控制儀表與計(jì)算機(jī)控制裝置_其他儀表工作原理ppt精選課件

.,1,其它常用的單元儀表,在用單元組合儀表構(gòu)成控制系統(tǒng)時(shí)，有時(shí)還需要使用一些其它單元的儀表，如運(yùn)算單元、顯示與積算單元和輔助單元等,.,2,4.1.開(kāi)方器,4.1.1.開(kāi)方器的作用,開(kāi)方器的作用是對(duì)某一統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行開(kāi)方運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，供其它儀表使用,.,3,當(dāng)采用差壓方式測(cè)量流量時(shí),系統(tǒng)構(gòu)成如圖所示,開(kāi)方器在流量檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用,UP=K2P,開(kāi)方器的輸出y與被測(cè)流量q成線性關(guān)系。,.,4,4.1.2.開(kāi)方器的構(gòu)成原理,在模擬式儀表中有多種方法可用來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)方運(yùn)算?？梢岳枚O管的開(kāi)關(guān)作用，也可以利用負(fù)反饋原理使其輸入與輸出之間呈開(kāi)方運(yùn)算特性,開(kāi)方特性實(shí)現(xiàn)原理,.,5,還有一種開(kāi)方器是由乘除器演變來(lái)的開(kāi)方器,乘法運(yùn)算的方法單向矩形脈沖法。,如圖所示,單向矩形脈沖,.,6,其直流分量可表示,占空比，用S來(lái)表示則,再假設(shè)：,則可得,由此可見(jiàn)，UD與U1、U2的乘積成正比，從而實(shí)現(xiàn)了乘法運(yùn)算,.,7,根據(jù)這一原理，我們可以構(gòu)造乘法運(yùn)算電路，如圖所示。其中，調(diào)高電路和濾波電路實(shí)現(xiàn)了乘法運(yùn)算，稱之為乘法電路。,乘法運(yùn)算電路構(gòu)成方框圖,.,8,在此基礎(chǔ)上，我們就可以利用負(fù)反饋原理來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)乘除運(yùn)算，其構(gòu)成原理如圖所示。,這里有兩套乘法電路，一套用于實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)U1與U2的乘法運(yùn)算。另一套乘法電路設(shè)置在反饋通道中，就整機(jī)特性來(lái)講相當(dāng)于進(jìn)行除法運(yùn)算，所以輸入信號(hào)U3為除數(shù),乘除器構(gòu)成方框圖,.,9,由圖可知,由于深度負(fù)反饋,由上面兩式得,設(shè)K2=K3，則有,若使U3=UD,即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)U1的開(kāi)方運(yùn)算,（4-9）,（4-10）,（4-13）,（4-12）,（4-11）,.,10,4.1.3.DDZIII型開(kāi)方器,DDZIII型開(kāi)方器的作用是對(duì)15VDC的輸入信號(hào)進(jìn)行開(kāi)方運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果以15VDC或420mADC輸出,運(yùn)算關(guān)系式,.,11,4.1.3.1.DDZIII型開(kāi)方器的構(gòu)成,DDZIII型開(kāi)方器由輸入電路、開(kāi)方運(yùn)算電路、小信號(hào)切除電路及輸出電路等組成。,開(kāi)方器構(gòu)成方框圖,.,12,4.1.3.2.電路分析,輸入電路減去與運(yùn)算無(wú)關(guān)的零點(diǎn)電壓并將電路基準(zhǔn)移動(dòng)到內(nèi)部基準(zhǔn)UB,為克服共模干擾，輸入信號(hào)采用差動(dòng)輸入方式,輸入電路圖,.,13,差動(dòng)電路的輸出,同相端輸出,可求得,由于,所以,（4-20）,.,14,開(kāi)方運(yùn)算電路,開(kāi)方運(yùn)算電路是開(kāi)方器的核心電路，用于實(shí)現(xiàn)開(kāi)方運(yùn)算,它是由自激振蕩時(shí)間分割器和比例放大電路兩部分組成的。,.,15,自激振蕩時(shí)間分割器,自激振蕩時(shí)間分割器圖,.,16,.,17,比例放大電路,比例放大電路的作用是將自激振蕩時(shí)間分割器的輸出信號(hào)UD放大，其輸出信號(hào)U3一方面送至小信號(hào)切除電路，另一方面反饋至乘法電路2，以便實(shí)現(xiàn)開(kāi)方運(yùn)算,設(shè),則,.,18,小信號(hào)切除電路,U3UL由于VT7的飽和壓降很小，可以忽略不計(jì)，所以此時(shí)的輸出為U4=U3,而當(dāng)U3UL由于VT8的飽和壓降很小，可以忽略不計(jì)U4=0,此電路可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的切除。當(dāng)輸入信號(hào)小于滿量程的1%（即Ui1.04V）時(shí)，將開(kāi)方器的輸出切除,而當(dāng)輸入信號(hào)大于或等于滿量程的1%時(shí)，輸出與輸入之間呈開(kāi)方運(yùn)算關(guān)系。,小信號(hào)切除電路圖,.,19,輸出電路的作用是將以UB為基準(zhǔn)的信號(hào)U4轉(zhuǎn)換為以0V為基準(zhǔn)的信號(hào)，同時(shí)加上1V的零點(diǎn)值，并進(jìn)行功率放大，最終得到整機(jī)輸出Uo和Io。,輸出電路,.,20,4.1.3.3整機(jī)特性,在輸入信號(hào)大于1.04V時(shí)，U4=U3,將開(kāi)方運(yùn)算部分特性,代入,得,最終得,.,21,開(kāi)方器原理電路圖,.,22,4.2積算器,積算器屬于顯示單元儀表，其作用是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行累計(jì)積算,比例積算器,開(kāi)方積算器,.,23,4.2.1積算的基本概念與原理,以流量累計(jì)積算為例，對(duì)于比例積算器，其輸入信號(hào)為與瞬時(shí)流量成正比的信號(hào),流體總量可表示為,累計(jì)字?jǐn)?shù)N用脈沖頻率積分表示,流體總量的積分,從而得,.,24,電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖頻率信號(hào),電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖頻率信號(hào)可通過(guò)電容的充放電來(lái)實(shí)現(xiàn),C兩端的電壓UC與充電電流之間的關(guān)系為,.,25,由,得,.,26,4.2.2比例積算器,比例積算器的作用是將15VDC信號(hào)轉(zhuǎn)換為010PPS的脈沖信號(hào)，經(jīng)整形及功率放大后驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的累計(jì)積算。,.,27,2.2.1比例積算器的構(gòu)成原理,它由輸入電路、積分電路、比較電路、整形電路及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等幾部分組成,.,28,4.2.2.2電路分析,（1）輸入電路,(2)U/f轉(zhuǎn)換電路,（3）脈沖整形及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,.,29,輸入電路為差動(dòng)輸入電平移動(dòng)兼減1V電路其電路如圖所示,輸入電路,.,30,差動(dòng)輸入運(yùn)放輸出為,同相端輸出為,于是得,以0V為基準(zhǔn)的與以UB為基準(zhǔn)的Uo1有如下關(guān)系,.,31,U/f轉(zhuǎn)換電路,U/f轉(zhuǎn)換電路的作用是將輸入電路的輸出信號(hào)Uo1轉(zhuǎn)換為鋸齒波脈沖信號(hào)，且該鋸齒波脈沖的頻率與Uo1成正比,.,32,Uo1為階躍輸入,當(dāng)Uo2=Ua時(shí)，t=T1,可得鋸齒波脈沖信號(hào)的頻率為：,.,33,脈沖整形及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,脈沖整形及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的作用是將U-f轉(zhuǎn)換電路輸出的010Hz鋸齒波信號(hào)轉(zhuǎn)換為010Hz的方波信號(hào)，經(jīng)功率放大并倍頻后推動(dòng)計(jì)數(shù)器的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),脈沖整形與輸出電路圖,.,34,脈沖整形電路,脈沖整形電路的作用是將鋸齒波信號(hào)Uo2轉(zhuǎn)換為同頻率的方波信號(hào)Uo4，以便用作計(jì)數(shù)器的步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)。,Uo2與Uo4的波形對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖4-21所示。,.,35,步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的作用是對(duì)脈沖整形電路的輸出信號(hào)Uo4進(jìn)行功率放大，,同時(shí)具有倍頻作用，將010Hz的方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為020Hz的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。,所以，該電路也稱為脈沖倍頻及功率放大電路。,.,36,積算計(jì)數(shù)器,積算計(jì)數(shù)器是積算器的顯示單元，它是由步進(jìn)電機(jī)及由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的一套機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和計(jì)數(shù)字輪組成的。其構(gòu)成如圖所示。,.,37,4.3輔助單元儀表,4.3.1安全柵安全柵是構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)的關(guān)鍵儀表，其作用是：一方面保證信號(hào)的正常傳輸，另一方面控制流入危險(xiǎn)場(chǎng)所的能量在爆炸性氣體或爆炸性混合物的點(diǎn)火能量以下，以確保系統(tǒng)的安全火花性能。常用的安全柵有兩種，一種是齊納式安全柵，一種是隔離式安全柵。,.,38,4.3.1.1齊納式安全柵,齊納式安全柵是基于齊納二極管反向擊穿特性來(lái)工作的，其原理線路如圖所示。圖中：VZ1和VZ2為齊納二極管，F(xiàn)為快速熔斷器，R為限流電阻。,齊納式安全柵原理電路圖,.,39,4.3.1.2隔離式安全柵,（1）檢測(cè)端安全柵,檢測(cè)端安全柵用于為兩線制變送器進(jìn)行隔離式供電，并將變送器送來(lái)的420mADC信號(hào)轉(zhuǎn)換成隔離的且與之成正比的420mADC或15VDC的信號(hào)，而且在故障狀態(tài)下，可限制其電流和電壓值，使進(jìn)入危險(xiǎn)場(chǎng)所的能量限制在安全額定值以下。,（2）操作端安全柵,操作端安全柵是將控制儀表送來(lái)的420mADC信號(hào)由調(diào)制器利用直流/交流轉(zhuǎn)換器提供的供電方波轉(zhuǎn)換為交流方波信號(hào),.,40,4.3.2操作器,操作器的作用是以手動(dòng)設(shè)定方式在輸出端輸出420mADC信號(hào)，以此進(jìn)行手動(dòng)遙控操作或?yàn)檎{(diào)節(jié)器提供外部給定信號(hào),操作器構(gòu)成框圖,.,41,4.3.3電源箱,這里所說(shuō)的電源箱是指24V直流電源箱，其作用是將220V交流電轉(zhuǎn)換為24V直流電，經(jīng)穩(wěn)壓處理