分放大、反馈部分113442181233111/CRERVTVTRVDWRVDEL40ba3334OFo34833o34ba33833fRRRRIKIRRRIRRRRRRI41 测量部分输出的差动信号测量部分输出的差动信号Id 对对C11充电，使得充电，使得B与基与基准地（准地（A3电源正极）之间的电压电源正极）之间的电压Ub增加，从而增加，从而A3的输的输出电压出电压U03
37、增大，即增大，即VT3的基极电压增加，其集电极电的基极电压增加，其集电极电流流Ic3 也就是也就是VT4的基极电流的基极电流Ic4 增加，增加，VT4 的发射极电的发射极电流流Ic4增大，增大，VT4 即为变送器输出电流即为变送器输出电流I0。I0经反馈电路经反馈电路产生的反馈电流如果也增加。如果经产生的反馈电流如果也增加。如果经R34对对C11反向充电，反向充电，使使Ub减小。在如果减小。在如果=Id，即，即C11的正、反向充电电源相等的正、反向充电电源相等时，时，U8一定，相应的输出电流一定，相应的输出电流I0也一定，这时，也一定，这时，I0与与Id成比例关系。成比例关系。可以求得反馈电流
38、如果与可以求得反馈电流如果与I0的关系为的关系为pKKIKImfdfo1142 上式表明：上式表明：在量程一定时，在量程一定时，Kf与与Km为常数，即变送器的输出电流为常数，即变送器的输出电流I0和输和输入入 信号信号P之间呈线性关系，其基本误差一般为之间呈线性关系，其基本误差一般为0.2%，变差为，变差为0.1%；通过调整电位器通过调整电位器W3改变反馈系数改变反馈系数Kf的大小，可以调整变送器的大小，可以调整变送器的量程。的量程。pKKIKImfdfo114344（2）零点调整与零点迁移电路）零点调整与零点迁移电路 零点调整与零点迁移电路分别用以调整变送器的输出零点调整与零点迁移电路分别用
39、以调整变送器的输出零位和实现变送器的零点迁移。零位和实现变送器的零点迁移。电阻电阻R36，R37和电位器和电位器W2构成零点调整电路，构成零点调整电路，W2为调零电位器。由图可以看出，若调整为调零电位器。由图可以看出，若调整W2使得使得UA大大于于UB，则产生的调零电流，则产生的调零电流IZ对对C11进行充电，其方向进行充电，其方向与差动信号与差动信号Id相同，因而使得变送器的输出电流相同，因而使得变送器的输出电流I0在在电子器件工作电流（通常为电子器件工作电流（通常为2.7mA左右）基础上增大。左右）基础上增大。在输入在输入 差压差压P=0时，调整电位器时，调整电位器W2，即改变，即改变UA
40、的的大小，可以使得变送器的输出零点电流为大小，可以使得变送器的输出零点电流为4MA。值得指出的是，调整值得指出的是，调整W2改变变送器零点电流时，对变改变变送器零点电流时，对变送器的满度值会有影响；而调整电位器送器的满度值会有影响；而调整电位器W3改变变送器改变变送器的量程时，对变送器的零点电流也会有影响。因此，的量程时，对变送器的零点电流也会有影响。因此，在仪表调校时，应反复调整零点和满度。在仪表调校时，应反复调整零点和满度。45 电阻电阻R20，R21和开关和开关S1构成零点迁移电路，构成零点迁移电路，S1为零点迁移为零点迁移开关。零点迁移电路的作用与调零电路相类似，把开关。零点迁移电路的
41、作用与调零电路相类似，把S1接通接通R20或或R21，相当于，相当于UA产生了很大变化（相当于产生了很大变化（相当于UA=0或或UA=UD，这时以这时以R20或或R21代替代替R36），因而使变送器的零位电流产生了），因而使变送器的零位电流产生了很大的变化，即实现了变送器的零点迁移。接通很大的变化，即实现了变送器的零点迁移。接通R20时，零位时，零位电流减小，从而可实现正迁移；当接通电流减小，从而可实现正迁移；当接通R21时，零位电流增加，时，零位电流增加，可实现负迁移。可实现负迁移。46（3）输出限幅电路）输出限幅电路输出限幅电路用于限制变送器输出电流输出限幅电路用于限制变送器输出电流I0的
42、最大数值不超过的最大数值不超过30mA。它由晶体管它由晶体管VT2、电阻、电阻R18和和二极管和和二极管VD12组成。组成。当输出电流当输出电流I0增大时，增大时，R18上的压降也增大，由于稳压管上的压降也增大，由于稳压管VZ1的电的电压恒定，因此压恒定，因此VT2的集电极与发射极之间电压的集电极与发射极之间电压Uce2减不。在减不。在Uce2减小到等于减小到等于VT2的饱和压降的饱和压降Uces时，时，IO达到最大值，不能再增加。达到最大值，不能再增加。由此可估算出由此可估算出I0最大值为最大值为mA30IRUUUUIW1812Dces2be1Damaxo式中，式中，UD1稳压管稳压管VZ1
43、的稳压值；的稳压值；UD12二极管二极管VD12的正向导能电压；的正向导能电压；Ub12晶体管晶体管VT2的发射极正向压防；的发射极正向压防；Uces晶体管晶体管VT2的饱和压降；的饱和压降；Iw变送器电子器件的工作电流，变送器电子器件的工作电流，IW2.7mA。4748（4）阻尼电路）阻尼电路 阻尼电路用于抑制变送器输出电流因输入差压快速变化所阻尼电路用于抑制变送器输出电流因输入差压快速变化所引起的波动，它由引起的波动，它由R38，R39，C22和和W4构成，构成，W4为阻尼时间为阻尼时间调整电位器。调整电位器。阻尼时间等于阻尼电路的时间常数，因此改变阻尼时间调阻尼时间等于阻尼电路的时间常数
44、，因此改变阻尼时间调整电位器整电位器W4，可以调整阻尼时间的大小，其范围为，可以调整阻尼时间的大小，其范围为 0.21.67s(灌充液为硅油灌充液为硅油)。电阻电阻R26R28R26R28用于变送器的零点温度补偿，其中用于变送器的零点温度补偿，其中R26R26为具有负温度系为具有负温度系数的热敏电阻。电阻数的热敏电阻。电阻R1R1，R2R2，R4R4，R5R5用于量程温度补偿，其中用于量程温度补偿，其中R2R2为负温为负温度系数的热敏电阻。二极管度系数的热敏电阻。二极管VD11VD11用于在变送器输出指示表未接通时，为用于在变送器输出指示表未接通时，为输出电流提供通路。输出电流提供通路。VZ2
45、VZ2除起稳压作用外，还在电源接反时，提供电流通除起稳压作用外，还在电源接反时，提供电流通路，以免损坏电子器件。路，以免损坏电子器件。电容电容C17C17用于电容耦合按地。由于是通过电容耦合按地，因此在用兆欧表用于电容耦合按地。由于是通过电容耦合按地，因此在用兆欧表检查变送器接线端子对地的绝缘电阻时，其输出电压不宜超过检查变送器接线端子对地的绝缘电阻时，其输出电压不宜超过100V100V。493.3温度变送器：温度变送器：温度变送器与测温元件配合使用温度变送器与测温元件配合使用,将温度将温度或温差信号转换成为统一标准信号或数或温差信号转换成为统一标准信号或数字信号字信号,以实现对温度参数显示、
46、记录、以实现对温度参数显示、记录、自动控制。自动控制。温度变送器也可作为直流毫伏变送器和温度变送器也可作为直流毫伏变送器和电阻变送器，实现对直流毫伏信号和电电阻变送器，实现对直流毫伏信号和电阻信号的测量。阻信号的测量。50典型模拟式温度变送器典型模拟式温度变送器:检测检测元件元件输入输入电路电路放大放大零点调整、迁移零点调整、迁移反馈反馈TIIO测量部分测量部分放大部分放大部分51DDZ-型温度变送器型温度变送器:DDZ DDZ型温度变送器有带非线性补偿电路与型温度变送器有带非线性补偿电路与不带非线性补偿电路的热电偶温度变送器和热电阻不带非线性补偿电路的热电偶温度变送器和热电阻温度变送器以及直
47、流毫伏变送器等多个品种，各品温度变送器以及直流毫伏变送器等多个品种，各品种的原理和结构大致相仿。种的原理和结构大致相仿。DDZ-型温度变送器可分为热电偶温度变送型温度变送器可分为热电偶温度变送器、热电阻温度变送器、直流毫伏变送器。它们分器、热电阻温度变送器、直流毫伏变送器。它们分别将直流毫伏信号、热电偶毫伏信号、热电阻电阻别将直流毫伏信号、热电偶毫伏信号、热电阻电阻信号转换为信号转换为4-20mADC的输出信号。的输出信号。DDZ-型温度变送器属安全火花型防爆仪表型温度变送器属安全火花型防爆仪表采用四线制连接方式。电路中增加了采用四线制连接方式。电路中增加了DC/AC/DC电电路。路。52 三
48、种变送器都分为量程单元和放大单元两个部分，它三种变送器都分为量程单元和放大单元两个部分，它们分别设置在两块印刷线路板上，用接插件互相连接。其们分别设置在两块印刷线路板上，用接插件互相连接。其中放大单元是通用的；而量程单元则随品种、测量范围的中放大单元是通用的；而量程单元则随品种、测量范围的不同而异。不同而异。53零点调整零点调整稳压源稳压源放放大大单单元元非线性校正非线性校正热点偶热点偶TIU（b b）热电偶温度变送器）热电偶温度变送器零点调整零点调整稳压源稳压源放放大大单单元元IU量程单元量程单元线性化器线性化器热点阻热点阻T量程单元量程单元反馈反馈（c c）热点阻温度变送器）热点阻温度变送
49、器 比较三种变送器的构成方框图可以看出，热电偶温度变送器和热电比较三种变送器的构成方框图可以看出，热电偶温度变送器和热电阻温度变送器是在直流毫伏变送器的基础上，分别增加了相应的补偿电阻温度变送器是在直流毫伏变送器的基础上，分别增加了相应的补偿电路而构成的。因此，下面着重分析直流毫伏变送器，而对另外两种变送路而构成的。因此，下面着重分析直流毫伏变送器，而对另外两种变送器仅分析其所增加的补偿电路。器仅分析其所增加的补偿电路。54 (1)(1)直流毫伏变送器直流毫伏变送器 直流毫伏变送器用于把直流毫伏信号直流毫伏变送器用于把直流毫伏信号E Ei i转换成转换成 4-20mADC4-20mADC电流信
50、号。由检测元件送来的直流毫伏信号电流信号。由检测元件送来的直流毫伏信号E Ei i和调和调零与零迁移电路产生的调零信号零与零迁移电路产生的调零信号EzEz的代数和同反馈电路产生的代数和同反馈电路产生的反馈信号的反馈信号U Uf f进行比较，其差值送入电压放大器进行电压放进行比较，其差值送入电压放大器进行电压放大，再经功率放大器和隔离输出电路转换得到整机的大，再经功率放大器和隔离输出电路转换得到整机的 4-20mADC4-20mADC输出信号输出信号I IO O。55直流毫伏变送器线路原理图直流毫伏变送器线路原理图56量程单元量程单元5758功率放大及隔离输出功率放大及隔离输出59DC/AC电源
