第2章变送器(2)-V3

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1、121. 电容式差压变送器电容式差压变送器34P=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 a.差动差动电容测量原理电容测量原理5P=0 S1=S2=S0 P0 S1=S0+ S2=S0- 01111SASACi02222SASACi21)11(0012SSACCCii61212iiiiCCCCPK 1PKPSKCCCCiiii011212相对变化值 与被测差压P成线性关系 1212iiiiCCCC与灌充液的介电常数无关 结论：结论： 00000)/(1)/(1 )/(1)/(1

2、SSSASSA7b. 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 ，非线性，非线性补偿功能补偿功能 dI8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使得使得i2+i1保持不变保持不变,从而保证从而保证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系 电容一电流转换电路电容一电流转换电路 9c. 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Ci

3、1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 10 d. 解调器解调器 对通过差动电容对通过差动电容Ci1、Ci2 的高频电流进行半波整流的高频电流进行半波整流 振荡器输出为正半周时振荡器输出为正半周时电流电流i2的路线为的路线为 :T1（2）VD6、VD6C2Ci2C17C11T1（11） 电流电流i1的路线为的路线为: T1（3）R4VD7、VD3C1Ci1C17R6R8T1（10）11振荡器输出为负半周时振荡器输出为负半周时 电流电流i1的路线的路线: T1（11） C11 C17Ci1C1VD4、VD8T1（2

4、） 电流电流i2的路线为的路线为: T1（12）R7R9C17Ci2C2VD1VD5R3T1（1） 解调器解调器 12fUCIfUCTUCIPPiPPiPPi22111 解调器解调器 13 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 fUCCIIIPPiid)(1212fUCCIIIPPiic)(1221121212121212iiiiciiiidCCCCICCCCIIIII )(PKPKIImcd 解调器解调器 14 e.振荡控制放大器振荡控制放大器 )(12868602868621IIRRRRUURRRRUdd2866812OURRRRII15振荡器振荡幅度

5、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 I2+I1 变压器变压器T1输出电压减小输出电压减小 I2+I1 Ud U01 2dU 振荡控制放大器振荡控制放大器 16f. 线性调整电路线性调整电路 线性调整电路的作用是进行非线性补偿，以保证测量部分线性调整电路的作用是进行非线性补偿，以保证测量部分输出的差动电流输出的差动电流I Id d 和输入差压和输入差压PP呈线性关系。呈线性关系。I Id d和和PP的的非线性关系是由电容式压力传感器的分布电容引起的非线性关系是由电容式压力传感器的分布电容引起的 。020121CCCCCCiiiipCCCKICCCCCCCICCCCCI

6、CCCCIIiiciiiiiicoiiiiciiiicd12012012121212121221212 1202221iicdCCCKKPKII , 考虑分布电容的影响时考虑分布电容的影响时17 线性调整电路线性调整电路 P P的增大，的增大，C Ci2i2增大，增大，C Ci1i1减小。减小。 C Ci2i2增大的速率要比增大的速率要比C Ci1i1减小的速率快减小的速率快, ,使得（使得（C Ci2i2+ C+ Ci1i1）随着）随着PP的增加而的增加而增大，即增大，即K K2 2随随PP的增加而增大，从而使得的增加而增大，从而使得I Id d与与PP之之间不存在线性关系。间不存在线性关系

7、。1202221iicdCCCKKPKII , 由由可以看出，如果使可以看出，如果使IC随着随着P的增大而减小，从而使的增大而减小，从而使I IC C与与K K2 2的乘积保持不变，则的乘积保持不变，则I Id d与与PP的线性关系也就保持不变。的线性关系也就保持不变。18R22=R23 RW1=0 RW0 Uc=0 Uc0 当振荡器的输出线圈（当振荡器的输出线圈（310，112）的同极性端为正的交）的同极性端为正的交流电压时，流电压时，VD9导通，导通，VD10截止，在截止，在R22、R23和和RW1上形成压上形成压降，经降，经C8滤波后可得补偿电压滤波后可得补偿电压Uc。当输出线圈的极性改

8、变时，。当输出线圈的极性改变时， VDVD9 9截止截止，VDVD1010导通，同理可得导通，同理可得补偿电压补偿电压UcUc。19cRcURRRRURRRRIII8686866821021cddUUUP （Ci2+ Ci1） 振荡器振荡幅度振荡器振荡幅度 UC Ic Ic和和K2的变化方向相反的变化方向相反Id与与P成线性关系成线性关系 线性调整电路线性调整电路20放大转换部分放大转换部分 把测量部分输出的差动信号把测量部分输出的差动信号I Id d放大并转换成放大并转换成4 420mA20mA的直流输出电流的直流输出电流 ，实现量程调整、零点调整和迁移、，实现量程调整、零点调整和迁移、输出

9、限幅和阻尼调整功能输出限幅和阻尼调整功能 21g. 电流放大电路电流放大电路 把把I Id d放大并转换成放大并转换成4 420mA20mA的直流输出电流，并实现量的直流输出电流，并实现量程调整。输出电流程调整。输出电流I Io o路线为：路线为： E+VD11R31 W3 R33VD12R18VT2VT4RLE R34 C11 22 电流放大电路的等效电路 电流放大电路电流放大电路23 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 obaafIRRRRRRI343333 因为因为R34（R33+Ra+Rb） ofoafIKIRRRI343324dfoIKI1PKKI

10、mfo1（3-37） （3-38） 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 25 h.零点调整与零点迁移电路零点调整与零点迁移电路 电阻电阻R R3636，R R3737和和W W2 2构成零点调整电路。调整电位器构成零点调整电路。调整电位器W W2 2，即改，即改变变U UA A的大小，可以使得变送器的输出零点电流为的大小，可以使得变送器的输出零点电流为4mA4mA。 R R2020， R R2121和开关和开关S S1 1构成零点迁移电路。构成零点迁移电路。接通接通R

11、 R2020时实现正时实现正迁移，迁移，接通接通R R2121时实现负迁移。时实现负迁移。 26I. 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的最大数值不超过的最大数值不超过30mA 。它由。它由 晶体管晶体管VT2、R18和和VD12组成。组成。mAIRUUUUIwDcesbeDo30181221maxI Io o 最大值为最大值为: :27 J. 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。它变化所引起的波动。它由由R38，R39，C22，和和W4组组成。成。 W4为为 阻尼时间调整阻尼时间调整电位器

12、。电位器。28 R R2626R R2828用于变送器的零点温度补偿用于变送器的零点温度补偿 ； R R1 1、R R2 2、R R4 4、R R5 5用于量程温度补偿。二极管用于量程温度补偿。二极管V VD D1111用于在变用于在变送器输出指示表未接通时，为输出电流提供通路。送器输出指示表未接通时，为输出电流提供通路。 VZVZ2 2除起稳压作用外，还在电源接反时，提供电流通路，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；以免损坏电子器件； C C1717用于电容耦合接地。用于电容耦合接地。电路原理图中其它元件的作用如下：电路原理图中其它元件的作用如下：292.扩散硅式

13、差压变送器扩散硅式差压变送器 检测元件检测元件扩散硅压阻传感器扩散硅压阻传感器 30 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 (1580119010RUI31 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 a. 扩散硅压阻传感器扩散硅压阻传感器设：设：RRRRR4321RRRRR4321)(2133RRIUSS)(2144RRISRIUSSPKISS32 b. 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

14、作电流工作电流IS为为 4141RURUIZFSPKRUUSZS4133c. 放大转换部分放大转换部分 )(91581501RRRRRRUUWWSSSWKUURRRU)21 (1580134图3-40351901RUIO362.3.2 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37一、一、ST3000差压变送器差压变送器 38 二、二、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 39 三、三、1151数字式差压变送器数字式差压变送器 404142AD77

15、15电路原理图电路原理图 4344454647484950vmq q51dt qQ2. 2. 流量的检测方法流量的检测方法 52显示仪表显示仪表Q差压变送器差压变送器节 流 装节 流 装置置53QP1P25455孔板前后流体孔板前后流体对管壁压力对管壁压力孔板前稳定流动孔板前稳定流动段段-截面截面流束未收流束未收缩前压力缩前压力平均流速平均流速v1流束最小处流束最小处-截面截面流束最小流束最小处压力处压力平均流速平均流速v256截面截面处能量处能量= 截面截面处能量处能量+损耗损耗gvgvgPgvgP2222222222111 静压能静压能 动能动能 静压能静压能 动能动能 损耗损耗根据伯努力

16、方程可列出：根据伯努力方程可列出：损耗损耗57式中：式中： 为流体在截面为流体在截面-与与-之间的之间的动能损失系数；动能损失系数；g 为重力加速度；为重力加速度； gvgvgPgvgP2222222222111 1、2 为流体在截面为流体在截面-和和-处的密度。处的密度。如果流体是不可压缩的，那么如果流体是不可压缩的，那么1= 2= 58S1、S2分别为分别为-和和-处的流束截面积。处的流束截面积。 21222112()S1 ()SvPP22211222222PvPvvgggggv1S1 =v2S2又因截面又因截面、处体积流量应相等，有处体积流量应相等，有联立求解两式，可得出：联立求解两式，

17、可得出：5901SSm S0孔板的开孔面积。孔板的开孔面积。另外，取紧挨孔板前后另外，取紧挨孔板前后的管壁压差（的管壁压差（P1- P2）代替）代替（P1- P2），为此引用系数），为此引用系数 加以修正：加以修正： 为简化计算，引入两个系数：为简化计算，引入两个系数： 截面收缩系数截面收缩系数 孔板口对管道的面积比孔板口对管道的面积比m20SS2121PPPP 602121PPPP 代入代入v2式，得式，得 )(2121222PPmv 因体积流量：因体积流量：Q = v2 S0012222S()1QPPm 称流量系数称流量系数 221m20SS01SSm 将将令令610122S()QPP体积

18、流量体积流量 012S2()mQQPP质量流量质量流量 结论：结论：流量与节流件前后压差的平方根成正流量与节流件前后压差的平方根成正比。只要测得差压比。只要测得差压（P1-P2）便可测得流量。便可测得流量。 则得到（则得到（不可压缩的流体）不可压缩的流体）流量基本方程式：流量基本方程式： 如果流体是可压缩的（如蒸汽），则要对公式如果流体是可压缩的（如蒸汽），则要对公式进行修正。进行修正。62 221m因为因为2121PPPP 20SS01SSm 动能动能损失系数损失系数63 节流装置节流装置导压管导压管孔板孔板喷嘴喷嘴文丘里管文丘里管641管道法兰管道法兰2环室环室3孔板孔板4夹紧环夹紧环角接

19、取压角接取压 65湍流湍流v层流层流v66 vDRe 105ReRekm=0.5m=0.4m=0.267节流装置节流装置导压管导压管差压计差压计686970 717273S02pf=QSgVPz)-(=fS074hS0 = k hQ=kgVS)2(z -fhf7512767778792kS2dFvg式中式中: k靶的推力系数；靶的推力系数；Sd 靶的受力面积；靶的受力面积； 流体比重；流体比重； g 重力加速度；重力加速度； v 靶与管璧间环形间隙靶与管璧间环形间隙中流体平均流速中流体平均流速 8000022SSSk SSddgFgFQv1kS0Sd8182涡轮涡轮上的螺旋形叶片用高导上的螺旋

20、形叶片用高导磁系数的不锈钢材料制成。磁系数的不锈钢材料制成。导流器导流器用用以稳定流以稳定流体的流向体的流向外壳由非外壳由非导磁的不导磁的不锈钢制成锈钢制成83NS84N仪表常数仪表常数NS85插入式插入式q特点特点涡轮转速不用轴输出，没有齿涡轮转速不用轴输出，没有齿轮传动误差和密封问题，因而涡轮轮传动误差和密封问题，因而涡轮流量计测量精度高（可达流量计测量精度高（可达0.2级），级），耐高压（静压可达耐高压（静压可达50MPa）。）。输出信号为频率信号，不易受输出信号为频率信号，不易受干扰，便于远传干扰，便于远传 。要求流体清洁，安装时，应加要求流体清洁，安装时，应加装过滤器，且前后要有一定

21、的直管装过滤器，且前后要有一定的直管段。段。868788式中：式中： Ex 感应电势；感应电势； B 磁感应强度；磁感应强度； D 管道直径；管道直径； v 流体速度。流体速度。89214QD v式中式中称为仪表常数称为仪表常数221DEkE44BQD v2Dk4BQvD9091929394旋进型旋进型卡曼型卡曼型9596dvSft=式中：式中：97v测得测得 f 便可算出体积流量便可算出体积流量QQ = A1v = A1Stfd A1管道中旋涡发管道中旋涡发生体处流通截面积。生体处流通截面积。 A1 A1q旋涡流量计的特点是精旋涡流量计的特点是精确度高、测量范围宽、没有运确度高、测量范围宽、没有运动部件、压力损失小。动部件、压力损失小。9899100铂电阻丝铂电阻丝101102103v vv v1041cLvf2c-Lvf v v1052fLv Lvf2106107小结小结流量测量流量测量质量流量质量流量体积流量体积流量 总量总量 差压式流量计差压式流量计转子流量计转子流量计电磁流量计电磁流量计涡轮流量计涡轮流量计涡街流量计涡街流量计椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计靶式流量计靶式流量计超声波流量计超声波流量计108The End !The End !