第八章模拟变送器课件.ppt

第一节第一节 1151模拟变送器模拟变送器1151模拟变送器是美国罗斯蒙特模拟变送器是美国罗斯蒙特(Rosemount)公司研制公司研制的产品，外形如图的产品，外形如图8-1所示目前，在火电厂应用的变送器主要有电容目前，在火电厂应用的变送器主要有电容式变送器（如式变送器（如1151，1151 smar，3051，LD301和和FCX）、电感式变送器）、电感式变送器（PTSD,T2600,）、压阻式变送器（）、压阻式变送器（PTSP ,ST3000）、硅谐振式变送器）、硅谐振式变送器(EJA)和和TT302现场总线温度变送器现场总线温度变送器1151模拟变送器主要由测量部分和转换电模拟变送器主要由测量部分和转换电路两大部分组成，其组成原理如图路两大部分组成，其组成原理如图8-2所示图中：图中：P,P为差压、压力；为差压、压力；C为差动电为差动电容；容；E为电源；为电源；I0为电流；为电流；RL为负载电阻为负载电阻一、测量部分一、测量部分测量部分的作用是将被测参数测量部分的作用是将被测参数(如差压、压力、如差压、压力、液位、流量等液位、流量等)转换成相应的差动电容值的变化转换成相应的差动电容值的变化。

图图8-3所示为测量部分的结构示意图图中：所示为测量部分的结构示意图图中：1、2为隔离膜片；为隔离膜片；3为测量膜片；为测量膜片；4、5为电容固定为电容固定极板；极板；6为刚性绝缘体；为刚性绝缘体；7为引出电极；为引出电极；8为灌充为灌充液隔离膜片与被测介质接触，膜片液隔离膜片与被测介质接触，膜片l与与3之间之间为一室，膜片为一室，膜片2与与3之间为另一室，两室各自封之间为另一室，两室各自封闭，内充硅油闭，内充硅油(或氟油或氟油)，组成两室结构的单元组成两室结构的单元测量膜片是一片弹性系数温度稳定性好的平板测量膜片是一片弹性系数温度稳定性好的平板金属膜片，作为差动可变电容的活动极板在金属膜片，作为差动可变电容的活动极板在测量膜片两侧，有两个在玻璃凹形球面（球缺测量膜片两侧，有两个在玻璃凹形球面（球缺面）上用真空蒸发有金属层的固定极板面）上用真空蒸发有金属层的固定极板被测压力被测压力PH和和PL分别作用于高、低压侧的分别作用于高、低压侧的隔离膜片隔离膜片l、2上，灌充液将压力传送到测量上，灌充液将压力传送到测量膜片膜片3上当两侧压力不相等时，测量膜片上当两侧压力不相等时，测量膜片向一侧位移，如图向一侧位移，如图8-3(b)中的虚线所示。

此中的虚线所示此时，测量膜片时，测量膜片3与两侧固定极板间的距离一与两侧固定极板间的距离一侧增大，另一侧减小，因此两个固定极板侧增大，另一侧减小，因此两个固定极板与活动极板之间的电容量一个增大，另一与活动极板之间的电容量一个增大，另一个减小引出电极个减小引出电极7将这两个电容的变化信将这两个电容的变化信号输至转换电路这样，测量部分就把被号输至转换电路这样，测量部分就把被测参数测参数(压力、差压、液位等压力、差压、液位等)的变化转换的变化转换成差动电容量的变化成差动电容量的变化 这种结构对测量膜片具有较好的过载保护这种结构对测量膜片具有较好的过载保护能力当被测差压过大时，测量膜片贴紧能力当被测差压过大时，测量膜片贴紧一侧的凹形球面上，不会因产生过大位移一侧的凹形球面上，不会因产生过大位移而损坏膜片过载消除后，测量膜片恢复而损坏膜片过载消除后，测量膜片恢复到正常位置灌充液到正常位置灌充液(硅油或氟油硅油或氟油)除用作除用作传递压力外，它的粘度特性对冲击力具有传递压力外，它的粘度特性对冲击力具有一定缓冲作用一定缓冲作用(阻尼作用阻尼作用)，可消除被测介，可消除被测介质的高频脉动压差对变送器输出准确度的质的高频脉动压差对变送器输出准确度的影响。

影响二、位移二、位移-电容转换特性电容转换特性为分析简便，利用等效原理，将图为分析简便，利用等效原理，将图8-3所示差所示差动球面动球面-平面型平面型(固定极板为球面，活动极板为固定极板为球面，活动极板为平面平面)电容简化成图电容简化成图8-4所示平板型差动电容所示平板型差动电容活动极板移动的方向和距离受被测差压的方向活动极板移动的方向和距离受被测差压的方向和大小控制当被测差压变化使活动极板产生和大小控制当被测差压变化使活动极板产生位移时，活动极板与两固定极板之间的电容量位移时，活动极板与两固定极板之间的电容量即发生变化若活动极板移动距离，则它与固即发生变化若活动极板移动距离，则它与固定极板之间的距离，一侧变为，而另一侧变为，定极板之间的距离，一侧变为，而另一侧变为，如图如图8-4中所示由图示可得差动平行板电容器的电容量计算公由图示可得差动平行板电容器的电容量计算公式为式为式中：为活动极板与上固定极板间的电容量；式中：为活动极板与上固定极板间的电容量；为活动极板与下固定极板间的电容量；为活动极板与下固定极板间的电容量；K为量为量纲系数；纲系数；A为电容极板的有效面积；为电容极板的有效面积；为极板间为极板间介质的介电常数；为被测差压为零时，活动极介质的介电常数；为被测差压为零时，活动极板板(测量膜片测量膜片)与两固定极板之间的初始距离；与两固定极板之间的初始距离；为活动极板在被测压差作用下所产生的位移，为活动极板在被测压差作用下所产生的位移，如果采用差动平行板电容器的差动电容值作为如果采用差动平行板电容器的差动电容值作为输出量，则输出量，则由式由式(8-3)可以看出，差动电容与活动极板可以看出，差动电容与活动极板的位移之间呈非线性关系。

为得到线性转的位移之间呈非线性关系为得到线性转换关系，可取两电容之差与两电容之和的换关系，可取两电容之差与两电容之和的比值作为输出量，即比值作为输出量，即式中式中 k2为系数，为系数， k2=1/d0,位移位移 d0与差压与差压 P之间的之间的关系为关系为d0=k1 P,则则式式(8-5)即为电容式变送器测量部分的输入量与即为电容式变送器测量部分的输入量与输出量之间的线性特性表达式由此式可得出输出量之间的线性特性表达式由此式可得出如下结论：如下结论：当为常数时，（当为常数时，（C1-C2）/（C1+C2）之比）之比值与被测压差成线性关系；值与被测压差成线性关系；（C1-C2）/（C1+C2）之比值与介电常数）之比值与介电常数无关，即从设计原理上消除了介电常数随温度无关，即从设计原理上消除了介电常数随温度变化给测量带来的误差；变化给测量带来的误差；若设计一种转换电路，使其输出电流若设计一种转换电路，使其输出电流I0=K3（C1-C2）/（C1+C2），），I0就与被测差就与被测差压成正比关系；压成正比关系；如果电容极板的结构完全对称，则可以得到如果电容极板的结构完全对称，则可以得到良好的稳定性；良好的稳定性；在上述分析中，没有考虑分布电容的影响。

在上述分析中，没有考虑分布电容的影响若考虑分布电容的存在，则测量部分的电容比若考虑分布电容的存在，则测量部分的电容比值为值为(8-6)比较式比较式(8-6)和式和式(8-5)后可知，分布电容的后可知，分布电容的影响将造成非线性误差为了使变送器最影响将造成非线性误差为了使变送器最终获得高于终获得高于0.25级的准确度级，需在转换电级的准确度级，需在转换电路中设置线性调整环节路中设置线性调整环节 实测和计算均表明球面实测和计算均表明球面-平面型电容器有类平面型电容器有类似或接近平行板电容器的特性测量部分似或接近平行板电容器的特性测量部分大约有大约有150pF的电容量输出的电容量输出转换电路转换电路转换电路的作用是将测量部分的线性化输转换电路的作用是将测量部分的线性化输出信号转换成出信号转换成420mA，DC统一信号，并统一信号，并送至负载此外，它还实现整机的零点调送至负载此外，它还实现整机的零点调整、量程调整、正负迁移、线性调整及阻整、量程调整、正负迁移、线性调整及阻尼调整等功能尼调整等功能 1151系列电容式变送器的转换电路共有三系列电容式变送器的转换电路共有三种类型，即种类型，即E型型(普通型普通型)、J型型(用于流量测用于流量测量量)、F型型(用于微压差测量用于微压差测量)。

四、校验调整四、校验调整主要性能主要性能 1151系列共有各种测量范围的差压、压系列共有各种测量范围的差压、压力、绝压、流量、远传差压、远传压力等力、绝压、流量、远传差压、远传压力等10个品种的仪表变送器的基本精度为个品种的仪表变送器的基本精度为O.250.35；测量范围：最小差压；测量范围：最小差压01.3kPa，最大差压，最大差压06.89MPa；最小压力；最小压力O1.3kPa，最大压力，最大压力O41.37MPa；量；量程比：程比：6接线接线1151变送器为二线制仪表，电源、信号合变送器为二线制仪表，电源、信号合用两根导线，电源、信号端子位于电气壳用两根导线，电源、信号端子位于电气壳体内的接线侧接线时，将标有体内的接线侧接线时，将标有“接线侧接线侧”那边的盖子拧开，上部标有那边的盖子拧开，上部标有SIGNAL(信信号号)的两个端子接电源，下部标有的两个端子接电源，下部标有TEST(测测试试)的两个端子接内阻小于的两个端子接内阻小于10的电流表，的电流表，也可不接不要将电源接到测试端子，否也可不接不要将电源接到测试端子，否则会烧坏二极管，为防止二极管烧坏，使则会烧坏二极管，为防止二极管烧坏，使变送器继续工作，可以将两个测试端子短变送器继续工作，可以将两个测试端子短接但电源极性不能再接反。

接但电源极性不能再接反 图图8-5为仪表校验时的接线图为仪表校验时的接线图 电源一般为电源一般为24V DC，但可以在，但可以在1245V DC范围内改变如果是范围内改变如果是12V供电，则不供电，则不能带负载，否则便不能正常工作；如果是能带负载，否则便不能正常工作；如果是45V供电，则可以带供电，则可以带1650的负载电源电源电压不能超过电压不能超过45V，超过了会损坏电路超过了会损坏电路 当供当供电电24V，负载为，负载为500时，此时读数灵敏度最高时，此时读数灵敏度最高 输出信号的测量可以用电流表，也可以用数字输出信号的测量可以用电流表，也可以用数字电压表，一般用电压表，因为如果用电流表，电压表，一般用电压表，因为如果用电流表，万一接线错误容易把电流表烧坏用电压表时，万一接线错误容易把电流表烧坏用电压表时，则要在回路内串接一个则要在回路内串接一个250的标准电阻的标准电阻R，然，然后再把电压表接在电阻两端，测出电压后再算后再把电压表接在电阻两端，测出电压后再算出电流值出电流值 电源电压不能超过电源电压不能超过45V DC，超，超过了会损坏电路过了会损坏电路 当供电当供电24V DC，负载为，负载为500时，时，此时读数灵敏度最高。

此时读数灵敏度最高1-7)输出信号的测量可以用电流表，也输出信号的测量可以用电流表，也可以用数字电压表，一般用电压表，可以用数字电压表，一般用电压表，因为如果用电流表，万一接线错误因为如果用电流表，万一接线错误容易把电流表烧坏用电压表时，容易把电流表烧坏用电压表时，则要在回路内串一个则要在回路内串一个250的标准的标准电阻电阻R，然后再把电压表接在电阻，然后再把电压表接在电阻两端，测出电压后再算出电流值两端，测出电压后再算出电流值若电压为（若电压为3V,电流是多少电流是多少mA？）？）校验调整校验调整 按图按图8-5所示的校验线路图接好线，经检查所示的校验线路图接好线，经检查变送器的校验方法和一般仪表的校验方法一样，变送器的校验方法和一般仪表的校验方法一样，从引压口通入信号压力读出仪表示值，然后从引压口通入信号压力读出仪表示值，然后算出仪表的误差与回差，并确定合格与否算出仪表的误差与回差，并确定合格与否当信号压力为测量范围下限时，输出为当信号压力为测量范围下限时，输出为4mA，不对时，调零点。