差压变送器课件.ppt

1、1差压变送器差压变送器 差压变送器用来将差压、流量、差压变送器用来将差压、流量、液位等被测参数转换为标准的统液位等被测参数转换为标准的统一信号，以实现对这些参数的显一信号，以实现对这些参数的显示、记录或自动控制示、记录或自动控制。2差压差压 从物理学角度来看，任何一个物体上受从物理学角度来看，任何一个物体上受到的压力都包括大气压力和被测介质的到的压力都包括大气压力和被测介质的压力（一般称为表压）两部分。作用在压力（一般称为表压）两部分。作用在被测物体上的这两部分压力总和称为绝被测物体上的这两部分压力总和称为绝对压力。对压力。P绝绝=P表表+大气压大气压3 测量绝对压力的仪表称为绝压表。测量绝对

2、压力的仪表称为绝压表。对于普通的工业压力表测量的都是表压对于普通的工业压力表测量的都是表压值，也就是绝对压力与大气压的压差值。值，也就是绝对压力与大气压的压差值。当绝对压力大于大气压值时测得的表压当绝对压力大于大气压值时测得的表压值为正值，称为正表压；当绝对压力小值为正值，称为正表压；当绝对压力小于大气压值时测得的表压值为负值，称于大气压值时测得的表压值为负值，称为负表压，即真空度。测量真空度的仪为负表压，即真空度。测量真空度的仪表称为真空表。表称为真空表。4按照检测元件分类按照检测元件分类:膜盒式差压变送器膜盒式差压变送器 电容式差压变送器电容式差压变送器 扩散硅式差压变送器扩散硅式差压变送

3、器 振弦式差压变送器振弦式差压变送器 电感式差压变送器电感式差压变送器等等 pF(M)pCpRpfpL53.2.1.膜盒式差压变送器膜盒式差压变送器 膜盒式差压变送器构成膜盒式差压变送器构成 工作原理：力矩平衡工作原理：力矩平衡 检测元件检测元件膜盒或膜片膜盒或膜片 杠杆系统则有单杠杆、双杠杆和矢量机构杠杆系统则有单杠杆、双杠杆和矢量机构 6DDZ-III型差压变送器 检测检测部分部分:P 输入力输入力Fi 杠杆系统杠杆系统:力的传递和力矩比较力的传递和力矩比较 位移检测放大器位移检测放大器:位移位移 输出输出电磁反馈装置电磁反馈装置:输出输出反馈力反馈力Ff 7(1)测量部分测量部分 作用：

4、作用：把被测差压把被测差压P转换成转换成 作用于主杠杆下端的输入力作用于主杠杆下端的输入力Fi A1=A2=Ad Fi=Ad(P1-P2)=AdP Fi=A1P1-A2P2因因:故故:8(2)电磁反馈装置电磁反馈装置 作用：作用：把变送器的输出电流把变送器的输出电流I0转换成转换成作作用于副杠杆的电磁反馈力用于副杠杆的电磁反馈力Ff 见图见图 Ff =BDcWI0 设设 Kf=BDcW 则则 Ff =KfI0 改变反馈动圈的匝数，改变反馈动圈的匝数，可以改变可以改变 Kf的大小的大小 91-3短接、短接、2-4短接短接 W=W1=725匝 1-2短接短接 W=W1+W2=2175匝 可实现可实

5、现3：1的量程调整的量程调整 W1=725匝，匝，W2=1450匝匝10回顾：电感&电感传感器 电感传感器的敏感元件是电感线圈，其转换原理基于电磁感应原理。它把被测量的变化转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化(在电路中表现为感抗XL的变化)而达到被测量到电参量的转换。11自感 当一个简单的单线圈作为敏感元件时，机械位移输入会改变线圈产生的磁路的磁阻，从而改变自感式装置的电感。电感的变化由合适的电路进行测量，就可从表头上指示输入值。磁路的磁阻变化可以通过空气间隙的变化来获得，也可以通过改变铁心材料的数量或类型来获得。简单自感式装置原理图简单自感式装置原理图12互感 采用两个线圈的互感装置如图5

6、.26所示。当一个激励源线圈的磁通量被耦合到另一个传感线圈上，就可从这个传感线圈得到输出信号。输入信息是衔铁位移的函数，它改变线圈间的耦合。耦合可以通过改变线圈和衔铁之间的相对位置而改变。这种相对位置的改变可以是线位移的，也可以是转动的角位移。13(3)放大器放大器 作用：作用：把副杠杆上位移检测片（衔铁）的微把副杠杆上位移检测片（衔铁）的微小小 位移位移S转换成转换成420mA的直流输出电流的直流输出电流 构成方框图构成方框图:14 放大器放大器 15差动变压器差动变压器 差动变压器的作用是将位移检测片（衔铁）差动变压器的作用是将位移检测片（衔铁）的位移的位移S转换成相应的电压信号转换成相应

7、的电压信号 16差动变压器差动变压器2S2e2e=022 eeuCD2S2e2e uCD随着随着S的减小而增大与的减小而增大与uAB同相同相 2S2e2e uCD随着随着S的增大而增大与的增大而增大与uAB反相反相 17 低频振荡器低频振荡器 振荡器要形成振荡器要形成自激振荡自激振荡，必须满足振荡的相位条件和必须满足振荡的相位条件和振幅条件振幅条件 相位条件 uCD与与uAB同相工作在同相工作在 的范围内的范围内 2S振幅条件 选择合适的电路参数，选择合适的电路参数，是容易满足的是容易满足的 振荡频率 kHzCLfAB421418名词解释：自激振荡 在振荡电路中，人为地引入正反馈（所谓正反馈，

8、就是在振荡电路中通过对振荡电流同相位的电流补给，使振荡电流不断增大的过程），并使反馈环路增益满足一定的条件，那么，电路在没有外部激励的情况下会产生输出信号，即产生自激振荡。无论在放大电路还是在振荡电路中，自激振荡的本质是相同的。即振荡时电路中的反馈一定是正反馈，并且反馈环路增益必须满足一定的条件。X.X.iX.i if放大电路正向传输反向传输+X.O反馈网络+返回返回19 低频振荡器低频振荡器振荡器的放大特性和反馈特性振荡器的放大特性和反馈特性 不同不同S下的输出与输入关系下的输出与输入关系 SF交点上移uAB 20 整流滤波电路整流滤波电路 将振荡器的输出电压将振荡器的输出电压uAB转换为直

9、流电压信号转换为直流电压信号UR4 整流滤波电路 功率放大器 21 功率放大器功率放大器 将输入的电压信号将输入的电压信号UR4转换为变送器的输出电流转换为变送器的输出电流I0 提高电流放大系数提高电流放大系数 电平配置电平配置 目的：目的：22(4)杠杆系统杠杆系统 进行力的传递和力矩比较进行力的传递和力矩比较 主杠杆：主杠杆：将输入力将输入力Fi转换为转换为作用于矢量机构上的力作用于矢量机构上的力F1 iFllF21123 矢量机构：矢量机构：将输入力将输入力F1转换为作转换为作用于副杠杆上的力用于副杠杆上的力F2 tgFF1224 副杠杆副杠杆进行力矩的比较进行力矩的比较 23FlMif

10、ffFlMCMslS zzzFlM fiMMM S 25(5)整机特性 zffzPFKllPKzffzffdFKllPKlllltgAI2310零点和量程要反复调整 263.2.2.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是目前工业上普遍使用的差压变送器是目前工业上普遍使用的一种变送器。电容式差压变送器的信号检测部分一种变送器。电容式差压变送器的信号检测部分采用电容式压力传感器，输入差压作用于电容式采用电容式压力传感器，输入差压作用于电容式压力传感器的中心感压膜片，从而使感压膜片（压力传感器的中心感压膜片，从而使感压膜片（即可动电极）与两固定电极所组成的差动电容之即可动电极）与

11、两固定电极所组成的差动电容之电容量发生变化，此电容变化量由信号调理部分电容量发生变化，此电容变化量由信号调理部分转换、放大后输出标准电流信号。转换、放大后输出标准电流信号。感压膜片感压膜片差动电容差动电容PSC差动差动电容电容变化变化2728(1)电容式电容式差压变送器差压变送器构成方框图构成方框图 检测元件检测元件1212iiiiCCCCPK12IIIdPKm1212iiiicCCCCIdfoIKI1PKKmf129P=0 Ci1=Ci2=15pF P0 Ci1的电容量减小的电容量减小 Ci2的电容量增大的电容量增大(2)电容式电容式差压变送器差压变送器测量原理测量原理 差动差动电容测量原理

12、电容测量原理30P=0 S1=S2=S0 P0 S1=S0+S2=S0-1111iACS2222iACS2121iiCCC0011()ASS12AAA0AS0AS311212iiiiCCCCPK 1211210iiiiCCKPCCS相对变化值 与被测差压P成线性关系 2121iiiiCCCC与灌充液的介电常数无关 结论：结论：00001/()1/()1/()1/()ASSASS0SK P32 振荡器振荡器 向电容式压力传感向电容式压力传感器的器的Ci1和和Ci2提供高提供高频电源频电源 振荡器为变压器振荡器为变压器反馈振荡器反馈振荡器 振荡器的等效电路振荡器的等效电路 33电容一电流转换电路

13、i2i1 作 用：将 差作 用：将 差动动电容的相对变电容的相对变化值化值成比例地成比例地转换为差动转换为差动信号信号 ，并实，并实现非线性补偿现非线性补偿功能功能。dI2121iiiiCCCCT1同相端输出为正同相端输出为正 T1同相端输出为负同相端输出为负 34 电容一电流转换电路电容一电流转换电路差动信号差动信号 Id=（I2I1）=共模信号共模信号 Ic=（I2+I1）差动信号差动信号Id经电流放大电路放大经电流放大电路放大成成420mA的输出电流的输出电流I0；共模信；共模信号号Ic=I2+I1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之间成比例关系之间成比例关

14、系 2121iiciiCCICCIdCIc35i2i1T1同相端输出为正同相端输出为正 T1同相端输出为负同相端输出为负 解调器解调器36 解调器解调器 电路时间常数比振荡周期小得多，可以认为电路时间常数比振荡周期小得多，可以认为Ci1、Ci2两端电压的变化等于振荡器输出高频电压两端电压的变化等于振荡器输出高频电压的峰一峰值的峰一峰值UPPfUCIfUCTUCIPPiPPiPPi22111各个回路的电流主要取决于各个回路的电流主要取决于Ci1、Ci2i1和和i2 的平均值的平均值I1、I2如下如下：37 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

15、2121()diiPPIIICC Uf1221()ciiPPIIICC Uf212121212121()iiiidciiiiCCCCIIIIIICCCC PKPKIImcd38 振荡控制放大器振荡控制放大器 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等于等于常数常数。)(1286862868621IIRRRRUURRRRUdOd2866812OURRRRII39 振荡控制放大器振荡控制放大器 定性分析如下：定性分析如下：I2+I1 Ud 振荡器振荡幅度振荡器振荡幅度 使使I2、I1 恢复到原来的恢复到原来的I2+I1数值数值变压器变压器T1输出电压减小输出电

16、压减小 U01 2dU4041 线性调整电路线性调整电路 进行非线性补偿进行非线性补偿 Id和和P的的非线性关系是由电非线性关系是由电容式压力传感器的分布电容引起的容式压力传感器的分布电容引起的 020121CCCCCCiiii120121212121212212iiiiiicoiiiiciiiicdCCCCCCCICCCCCICCCCII202121mdciciiiKIIPI KPCCC42 振荡器振荡器 向电容式压力传感向电容式压力传感器的器的Ci1和和Ci2提供高提供高频电源频电源 振荡器为变压器振荡器为变压器反馈振荡器反馈振荡器 振荡器的等效电路振荡器的等效电路 43放大转换部分放大转

17、换部分 把测量部分输出的差动信号把测量部分输出的差动信号Id放大并转换成放大并转换成420mA的直流输出电流的直流输出电流，实现量程调整、零点调整和，实现量程调整、零点调整和迁移、输出限幅和阻尼调整功能迁移、输出限幅和阻尼调整功能 44电流放大电路电流放大电路 把Id放大并转换成420mA的直流输出电流，并实现量程调整 输出电流Io路线为 E+VD11R31 W3 R33VD12R18VT2VT4RLE R34 C11 45 电流放大电路的等效电路 电流放大电路电流放大电路46 电流放大电路电流放大电路反馈电流反馈电流If与与Io的关系为的关系为 333334afoabRRIIRRRR因为因为

18、R34（R33+Ra+Rb）ofoafIKIRRRI3433fdII 47dfoIKI1PKKImfo1式（式（3-38）表明）表明:I0和输入信号和输入信号P之间呈线性之间呈线性 改变改变反馈反馈系数的大小，可以调整变送器系数的大小，可以调整变送器的量程的量程 4849 零点调整与零点迁移电路零点调整与零点迁移电路 调整变送器的输出零位和实现变送器调整变送器的输出零位和实现变送器的零点迁移的零点迁移，调整电位器，调整电位器W2，即改变，即改变UA的大小，可以使得变送器的输出零点的大小，可以使得变送器的输出零点电流为电流为4mA。接通接通R20时实现正迁移时实现正迁移 接通接通R21时实现负迁

19、移。时实现负迁移。50 输出限幅电路输出限幅电路 限制变送器输出电流限制变送器输出电流Io的最大数值的最大数值 不超过不超过30mA。Io 最大值为最大值为:mAIRUUUUIwDcesbeDo30181221max5152 阻尼电路阻尼电路 抑制变送器的输出抑制变送器的输出 电流因输入差压快速电流因输入差压快速 变化所引起的波动变化所引起的波动 5354 R26R28用于变送器的零点温度补偿用于变送器的零点温度补偿 C17用于电容耦合接地用于电容耦合接地 VZ2除起稳压作用外，还在电源接反时，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。提供电流通路，以免损坏电子器件。R1

20、、R2、R4、R5用于量程温度补偿用于量程温度补偿二极管二极管VD11用于在变送器输出指示表用于在变送器输出指示表未接通时，为输出电流提供通路。未接通时，为输出电流提供通路。553.2.3.扩散硅式差压变送器扩散硅式差压变送器 扩散硅式差压变送器其传感元件采用扩散硅压扩散硅式差压变送器其传感元件采用扩散硅压阻传感器阻传感器。扩散硅式差压变送器的基本工作原理为：输入扩散硅式差压变送器的基本工作原理为：输入差压经由信号检测部分的扩散硅压阻传感器，利差压经由信号检测部分的扩散硅压阻传感器，利用压阻效应使硅材料上的扩散电阻用压阻效应使硅材料上的扩散电阻(应变电阻应变电阻)阻阻值发生变化，从而使这些电阻

21、组成的电桥产生不值发生变化，从而使这些电阻组成的电桥产生不平衡电压，该电压由前置放大器放大，与调零与平衡电压，该电压由前置放大器放大，与调零与零迁电路产生的调零信号的代数和送入电压零迁电路产生的调零信号的代数和送入电压-电流电流转换器转换为整机的电流输出信号。转换器转换为整机的电流输出信号。56 57(1)扩散硅式扩散硅式差压变送器差压变送器构成方框图构成方框图PKRUUSZS41SWURRRU)21(1580119010RUI80195121(1)SWRIURRR58(2)测量部分测量部分 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)扩散硅压阻传感扩散硅压

22、阻传感器器设：设：RRRRR4321RRRRR4321)(2133RRIUSS)(2144RRISRIUSSPKISS59 2)传感器供电电路传感器供电电路 为传感器提供恒定的桥路工作电流为传感器提供恒定的桥路工作电流UT1=UF1、IF1=0工作电流工作电流IS为为 4141RURUIZFSPKRUUSZS4160(3)放大转换部分放大转换部分 把测量部分输出的把测量部分输出的毫伏信号毫伏信号UO1放大并转换成放大并转换成420mA的直流输出电流的直流输出电流IO 1)前置放大器前置放大器起电压放大作用起电压放大作用 可求得可求得 因因 R8=R9，故故 SSWKUURRRU)21(1580

23、1SWURRRRU)1(159801612)电压电压电流转换器电流转换器 把前置放大器的输出把前置放大器的输出电压电压U01转换成转换成420mA的直流输出电流的直流输出电流IO由于由于R10 R11 R15 R18 因而因而 U0 U011901RUIO 零点调整和输出限幅功能零点调整和输出限幅功能62 采用了哪些措施（手段）来提高采用了哪些措施（手段）来提高变送器的性能？变送器的性能？63数字式差压变送器数字式差压变送器 ST3000差压变送器差压变送器 3051C差压变送器差压变送器 1151数字式差压变送器数字式差压变送器 64 ST3000差压变送器差压变送器 传感器在单个芯片上形成

24、差压测量用、温度传感器在单个芯片上形成差压测量用、温度测量用和静压测量用三种感测元件测量用和静压测量用三种感测元件 65 3051C差压变送器差压变送器 检测元件采用电容式压力传感器检测元件采用电容式压力传感器 66 1151数字式差压变送器数字式差压变送器 AT89S8252-转换技术转换技术 HT202如何保证满足二线制要求？如何保证满足二线制要求？67 1151数字式差压变送器的软件数字式差压变送器的软件 分为两部分：测控程序和通信程序分为两部分：测控程序和通信程序 测控程序包括测控程序包括A/D采样程序、非线性采样程序、非线性补偿程序、量程转换程序、线性或开方输补偿程序、量程转换程序、线性或开方输出程序、阻尼程序以及出程序、阻尼程序以及D/A输出程序等输出程序等 通信程序采用串行口中断接收通信程序采用串行口中断接收/发送发送