第二章变送器和转换器

控制仪表及装置第二章变送器和转换器第二章变送器和转换器第一节变送器的构成第二节差压变送器第三节温度变送器第四节电/气转换器变送器的构成构成原理测量部分C放大器K反馈部分F调零、零点迁移ZiZfZ0yxyxymaxxmaxxminymin0变送器的构成原理和输入输出特性0()1KyCxzKF01()yCxzF1KF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出特性的斜率，也就是改变变送器输出信号y与输入信号x之间的比例系数。量程调整（即满度调整）的目的是使变送器的输出信号上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应。方法：改变反馈部分反馈系数改变测量部分转换系数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。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。零点调整和零点迁移都是使变送器的输出信号下限值ymin与测量范围的下限值xmin相对应，在xmin=0时，称为零点调整，在xmin≠0时，称为零点迁移。实现方法：改变调零信号Z0（一）概述检测元件－差动电容感压膜片差动电容电容-电流转换电路放大和输出限制电路反馈电路调零、迁移信号＋－反馈信号iPS2121iiiiCCCC21II0I构成原理－位移平衡式二、电容式差压变送器变送器构成方框图（二）测量部件作用：iP2121iiiiCCCCi1i20CCiP时，i1i10CCiP时，电容量减小，电容量增大测量部件结构2100221000[1/()1/()][1/()1/()]iiiiCCASSSSSKSCCASSSSS1iSKP2121221iiiiiCCKSKKPCC11110iAACSSS22220iAACSSS结论：1212iiiiCCCC(1)相对变化值与被测差压成线性关系。iP(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。0S0S（三）转换放大电路作用：将差动电容的相对变化值，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。电路包括电容－电流转换电路及放大电路两部分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IC1IC3＋－E12～45VCi1Ci2RLI04～20mA共模信号－－＋差动信号振荡控制放大器前置放大器1.电容－电流转换电路振荡器包括VT1、T1等，向Ci1和Ci2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号(电流变化值)。R30R29CC19VT1LU01C20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。解调和振荡控制电路(包括解调器和振荡控制电路)Ii=I2-I1=(I2+I1)振荡器T1IC1C8R9R7R8R6C11RiURC17VD1VD5VD2VD6VD4VD8VD3VD7Ci2Ci1112112310U01Ui1Ui2I2I1I1I2I1I2解调(即相敏整流)后输出两组电流信号：差动信号和共模信号，使后者保持不变，可得Ci2-Ci1Ci2+Ci1=K3Ci2-Ci1Ci2+Ci1线性调整电路(包括VD9、VD10、R22、R23、RP1等)C3VD10RP1R22R23IC1C8VD9101312C5C4Ui3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。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。2.放大及输出限制电路将电流信号Ii放大，并输出4~20mA的直流电流。R33R31RP3RP31cdVD12R18R17C16VT3RLVT2C12R19IC3R39R38RP4AC22UFUTR10R13R14R16R20R34SR21R37BC11R36RP21RP22RP2VZ1R11VD11VT4+-IfIiI024~45V放大电路(包括IC3、VT3、VT4等)IC3起前置放大作用，VT3、VT4组成复合管，将IC3的输出电压变换为变送器的输出电流。电阻R31、R33、R34和电位器Rp3组成反馈网络，输出电流Io经这一网络分流，得到反馈电流If，送至放大器的输入端，这深度负反馈保证了Ii和Io的线性关系。电位器Rp2用以调整输出零位。S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Rp3用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：调零和调量程电路R36U0’RP22RP2VZ1BR0’RP21R33RP3RP31dVZ1R31cR34RfI0BUfIfIo=K3K4Ci2-Ci1Ci2+Ci1+K4K5(UA-aUVZ1)式中：K4=RiRf，K5=1Ri，、a为分压系数。输出限制电路(包括VT2、R18等)当输出电流超过允许值时，R18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，流过VT2(也即VT4)的电流受到限制(Io不超过30mA)。其它元件的作用R38、R39、C22和RP4构成阻尼电路，抑制变送器的输出波动，RP4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。VD12在指示仪表未接同时，为输出电流提供通路,同时起反向保护作用。