1、1,3.2. 差压变送器,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一信号，以实现对这些参数的显示、记录或自动控制。,2,差压,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对压力。 P绝=P表 + 大气压,3,测量绝对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，称为负表压，即真空度。测量真空度的仪表称为真空表。,4,按照检测元件分类:,膜盒式差
2、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,电感式差压变送器等,pF (M),pC,pR,pf,pL,5,3.2.1. 膜盒式差压变送器,膜盒式差压变送器构成,工作原理：力矩平衡,检测元件膜盒或膜片,杠杆系统则有单杠杆、双杠杆和矢量机构,6,DDZ-III型差压变送器,检测部分: P 输入力Fi,杠杆系统: 力的传递和力矩比较,位移检测放大器: 位移 输出,电磁反馈装置: 输出反馈力Ff,7,(1) 测量部分,作用：把被测差压P转换成 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:,故:,8
3、,(2) 电磁反馈装置,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,见图,Ff =BDcWI0,设 Kf =BDcW 则 Ff = KfI0,改变反馈动圈的匝数，可以改变 Kf的大小,9,1-3短接、2-4短接,W = W1=725匝,1-2短接,W = W1+W2=2175匝,可实现3：1的量程调整,W1=725匝，W2=1450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
4、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,12,互感,采用两个线圈的互感装置如图5.26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,作用：把副杠杆上位移检测片（衔铁）的微小 位移S转
5、换成420mA的直流输出电流,构成方框图 :,14,放大器,15,差动变压器,差动变压器的作用是将位移检测片（衔铁）的位移S转换成相应的电压信号,16,差动变压器,=,uCD随着S的减小而增大与uAB同相,uCD随着S的增大而增大与uAB反相,17,低频振荡器,振荡器要形成自激振荡，必须满足振荡的相位条件和振幅条件,相位条件,uCD与uAB同相工作在 的范围内,振幅条件,选择合适的电路参数，是容易满足的,振荡频率,18,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，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
6、，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。,返回,19,低频振荡器,振荡器的放大特性和反馈特性,不同S下的输出与输入关系,SF交点上移uAB,20,整流滤波电路,将振荡器的输出电压uAB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,将输入的电压信号UR4转换为变送器的输出电流I0,提高电流放大系数,电平配置,目的：,22,(4) 杠杆系统,进行力的传递和力矩比较, 主杠杆：将输入力Fi转换为作用于矢量机构上的力F1,23, 矢量
7、机构：,将输入力F1转换为作用于副杠杆上的力F2,24, 副杠杆,进行力矩的比较,S,25,(5) 整机特性,零点和量程要反复调整,26,3.2.2. 电容式差压变送器,电容式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（即可动电极）与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转换、放大后输出标准电流信号。,27,28,(1) 电容式差压变送器构成方框图,检测元件,29,P=0 Ci1=Ci2=15pF,P0 Ci1的电容量减小 Ci2的电容量增大,(2)
8、 电容式差压变送器测量原理,差动电容测量原理,30,P=0,S1=S2=S0,P0,S1=S0+ S2=S0-,31,相对变化值 与被测差压P成线性关系,与灌充液的介电常数无关,结论：,32,振荡器,向电容式压力传感器的Ci1和Ci2提供高频电源,振荡器为变压器反馈振荡器,振荡器的等效电路,33,电容一电流转换电路,作用：将差动电容的相对变化值成比例地转换为差动信号 ，并实现非线性补偿功能 。,T1同相端输出为正,T1同相端输出为负,34,电容一电流转换电路,差动信号 Id=（I2I1）=,共模信号 Ic=（I2+I1）,差动信号Id经电流放大电路放大成420mA的输出电流I0；共模信号Ic=
9、I2+I1保持不变，从而保证Id 与输入差压P之间成比例关系,35,T1同相端输出为正,T1同相端输出为负,解调器,36,解调器,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的峰一峰值UPP,各个回路的电流主要取决于Ci1、Ci2,i1和i2 的平均值I1、I2如下：,37,解调器,i1、i2的平均值之差Id及两者之和Ic分别为,38,振荡控制放大器,流过VD1、VD5和VD3、VD7的电流之和I2+I1即IC等于常数。,39,振荡控制放大器,定性分析如下：,I2+I1 ,Ud,振荡器振荡幅度,使I2、I1 恢复到原来的I2+I1数值,变压器T1输出
10、电压减小,U01,40,41,线性调整电路,进行非线性补偿 Id和P的非线性关系是由电容式压力传感器的分布电容引起的,42,振荡器,向电容式压力传感器的Ci1和Ci2提供高频电源,振荡器为变压器反馈振荡器,振荡器的等效电路,43,放大转换部分,把测量部分输出的差动信号Id放大并转换成420mA的直流输出电流 ，实现量程调整、零点调整和迁移、输出限幅和阻尼调整功能,44,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,46,电
11、流放大电路,反馈电流If与Io的关系为,因为R34（R33+Ra+Rb）,47,式（3-38）表明 :, I0和输入信号P之间呈线性, 改变反馈系数的大小，可以调整变送器的量程,48,49,零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的零点迁移 ，调整电位器W2，即改变UA的大小，可以使得变送器的输出零点电流为4mA。,接通R20时实现正迁移,接通R21时实现负迁移。,50,输出限幅电路,限制变送器输出电流Io的最大数值 不超过30mA 。Io 最大值为:,51,52,阻尼电路,抑制变送器的输出 电流因输入差压快速 变化所引起的波动,53,54,R26R28用于变送器的零点温度补偿
12、,C17用于电容耦合接地,VZ2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。,R1、R2、R4、R5用于量程温度补偿二极管VD11用于在变送器输出指示表未接通时，为输出电流提供通路。,55,3.2.3. 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阻传感器。 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，利用压阻效应使硅材料上的扩散电阻 (应变电阻) 阻值发生变化，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，与调零与零迁电路产生的调零信号的代数和送入电压-电流转换器转换为整机的电流输出信号。,56,57,
13、(1) 扩散硅式差压变送器构成方框图,58,(2) 测量部分,把被测差压P成比例地转换为不平衡电压US,1) 扩散硅压阻传感器,设：,59,2) 传感器供电电路,为传感器提供恒定的桥路工作电流UT1=UF1、IF1=0工作电流IS为,60,(3) 放大转换部分,把测量部分输出的毫伏信号UO1放大并转换成420mA的直流输出电流IO,1) 前置放大器起电压放大作用,可求得,因 R8=R9，故,61,2) 电压电流转换器,把前置放大器的输出电压U01转换成420mA的直流输出电流IO,由于R10 R11 R15 R18 因而 U0 U01,零点调整和输出限幅功能,62,采用了哪些措施（手段）来提高变送器的性能？,63,数字式差压变送器,ST3000差压变送器,3051C差压变送器,1151数字式差压变送器,64,ST3000差压变送器,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,65,3051C差压变送器,检测元件采用电容式压力传感器,66,1151数字式差压变送器,AT89S8252,-转换技术,HT202,如何保证满足二线制要求？,67,1151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,测控程序包括A/D采样程序、非线性补偿程序、量程转换程序、线性或开方输出程序、阻尼程序以及D/A输出程序等,通信程序采用串行口中断接收/发送,
