第3章 变送器

§3-1、常用变送器工作原理 、常用变送器工作原理：
二、力矩平衡式原理： 力矩平衡式原理： 采用力矩平衡方式工作的变送器， 采用力矩平衡方式工作的变送器，通常是借助矢量机构或 式所述的平衡的。 复合杠杆来完成 um + u0 ≈ u f 式所述的平衡的。 ⇒ 2、工作原理： 、工作原理： 各作用力Fi 各作用力 、F0 、Ff作用在杠 作用在杠 杆系统上， 杆系统上，若杠杆系统静态放大 倍数K足够大 足够大， 倍数 足够大，达到相对平衡状 态，于是将平衡信号等效成作用 在杠杆上的力矩，则有： 在杠杆上的力矩，则有：
x
输入转换部分
zi
+
e
y
放大器
−
zf
非线性 反馈部分
§3-1、常用变送器工作原理 、常用变送器工作原理：
二、力矩平衡式原理： 力矩平衡式原理： 采用力矩平衡方式工作的变送器， 采用力矩平衡方式工作的变送器，通常是借助矢量机构或 式所述的平衡的。 复合杠杆来完成 um + u0 ≈ u f 式所述的平衡的。 ⇒ 1、杠杆系统工作原理图： 、杠杆系统工作原理图： Fi表示变送器输入 i经转换环节 表示变送器输入u 变换后的等效力； 变换后的等效力； F0表示调零和零点迁移作用的等 效力； 效力； Ff表示深度负反馈所形成的作用 力。 杠杆的微小位移ε 杠杆的微小位移ε则由位移测量 环节采用一定的方式进行测量， 环节采用一定的方式进行测量， 并将测量结果放大后形成输出信 和反馈信号u 号 y和反馈信号 f 和反馈信号
§3-1、常用变送器工作原理 、常用变送器工作原理：
三、电平衡式 1、电桥原理： 、电桥原理： 当电桥达到平衡时， 当电桥达到平衡时， 其输出为零即： 其输出为零即： 由于桥式电路自身带有电源E，当其工作在平衡状态附近， 由于桥式电路自身带有电源 ，当其工作在平衡状态附近， 且外部负载电阻相对较大时， 且外部负载电阻相对较大时，电桥对外部的输出电流很小 可忽略不计， 可忽略不计，因而此时可认为提供的是纯电动势 。 这是桥式电路能够应用到多数仪器仪表中的主要原因。 这是桥式电路能够应用到多数仪器仪表中的主要原因。 桥式电路原理： 桥式电路原理：
§3-1、常用变送器工作原理 、常用变送器工作原理：
一、常用结构分析： 常用结构分析： 2、闭环模式分析： 、闭环模式分析： 讨论： 讨论： 由 可知， 在放大环节的静态放大倍数K足 ①.⇒um + u0 ≈ u f 可知， 在放大环节的静态放大倍数 足 够大时，变送输出y与输入 与输入x间的关系主要取决于测量环节和反 够大时，变送输出 与输入 间的关系主要取决于测量环节和反 馈环节的特性，而与放大环节的特性无关。 馈环节的特性，而与放大环节的特性无关。 若测量环节的静态放大倍数、 ②.若测量环节的静态放大倍数、反馈环节的静态放大倍数都 是常数，则变送器的输入输出特性可保持线性关系。 是常数，则变送器的输入输出特性可保持线性关系。 如果测量环节的静态放大倍数不是常数， ③.如果测量环节的静态放大倍数不是常数，且具有非线性特 则可通过选择合适的非线性特性的反馈环节， 性，则可通过选择合适的非线性特性的反馈环节，使其非线性 特性能够补偿因测量环节所带来的非线性因素， 特性能够补偿因测量环节所带来的非线性因素，从而使变送器 的整体特性线性化。 的整体特性线性化。
§3-1、常用变送器工作原理 、常用变送器工作原理：
二、力矩平衡式原理： 力矩平衡式原理： 采用力矩平衡方式工作的变送器， 采用力矩平衡方式工作的变送器，通常是借助矢量机构或 式所述的平衡的。 复合杠杆来完成 um + u0 ≈ u f 式所述的平衡的。 ⇒ 2、工作原理： 、工作原理：
基于力矩平衡式变送器工作原理 的核心： 的核心： 在于如何将各种信号转换成等效 的力矩， 的力矩，并测量出这些力矩达到 相对平衡时所产生的微小位移， 相对平衡时所产生的微小位移， 以备变送器进行放大和后处理。 以备变送器进行放大和后处理。 这种测量原理主要应用于差压变 送器中。 送器中。
变送器的输出信号下限值ymin与测量范围的下限值xmin 相对应， 相对应，在xmin= 0时，称为零点调整，在xmin≠ 0时，称 时 称为零点调整， 时 为零点迁移。 为零点迁移。 零点调整使变送器测量起始点为零； 零点调整使变送器测量起始点为零；零点迁移是把测量 起始点由零迁移到某一数值。 起始点由零迁移到某一数值。当测量起始点由零变为某一 正值，称正迁移；而由零变为某一负值，称为负迁移。 正值，称正迁移；而由零变为某一负值，称为负迁移。
§3-1、常用变送器工作原理 、常用变送器工作原理：
一、常用结构分析： 常用结构分析： 2、闭环模式分析： 、闭环模式分析：
(Kmu + u0 ) −u f = 0 = Kε y 入 u 输 u f = K f y 变 器 送 →⇒ 出 输 y
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§3-1、常用变送器工作原理 Baidu Nhomakorabea常用变送器工作原理：
三、电平衡式 桥式电路原理： 桥式电路原理： 2、平衡式电桥原理： 、平衡式电桥原理： ①.原理图： 原理图：
输入电动势vi： Wf v′ ⇒运放 总反馈电势vf f → W0 →系统调零作用，保证a、b间的电势差， 即为调整速环节引入调零电动势v
§3-1、常用变送器工作原理 、常用变送器工作原理：
一、常用结构分析： 常用结构分析： 1、结构图： 、结构图： ①.开环模式： 开环模式： 其放大环节一般集成了调整环节，实现调零。 其放大环节一般集成了调整环节，实现调零。 这种变送器的工作原理简单，没有反馈机构及传递装置， 这种变送器的工作原理简单，没有反馈机构及传递装置， 将传感器测量出的参数变化直接引入放大电路， 将传感器测量出的参数变化直接引入放大电路，然后再转换成 所需的标准电流输出。 所需的标准电流输出。 它适用于小型化的新型变送器， 它适用于小型化的新型变送器，可以克服力平衡式变送器 的固有缺点，其精度、稳定性、可靠性等都有所提高。 的固有缺点，其精度、稳定性、可靠性等都有所提高。典型的 应用如微小位移型压力变送器、微电子型变送器等。 应用如微小位移型压力变送器、微电子型变送器等。
§3-1、常用变送器工作原理 、常用变送器工作原理：
三、电平衡式 桥式电路原理： 桥式电路原理： 2、平衡式电桥原理： 、平衡式电桥原理： ①.原理图： 原理图： 将输入电动势信号与桥式电路 的输出电动势进行叠加， 的输出电动势进行叠加，得到如 图所示的基于桥式电路的变送器 工作原理图。 工作原理图。 属于反馈模式，主要应用在以热电偶为测温元件的温度变送 属于反馈模式，主要应用在以热电偶为测温元件的温度变送 器中。
一、常用结构分析： 常用结构分析： 2、闭环模式分析： 、闭环模式分析：
⇒ε ≈ 0 ⇒um + u0 ≈ u f ⇒ 变送器达到平衡状态。 变送器达到平衡状态。
如保持此平衡的是力矩，则是力矩平衡式； 如保持此平衡的是力矩，则是力矩平衡式； 如保持此平衡的是电量，则是电平衡式。 如保持此平衡的是电量，则是电平衡式。
§3-1、常用变送器工作原理 、常用变送器工作原理：
二、力矩平衡式原理： 力矩平衡式原理： 采用力矩平衡方式工作的变送器， 采用力矩平衡方式工作的变送器，通常是借助矢量机构或 式所述的平衡的。 复合杠杆来完成 um + u0 ≈ u f 式所述的平衡的。 ⇒ 2、工作原理： 、工作原理：
基于力矩平衡式变送器工作原理 的核心： 的核心： 在于如何将各种信号转换成等效 的力矩， 的力矩，并测量出这些力矩达到 相对平衡时所产生的微小位移， 相对平衡时所产生的微小位移， 以备变送器进行放大和后处理。 以备变送器进行放大和后处理。 这种测量原理主要应用于差压变 送器中。 送器中。
第3章 变送器
概况： 概况
变送器是自动控制系统中的首要环节和重要组成部分， 变送器是自动控制系统中的首要环节和重要组成部分，其：
要 能 将 种 种 程 数 温 、 力 流 、 主 功 ： 各 各 过 参 如 度 压 、 量 液 等 等 换 相 的 准 号 以 位 转 转 成 应 标 信 ， 供 统 显 或 行 一 调 控 。 系 统 示 进 下 轮 整 制 被 参 分 ： 按 测 数 类 力 送 、 压 送 、温 变 温 压 变 器 差 变 器 度 、 度 量 量 送 、 位 和 度 和 度 流 变 变 器 液 器 湿 变 湿 ； 按 作 式 开 、 环 工 方 ： 环 闭
变送器的信号传输 变送器是现场仪表，它的电源从控制室中传来，输出信号 变送器是现场仪表， 它的电源从控制室中传来， 送到控制室。 送到控制室。有两种传递方式 （ 1 ） 四线制传输 供电电源与输出信号分别各用两根导线传 输 （ 2 ） 二线制传输 用两根导线作为电源和输出信号的公用传 输线。减少装置的安装费用，有利于安全防爆等等。 输线。减少装置的安装费用，有利于安全防爆等等。
零点调整和零点迁移
零点调整和迁移的目的， 零点调整和迁移的目的，都是使变送器的输出信号下 限值与测量范围的下限值相对应。 的下限值等于0 限值与测量范围的下限值相对应。当x的下限值等于0， 零点调整；不等于0 零点迁移。 为零点调整；不等于0，为零点迁移。 实现零点调整和迁移的方法，是在负反馈放大器的输入 实现零点调整和迁移的方法， 端加上一个调零信号， 端加上一个调零信号，变送器的输出就与中间模拟量和调 零信号的代数和成正比。 零信号的代数和成正比。
§3-1、常用变送器工作原理 、常用变送器工作原理：
三、电平衡式 桥式电路原理： 桥式电路原理： 2、平衡式电桥原理： 、平衡式电桥原理： ②.原理： 原理：
vi + vab = vi + v0 ≈ v′f
通过平衡式电桥的作用， 通过平衡式电桥的作用，保证变送器电平衡原理的实现
§3-1、常用变送器工作原理 、常用变送器工作原理：
一、常用结构分析： 常用结构分析： 2、闭环模式分析： 、闭环模式分析：
⇒ 深度 反馈 K ⋅ K f >>1 负 ：
⇒ ε = um + u0 −u f (Kmu + u0 ) − K f y =
⇒ε ≈ 0 ⇒um + u0 ≈ u f
§3-1、常用变送器工作原理 、常用变送器工作原理：
线性化 在输入转换部分， 在输入转换部分，输出信号和输入信号之间可能存在明 显的非线性，那么为了使变送器的输出信号y与测量信号x 显的非线性，那么为了使变送器的输出信号y与测量信号x 之间程线性关系，必须采用线性措施。 之间程线性关系，必须采用线性措施。一种常用的方法是 使反馈部分与输入转换部分具有相同的非线性。 使反馈部分与输入转换部分具有相同的非线性。
§3-1、常用变送器工作原理 、常用变送器工作原理：
一、常用结构分析： 常用结构分析： 1、结构图： 、结构图： ②.闭环模式： 闭环模式： 具有深度负反馈环节。 具有深度负反馈环节。
深度负反馈是一种输出信号反馈到输入端的反馈方式。负反馈的增益Af=A/(1+AF).其中 (1+AF)称为反馈深度。当1+AF| >> 1时，叫深度负反馈，此时的负反馈增益等于 称为反馈深度。 称为反馈深度 时 叫深度负反馈，此时的负反馈增益等于1/F,也 就是输入量接近反馈量。 虚短 虚短现象：深度反馈时，输入与反馈信号接近相等。 虚断 虚断现象：深度反馈时，输入电阻很大。 深度反馈的常用实现手段是将开环 开环增益加大。 开环 特点及作用 1. 提高增益 增益稳定性：闭环增益受外围元器件参数变化影响较小，提高增益稳定性； 增益 2.减小非线性失真 非线性失真：深度负反馈与开环增益无关，减小非线性失真。 非线性失真 3.抑制噪声：主要抑制外围器件噪声 噪声。 噪声