第2章变送器_过程控制仪表及装置.ppt

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1、EXIT第第1页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第2章章 变送器变送器 变送器在自动检测和变送器在自动检测和变送器在自动检测和变送器在自动检测和控制控制控制控制系统中的作用，系统中的作用，系统中的作用，系统中的作用，是将各种工艺参数，如温度、压力、流量、是将各种工艺参数，如温度、压力、流量、是将各种工艺参数，如温度、压力、流量、是将各种工艺参数，如温度、压力、流量、液位、成分等物理量转换成统一的标准信号，液位、成分等物理量转换成统一的标准信号，液位、成分等物理量转换成统一的标准信号，液位、成分等物理量转换成统一的标准信号，以供显示、记录或控制之用

2、以供显示、记录或控制之用以供显示、记录或控制之用以供显示、记录或控制之用 EXIT第第2页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院掌握变送器的作用、种类、构成原理掌握变送器的作用、种类、构成原理掌握变送器量程调整、零点调整及零点迁移的目的掌握变送器量程调整、零点调整及零点迁移的目的理解电容式差压变送器测量、转换和放大部分的工作原理理解电容式差压变送器测量、转换和放大部分的工作原理了解其它差压变送器的构成、特点了解其它差压变送器的构成、特点掌握架装式温度变送器量程单元和放大单元的作用，调零、掌握架装式温度变送器量程单元和放大单元的作用，调零、调量程的方法调量

3、程的方法 掌握一体化温度变送器的功能、构成和特点掌握一体化温度变送器的功能、构成和特点能进行差压变送器的选用、安装、调校和维护能进行差压变送器的选用、安装、调校和维护能完成电容式差压变送器、架装式温度变送器的实训项目能完成电容式差压变送器、架装式温度变送器的实训项目能处理常见故障能处理常见故障知识目标知识目标技能目标技能目标第第第第2 2 2 2章章章章 变送器变送器变送器变送器EXIT第第3页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院第第2章章 变送器变送器 2.1 概述概述 2.2电容式差压变送器电容式差压变送器 2.3其他差压变送器其他差压变送器 2.

4、4 温度变送器温度变送器EXIT第第4页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院按照被测参数分类按照被测参数分类 差压变送器差压变送器差压变送器差压变送器 压力变送器压力变送器压力变送器压力变送器 温度变送器温度变送器温度变送器温度变送器 液位变送器液位变送器液位变送器液位变送器 流量变送器等流量变送器等流量变送器等流量变送器等 变送器的理想输入输出特性变送器的理想输入输出特性 x xy yx xminminx xmaxmaxy yminminy ymaxmaxx xminmin 可能可能0 0，也可能，也可能0 0EXIT第第5页页过程控制仪表及装置过程

5、控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院2.1 概述概述 一一、变送器的构成原理变送器的构成原理 二、二、变送器的一些共性问题变送器的一些共性问题 EXIT第第6页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院一、变送器的构成原理一、变送器的构成原理测量部分测量部分测量部分测量部分 放大器放大器放大器放大器 反馈部分反馈部分反馈部分反馈部分 x测量部分测量部分Ki变送器的组成变送器的组成：zi放大器放大器Koy反馈部分反馈部分Kfzf+零点调整零点调整零点迁移零点迁移+z0关键环节：关键环节：EXIT第第7页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰

6、州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院当满足当满足KoKf1的条件时的条件时 输入输出关系输入输出关系 xKiziKoyKfzf+z0?y=EXIT第第8页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院如果，如果，ymin，ymax 与与xmin，xmax，如何调整？，如何调整？1.调整调整Ki、Kf可以改变线性关系的斜率，调试会影响零点可以改变线性关系的斜率，调试会影响零点2.调整调整z0可以改变零点，同时也会引起线性关系的平移可以改变零点，同时也会引起线性关系的平移EXIT第第9页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院

7、1.1.量程调整量程调整量程调整量程调整 量量程程调调整整相相当当于于改改变变变变送送器器的的输输入入输输出出特特性性的的斜斜率率，也也就就是是改改变变变变送送器器输输出出信信号号y与与输输入入信信号号x之之间间的的比比例系数例系数 xyxminxmaxyminymax使变送器的输出信号上限值使变送器的输出信号上限值ymax与测量范围的上限值与测量范围的上限值xmax相对应相对应 二、变送器的一些共性问题二、变送器的一些共性问题 EXIT第第10页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院量程调整的方法量程调整的方法 改变反馈部分的反馈系数改变反馈部分的反馈

8、系数Kf 改变测量部分转换系数改变测量部分转换系数Ki Kf Ki 量程量程 量程量程 EXIT第第11页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院2.2.零点调整零点调整零点调整零点调整零点调整的方法零点调整的方法 调调Z0使使变变送送器器的的输输出出信信号号下下限限值值ymin与与测测量量范范围围的的下下限值限值xmin=0相对应相对应 xy0 xmaxyminymaxEXIT第第12页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院3.3.零点迁移零点迁移零点迁移零点迁移 使变送器的输出信号下限值使变送器的输出信号下限值y

9、mia与测量范围的下限值与测量范围的下限值xmin相对应，在相对应，在xmin=0时，称为零点调整，在时，称为零点调整，在xmin0时，称为零点迁移时，称为零点迁移 当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移；当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移；当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移 零点调整使变送器的测量起始点为零零点调整使变送器的测量起始点为零零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值:xminxyxmaxyminymax0 xmaxxminxmax零点迁移的方法零点迁移的方法调调Z0EXIT第

10、第13页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院2.2 电容式差压变送器电容式差压变送器一、结构组成一、结构组成二、整机特性二、整机特性 三、差压变送器选三、差压变送器选 用、安装和维护用、安装和维护EXIT第第14页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院2.2 电容式差压变送器电容式差压变送器电容式电容式差压变送器采用差动差压变送器采用差动电容作电容作为检测元件为检测元件一、结构组成：一、结构组成：由测量部件、转换电路、放大电由测量部件、转换电路、放大电路三部分组成路三部分组成二、工作原理：二、工作原理：当当pip

11、i感压膜片感压膜片SCiIiSCiIi与与IzIz、IfIf综合比综合比较较II0II0EXIT第第15页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院框图框图感压膜片电容-电流转换器PiCi2-Ci1ccIiIi放大和输出限制电路反馈电路-If调零、迁移电路II0I0(I2-I1)0 0100 100 kPakPa4 420 20 mAmA差动电容S测量部件测量部件转换电路转换电路放大电路放大电路EXIT第第16页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院（一）测量部件（一）测量部件 Pici c=k2k1Pi 1作用作用

12、Pi电容的变化量电容的变化量Ci 2结构结构（画出测量部件（画出测量部件示意图示意图）3工作原理工作原理：当：当PiSCi2-Ci1c感压膜片感压膜片差动电容差动电容PiSCi2-Ci1c（1）差压）差压-位移转换位移转换：PiS（2）位移）位移-电容转换电容转换：S c 一、结构组成一、结构组成EXIT第第17页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院返回返回EXIT第第18页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院作用：作用：电容的相对变化量电容的相对变化量c差动电流差动电流Ii，并实，并实 现非线性补偿。现非线性

13、补偿。测量部件测量部件电容电容-电流转换器电流转换器PiCi2-Ci1cIi(I2-I1)i各组成部分的作用及原理（画出简化线路）各组成部分的作用及原理（画出简化线路）结结构构组组成成 :振振荡荡器器、解解调调器器、振振荡荡控控制制放放大大器及线性调整电路。器及线性调整电路。（二）转换电路（二）转换电路EXIT第第19页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院框图框图振荡器振荡器振荡器振荡器解调器解调器解调器解调器线性调整线性调整线性调整线性调整IC1IC1基准电压基准电压基准电压基准电压稳压源稳压源稳压源稳压源IC3IC3功放功放功放功放限流限流限流限流

14、负反馈负反馈负反馈负反馈调零调零调零调零零迁零迁零迁零迁R RL LI Io oE EI If fI Id dI Iz z（）V Vc cV Vr r差动电容差动电容差动电容差动电容EXIT第第20页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院1.振荡器振荡器 如何振荡？如何振荡？如何振荡？如何振荡？U01为为运运算算放放大大器器Ai 的的输输出出电电压压，作作为为振振荡荡器器的的供供电电电电压压，因因此此U01的的大大小小可可控控制制振振荡器的输出幅度。荡器的输出幅度。振振荡荡器器为为变变压压器器反反馈馈振振荡器荡器 LC串联谐振串联谐振振荡器的等效电路振荡

15、器的等效电路(仅包括仅包括3组中的组中的1组组)向向电电容容式式压压力力传传感感器器的的Ci1和和Ci2提供高频电源提供高频电源 EXIT第第21页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院电容一电流转换电路电容一电流转换电路 将差动电容的将差动电容的相对变化值成比相对变化值成比例地转换为差动例地转换为差动信号信号 Id ，非线性，非线性补偿功能补偿功能 差动信号差动信号 Id=（i2i1）共模信号共模信号 Ic=（i2+i1）当共模信号当共模信号Ic保持不变时，保持不变时，Id 与输入差压与输入差压P之间成比例关系之间成比例关系然后，把差动信号然后，把差动

16、信号Id经电流放大电路放大成经电流放大电路放大成420mA的输出电流的输出电流I0EXIT第第22页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院2.解调器解调器 1.振荡器输出为正半周时（同名端为正）振荡器输出为正半周时（同名端为正）T1(2)VD6、VD6C2Ci2C17C C1111T1(11)(2)电流电流i1的路线为的路线为:T1(3)R4VD7、VD3C1Ci1C17R6R8T1(10)对通过差动电容对通过差动电容Ci1、Ci2 的高频电的高频电流进行半波整流流进行半波整流(1)电流电流i2的路线为的路线为:i1不流经不流经C11，但会引起，但会引起

17、Ci1上的电压变化上的电压变化EXIT第第23页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院2.解调器解调器 2.振振荡荡器器输输出出为为负负半半周周时（同名端为负）时（同名端为负）(2)电流电流i1的路线为的路线为:(1)电流电流i2的路线为的路线为:i1不流经不流经C11，但会引起，但会引起Ci2上的电压变化上的电压变化T1（11）C11 C17C Ci1i1C1VD4、VD8T1（2）T1（12）R7R9C17Ci2C2VD1VD5R3T1（1）EXIT第第24页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院2.解调器解调

18、器如如果果电电路路时时间间常常数数比比振振荡荡周周期期小小得得多多，可可以以认认为为Ci1、Ci2两两端端电电压压的的变变化等于振荡器输出高频电压的峰一峰值化等于振荡器输出高频电压的峰一峰值UPP i1和和i2 的平均值的平均值I1、I2如下：如下：(1)i2、i1以相反的方向流过以相反的方向流过C11，(2)正半周，正半周，i2经经C11向向Ci2充电，电容上的电压变化为充电，电容上的电压变化为UPP(3)负半周，负半周，i1经经C11向向Ci1充电，电容上的电压变化为充电，电容上的电压变化为UPP两者平均值之差两者平均值之差I2-I1即为解调器输出的差动信号即为解调器输出的差动信号Id i

19、1、i2流过流过R6R8和和R9R7产生的电压两者平均值之和产生的电压两者平均值之和I2I1即为解调器输即为解调器输出的共模信号出的共模信号Ic。EXIT第第25页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院2.解调器解调器i1、i2的平均值之差的平均值之差Id及两者之和及两者之和Ic分别为分别为:上式成立的前提：上式成立的前提：上式成立的前提：上式成立的前提：I Ic c为常数。为常数。为常数。为常数。EXIT第第26页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院3.3.振荡控制放大器振荡控制放大器振荡控制放大器振荡控制放大

20、器 保证保证I2+I1即即IC等于常数等于常数。A1 1的输入端接受两个电压信号：的输入端接受两个电压信号：一个是基准一个是基准U02在在R9 9和和R8 8上的压降上的压降另一个是另一个是i2 2、i1 1分流后在分流后在R9 9和和R8 8上产生的压降上产生的压降正常工作时运放输入端的电压：正常工作时运放输入端的电压：只要满足只要满足U02恒定，恒定，Ic即恒定即恒定EXIT第第27页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院3.振荡控制放大器振荡控制放大器I2+I1 Ud 振荡器振荡幅度振荡器振荡幅度 使使I2+I1 恢复到原来的数值恢复到原来的数值

21、I2+I1变压器变压器T1输出电压减小输出电压减小 U01 定性分析如下：定性分析如下：EXIT第第28页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院（三）放大电路（三）放大电路 1.1.作用作用 I Ii iII0 02.2.分析工作原理分析工作原理 测量部件电容-电流转换器PiCi2-Ci1c负反馈放大器：负反馈放大器：IiI0Ii放大和输出限制电路反馈电路-If调零、迁移电路II0(I2-I1)0 0100 100 kPakPa4 420 20 mAmAEXIT第第29页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院分析：

22、I0PiRw2I01调零R20、R21零迁。w3K4Kp量程调整 (反复调)二、整机特性二、整机特性感压膜片电容-电流转换器PiCi2-Ci1cIi放大和输出限制电路反馈电路-If调零、迁移电路I01I0(I2-I1)0 0100 100 kPakPa4 420 20 mAmA差动电容SEXIT第第30页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院感压膜片电容-电流转换器PiCi2-Ci1cIi放大和输出限制电路反馈电路-If调零、迁移电路I01I0(I2-I1)0 0100 100 kPakPa4 420 20 mAmA差动电容S整机特性整机特性小结：小结：

23、EXIT第第31页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院P+-I0HPBP气敞口容器敞口容器P2=P气P1420 mA 三、差压变送器选三、差压变送器选 用、安装和维护用、安装和维护EXIT第第32页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院密闭带压容器密闭带压容器PBPAI0HP1P2P420 mAEXIT第第33页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院正迁移正迁移 20PBP+-PAhh0 P上2I0 mA04 P上2kPaI0P1P2P420 mAEXIT第第34页页过程控

24、制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院测量部分 PBP+-PAhh000h1调节器负迁移负迁移 I0P1P2P420 mA1 m4m02mI0EXIT第第35页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院法兰与容器直接连接，插入筒深入容器法兰与容器直接连接，插入筒深入容器PAPBP-+法兰测量头插入筒毛细管变送器u只有只有:负迁移情况负迁移情况HHAHB00P1P2PI0420 mAEXIT第第36页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院法兰与容器直接连接，插入筒深入容器法兰与容器直接连接

25、，插入筒深入容器PAPBP+-法兰测量头插入筒毛细管变送器u只有：只有：负迁移情况负迁移情况HHAHB00I0P1P2P420 mAEXIT第第37页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院差变器使用时应注意问题：差变器使用时应注意问题：开启表时：开启表时：应打开平衡阀应打开平衡阀2,再开高低截止再开高低截止阀阀1、3，当阀当阀1、3全开后，再关阀全开后，再关阀2。停表时：停表时：应先打开平衡阀应先打开平衡阀2，再关闭阀，再关闭阀1、3。132P1P2PiP1P2平衡阀截止阀截止阀I0QEXIT第第38页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技

26、术学院兰州石化职业技术学院一、一、扩散硅式差压变送器扩散硅式差压变送器 2.3其他差压变送器其他差压变送器 二、振弦式差压变送器二、振弦式差压变送器三、三、DELTAPI KDELTAPI K系列电感式变送器系列电感式变送器EXIT第第39页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院测量部分测量部分扩散硅压阻传感器扩散硅压阻传感器扩散硅压阻传感器扩散硅压阻传感器把被测差压把被测差压P成比例地转换为不平衡电压成比例地转换为不平衡电压US 1-1-负压导压口负压导压口2-2-正压导压口正压导压口3-3-硅油硅油4-4-隔离膜片隔离膜片5-5-硅杯硅杯6-6-支座

27、支座7-7-玻璃密封玻璃密封8-8-引线引线 EXIT第第40页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院电电路部分路部分 扩扩散硅式差散硅式差压变压变送器放大送器放大电电路路EXIT第第41页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院分析 该信号经运算放大器该信号经运算放大器A和晶体管进行电压和功率和晶体管进行电压和功率放大后使输出电流放大后使输出电流Io增加。增加。在差压变化的量程范在差压变化的量程范围内，晶体管围内，晶体管BG的发射极电流的发射极电流Ie为为319mA，所，所以整机输出电流以整机输出电流Io为为420

28、mA。当当变变送送器器输输入入差差压压信信号号pipi时时，使使硅硅杯杯受受压压，RARA、RDRD的的阻阻值值增增加加R R，而而RBRB、RCRC的的阻阻值值减减小小R R，此此时时T T点点电电位位降降低低，而而F F点点电电位位升升高高，于于是电桥有是电桥有电压输出。电压输出。EXIT第第42页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院 通过振弦去改变谐振电路的谐振频率通过振弦去改变谐振电路的谐振频率二、振弦式差压变送器二、振弦式差压变送器基本原理：基本原理：将将压压力力或或差差压压的的变变化化转转换换成成振振弦弦张张力力的的变变化化，从而使振弦的固

29、有谐振频率变化从而使振弦的固有谐振频率变化检测出这个电信号的频率就检测到了差压的大小检测出这个电信号的频率就检测到了差压的大小EXIT第第43页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院1、检测器的结构、检测器的结构EXIT第第44页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院2、信号变换过程、信号变换过程压力或差压变换成电振荡频率，再变成电流的过程。压力或差压变换成电振荡频率，再变成电流的过程。EXIT第第45页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院3.频频率率电电流流变换变换EXI

30、T第第46页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院三、三、DELTAPI K系列电感式变送器系列电感式变送器DELTAPI KDELTAPI K系列电感式变送器是由英国肯特公系列电感式变送器是由英国肯特公司使用先进的测量技术设计而成的，它以单元司使用先进的测量技术设计而成的，它以单元组合方式，用于过程控制系统中。能在各种危组合方式，用于过程控制系统中。能在各种危险或恶劣的工业环境中，为差压、压力、流量、险或恶劣的工业环境中，为差压、压力、流量、液位和料位提供精确可靠的测量。该变送器已液位和料位提供精确可靠的测量。该变送器已由天津自动化仪表厂引进生产。由天

31、津自动化仪表厂引进生产。EXIT第第47页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院1.工作原理工作原理（1 1）测测量量部部分分 ：膜膜盒盒、敏敏感感膜膜片片、固固定定电电磁磁电路电路、隔离膜片隔离膜片、灌充液、灌充液、过程接口等过程接口等整整机机是是由由敏敏感感元元件件-膜膜盒盒、放放大大器器、显显示示表表头头、外壳和测量室等几大部分组成。外壳和测量室等几大部分组成。EXIT第第48页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院1-1-盖；盖；2-2-放大器盒盖；放大器盒盖；3-3-敏感元件输出电缆及插头；敏感元件输出电

32、缆及插头；4-4-零点、零点、阻尼、量程调节螺钉；阻尼、量程调节螺钉；5-5-放大器；放大器；6-6-定位螺钉；定位螺钉；7-7-外壳锁紧螺母；外壳锁紧螺母；8-8-容室紧固螺栓；容室紧固螺栓；9-9-外壳外壳2.2.仪表组成部件图仪表组成部件图EXIT第第49页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院一、热电偶温度一、热电偶温度变送器变送器2.4 温度变送器温度变送器 二、一体化热电偶温度二、一体化热电偶温度变送器变送器 三、热电阻温度三、热电阻温度变送器变送器 四、一体化热电偶温度四、一体化热电偶温度变送器变送器 EXIT第第50页页过程控制仪表及装置

33、过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院 热电偶温度变送器构成框图 一、热电偶温度变送器一、热电偶温度变送器EXIT第第51页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院（一）热电偶温度变送器的作用及特点（一）热电偶温度变送器的作用及特点热电偶温度变送器tiEtV015 VI0420 mAmV 一、热电偶温度变送器一、热电偶温度变送器作用：作用：与与热电偶热电偶测温元件配套使用，将测温元件配套使用，将温度温度信号信号TiTi线性地线性地转换成标准信号转换成标准信号（I I0、V V0）输出。）输出。titi 测温元件测温元件温度变送器温度变送

34、器标准（标准（I I0、V V0）输出）输出输入输入-输出特性输出特性:V V0=5=5Et+(Et+()V)VZ Z=KWEt+V=KWEt+V01 I I0=5=5Et+(Et+()V)VZ Z=KW=KW E Et+It+I01特点特点:采用化负反馈回路来实现采用化负反馈回路来实现tVtV0线性化线性化 具有冷端温度自动补偿功能具有冷端温度自动补偿功能 EXIT第第52页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院（二）热电偶温度变送器的结构组成（二）热电偶温度变送器的结构组成量程单元量程单元放大单元放大单元冷端温度冷端温度补偿部分补偿部分直流直流交流交

35、流直流直流变换器变换器整流滤波整流滤波集成运算集成运算放大器放大器隔离输出隔离输出功率功率放大器放大器非线性非线性反馈部分反馈部分Et24v DCV0-15 VI0420 mA+mVI0+-+-+-i0V02VzVfV隔离反馈隔离反馈If热电偶热电偶tEXIT第第53页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院放大单元放大单元:(1)(1)结构组成结构组成 集成运放器、功率放大器、隔离输出电路、集成运放器、功率放大器、隔离输出电路、隔隔离反馈电路、交离反馈电路、交/直直/流变换器流变换器（2 2）作用）作用 将将VV进行放大，并转换成进行放大，并转换成I I

36、0 0、V V0 0 将输出信号将输出信号I I0 0、V V0 0经隔离反馈回路转换成反馈电压经隔离反馈回路转换成反馈电压V Vf f送送至量程单元至量程单元 实现输入、输出、电源回路相互隔离。避免输出与实现输入、输出、电源回路相互隔离。避免输出与 输入端之间有直接的联系，以实现隔离传输、供电输入端之间有直接的联系，以实现隔离传输、供电（三）热电偶温度变送器的工作原理（三）热电偶温度变送器的工作原理EXIT第第54页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院集成运算放大电路：集成运算放大电路：V VT T=V Vi i+V+VZ Z，V VF F=1/V=

37、1/Vf f+V+VZ Z V V0101=K=K1 1VV功率放大器功率放大器电压电压/电流转换器。电流转换器。作用：作用：V V0202（直流）（直流）调制成交流调制成交流i iL L，且隔离输出。，且隔离输出。工作原理：工作原理：V V0202iic1c1、i ic1c1iiL L隔离输出回路及隔离反馈电路隔离输出回路及隔离反馈电路作用：为了避免输出作用：为了避免输出V V0 0与输入与输入V Vi i之间有直接电的联系。之间有直接电的联系。隔离输出：隔离输出：T T0 0；隔离反馈；隔离反馈T Tf f。且。且V V0 0=5=5V Vf fDC/AC/DCDC/AC/DC变换器变换器

38、*作用：作用：产生产生9V9V方波、方波、15V15V、9V9V直流电源直流电源实现隔实现隔离供（电离供（电磁偶合对称推挽式多谐振荡器）磁偶合对称推挽式多谐振荡器）（3 3）各组成部分的作用及工作原理）各组成部分的作用及工作原理EXIT第第55页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院 1、作用：、作用：（1）零点、零迁、量程调整）零点、零迁、量程调整 （2）VZ、Et、Vf比较比较 （3）热电偶冷端温度自动补偿）热电偶冷端温度自动补偿（4）热电偶特性线性化）热电偶特性线性化 2、量程单元线路原理、量程单元线路原理 (1)(1)电路组成：电路组成：输入回路

39、、零点调整及加补偿回路、非线性反馈回路。输入回路、零点调整及加补偿回路、非线性反馈回路。(2)(2)线性化原理及电路分析线性化原理及电路分析u 线性化电路的作用：使线性化电路的作用：使V0与与t为线性关系为线性关系u 为什么要增设线性化电路为什么要增设线性化电路u 线性化原理线性化原理 量程单元量程单元EXIT第第56页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院量程单元原理线路量程单元原理线路+-IC2V02功率放大器功率放大器隔离输出隔离输出V0I0-+-EtVZRcuRi4Ri3Ri7Ri6+-1/5Rf3Rf2Wf输入回路零点调整回路反馈回路量程单元放

40、大单元隔离隔离反馈回路反馈回路集成运算集成运算放大器放大器VTVFVf非线性非线性补偿电路补偿电路Wit01/EXIT第第57页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院3 3、热电偶冷端温度自动补偿、热电偶冷端温度自动补偿 方法：在桥路中接入方法：在桥路中接入RwRw,并感受并感受t t0 0的变化，的变化，t t0 0变化变化EtEt（EtEt）t t0 0RcuRcuVVZ Z 当当VVZ Z=EtEt时时VVZ Z不变，不变，I I0 0不变不变.即实现了即实现了:热电偶冷端温度自动补偿热电偶冷端温度自动补偿 选择合适的选择合适的RcuRcu即可实现

41、冷端温度自动补偿即可实现冷端温度自动补偿。EXIT第第58页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院(四四)热电偶温度变送器整机特性热电偶温度变送器整机特性V0=5Et+()VZ =KWEt+V01I0=5Et+()VZ =KW Et+I01EXIT第第59页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院一体化温度变送器，由测温元件和变送器模一体化温度变送器，由测温元件和变送器模块两部分构成。变送器模块把测温元件的输出信块两部分构成。变送器模块把测温元件的输出信号号E Et t，或，或R Rt t转换成为统一标准信号，主要是

42、转换成为统一标准信号，主要是4 420mA20mA的直流电流信号。的直流电流信号。所谓一体化温度变送器，是指将变送器模块安装在测所谓一体化温度变送器，是指将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。其变温元件接线盒或专用接线盒内的一种温度变送器。其变送器模块和测温元件形成一个整体，可以直接安装在被送器模块和测温元件形成一个整体，可以直接安装在被测温度的工艺设备上。测温度的工艺设备上。二、一体化热电偶温度变送器二、一体化热电偶温度变送器EXIT第第60页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院1-变变送送器器模模块块；2-穿穿线线孔孔；3

43、-接接线线盒盒；4-进进线线孔孔；5-固定装置；固定装置；6-保护套管；保护套管；7-热电极热电极一体化热电偶温度变送器一体化热电偶温度变送器接线端子接线端子EXIT第第61页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院它由它由热电热电偶、偶、输输入入电电路和路和AD693组组成成AD693AD693构成的热电偶温度变送器构成的热电偶温度变送器EXIT第第62页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院（1 1）输入电路）输入电路 输入电路是一直流不平衡电桥，其四个桥臂输入电路是一直流不平衡电桥，其四个桥臂分别是分别是R1R

44、1，R2R2，RcuRcu以及电位器以及电位器W1W1。B B，D D是电桥的输出端，与是电桥的输出端，与AD693AD693的输入端子的输入端子1717，1818相连。电桥相连。电桥由由AD693AD693的基准电压源和辅助放大器供电，辅助放大器端子的基准电压源和辅助放大器供电，辅助放大器端子2020与与1 1相连，构成电压跟随器，其输入由相连，构成电压跟随器，其输入由6.2V6.2V基准电压经基准电压经R4R4，R5R5分压提供，若取分压提供，若取R4R4R5R52k2k，则桥路供电电压为，则桥路供电电压为3.1V3.1V。电位器电位器W3W3用来调节电桥的总电流，设计时确定电桥总电流为用

45、来调节电桥的总电流，设计时确定电桥总电流为1mA1mA。由于电桥上、下两个支路的固定电阻由于电桥上、下两个支路的固定电阻R1R1R2R25k5k，且比，且比RcuRcu、电位器电位器W1W1的电阻值大得多，因此可以认为上、下两个支路的的电阻值大得多，因此可以认为上、下两个支路的电流相等，即电流相等，即I1I1I2I2I/2I/20.5mA0.5mA。AD693AD693构成的热电偶温度变送器构成的热电偶温度变送器EXIT第第63页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院输入信号输入信号U Ui i为热电势为热电势E Et t与电桥的输出信号与电桥的输出信号

46、U UBDBD之代数和之代数和 要求在端子要求在端子1414，1515外接一个电阻外接一个电阻R14-15R14-15，其计算公式，其计算公式 要求在端子要求在端子1515，1616外接一个电阻外接一个电阻R15-16R15-16，其计算公式，其计算公式 变送器输出与输入之间的关系变送器输出与输入之间的关系 EXIT第第64页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院小结：小结：一、热电偶温度变送器一、热电偶温度变送器（一）热电偶温度变送器的作用及特点（一）热电偶温度变送器的作用及特点 tEtV0(I0)（二）热电偶温度变送器的结构组成方框图（二）热电偶温度

47、变送器的结构组成方框图（三）热电偶温度变送器的工作原理（三）热电偶温度变送器的工作原理 1、线性化原理、线性化原理 2、热电偶冷端温度补偿原理、热电偶冷端温度补偿原理 (四四)热电偶温度变送器整机特性热电偶温度变送器整机特性二、一体化热电偶温度变送器二、一体化热电偶温度变送器EXIT第第65页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院三、热电阻温度变送器三、热电阻温度变送器 （一）热电阻温度变送器的作用及特点（一）热电阻温度变送器的作用及特点作用：作用：与与热电热电阻阻测温元件配套使用，将测温元件配套使用，将温度温度信号信号TiTi线性地转线性地转换成换成标

48、准信号标准信号（I I0、V V0）输出。）输出。titi 测温元件测温元件温度变送器温度变送器标准（标准（I0、V0）输出）输出 输入输入-输出特性输出特性:V0=KW Rt+V01 I0=KW Rt+I01特点特点:实现实现tV0线性化线性化 对引线电阻补偿措施对引线电阻补偿措施:三线制三线制热电阻热电阻温度温度变送器变送器tiRtV015 VI0420 mAEXIT第第66页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院（二）热电阻温度变送器的结构组成方框图（二）热电阻温度变送器的结构组成方框图量程单元放大单元热电阻t直流交流直流变换器整流滤波集成运算放大

49、器隔离输出功率放大器Rt24v DCV0 I0+-+-+-i0V02VfV隔离反馈Vf线性反馈部分测量桥路零点调整桥路Vi-正反馈部分+Vf420 mA15 VEXIT第第67页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院u量程单元的组成及作用量程单元的组成及作用 1、作用：、作用：RtVi=VT 零点、零迁、量程调整零点、零迁、量程调整对对Rt进行非线性补偿进行非线性补偿 对引线电阻补偿对引线电阻补偿2、原理：、原理：温度测量的线性化原理：温度测量的线性化原理：Rf4不接不接:V0=Kw Rt 线性线性，Rt=Kz t 非非线性线性 V0=Kz Kw t=K

50、 t 非线性非线性 Rf4接入接入:V0=Kw Rt 非线性非线性 Rt=Kz t 非非线性线性V0=KzKw t=K t 线性线性对引线电阻补偿措施对引线电阻补偿措施:三线制三线制u放大单元单元的组成及作用放大单元单元的组成及作用EXIT第第68页页过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院（三）热电阻温度变送器原理线路（三）热电阻温度变送器原理线路-+-IC2V02功率放大器功率放大器隔离输出隔离输出V0I0+-ViVZRi2Ri3Ri5Ri3+-1/5Rf3Rf2Wf输入输入回路回路零点调整零点调整回路回路反馈反馈回路回路量程单元量程单元放大单元放大单元