控制装置,第二章 变送器和转换器, 变送器和转换器的作用是分别将各种工艺变量（如温度、压力、流量、液位）和电、气信号（如电压、电流、频率、气压信号等）转换成相应的统一标准信号。,第一节 变送器的构成,变送器和转换器,一、构成原理 变送器是基于负反馈原理工作的，其构成原理如图所示，它包括测量部分（即输入转换部分）、放大器和反馈部分。,变送器的构成,式中 K放大器的放大系数； F反馈部分的反馈系数； C测量部分的转换系数。 当满足深度负反馈的条件，即KF1时，上式变为,变送器的构成,二、量程与量程调整、零点调整和零点迁移,量程与量程调整量程：被测参数测量范围的上限值减去被测参数测量范围的上限值,量程调整（或满度调整）的目的：使变送器输出信号的上限值 与测量范围的上限值 相对应。即： 当 时，使 。,由图可见，量程调整相当于改变输入输出特性的斜率，也就是改变变送器输出信号y与被测变量x之间的比例系数。 量程调整方法：通常是通过改变反馈系数F的大小来实现的。F大，量程就大；F小，量程就小。有些变送器还可以通过改变转换系数C来调整量程。,变送器的构成,2. 零点调整和零点迁移 在实际测量中，为了正确选择变送器的量程大小，提高测量精度，常常需要将测量的起始点迁移到某一数值（正值或负值）这就是所谓零点迁移。 在未加迁移时，测量起始点为零无迁移 ； 当测量起始点由零变为某一正值正迁移 ； 当测量起始点由零变为某一负值负迁移 。,变送器的构成,零点调整和零点迁移的目的，都是使变送器输出信号的下限值 与测量范围的下限值 相对应。即：当 时，使 。 当 时，为零点调整； 当 时，为零点迁移。,零点迁移以后，变送器的输入输出特性沿X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。进行零点迁移，再辅以量程调整，可以提高仪表的测量灵敏度。 由方程式 可知，变送器零点调整和零点迁移可通过改变调零信号z0的大小来实现。当z0为负时可实现正迁移；而当z0为正时则可实现负迁移。,变送器的构成,第二节 差压变送器,变送器和转换器,差压变送器作用：是将液体、气体或蒸汽的压力（差压）、流量、液位等工艺变量转换成统一的标准信号，作为指示记录仪、调节器或计算机装置的输入信号，以实现对上述变量的显示、记录或自动控制。 差压变送器种类： 矢量机构式差压变送器（力平衡式差压变送器） 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 智能式差压变送器,一、力平衡式差压变送器（矢量机构式差压变送器） 概述 力平衡式差压变送器的构成方框如图所示，它包括测量部分、杠杆系统、位移检测放大器及电磁反馈机构。,差压变送器,特点： 基于力矩平衡原理工作的，它是以电磁反馈力产生的力矩去平衡输入力产生的力矩； 采用了深度负反馈，测量精度较高，而且保证了被测差压和输出电流之间的线性关系； 杠杆系统重心与其支点相重合，从而提高了仪表的可靠性和稳定性。, 工作原理和结构1. 工作原理,差压变送器,模型演示,静态特性（定量）矢量角 其中： A测量膜盒有效面积； 电磁反馈系数； B磁场强度； 线圈长度； D反馈线圈的平均直径； W线圈匝数。,差压变送器,其中： 零点调整，初始电流：4mA； “”（负）正迁移； “+”（正） 负迁移； 改变 大小，可改变迁移量。 量程调整：，Kf Kf量程粗调，改变反馈线圈的匝数W； 量程细调，改变矢量机构的矢量角。,差压变送器,该式表明： 在满足深度负反馈的条件下，变送器输出电流I0与输入差压 成线性关系。 一项用以确定变送器输出电流的起始值（零点）。假设无迁移，输入 ，改变调零弹簧F0，使 。（DDZ-III型仪表） 用于确定变送器的零点迁移，“-”（负）正迁移， “+”（正） 负迁移，改变大小 ，可改变零点迁移量。 比例系数Kp中的tan和Kf两项可变，故调整变送器的量程可通过改变矢量角和电磁结构常数Kf来实现。Kf：量程粗调（改变反馈线圈的匝数），：量程细调（改变矢量机构的矢量角）。 改变量程会影响变送器的零点，而调整零点又对变送器的满度值有影响，故在力平衡差压变送器调校时，零点和满度值应反复调整。,差压变送器,差压变送器,作用：把被测差压P转换成作用于主杠杆下端的输入力Fi 组成：高、低压室及膜盒、轴封膜片、C型簧片以及引出杠杆（轴封膜片以下部分的主杠杆）等部分组成。,因此：Fi= A (P1 -P2) = APi,Fi= A1P1 -A2P2,经过严格筛选，使 A1= A2= A,2. 结构 测量部分, 杠杆系统 作用：把输入力Fi作用于主杠杆所产生的力矩与电磁反馈力Ff所产生的力矩进行比较，然后转换成检测片（即衔铁）的位移。组成：主、副杠杆，调零和零点迁移装置，矢量机构，静压调整和过载保护装置等。,差压变送器, 调零和零点迁移机构 变送器的零点由调零弹簧来调整（F0）。制造时，会出现一些附加力矩，会影响仪表的零点。零点迁移则通过调节迁移弹簧（ ）来实现的。 值得注意：在对变送器进行零点迁移时，迁移后被测差压的上限不能超过该表所规定的上限值，迁移后的量程范围也不得小于该表的最小量程。 顺便指出，在有些变送器中，迁移弹簧和调零弹簧是同一根，因为迁移和调零都是使变送器输出的起始值与测量起始点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移量则比较大。,差压变送器,差压变送器, 静压调整和过载保护装置、平衡锤,差压变送器, 矢量机构,将输入力F1转换为作用于副杠杆上的力F2 ：,改变tan，可改变差压变送器的量程=415，量程比为：,差压变送器, 电磁反馈机构,作用：把变送器的输出电流I0转换成作用于副杠杆的电磁反馈力Ff,Ff =BDWI0,设： Kf =BDW,式中 B气隙磁感应强度； D动圈平均直径； W动圈匝数。 由前面的分析可知，改变Kf同样可调整变送器的量程，这可通过改变反馈动圈的匝数W来实现。,则 Ff = KfI0,差压变送器,当1-3短接、2-4短接：,W = W1=725匝,当1-2短接：,W = W1+W2=2175匝,因为 ，故改变反馈动圈匝数可实现3:1的量程调整。将调整矢量角和改变反馈动圈匝数结合起来，最大和最小量程比可达 ，技术指标取101。,W1=725匝，W2=1450匝,反馈动圈由W1和W2两部分组成，连接线路如图所示。,差压变送器,（三）低频位移检测放大器,作用：把副杠杆上位移检测片（衔铁）的微小位移S转换成420mA的直流输出电流。 由差动变压器、低频振荡器、整流滤波电路、功率放大器组成。,构成方框图,差压变送器,负载,差压变送器,1.差动变压器作用：将检测片的微小位移S转换成相应的电压信号 。组成：衔铁（检测片），上、下罐形磁芯和四组线圈等。,匝数相同的原边两组线圈和副边两组线圈分别绕在上、下罐形磁芯的芯柱上，且原边线圈是同相连接的，副边线圈是反相连接的。磁芯的中心柱截面积等于其外环的截面积。下磁芯的中心柱人为地磨成一个 的固定气隙。上磁芯的磁路空气隙长度是随检测片的位移S而变化的，也即是随测量信号而变化。,差压变送器,等效电路如图所示。,图中uAB为原边绕组的电压；uCD为副边绕组的感应电势。由于副边两组线圈的感应电势 和 反相，因而uCD值为 和 之差，当uAB一定时， 是一固定值，而 随S大小而变化。,差压变送器,当检测片位移 时，因差动变压器上、下两部分磁路的磁阻相等原、副边绕组之间的互感也相等，故上、下两部分的感应电势 、 相等，结果， 差动变压器无输出。 当检测片位移 时，因差动变压器上半部磁路磁阻减小，互感增加，故感应电势 将大于 ，且uCD随着S的减小而增加，此时uCD与uAB同相。,当检测片位移 时，因差动变压器上半部磁路磁阻加大，互感下降，故感应电势将 小于 ，且uCD随着S的增加而增加，此时uCD与uAB反相。 由此可知，差动变压器副边绕组感应电势和原边电压的相位关系取决于检测片的位移S是大于，还是小于。且的大小又与S的大小有关。,差压变送器,2. 低频放大器 低频放大器由振荡器、整流滤波及功率放大器三部分组成。,振荡器电路, 振荡器 振荡器线路如图所示。 它是一个采用变压器耦合的LC振荡电路。由差动变压器原边绕组的电感和电容C4构成的并联谐振回路，作为晶体管VT1的集电极负载。副边绕组CD接在VT1的基极和发射极之间，用以耦合反馈信号。电阻R6和二极管VD1、VD2构成分压式偏置电路，VDl、VD2还具有温度补偿作用。R2是电流负反馈电阻，用来稳定VT1的直流工作点。,由LAB、C4构成的并联振荡回路的固有频率也就是低频振荡器的振荡频率： （ ， ）,差压变送器,低频振荡器的起振条件： 由图可看出，只要uCD与uAB的相位相同，则反馈信号与放大器的输入信号同相，电路就能形成正反馈，满足振荡的相位条件。 根据前面分析，只有在 时，因uCD与uAB同相，才能满足振荡的相位条件，电路才可能振荡。 振荡的振幅条件，即KF1 （K为放大器电压放大系数，F为反馈系数），只要选择合适的电路参数，是容易满足的。 振荡频率：,