第三篇 仪表系统分析,12.1 显示仪表工作原理 12.2 传统显示及记录仪表 12.3 数字式显示及记录仪表,11 变送单元,12 显示单元,11.1 常用变送器工作原理 11.2 DDZ-型差压变送器 11.3 DDZ-型温度变送器 11.4 新型变送器,13.1 常规控制规律 13.2 调节器控制规律的实现 13.3 常规调节器基本电路分析 13.4 可编程序调节器 13.5 先进调节器,13 调节控制单元,14 执行单元,14.1 执行器工作原理 14.2 气动执行器 14.3 电动执行器 14.4 调节阀,第三篇 仪表系统分析,第三篇 仪表系统分析,自控系统 组成,自控系统 组成,第三篇 仪表系统分析,过程检测系统组成,过程控制系统组成,过程检测控制系统,第三篇 仪表系统分析,传感器的作用是基于各种自然规律和基础效应的前提下， 把被测变量转化为一个与之成对应关系的便于传送的输出信号，如电压、电流、电阻、频率、位移、力等等。 但传感器的输出信号种类很多、信号微弱并伴有非线性， 因此，除了部分单纯以显示为目的的检测系统之外， 多数情况下都要利用变送器来把传感器的输出转换成遵循统一标准的模拟量或者数字量输出信号， 送到显示装置以指针、数字、曲线等形式把被测量显示出来，或者同时送到控制器再通过执行器对其实现控制。,11 变送单元,11.1 常用变送器工作原理 11.1.1 常用变送器结构分析 11.1.2 力矩平衡式原理 11.1.3 桥式电路原理 11.1.4 差动方式原理,11.2 DDZ-型差压变送器,11.3 DDZ-型温度变送器 11.3.1 直流毫伏输入电路 11.3.2 热电偶输入电路 11.3.3 热电阻输入电路,11.4 新型变送器 11.4.1 微电子式变送器 11.4.2 数字式变送器,11.1 常用变送器工作原理,一、变送器的基本特性和构成原理,11 变送单元,变送器的输入输出特性通常是指 包括敏感元件和变送环节的整体特性,变送器的理想输入输出特性,xmax和xmin分别为变送器测量范围的上限值和下限值 ymax和ymin分别为变送器输出信号的上限值和下限值 模拟式变送器：ymax和ymin为统一标准信号的上限值和下限值 智能式变送器：ymax和ymin为输出数字信号的上限值和下限值, 变送器基本的输入输出特性,一、变送器的基本特性和构成原理, 模拟式变送器的构成原理,测量部分,放大器,反馈部分,模拟式变送器的组成：,关键环节：,变送器的输入输出关系：,11.1 常用变送器工作原理,11 变送单元,一、变送器的基本特性和构成原理,当满足KoKf 1的条件时：,变送器的输入输出关系：, 模拟式变送器的构成原理,11.1 常用变送器工作原理,11 变送单元,一、变送器的基本特性和构成原理,变送器的输入输出关系：, 模拟式变送器的构成原理,11.1 常用变送器工作原理,11 变送单元,一、变送器的基本特性和构成原理,变送器的输入输出关系：,如果已有 ymin，ymax 与 xmin，xmax ，如何调整？,调整Ki、Kf可以改变线性关系的斜率，调试会影响零点,调整z0可以改变零点，同时也会引起线性关系的平移, 模拟式变送器的构成原理,11.1 常用变送器工作原理,11 变送单元,一、变送器的基本特性和构成原理, 数字式变送器的构成原理,一般形式,采用HART协议 通信方式,在一条电缆上同 时传输两种信号： 420mADC模拟信号 数字信号,参见教材P161 图11-23,11.1 常用变送器工作原理,11 变送单元,一、变送器的基本特性和构成原理, 数字式变送器的构成原理,数字式变送器软件部分包括: A/D采样程序 量程转换程序 工程量变换程序 滤波程序 误差校正程序 D/A输出程序 通讯程序 辅助功能程序,采用HART协议 通信方式,在一条电缆上同 时传输两种信号： 420mADC模拟信号 数字信号,参见教材P161 图11-23,11.1 常用变送器工作原理,11 变送单元,二、变送器的共性问题, 量程调整, 变送器的调整,使变送器输出信号上限值ymax与测量范围上限值xmax相对应,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,量程调整相当于 改变变送器的 输入输出特性的斜率，,11.1 常用变送器工作原理,11 变送单元,二、变送器的共性问题, 量程调整, 变送器的调整,使变送器输出信号上限值ymax与测量范围上限值xmax相对应,改变反馈部分的反馈系数Kf,改变测量部分的转换系数Ki,模拟式变送器的量程调整方法：,11.1 常用变送器工作原理,11 变送单元,二、变送器的共性问题, 零点调整, 变送器的调整,零点调整的方法： 模拟变送器：调Z0 数字变送器：软件,使变送器输出信号下限值ymin与测量范围下限值xmin=0相对应,11.1 常用变送器工作原理,11 变送单元,二、变送器的共性问题, 零点迁移, 变送器的调整,使变送器输出信号下限值ymin与测量范围下限值xmin相对应， 在xmin=0时，称为零点调整；在xmin0时，称为零点迁移。,当测量的起始点 由零变为某一负值， 称为负迁移。,零点迁移的方法： 模拟变送器：调Z0 数字变送器：软件,当测量的起始点 由零变为某一正值， 称为正迁移；,11.1 常用变送器工作原理,11 变送单元, 零点迁移, 变送器的调整, 量程调整,二、变送器的共性问题, 零点调整,11.1 常用变送器工作原理,11 变送单元,二、变送器的共性问题, 变送器的线性化, 模拟式变送器非线性补偿方法,使反馈部分与 传感器组件具有 相同的非线性特性,使测量部分与 传感器组件具有 相反的非线性特性, 数字式变送器非线性补偿方法: 软件实现,11.1 常用变送器工作原理,11 变送单元,二、变送器的共性问题, 变送器的信号传输方式,气动变送器：两根气动管线（气源和信号）,电动模拟式变送器： 二线制 四线制,数字式变送器： 双向全数字量传输信号 HART通讯协议方式,11.1 常用变送器工作原理,11 变送单元,二、变送器的共性问题, 变送器的信号传输方式,电动模拟式变送器的信号传输方式,四线制：供电电源和输出电流信号分别用二根导线传输 二线制：供电电源和输出电流信号同时用二根导线传输,11.1 常用变送器工作原理,11 变送单元,二、变送器的共性问题, 变送器的信号传输方式,电动模拟式变送器的信号传输方式,二线制的优点： 节省连接电缆、有利于安全防爆和抗干扰,目前大多数变送器 均为二线制变送器,11.1 常用变送器工作原理,11 变送单元,三、变送器的常用基本工作原理, 差动方式原理, 力矩平衡式原理, 桥式电路原理,11.1 常用变送器工作原理,11 变送单元,11.2 DDZ-III型差压变送器,工作原理：力矩平衡,检测元件：膜盒或膜片,杠杆系统：单杠杆、双杠杆和矢量机构,膜盒式差压变送器构成,11 变送单元,11.2 DDZ-III型差压变送器,膜盒 检测部分：P 输入力Fi,杠杆系统：力的传递和力矩比较， 生成位移信号,位移检测放大器：位移 输出Io,电磁反馈装置：输出反馈力Ff,一、构成原理,11 变送单元,二、整机特性,11.2 DDZ-III型差压变送器,11 变送单元,二、整机特性, 变送器的输出电流I0和输入信号P之间呈线性关系, 调整调零弹簧可以使变送器输出电流I0 在输入信号范围下限时为4mA, 改变tg或Kf可以调整变送器的量程, 零点和量程要反复调整,11.2 DDZ-III型差压变送器,11 变送单元,电容式差压变送器,一、组成原理,电容式差压变送器采用差动电容作为检测元件 主要包括测量部件和转换放大电路两部分：,相对变化值 与被测差压P成线性关系,11 变送单元,电容式差压变送器,二、应用举例,3051C型智能差压变送器（420mA）方框图,美国费希尔-罗斯蒙特公司产品,11 变送单元,电容式差压变送器,二、应用举例,手持通信器带有键盘及液晶显示器。可以接在现场变送器 的信号端子上，就地设定或检测，也可以在远离现场的控 制室中，接在某个变送器的信号线上进行远程设定及检测。,11 变送单元,电容式差压变送器,二、应用举例,采用智能差压变送器进行流量检测,差压传感器：主传感器，测量差压 温度、静压传感器：辅助传感器，用于补偿，以提高测量精度,11 变送单元,压阻式(扩散硅)压力/ 差压变送器,压阻式（扩散硅）压力/差压变送器构成框图,11 变送单元,11.3 DDZ-III型温度变送器,根据输入信号的不同，DDZ-型温度变送器主要有： 热电偶温度变送器 热电阻温度变送器 直流毫伏变送器,温度变送器原理框图,热电偶温度变送器：把mV信号转换为标准电流420mA输出,热电阻温度变送器：把 信号转换为标准电流420mA输出,最终要求 变送器输出电流Io应与被测温度Ti 成线性对应关系,11 变送单元,11.3 DDZ-III型温度变送器,热电偶温度变送器应主要解决： 冷端温度补偿和线性化处理两个内容, 热电偶温度变送器输入热电势毫伏信号， 输入回路即是冷端温度自动补偿桥路， 其产生的补偿电势与热电势相加后作为测量电势， 因此补偿电桥上的参数与热电偶分度号有关， 热电偶温度变送器使用时要注意分度号的匹配。 线性化处理电路（略）,热电阻温度变送器应主要解决： 克服引线电阻的影响和线性化处理两个内容, 采用三线制输入方式。 线性化处理电路（略）,11 变送单元,一体化温度变送器,一体化温度变送器：变送器模块安装在测温元件接线盒 或专用接线盒内的一种温度变送器,常用的变送器芯片： AD693、XTR101、 XTR103、IXR100等,变送器模块的正常工作温度： -20+80,一体化温度变送器结构框图,11 变送单元,一体化温度变送器,AD693的输入信号Ui为热电偶所产生的 热电势Et与电桥的输出信号UBD之代数和,如果设AD693的转换系数 为K，可得变送器输出 与输入之间的关系为,结论： 变送器的输出电流I0与热电偶的热电势Et成正比关系。 RCu阻值随温度而变，合理选择RCu的数值可使RCu随 温度变化而引起的I1RCu变化量近似等于热电偶因冷端 温度变化所引起的热电势Et的变化值，两者互相抵消。 W1的作用是调零，W2的作用是调满（量程）,11 变送单元,一体化温度变送器,AD693构成的热电阻温度变送器 采用三线制接法，与热电偶 温度变送器的电路大致相仿， 只是原来热电偶冷端 温度补偿电阻RCu 现用热电阻Rt代替。 AD693的输入信号 Ui为电桥的输出信号 UBD，即：,热电阻温度变送器的输出与输入之间的关系为 ：,11 变送单元,智能式温度变送器,TT302温度变送器是一种符合FF通信协议的现场总线智能仪表,11 变送单元,模拟式显示仪表 电位差计式自动平衡显示仪表 电桥式自动平衡显示仪表 数字式显示仪表 数字模拟混合显示仪表 数字式显示仪表 新型显示仪表 无纸记录仪 虚拟显示仪表,12 显示单元,显示仪表： 凡能将生产过程中 各种参数进行指示、 记录或累积的仪表。,模拟式显示仪表 数字显示仪表 屏幕显示仪表,一.模拟式显示仪表, 电位差计式自动平衡显示仪表,电子电位差计原理图,工作原理 ？,显示仪表组成 测量电路 稳压电源 放大器 可逆电机 指示机构 记录机构 同步电机,结构原理图？ （参见教材P162）,12 显示单元,一.模拟式显示仪表, 电位差计式自动平衡显示仪表,电子电位差计原理图,XW系列电位差计 测量桥路原理图,滑线电阻R