過程儀表復習資料

1、1.1.2 儀表性能儀表性能1 1、準確性準確性（精確度）（用最大引用誤差來表示） 用精確度表示，即“相當于被測變量真實值的正確量度”。 例：量程為100，精確度等級為0.5 ，則測量值與真實值的最大絕對誤差為：100 0.5 0.5之內(nèi)。1 2、可靠性指標可靠性指標 可靠性：指在規(guī)定工作條件下（環(huán)境條件和維護條件環(huán)境條件和維護條件），在規(guī)定的時間在規(guī)定的時間內(nèi)內(nèi)具有正常工作性能的能力正常工作性能的能力，如機器，零件及系統(tǒng)的使用壽命。l 狹義的狹義的可靠性：機器、零件或系統(tǒng)一次使用的使用壽命。l 廣義的廣義的可靠性：可修復的機器、零件或系統(tǒng)在使用中不發(fā)生故障，一旦發(fā)生故障又易修復，使之具有經(jīng)常

2、使用的性能。因此，廣義的可靠性含有可維修性?？删S修性。 系統(tǒng)的可靠性指標常用概率來定義，包括：l 可靠度可靠度；l 平均故障間隔時間平均故障間隔時間(MTBF)；l 平均故障修復時間平均故障修復時間(MTTR)；l 有效率。有效率?？刂苾x表控制儀表根據(jù)控制系統(tǒng)根據(jù)控制系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)各組成環(huán)節(jié)的不同的不同功能和使用要求功能和使用要求劃分成單元組合儀表，儀表劃分成單元組合儀表，儀表間采用統(tǒng)一標準信號進行聯(lián)系，有助于間采用統(tǒng)一標準信號進行聯(lián)系，有助于了解過程控制儀表了解過程控制儀表必備功能，必備功能，學習過學習過程控制儀表程控制儀表的基本概念，掌握儀表系統(tǒng)構(gòu)成所需的測量系統(tǒng)或控制系統(tǒng)。的基本概念，掌

3、握儀表系統(tǒng)構(gòu)成所需的測量系統(tǒng)或控制系統(tǒng)。2控制儀表的組成控制儀表的組成自動控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的自動控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的控制器、變送器、運算器、執(zhí)行器控制器、變送器、運算器、執(zhí)行器等，以及等，以及新型控制儀表及裝置。新型控制儀表及裝置。給定值給定值被控變量被控變量控制對象控制對象被控介質(zhì)被控介質(zhì)變送器變送器控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器顯示器顯示器手操器手操器控制儀表組成單回路控制系統(tǒng)方框圖控制儀表組成單回路控制系統(tǒng)方框圖單元組合儀表可分為八類：單元組合儀表可分為八類：u 變送單元；變送單元；u 轉(zhuǎn)換單元；轉(zhuǎn)換單元；u 控制單元；控制單元；u 運算單元；運算單元；u 顯示單元；顯示單元；u 給定單元；

4、給定單元；u 執(zhí)行單元；執(zhí)行單元；u 輔助單元。輔助單元。233 3、靈敏度：儀表達到穩(wěn)態(tài)后，輸出信號的變化值與對應(yīng)的、靈敏度：儀表達到穩(wěn)態(tài)后，輸出信號的變化值與對應(yīng)的輸入信號變化值的比值，反映儀表對被測參數(shù)的靈敏程度；輸入信號變化值的比值，反映儀表對被測參數(shù)的靈敏程度；u 靈敏度越大，儀表越靈敏；u 若儀表靈敏度輸入輸出是線性特性，儀表靈敏度是常數(shù)； 如果是非線性特性，靈敏度在整個量程范圍內(nèi)是變數(shù)。u 若儀表的輸入輸出具有相同單位，則靈敏度是放大倍數(shù)； 若是不同單位，則靈敏度是轉(zhuǎn)換系數(shù)。儀表靈敏度數(shù)值越高，則儀表越靈敏。1.1.2 儀表性能儀表性能444、線性度線性度：儀表的輸入輸出特性曲線

5、與選用的對比直線之間的偏離程度，用非線性誤差表示，指檢驗曲線與相應(yīng)直線間的最大誤差，按量程的百分比表示，可分為端基線性度誤差和獨立性線性度誤差；5、回差回差：輸入量上升和下降時，儀表指示同一示值的兩個輸出量之差的最大值，包括滯環(huán)與死區(qū)；6、死區(qū)（靈敏限、分辨力）死區(qū)（靈敏限、分辨力）：儀表示值產(chǎn)生可觀察變化對應(yīng)輸入量的最小變化值，即引起輸出變化的最小輸入增量，實際上是死區(qū)，不大于儀表允許誤差絕對值的一半。 靈敏限越大則儀表越不靈敏。1.1.2 儀表性能儀表性能55 7、 動態(tài)誤差：動態(tài)誤差：當用儀表對被測參數(shù)進行測量時，儀表指示值總要經(jīng)過一段時間才能顯示出來，這段時間稱為儀表的反應(yīng)時間。如果儀

6、表不能及時反映被測參數(shù)，便要造成誤差，這種誤差稱為動態(tài)誤差。動態(tài)誤差常用時間常數(shù)、全行程時間和滯后時間表示。l 時間常數(shù)時間常數(shù)：當輸入階躍變化時，儀表的輸出到達其穩(wěn)定值的63.2%所需的時間。l 全行程時間全行程時間：當輸入滿量程變化時，輸出由下限移至上限，或反行程所需的時間，通常以全量程的5%作為輸出下限值，全量程的95%作為輸出上限值。（與穩(wěn)定時間概念不同)l 滯后時間（時滯）：滯后時間（時滯）：從輸入產(chǎn)生變化的瞬間起，到它所引起的輸出量開始變化的瞬間止。1.1.2 儀表性能儀表性能1.2 過程控制儀表與裝置的分類及特點過程控制儀表與裝置的分類及特點6 1、氣動控制儀表、氣動控制儀表 氣

7、動控制儀表已有幾十年的歷史。在60年代以前它是工業(yè)自動化的重要工具，目前其發(fā)展速度和生產(chǎn)應(yīng)用方面僅次于電動控制儀表。 特點：特點：結(jié)構(gòu)簡單、直觀，易于掌握，性能穩(wěn)定，可靠性高，具有安全防爆性能，不受電磁場干擾，維護方便 適用場所：適用場所：石油、化工、輕工等有爆炸危險的場合，電力部門雖然很少采用成套的氣動控制儀表，但在由電動控制儀表組成的系統(tǒng)中，有時采動氣動執(zhí)行器。 現(xiàn)狀：現(xiàn)狀：所占領(lǐng)地現(xiàn)已十分狹小，主要在一些大型裝置的主體設(shè)備周圍，對單一的工藝參數(shù)進行單回路調(diào)節(jié)。 氣動控制儀表中的氣動執(zhí)行器，由于其安全、可靠，工作平穩(wěn)等優(yōu)點而受到歡迎。6 一、過程控制儀表的分類一、過程控制儀表的分類（一）、

8、按能源形式分類（一）、按能源形式分類按所用能源形式的不同，可分為電動電動、氣動氣動、液動液動和混合混合四大類。 1.2 過程控制儀表與裝置的分類及特點過程控制儀表與裝置的分類及特點7 2液動控制儀表液動控制儀表 液動控制儀表發(fā)展較早。 特點：特點：結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，但動作速度較低、設(shè)備笨重。 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：功率較大的場合，如大型火電廠的汽輪機調(diào)速和水電站中的水輪機調(diào)速大都采用液動調(diào)節(jié)。7 3電動控制儀表電動控制儀表 電動控制儀表50年代發(fā)展起來，目前應(yīng)用最為廣泛。 特點：特點：(1) 電信號可以無滯后地遠距離傳輸，能實現(xiàn)快速和遠距離控制實現(xiàn)快速和遠距離控制；(2) 易于實現(xiàn)復雜的控制規(guī)

9、律，易于集中顯示和操作，易于與其它現(xiàn)易于實現(xiàn)復雜的控制規(guī)律，易于集中顯示和操作，易于與其它現(xiàn)代化技術(shù)工具代化技術(shù)工具(如巡回檢測裝置、數(shù)據(jù)處理裝置、電子計算機等)聯(lián)用聯(lián)用，能方便地組成各種復雜的綜合控制系統(tǒng)；(3) 能源供給方便能源供給方便，不需要龐大的壓縮空氣等附屬設(shè)備。 應(yīng)用：應(yīng)用： 工業(yè)自動化的主要技術(shù)工具，廣泛地應(yīng)用于電力、化工、石油，冶金，輕工等部門。1.2 過程控制儀表與裝置的分類及特點過程控制儀表與裝置的分類及特點8 （1）單元組合式控制儀表：）單元組合式控制儀表： 含義：含義： 根據(jù)自動檢測與控制系統(tǒng)中各組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，將整套儀表劃分為能獨立實現(xiàn)一定功能的若干單元

10、。各單元之間的聯(lián)系采用統(tǒng)一標準信號。 分類：分類： 電動組合單元儀表（DDZ）和氣動組合單元（QDZ）儀表兩大類，單元劃分見前述。 中國生產(chǎn)的電動單元組合儀表(DDZ)和氣動單元組合儀表(QDZ)經(jīng)歷了I型、II型、III型三個發(fā)展階段，后推出了較為先進的數(shù)字化的DDZ-S系列儀表。 特點：特點： 應(yīng)用靈活、通用性強，便于控制儀表的生產(chǎn)、維護及備品庫存等。 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： 適用于中、小型企業(yè)的自動化系統(tǒng)。81.4 信號制及供電方式信號制及供電方式9一、信號類型一、信號類型1、氣動儀表的信號標準、氣動儀表的信號標準 中國國家標準GB777化工自動化儀表用模擬氣動信號規(guī)定了氣動儀表信號的下限

11、值和上限值（過去統(tǒng)一使用0.21kgf/cm2，當前國標改為20100KPa的模擬氣壓信號），該標準與國際標準IEC382是一致的。 1.4.1 信號標準信號標準9信號制：信號制：即信號標準，是指儀表之間采用傳輸信號的類型和數(shù)值。 用途：用途：設(shè)計控制儀表與裝置時，應(yīng)力求做到通用性和相互兼容性，以便不同系列或不同廠家生產(chǎn)的儀表能夠共同使用在同一控制系統(tǒng)中。要做到通用性和相互兼容性，首先必須統(tǒng)一儀表的信號制式。 FCS中現(xiàn)場儀表與控制室儀表或裝置之間采用雙向數(shù)字通信方式，其標準將在后面介紹，下面介紹模擬信號標準。 2、電動儀表信號的標準、電動儀表信號的標準 電信號種類較多，主要有模擬信號模擬信號

12、、數(shù)字信號數(shù)字信號、頻率信號頻率信號和脈寬信號脈寬信號等四大類。 模擬信號和數(shù)字信號是自動化儀表及裝置所采用的主要聯(lián)絡(luò)信號。 三、電模擬信號標準的使用三、電模擬信號標準的使用10 （二）直流電流信號傳輸（二）直流電流信號傳輸（1）連接方式）連接方式 現(xiàn)場與控制室儀表現(xiàn)場與控制室儀表之間采用電流信號傳輸。應(yīng)用電流作為統(tǒng)一信號時，所有這些儀表必須串聯(lián)連接，如圖所示。10圖 電流信號傳輸時儀表之間的連接 圖中R0為發(fā)送儀表的輸出電阻，Rcm和Ri分別為連接導線儀表之間的連接電阻和接收儀表的輸入電阻，由它們組成為變送器的負載電阻。在實際使用中，導線長度和接收儀表的個數(shù)是可以在一定范圍內(nèi)變化的，因此負載

13、電阻也不是定值。由于發(fā)送儀表的輸出阻抗R0不可能無限大，負載電阻在一定范圍內(nèi)變化時，輸出電流的變化應(yīng)小于允許值，這就是所謂的恒流性能。三、電模擬信號標準的使用三、電模擬信號標準的使用11電流信號的傳輸誤差可用公式表示為 式中n為接收儀表個數(shù)。由上式可見，為保證傳輸誤差在允許范圍內(nèi)，要求R0Rcm+nRi，此時有 可根據(jù)允許誤差和技術(shù)經(jīng)濟指標確定R0及Ri。 一般為保證信號在35km內(nèi)傳輸不受影響，同時考慮到一個發(fā)送儀表的輸出電流能同時送給幾個接收儀表，要求它的輸出電阻R0足夠大，而接收儀表如控制器等的輸入電阻Ri應(yīng)很小。 因此，當以電流信號傳輸時，發(fā)送儀表的輸出阻抗很高，相當于一個恒流源，當接

14、收儀表輸入電阻足夠小時，傳輸導線長度在一定范圍內(nèi)變化仍能保證精度，而小輸入電阻的接收儀表具有較高的抗干擾能力。因此直流電流信號適于遠距離傳輸。11000()100%cmicmicmiRIIRRnRRnRIRRnR0100%cmiRnRR三、電模擬信號標準的使用三、電模擬信號標準的使用1212在并聯(lián)連接時，由于并聯(lián)儀表的輸入阻抗Ri不是無限大，信號電壓U0將在發(fā)送儀表內(nèi)阻R0及導線電阻Rcm上降掉一部分U，造成信號傳輸誤差圖 電壓信號傳輸時儀表之間的連接00000icmicmUURRURUURRn為減少此誤差，一般要滿足條件 ，此時上式變?yōu)閕cmRRRn00cmiRRUnUR(a)為減小傳輸誤差

15、，要求發(fā)送儀表內(nèi)阻R0及導線電阻Rcm足夠小。若遠距離傳輸電壓信號，則增大了的Rcm勢必對接收儀表電阻Ri提出過高的要求，而輸入阻抗高將容易引入干擾，因此電壓信號不適于作遠距離傳輸?shù)男盘枴?b)接收儀表輸入阻抗越高，誤差越小。當并接的儀表較多時，相當于總的輸入阻抗減小，誤差增大，因此并接的儀表越多，要求每個儀表的輸入阻抗就越大。三、電模擬信號標準的使用三、電模擬信號標準的使用1313（2）直流電壓連接的優(yōu)點）直流電壓連接的優(yōu)點 用電壓作為聯(lián)絡(luò)信號時，由于儀表是并聯(lián)連接，它的主要優(yōu)點優(yōu)點是：(a) 在設(shè)計安裝上比較簡單；(b) 增加或取消某個儀表不會影響其它儀表工作；(c) 對儀表輸出級的耐壓要

16、求可以降低，提高儀表的可靠性。 在實際應(yīng)用中進出控制室的傳輸信號采用電流信號，控制室內(nèi)部各儀表間聯(lián)絡(luò)信號采用電壓信號，連線特點為：電流傳輸、電流傳輸、電壓接收的方式電壓接收的方式。圖中I0，R0分別為發(fā)送儀表的輸出電流和輸出電阻；Ri為接收儀表的輸入電阻；R為電流/電壓轉(zhuǎn)換電阻，通常I0=420mA時R取250。圖 控制系統(tǒng)儀表之間典型連接方式(四四) 控制系統(tǒng)儀表之間典型連接方式控制系統(tǒng)儀表之間典型連接方式電流信號傳輸與電壓信號傳輸各有特點，電流適合于遠距離對單個儀表傳送信息，電壓適合于把同一信息傳送到并聯(lián)多個儀表，兩者結(jié)合，取長補短。1.5.1 防爆安全的基本概念防爆安全的基本概念 14隔

17、爆型號儀表隔爆型號儀表 特點特點：儀表的電路和接線端子全部置于隔爆殼中，表殼強度足夠大，表殼結(jié)合面間隙足夠深，最大的間隙寬度又足夠窄。即便儀表因事故產(chǎn)生火花，也不會引起儀表外部的可燃性物質(zhì)爆炸。不會引起儀表外部的可燃性物質(zhì)爆炸。 設(shè)計措施：采用耐壓(810)102kPa以上的表殼，表殼外部的溫升不得超過由氣體或蒸汽的自燃溫度所規(guī)定的數(shù)值，表殼結(jié)合面的縫隙寬度和深度應(yīng)根據(jù)它的容積和氣體的級別采取規(guī)定的數(shù)值等。 使用：使用：安裝及維護正常時安全，但揭開儀表表殼時，會失去防爆性能，不能在通電運行的情況下打開外殼進行檢修或調(diào)整。對于組別、級別高的易爆性氣體如氫、乙快、二硫化碳等，不宜采用隔爆型防爆儀表

18、：l 隔爆表殼在加工上有困難，l 長期使用后因磨損，很難長期保持要求的間隙，逐漸失去防爆性能。14自動化儀表防爆結(jié)構(gòu)主要有三種類型：自動化儀表防爆結(jié)構(gòu)主要有三種類型：l隔爆型標志d；l本質(zhì)安全型標志i；l增安型標志”e”1.5.1 防爆安全的基本概念防爆安全的基本概念 15 早期本質(zhì)安全型防爆概念：早期本質(zhì)安全型防爆概念：指孤立的安裝在危險場所的電氣設(shè)備具有的防爆性能符合本質(zhì)安全防爆要求。 現(xiàn)代的本質(zhì)安全防爆概念：現(xiàn)代的本質(zhì)安全防爆概念：指整個自動化系統(tǒng)的防爆性能符合本質(zhì)安全防爆要求。 具有本質(zhì)安全防爆的系統(tǒng)包括兩種電路具有本質(zhì)安全防爆的系統(tǒng)包括兩種電路：l 危險場所（在現(xiàn)場)的本質(zhì)安全電路；

19、l 非危險場所(在控制室)中的非本質(zhì)安全電路。 為了防止非本質(zhì)安全電路中過大的能量傳入危險場所中的本質(zhì)安全電路，在兩者之間采用了防爆安全柵，因而整套儀表系統(tǒng)具有本質(zhì)安全防爆性能。15本質(zhì)安全防爆儀表本質(zhì)安全防爆儀表 指在正常狀態(tài)下和故障狀態(tài)下，電路、設(shè)備產(chǎn)生的火花能量和達到的溫度都不能引起易爆性氣體或蒸汽爆炸的防爆類型。l 正常狀態(tài)指在設(shè)計規(guī)定條件下的工作狀態(tài)，如設(shè)計規(guī)定的斷開和閉合電路動作所產(chǎn)生的火花。l 故障狀態(tài)指因事故而發(fā)生短路、斷路等情況。1.5.1 防爆安全的基本概念防爆安全的基本概念 1616本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)的性能保證措施：（1）采用低的工作電壓和小的工作電流。如正常工作時電壓不大

20、于24VDC，電流不大于20mA DC；故障時電壓不大于35V DC，電流不大于35mA DC。限制儀表所用電阻、電容和電感參數(shù)大小，以保證在正常及故障時所產(chǎn)生的火花能量不足以點燃爆炸性混合物。（2）用防爆安全柵將危險場所和非危險場所的電路隔開。（3）現(xiàn)場儀表到控制室儀表連接導線不得形成過大分布電感和電容。 特點：l 防爆性能最好，原理上適用于一切危險場所，一切易爆氣體；l 安全性能不隨時間而變化；l 維修方便，可在運行狀態(tài)下進行維修和調(diào)整。圖 本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)構(gòu)成圖1.5.1 防爆安全的基本概念防爆安全的基本概念 (1) (2)caicaiCCCLLL17解：安全柵和變送器連接時，變送器和連

21、接導線都是安全柵的負載。連接導線的最大允許電容Cc和電感Lc應(yīng)等于或小于安全柵的最大允許負載電感La和電容Ca減去儀表輸入端未經(jīng)保護的電容Ci和電感Li，即應(yīng)滿足下列條件：17有一本安變送器和安全柵組成的本安防爆系統(tǒng)。已知安全柵的最大允許電容Ca為0.13uF，最大允許電感La為4.2mH，變送器電路板上的電容和電感已經(jīng)過保護，求該變送器的最大傳輸距離。設(shè)變送器信號電纜的截面積為1.5mm2,分布電容Cc為200pF/m，電感L和電阻R之比L/R=250uH/(設(shè)銅導線電阻率為0.0175 mm2/m)。上述兩式即為求變送器最大距離的計算公式。（1）先按式（1）求變送器信號線長度 已知：Ca=

22、0.13uF，Cc/d=200PF/m，Ci=0(因變送器的電容電感已保護過） 于是 200PF/md0.13uF-0 得信號電纜的長度d為 d0.13106/200=650m (2) 按（2）式求變送器信號線長度已知：La=4.2mH，Lc/R=250uH/ , Li=0 于是 250uH/ R4.2 mH-0， 得信號電纜的電阻R為 R 4.2 103/250=16.8 導線的電阻公式為R=2d/S 于是 16.8 =0.0175 2d/1.5 得 d=720m根據(jù)上式計算結(jié)果可知，據(jù)（1）與（2）計算的導線長度相差不多，為保險起見，取d=650m，即變送器的最大傳輸距離不應(yīng)大于650m。

23、1.5.2 安全柵安全柵 1818 安全柵是構(gòu)成本質(zhì)安全系統(tǒng)的關(guān)鍵儀表安全柵是構(gòu)成本質(zhì)安全系統(tǒng)的關(guān)鍵儀表，安裝在控制室內(nèi)，安裝在控制室內(nèi)，是控制室儀表和現(xiàn)場儀表的關(guān)聯(lián)設(shè)備，保證系統(tǒng)的本安是控制室儀表和現(xiàn)場儀表的關(guān)聯(lián)設(shè)備，保證系統(tǒng)的本安防爆性能：防爆性能：l 系統(tǒng)正常時：傳輸信號；系統(tǒng)正常時：傳輸信號；l 故障時：控制流入危險場所的能量在爆炸氣體或混故障時：控制流入危險場所的能量在爆炸氣體或混合物的點火能量以下。合物的點火能量以下。 安全柵的構(gòu)成形式主要有以下五種：安全柵的構(gòu)成形式主要有以下五種：l 電阻式安全柵電阻式安全柵l 齊納式安全柵齊納式安全柵l 中斷放大式安全柵中斷放大式安全柵l 光電

24、隔離式安全柵光電隔離式安全柵l 變壓器隔離式安全柵變壓器隔離式安全柵 什么是干擾什么是干擾 干擾是一種無所不在、隨時可能產(chǎn)生的客觀的物理現(xiàn)象，是妨礙某一事件(事物)正常運行(發(fā)展)的各種因素的總稱。 儀表中的干擾信號儀表中的干擾信號 在儀表中，除了有用信號外，其他信號均可認為是干擾信號。 干擾信號是影響儀表平穩(wěn)運行的破壞因素，它包括干擾信號是影響儀表平穩(wěn)運行的破壞因素，它包括： 分布電容電流，影響有用信號； 受磁力線感應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流，耦合在有效信號中； 強電器件之間的放電電流，損壞儀表器件等； 絕緣泄漏電流，導致絕緣性能下降。 1919儀表干擾信號的主要來源（在某些場合也將干擾稱為“噪聲”）

25、：空間空間(如電磁輻射)其他信號的耦合其他信號的耦合(如靜電耦合、電磁耦合、公共阻抗耦合等)設(shè)備之間產(chǎn)生“互感”：對于有用信號，也存在著彼此干擾的現(xiàn)象，特別是”強電”信號對”弱電”信號的影響。強電設(shè)備對弱電儀表干擾，會使儀表無法穩(wěn)定工作，甚至損壞。21干擾的分類干擾的分類1.6.1 干擾產(chǎn)生的原因22干擾形成的三個充要條件：干擾形成的三個充要條件：l干擾源：干擾源是綜合體，是任何影響儀表平穩(wěn)運行的破壞因素，如變壓器、繼電器、微波設(shè)備、電機和高壓電線等可以產(chǎn)生空中電磁信號的設(shè)備。l受干擾體：接受影響的系統(tǒng)的某個環(huán)節(jié)，吸收干擾信號，并轉(zhuǎn)換成對系統(tǒng)造成影響的儀表參數(shù)。l干擾傳播的途徑，包括導線和空間

26、的輻射等 圖 干擾形成示意圖 22第二章 控制器 Ti 與Td的參數(shù)改變對控制品質(zhì)的影響 分析電路輸出關(guān)系24六、六、PID控制規(guī)律控制規(guī)律前面介紹了理想和實際前面介紹了理想和實際PID控制器的傳遞函數(shù)?？刂破鞯膫鬟f函數(shù)。在實際控制器中，由于相互干擾系數(shù)在實際控制器中，由于相互干擾系數(shù)F的存在，且其值與的存在，且其值與 有關(guān)，故有關(guān)，故P、I、D變量的實際值變量的實際值(KpF、TIF、 )與刻度值與刻度值(Kp、TI、TD)有差異；有差異；在整定某個變量時，相互干擾系數(shù)在整定某個變量時，相互干擾系數(shù)F還將影響其他變量，故在實際使用還將影響其他變量，故在實際使用時應(yīng)注意整定變量間的相互影響。時

27、應(yīng)注意整定變量間的相互影響。 控制器整定變量間的相互干擾情況與控制器整定變量間的相互干擾情況與PID運算電路的構(gòu)成方式有關(guān)。運算電路的構(gòu)成方式有關(guān)。24當偏差為階躍信號時，利用拉氏反變換，當偏差為階躍信號時，利用拉氏反變換，由前面實際由前面實際PID傳遞函數(shù)可求得實際傳遞函數(shù)可求得實際PID控制器的輸出為控制器的輸出為()(1) ()IIDDtK TpIKtTDyKFKFeKF e 當t=0時，y(0)=KpKD當t時， y()=KpKIDITTDTF圖圖PID運算電路運算電路 2525六、六、PID控制規(guī)律控制規(guī)律PI、PD、PID調(diào)節(jié)特性也可用幅頻和相頻特性來表示和分析。 圖實際圖實際PI

28、D控制器的階躍響應(yīng)特性控制器的階躍響應(yīng)特性 圖中，特性曲線是由圖中，特性曲線是由PI階躍響應(yīng)特性階躍響應(yīng)特性0CDE和和PD階躍響應(yīng)特性階躍響應(yīng)特性0ADF兩曲兩曲線疊加而成。線疊加而成。由圖可知，控制器的比例增益、積分時間和微分時間等變量也可由圖解法由圖可知，控制器的比例增益、積分時間和微分時間等變量也可由圖解法求得求得。 26三、基型控制器電路分析三、基型控制器電路分析輸入電路是由運算放大器輸入電路是由運算放大器A1等組成的偏差差動電平移動電路，等組成的偏差差動電平移動電路，作用作用 測量信號測量信號Ui和給定信號和給定信號Us相減，得到偏差信號，再將偏差放大兩倍后輸出；相減，得到偏差信號

29、，再將偏差放大兩倍后輸出； 電平移動，將以電平移動，將以0V為基準的為基準的Ui轉(zhuǎn)換成以電平轉(zhuǎn)換成以電平UB(10V)為基準的輸出信號為基準的輸出信號U01。 26采用這種電路形式有如下兩個目的：采用這種電路形式有如下兩個目的：（1）消除集中供電引入的誤差）消除集中供電引入的誤差 （2）為了保證運算放大器的正常工）為了保證運算放大器的正常工作作 。 圖輸入電路原理圖輸入電路原理 1、 輸入電路27作業(yè)請分析如下電路，請問（1）該電路能夠?qū)崿F(xiàn)什么功能；（2）改變W1電位器滑動位置，可改變什么;（3）將電阻R2開路，可使什么增大;（4）當Ui為階躍輸入時，Uo隨時間如何變化。28輸出電路如左圖所示

30、。輸出電路如左圖所示。加接晶體管加接晶體管VT1和和VT2是為了增大是為了增大運算放大器運算放大器A4的輸出電流，使整的輸出電流，使整機輸出電流機輸出電流Io達到達到420mADC。VT1和和VT2組成復合管的目的是為組成復合管的目的是為了提高放大倍數(shù)，降低了提高放大倍數(shù)，降低VT1的基的基極電流，使得極電流，使得5、輸出電路、輸出電路輸出電路的作用是將比例積分電路輸出的以輸出電路的作用是將比例積分電路輸出的以UB為基準的為基準的15VDC電壓信號電壓信號Uo3轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為流過負載換為流過負載RL(一端接地一端接地)的的420mADC輸出電流輸出電流Io。實際上它是個電壓。實際上它是個電壓/電流電

31、流轉(zhuǎn)換電路。轉(zhuǎn)換電路。28圖輸入電路原理圖輸入電路原理 oofIII29圖輸出電路等效原理圖圖輸出電路等效原理圖 為了便于分析輸出電路的工作原理，將電阻為了便于分析輸出電路的工作原理，將電阻R20，晶體管，晶體管VT1，VT2以及負載電以及負載電阻阻RL等和運算放大器等和運算放大器A4等效成一個運算放大器，并畫成下圖的形式。等效成一個運算放大器，并畫成下圖的形式。由圖可見，它是一個差動輸入運算放大電路，其輸出與輸入關(guān)系為由圖可見，它是一個差動輸入運算放大電路，其輸出與輸入關(guān)系為 5、輸出電路、輸出電路29234324ooRUURR 4423,ooofHUUIIRR 32324()oHoHURR

32、IRRR4250HRR31 5oUVDC由圖可知由圖可知根據(jù)前面各式，則根據(jù)前面各式，則式中，式中，R23=10k ，R24=40k ，RH=62.5 取，則有取，則有相應(yīng)的輸出電流相應(yīng)的輸出電流Io=420mA DC。基準電壓基準電壓UB和電源電壓和電源電壓UE是送去輸入運算電路的共模輸入信號，對電路的運是送去輸入運算電路的共模輸入信號，對電路的運算關(guān)系沒有影響。但是對上述電路參數(shù)，在算關(guān)系沒有影響。但是對上述電路參數(shù)，在UB=10V，UE=24V時，可求得的時，可求得的A4的最大輸出電壓接近電源電壓，因此的最大輸出電壓接近電源電壓，因此A4的選擇應(yīng)同時滿足共模輸入電壓范的選擇應(yīng)同時滿足共模

33、輸入電壓范圍和最大輸出電壓范圍的要求。圍和最大輸出電壓范圍的要求。 4250HRR31 5oUVDC32324()oHoHURRIRRR3.1.2 變送器的共性問題變送器的共性問題變送器在使用之前，須進行量程調(diào)整和零點調(diào)整。變送器在使用之前，須進行量程調(diào)整和零點調(diào)整。1、測量范圍與上限調(diào)整測量范圍與上限調(diào)整 測量范圍：儀表按規(guī)定的精度進行測量的被測量的范圍；或者說：在允許測量范圍：儀表按規(guī)定的精度進行測量的被測量的范圍；或者說：在允許誤差范圍內(nèi)，儀表能給出的被測量的集合。誤差范圍內(nèi)，儀表能給出的被測量的集合。 上限與下限：測量范圍的最高值與最低值分別稱為儀表的測量上限與下限。上限與下限：測量范

34、圍的最高值與最低值分別稱為儀表的測量上限與下限。 量程：上限與下限代數(shù)差的絕對值為儀表量程。量程：上限與下限代數(shù)差的絕對值為儀表量程。 例：某溫度變送器的測量范圍是例：某溫度變送器的測量范圍是200800，試求上下限及量程。，試求上下限及量程。 解：下限解：下限200，上限，上限800 量程量程上限下限上限下限 |800-(-200)|10001、量程調(diào)整與上限調(diào)整量程調(diào)整與上限調(diào)整 因此，根據(jù)儀表的測量范圍可知其上下限及量程。但是，反過來，若給出儀因此，根據(jù)儀表的測量范圍可知其上下限及量程。但是，反過來，若給出儀表的量程，則不能確定其上下限及測量范圍。表的量程，則不能確定其上下限及測量范圍。

35、儀表測量范圍的另一種表示方法是給出儀表的儀表測量范圍的另一種表示方法是給出儀表的零點零點，即測量下限及儀表的量，即測量下限及儀表的量程。只要儀表的零點和量程確定了，其測量范圍也就確定了，因而用儀表的程。只要儀表的零點和量程確定了，其測量范圍也就確定了，因而用儀表的一一個零點和量程個零點和量程表示儀表的測量范圍是一種更為常用的表示方式表示儀表的測量范圍是一種更為常用的表示方式。 3.1.2 變送器的共性問題變送器的共性問題3、零點調(diào)整和零點遷移（下限調(diào)整）零點調(diào)整和零點遷移（下限調(diào)整）圖變送器遷移前后的輸入輸出特性圖變送器遷移前后的輸入輸出特性 零點調(diào)整和零點遷移零點調(diào)整和零點遷移：使變送器的輸

36、出信號下限值：使變送器的輸出信號下限值ymin與測量范圍的下限與測量范圍的下限值值xmin相對應(yīng)，在相對應(yīng)，在xmin=0時，稱為零點調(diào)整，在時，稱為零點調(diào)整，在xmin 0時，稱為零點遷移。時，稱為零點遷移。 零點調(diào)整使變送器的測量起始點為零；零點調(diào)整使變送器的測量起始點為零； 零點遷移是把測量的起始點由零遷移到某一數(shù)值零點遷移是把測量的起始點由零遷移到某一數(shù)值(正值或負值正值或負值)。正遷移正遷移：當測量的起始點由零變?yōu)槟骋徽?；：當測量的起始點由零變?yōu)槟骋徽?；負遷移負遷移：當測量的起始點由零變?yōu)槟骋回撝?。：當測量的起始點由零變?yōu)槟骋回撝怠Ａ泓c遷移特點：零點遷移特點： 零點遷移使變送器的

37、輸入輸出特性沿零點遷移使變送器的輸入輸出特性沿x坐標向右或向左平移了一段距離，坐標向右或向左平移了一段距離，其斜率不改變，即變送器的量程不變。其斜率不改變，即變送器的量程不變。進行零點遷移，再輔以量程調(diào)整，可以提高儀表的測量精度。進行零點遷移，再輔以量程調(diào)整，可以提高儀表的測量精度。 零點調(diào)整的調(diào)整量通常比較小；零點調(diào)整的調(diào)整量通常比較?。?零點遷移的調(diào)整量比較大，可達量程的一倍或數(shù)倍。零點遷移的調(diào)整量比較大，可達量程的一倍或數(shù)倍。各種變送器對其零點遷移的范圍都有明確規(guī)定。各種變送器對其零點遷移的范圍都有明確規(guī)定。零點調(diào)整和零點遷移的方法零點調(diào)整和零點遷移的方法 模擬式變送器通過改變放大器輸入

38、端上的調(diào)零信號模擬式變送器通過改變放大器輸入端上的調(diào)零信號z0的大小實現(xiàn)；的大小實現(xiàn)； 智能式變送器通過組態(tài)來完成的智能式變送器通過組態(tài)來完成的 。3.1.2 變送器的共性問題變送器的共性問題4、線性化、線性化圖非線性補償原理圖非線性補償原理 非線性補償非線性補償：變送器在使用時，希望其輸出信號與被測參數(shù)之間成線性關(guān)變送器在使用時，希望其輸出信號與被測參數(shù)之間成線性關(guān)系，但傳感器組件的輸出信號與被測參數(shù)之間往往存在著非線性關(guān)系，為系，但傳感器組件的輸出信號與被測參數(shù)之間往往存在著非線性關(guān)系，為使變送器的輸出信號使變送器的輸出信號y與被測參數(shù)與被測參數(shù)x之間呈線性關(guān)系，必須進行非線性補償之間呈線

39、性關(guān)系，必須進行非線性補償。非線性補償?shù)姆椒ǚ蔷€性補償?shù)姆椒ǎ簩τ谀M式變送器，非線性補償方法通常有兩種對于模擬式變送器，非線性補償方法通常有兩種反饋非線性補償；反饋非線性補償；測量非線性補償。測量非線性補償。對于智能式變送器，預先將傳感器的特性儲存在變送器的對于智能式變送器，預先將傳感器的特性儲存在變送器的EPROM中，通過軟件實現(xiàn)非線性補償。中，通過軟件實現(xiàn)非線性補償。測量非線性補償原理如圖測量非線性補償原理如圖 (b)所示。所示。測量部分與傳感器組件具有相反的測量部分與傳感器組件具有相反的非線性特性，剛好補償了傳感器組非線性特性，剛好補償了傳感器組件的非線性，件的非線性，因此輸入放大器的

40、信號特性是線性因此輸入放大器的信號特性是線性的，只要負反饋放大器的特性是線的，只要負反饋放大器的特性是線性的，則變送器輸出信號性的，則變送器輸出信號y與輸入與輸入信號信號x之間呈線性關(guān)系。之間呈線性關(guān)系。反饋非線性補償原理如圖反饋非線性補償原理如圖 (a)所示。所示。反饋部分與傳感器組件具有相同的非反饋部分與傳感器組件具有相同的非線性特性；線性特性；負反饋放大器的特性是反饋部分特性負反饋放大器的特性是反饋部分特性的倒特性；的倒特性； 因此負反饋放大器的特性剛好與傳感因此負反饋放大器的特性剛好與傳感器組件的非線性關(guān)系相反，使得變送器組件的非線性關(guān)系相反，使得變送器輸出信號器輸出信號y與輸入信號與

41、輸入信號x呈線性關(guān)系。呈線性關(guān)系。 一、一、HART協(xié)議的技術(shù)要點協(xié)議的技術(shù)要點1、HART通信采用基于通信采用基于Bell 202通信標準的通信標準的FSK(頻移鍵控頻移鍵控)技術(shù)技術(shù)，在，在420mA的模擬信號上疊加了一個頻率信號的模擬信號上疊加了一個頻率信號(1200Hz代表邏輯代表邏輯“1”，2200Hz代表邏輯代表邏輯“0”)。由于正弦信號的平均值為。由于正弦信號的平均值為0，HART通信信號不會影響通信信號不會影響420mA信號的信號的平均值，這就使平均值，這就使HART通信可以與通信可以與420mA信號并存而不相互干擾。信號并存而不相互干擾。2、HART總線能同時進行模擬信號傳輸

42、和數(shù)字信號的雙向通信總線能同時進行模擬信號傳輸和數(shù)字信號的雙向通信，因而在與，因而在與現(xiàn)場智能儀表通信時，還可使用模擬顯示、記錄儀及控制器。這對傳統(tǒng)的現(xiàn)場智能儀表通信時，還可使用模擬顯示、記錄儀及控制器。這對傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)進行改造，并逐步實現(xiàn)數(shù)字化較為有利。控制系統(tǒng)進行改造，并逐步實現(xiàn)數(shù)字化較為有利。3、支持多主站數(shù)字通信，在一根雙絞線上可同時連接幾個智能儀表。另、支持多主站數(shù)字通信，在一根雙絞線上可同時連接幾個智能儀表。另外，還可通過租用電話線連接儀表，這樣使用較便宜的接口設(shè)備，便可實外，還可通過租用電話線連接儀表，這樣使用較便宜的接口設(shè)備，便可實現(xiàn)遠距離通信?，F(xiàn)遠距離通信。4、允許、允許應(yīng)

43、答應(yīng)答和成組通信方式，大多數(shù)應(yīng)用都使用和成組通信方式，大多數(shù)應(yīng)用都使用應(yīng)答應(yīng)答通信方式，要求通信方式，要求有較快過程數(shù)據(jù)刷新速率的應(yīng)用可使用成組通信方式。有較快過程數(shù)據(jù)刷新速率的應(yīng)用可使用成組通信方式。5、所有的、所有的HART儀表都使用一個公用報文結(jié)構(gòu)，允許通信主機與所有與儀表都使用一個公用報文結(jié)構(gòu)，允許通信主機與所有與HART兼容的現(xiàn)場儀表以相同的方式通信。一個報文能處理兼容的現(xiàn)場儀表以相同的方式通信。一個報文能處理4個過程變量，個過程變量，多變量測量儀表可在一個報文中進行多個過程變量的通信。在任一現(xiàn)場儀多變量測量儀表可在一個報文中進行多個過程變量的通信。在任一現(xiàn)場儀表中，表中，HART協(xié)

44、議支持協(xié)議支持256個過程變量。個過程變量。練練 習習一個10m高的裝水罐（密度為1000kg/m3），變送器安裝在罐下0.5m處，試以KPa（N/m2）為單位，確定變送器的上下限、量程和測量范圍。DDZIII溫度變送器兩線制和四線制之分溫度變送器兩線制和四線制之分四線制溫度變送器具有如下特點四線制溫度變送器具有如下特點：本質(zhì)安全：本質(zhì)安全 (1) 在熱電偶和熱電阻溫度變送器中采用了線性化電路，從而使在熱電偶和熱電阻溫度變送器中采用了線性化電路，從而使變送器的輸出信號和被測溫度呈線性關(guān)系，便于指示和記錄。變送器的輸出信號和被測溫度呈線性關(guān)系，便于指示和記錄。 (2) 變送器的輸入、輸出之間具有

45、隔離變壓器，并采取了安全火變送器的輸入、輸出之間具有隔離變壓器，并采取了安全火花防爆措施，故具有良好的抗干擾性能，且能測量來自危險場所花防爆措施，故具有良好的抗干擾性能，且能測量來自危險場所的直流毫伏或溫度信號。的直流毫伏或溫度信號。 兩線制溫度變送器特點：結(jié)構(gòu)簡單，安裝使用方便，可用于對防爆要求不高的場合。DDZIII 溫度變送器的分類各類變送器又有三種品種：各類變送器又有三種品種： 直流毫伏變送器：輸入信號是直流毫伏信號。直流毫伏變送器：輸入信號是直流毫伏信號。 凡是能將工藝參數(shù)變換成直流毫伏信號的傳感器或檢測元件均可與凡是能將工藝參數(shù)變換成直流毫伏信號的傳感器或檢測元件均可與該種變送器配

46、合使用，將被測工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換成該種變送器配合使用，將被測工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換成DC420mA統(tǒng)一標準統(tǒng)一標準信號，擴大了變送器的應(yīng)用范圍。信號，擴大了變送器的應(yīng)用范圍。 熱電偶溫度變送器。熱電偶溫度變送器。 熱電阻溫度變送器。熱電阻溫度變送器。 變送器結(jié)構(gòu)：三種變送器在線路結(jié)構(gòu)上都分為量程單元和放大單元兩個變送器結(jié)構(gòu)：三種變送器在線路結(jié)構(gòu)上都分為量程單元和放大單元兩個部分，它們分別設(shè)置在兩塊印制電路板上，用接插件互相連接。部分，它們分別設(shè)置在兩塊印制電路板上，用接插件互相連接。放大單元是通用的，而量程單元則隨品種、測量范圍的不同而異。放大單元是通用的，而量程單元則隨品種、測量范圍的不同而異。 變送器的主

47、要性能指標：變送器的主要性能指標： 基本誤差為基本誤差為 0.5%； 環(huán)境溫度每增加環(huán)境溫度每增加25附加誤差不超過附加誤差不超過 0.5%； 負載電阻在負載電阻在0100 范圍內(nèi)變化時，附加誤差不范圍內(nèi)變化時，附加誤差不超過超過 0.5%。 2、線性化原理及電路分析、線性化原理及電路分析 線性化電路的作用是使熱電偶溫度變送器的輸出信號線性化電路的作用是使熱電偶溫度變送器的輸出信號(Uo、Io)與被測溫度信號與被測溫度信號t之間之間成線性關(guān)系。成線性關(guān)系。熱電偶輸出的熱電勢熱電偶輸出的熱電勢Et與所對應(yīng)的溫度與所對應(yīng)的溫度t之間是非線性的之間是非線性的,而且不同型號的熱電偶或同而且不同型號的熱

48、電偶或同型號熱電偶在測溫范圍不同時，其特性曲線形狀也不一樣。型號熱電偶在測溫范圍不同時，其特性曲線形狀也不一樣。鉑銠鉑銠-鉑熱電偶，鉑熱電偶，Et-t特性是下凹形的；特性是下凹形的；鎳鉻鎳鉻-鎳鋁熱電偶的特性曲線，開始時呈下凹形，溫度升高后又變成上凸形的。鎳鋁熱電偶的特性曲線，開始時呈下凹形，溫度升高后又變成上凸形的。在測量范圍為在測量范圍為01000時的最大非線性誤差，前者約為時的最大非線性誤差，前者約為6%，后者約為，后者約為1%。為保證變送器輸出信號與被測溫度之間呈線性關(guān)系，必須采取線性化措施。為保證變送器輸出信號與被測溫度之間呈線性關(guān)系，必須采取線性化措施。圖熱電偶溫度變送器線性化原理

49、方框圖圖熱電偶溫度變送器線性化原理方框圖 由圖可知輸入放大器的信號由圖可知輸入放大器的信號 =Et +Uz-Uf。Uz在熱電偶冷端溫度不變時為常數(shù)，而在熱電偶冷端溫度不變時為常數(shù)，而Et和和t的關(guān)系是非線性的。的關(guān)系是非線性的。如果如果Uf與與t的關(guān)系也是非線性的，并且同的關(guān)系也是非線性的，并且同熱電偶熱電偶Et-t的非線性關(guān)系相對應(yīng)，那么，的非線性關(guān)系相對應(yīng)，那么，Et和和Uf的差值的差值 與與t的關(guān)系也就呈線性關(guān)的關(guān)系也就呈線性關(guān)系了，系了， 經(jīng)線性放大器放大后的輸出信號經(jīng)線性放大器放大后的輸出信號Uo也就與也就與t呈線性關(guān)系。呈線性關(guān)系。要實現(xiàn)線性化，反饋回路的特性要實現(xiàn)線性化，反饋回路

50、的特性(Uf-Uo的特性亦即的特性亦即Uf-t特性特性)須與熱電偶的特性須與熱電偶的特性相一致相一致。一、一、線性化原理線性化原理2、線性化原理及電路分析、線性化原理及電路分析 線性化電路，即非線性運算電路實際上是一個折線電路，它是用折線法來近似表示線性化電路，即非線性運算電路實際上是一個折線電路，它是用折線法來近似表示熱電偶的特性曲線的，例如用右圖所示為由五段折線來近似表示某非線性特性的曲熱電偶的特性曲線的，例如用右圖所示為由五段折線來近似表示某非線性特性的曲線。線。圖中圖中Uf為反饋回路的輸入信號，為反饋回路的輸入信號，Ua為非線性運算電路的輸出信號，為非線性運算電路的輸出信號， 1、 2

51、、 3、 4 、 5分別代表五段直線的斜率。分別代表五段直線的斜率。折線的段數(shù)及斜率的大小是由熱電偶的特性來確定，一般情況下，用折線的段數(shù)及斜率的大小是由熱電偶的特性來確定，一般情況下，用46段折線近似段折線近似表示熱電偶的某段特性曲線時，所產(chǎn)生的誤差小于表示熱電偶的某段特性曲線時，所產(chǎn)生的誤差小于0.2%。 圖非線性運算電路特性曲線圖非線性運算電路特性曲線 要實現(xiàn)如圖所示的特性曲線，可采用如圖所示的典要實現(xiàn)如圖所示的特性曲線，可采用如圖所示的典型的運算電路結(jié)構(gòu)。型的運算電路結(jié)構(gòu)。圖中圖中VZ103、VZ104、VZ105、VZ106為穩(wěn)壓管，它們的為穩(wěn)壓管，它們的穩(wěn)壓值為穩(wěn)壓值為UD。其特性

52、是。其特性是在擊穿前，電阻極大，相當于開路；在擊穿前，電阻極大，相當于開路；當擊穿后，動態(tài)電阻極小，相當于短路。當擊穿后，動態(tài)電阻極小，相當于短路。Us1、Us2、Us3、Us4為由基準電壓回路提供的基準為由基準電壓回路提供的基準電壓，對公共點而言，它們均為負值。電壓，對公共點而言，它們均為負值?；鶞孰妷夯芈穲D由恒壓電路和電阻分壓器組成?；鶞孰妷夯芈穲D由恒壓電路和電阻分壓器組成。 Ra為非線性運算電路的等效負載電阻。為非線性運算電路的等效負載電阻。二、二、線性化電路線性化電路圖非線性運算電路原理圖圖非線性運算電路原理圖 一、直流毫伏變送器的量程單元 為便于分析其工作原理，將量程為便于分析其工作

53、原理，將量程單元和放大單元的運算放大器聯(lián)單元和放大單元的運算放大器聯(lián)系起來畫于右圖中。系起來畫于右圖中。 圖直流毫伏變送器圖直流毫伏變送器 圖直流毫伏變送器圖直流毫伏變送器 量程單元量程單元直流毫伏變送器的量程單元由直流毫伏變送器的量程單元由信信號輸入電路，零點調(diào)整橋路和反號輸入電路，零點調(diào)整橋路和反饋電路饋電路等部分組成。等部分組成。輸入回路中輸入回路中R101、R102和和VZ101、VZ102起限流和限幅作用，限制打起限流和限幅作用，限制打火能量在安全火花范圍內(nèi)。火能量在安全火花范圍內(nèi)。R101與與C101還組成低通濾波器，以還組成低通濾波器，以濾去輸入信號濾去輸入信號Ui中的交流分量。

54、中的交流分量。零點調(diào)整電路由零點調(diào)整電路由R103、R104、R105、和和RP1電位器等組成，其中電位器等組成，其中R105遠遠遠大于其他電阻的阻值。遠大于其他電阻的阻值。橋路基準電壓橋路基準電壓Uz由集成穩(wěn)壓器提由集成穩(wěn)壓器提供供,其輸出電壓為其輸出電壓為5V。R109、R110、R140及開關(guān)及開關(guān)S組成輸入信號斷路報警電路，如果輸入信號組成輸入信號斷路報警電路，如果輸入信號開路，當開關(guān)置于開路，當開關(guān)置于上上位置時，位置時，R110上的壓降上的壓降(0.3V)通過電阻通過電阻R140加到加到運算放大器運算放大器IC1的同相端，這個輸入電壓足以使變送器輸出超過的同相端，這個輸入電壓足以使

55、變送器輸出超過20mA；而當開關(guān)而當開關(guān)S置于置于下下的位置時，的位置時，IC1同相端接地，相當于輸入回路輸出同相端接地，相當于輸入回路輸出信號信號Ui=0，變送器輸出為，變送器輸出為4mA。在變送器正常工作時，因。在變送器正常工作時，因R140的阻值的阻值很大很大(7.5 M )，而輸入信號內(nèi)阻很小，故報警電路的影響可忽略。，而輸入信號內(nèi)阻很小，故報警電路的影響可忽略。反饋回路由反饋回路由R106、R107、R111、R114R116和量程調(diào)整電位器和量程調(diào)整電位器Rp2等組成。等組成。其中其中R116為反饋電壓源的內(nèi)阻，其阻值遠小于為反饋電壓源的內(nèi)阻，其阻值遠小于R114。反饋電壓。反饋電

56、壓Uf來自放來自放大單元的隔離反饋部分。大單元的隔離反饋部分。一、直流毫伏變送器的量程單元由圖可知，由圖可知，IC1同相輸入端的電壓同相輸入端的電壓UT是變送器輸入信號是變送器輸入信號Ui和基準電壓和基準電壓UZ共同作用的共同作用的結(jié)果；而它的反相輸入端的電壓結(jié)果；而它的反相輸入端的電壓UF(即即Uf)則分別由基準電壓和反饋電壓則分別由基準電壓和反饋電壓Uf共同作共同作用的結(jié)果。此時，可求得放大器正向端的電壓用的結(jié)果。此時，可求得放大器正向端的電壓UT為為 1031031104105(|)cdTiZiZPRRUUUUURRRR式中，式中，Rcd 表示表示Rp1滑動觸點上部分的等效電阻值，即滑動

57、觸點上部分的等效電阻值，即放大器負端的電壓放大器負端的電壓UF可用疊加原理求得可用疊加原理求得式中，式中，RP21表示表示RP2滑動觸點左邊部分的電阻；滑動觸點左邊部分的電阻；RP22表示表示Rp2滑動觸點右邊部滑動觸點右邊部分的電阻。分的電阻。Uf為為RP2動觸點對電壓參考點的電壓。動觸點對電壓參考點的電壓。106107111211151061071112114115116115116221141151161061061071112114115116106107(|)(|)/ (|)/pFffPpZPRRRRRUUURRRRRRRRRRRRRRURRRRRRRRR111041104PcdpR

58、RRRR一、直流毫伏變送器的量程單元在電路設(shè)計中取在電路設(shè)計中取則得到則得到 如果考慮放大器為理想放大器，則如果考慮放大器為理想放大器，則UT=UF ， 聯(lián)立求解得聯(lián)立求解得由于變送器的輸出電壓由于變送器的輸出電壓V0與反饋電壓的關(guān)系為與反饋電壓的關(guān)系為U0=5Uf，將，將Uf代入得代入得10510411031071061141112106107115116(|);/ppRRRRRRRRRRRRR10310510611121115106111114115116107cdTiZPFfZRRUUURRRRRRUUURPRRRR()fiZUUU 05 ()iZUUU式中式中此式即直流毫伏變送器的輸入

59、與輸出間的關(guān)系式此式即直流毫伏變送器的輸入與輸出間的關(guān)系式 。10311111411511610610510611121107()();cdpRRRRRRRRRRRR該式說明：該式說明：(1) (-r)Uz項為變送器的調(diào)零信號。項為變送器的調(diào)零信號。 當當r時，即時，即(Rcd+R103)R106 時，得到正向調(diào)零信號，可實現(xiàn)負向遷移；時，得到正向調(diào)零信號，可實現(xiàn)負向遷移； 當當r，即，即(Rcd+R103)0.02MPa時，調(diào)節(jié)閥開始打開，也就是說時，調(diào)節(jié)閥開始打開，也就是說有有氣氣時閥打開。時閥打開。v氣關(guān)閥是指輸入氣壓信號氣關(guān)閥是指輸入氣壓信號p0.02MPa時，調(diào)節(jié)閥開始關(guān)閉，當時，調(diào)

60、節(jié)閥開始關(guān)閉，當p=0.1MPa時，調(diào)節(jié)閥全關(guān)閉；相反，當時，調(diào)節(jié)閥全關(guān)閉；相反，當p 0.02MPa時，調(diào)節(jié)閥全打開。時，調(diào)節(jié)閥全打開。由于執(zhí)行機構(gòu)有正，反兩種作用形式，調(diào)節(jié)閥也有正裝和反裝兩種形式。由于執(zhí)行機構(gòu)有正，反兩種作用形式，調(diào)節(jié)閥也有正裝和反裝兩種形式。因此，實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)有四種組合因此，實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)有四種組合 圖圖 氣開、氣關(guān)閥示意圖氣開、氣關(guān)閥示意圖 表4.3 執(zhí)行器組合方式 表表 執(zhí)行器組合方式執(zhí)行器組合方式 組合的規(guī)律與正負數(shù)乘法運算相似，正正得正，正反得反，反反得正。組合的規(guī)律與正負數(shù)乘法運算相似，正正得正，正反得反，反反得正。在生產(chǎn)過程中，調(diào)節(jié)閥的氣開