第八章模拟变送器PPT课件
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第八章 模拟变送器
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第一节 1151模拟变送器 1151模拟变送器是美国罗斯蒙特(Rosemount)公司研 制的产品，外形如图8-1所示。
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• 目前，在火电厂应用的变送器主要有电容 式变送器（如1151，1151 smar，3051， LD301和FCX）、电感式变送器 （PTSD,T2600,）、压阻式变送器 （PTSP ,ST3000）、硅谐振式变送器(EJA) 和TT302现场总线温度变送器。
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• 二、位移-电容转换特性
• 为分析简便，利用等效原理，将图8-3所示差 动球面-平面型(固定极板为球面，活动极板为 平面)电容简化成图8-4所示平板型差动电容。 活动极板移动的方向和距离受被测差压的方向 和大小控制。当被测差压变化使活动极板产生 位移时，活动极板与两固定极板之间的电容量 即发生变化。若活动极板移动距离，则它与固 定极板之间的距离，一侧变为，而另一侧变为， 如图8-4中所示。
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• 1151模拟变送器主要由测量部分和转换电 路两大部分组成，其组成原理如图8-2所示。 图中：△P,P为差压、压力；△C为差动电容； E为电源；I0为电流；RL为负载电阻。
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• 一、测量部分
• 测量部分的作用是将被测参数(如差压、压力、 液位、流量等)转换成相应的差动电容值的变化。 图8-3所示为测量部分的结构示意图。图中：1、 2为隔离膜片；3为测量膜片；4、5为电容固定 极板；6为刚性绝缘体；7为引出电极；8为灌充 液。隔离膜片与被测介质接触，膜片l与3之间 为一室，膜片2与3之间为另一室，两室各自封 闭，内充硅油(或氟油)，组成两室结构的单元。 测量膜片是一片弹性系数温度稳定性好的平板 金属膜片，作为差动可变电容的活动极板。在 测量膜片两侧，有两个在玻璃凹形球面（球缺 面）上用真空蒸发有金属层的固定极板。
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• 这种结构对测量膜片具有较好的过载保护 能力。当被测差压过大时，测量膜片贴紧 一侧的凹形球面上，不会因产生过大位移 而损坏膜片。过载消除后，测量膜片恢复 到正常位置。灌充液(硅油或氟油)除用作传 递压力外，它的粘度特性对冲击力具有一 定缓冲作用(阻尼作用)，可消除被测介质的 高频脉动压差对变送器输出准确度的影响。
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(C 1C S)(C 2C S) C 1C 2 (C 1C S)(C 2C S) C 1C 22C S
• 比较式(8-6)和式(8-5)后可知，分布电容的 影响将造成非线性误差。为了使变送器最 终获得高于0.25级的准确度级，需在转换电 路中设置线性调整环节。
• 实测和计算均表明球面-平面型电容器有类 似或接近平行板电容器的特性。测量部分 大约有150pF的电容量输出。
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• ②（C1-C2）/（C1+C2）之比值与介电常数ε 无关，即从设计原理上消除了介电常数随温度 变化给测量带来的误差；
• ③若设计一种转换电路，使其输出电流I0=K3 （C1-C2）/（C1+C2），I0就与被测差压成正 比关系；
• ④如果电容极板的结构完全对称，则可以得到 良好的稳定性；
• ⑤在上述分析中，没有考虑分布电容的影响。 若考虑分布电容的存在，则测量部分的电容比 值为(8-6)
• 由图示可得差动平行板电容器的电容量计算公 式为
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C1
k
d0
A
d0
C2
k
d0
A
d0
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• 式中：为活动极板与上固定极板间的电容量； 为活动极板与下固定极板间的电容量；K为量 纲系数；A为电容极板的有效面积；ε为极板间 介质的介电常数；为被测差压为零时，活动极 板(测量膜片)与两固定极板之间的初始距离；为 活动极板在被测压差作用下所产生的位移，如 果采用差动平行板电容器的差动电容值作为输 出量，则
d0d0
A
K
d0d0
K A
d0 d0
K2d0
d0d0 d0d0
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• 式中 k2为系数， k2=1/d0,位移△d0与差压△P之间的关 系为d0=k1 △P,则
C1 C2 C1 C2
K1K2P
• 式(8-5)即为电容式变送器测量部分的输入量与 输出量之间的线性特性表达式。由此式可得出 如下结论：
• ①当为常数时，（C1-C2）/（C1+C2）之比值 与被测压差成线性关系；
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• 转换电路
• 转换电路的作用是将测量部分的线性化输出信 号转换成4～20mA，DC统一信号，并送至负 载。此外，它还实现整机的零点调整、量程调 整、正负迁移、线性调整及阻尼调整等功能。
• 1151系列电容式变送器的输出类型：
• S型:4-20mA/数字，智能/阻尼可调；
• E型: 4-20mA，线性，模拟/阻尼可调；
• 四、校验调整 • ㈠主要性能 • 1151系列共有各种测量范围的差压、压
力、绝压、流量、远传差压、远传压力等 10个品种的仪表。变送器的基本精度为 ±0.25～±0.35％；测量范围：最小差压 0～1.3kPa，最大差压0～6.89Mห้องสมุดไป่ตู้a；最小 压力0～1.3kPa，最大压力0～41.37MPa； 量程比：6。
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• 被测压力PH和PL分别作用于高、低压侧的 隔离膜片l、2上，灌充液将压力传送到测量 膜片3上。当两侧压力不相等时，测量膜片 向一侧位移，如图8-3(b)中的虚线所示。此 时，测量膜片3与两侧固定极板间的距离一 侧增大，另一侧减小，因此两个固定极板 与活动极板之间的电容量一个增大，另一 个减小。引出电极7将这两个电容的变化信 号输至转换电路。这样，测量部分就把被 测参数(压力、差压、液位等)的变化转换成 差动电容量的变化。
• G型: 10-50mA，线性，模拟/阻尼可调；
• J型: 4-20mA，平方根，模拟/阻尼可调；
• L型: 0.8-3.2V，线性，低功耗/固定阻尼；
• M型: 1-5V，线性，低功耗/固定阻尼
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• 转换电路共有三种类型，即E型(普通型)、J 型(用于流量测量)、F型(用于微压差测量)。
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C C 1 C 2K d 0 A d 0 K d 0 A d 0
KA 2d0 K 2d0
d0 2d0 2
d0 2d0 2
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• 由式(8-3)可以看出，差动电容与活动极板 的位移之间呈非线性关系。为得到线性转 换关系，可取两电容之差与两电容之和的 比值作为输出量，即
K A K A
C1C2 C1C2
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第一节 1151模拟变送器 1151模拟变送器是美国罗斯蒙特(Rosemount)公司研 制的产品，外形如图8-1所示。
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• 目前，在火电厂应用的变送器主要有电容 式变送器（如1151，1151 smar，3051， LD301和FCX）、电感式变送器 （PTSD,T2600,）、压阻式变送器 （PTSP ,ST3000）、硅谐振式变送器(EJA) 和TT302现场总线温度变送器。
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• 二、位移-电容转换特性
• 为分析简便，利用等效原理，将图8-3所示差 动球面-平面型(固定极板为球面，活动极板为 平面)电容简化成图8-4所示平板型差动电容。 活动极板移动的方向和距离受被测差压的方向 和大小控制。当被测差压变化使活动极板产生 位移时，活动极板与两固定极板之间的电容量 即发生变化。若活动极板移动距离，则它与固 定极板之间的距离，一侧变为，而另一侧变为， 如图8-4中所示。
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• 1151模拟变送器主要由测量部分和转换电 路两大部分组成，其组成原理如图8-2所示。 图中：△P,P为差压、压力；△C为差动电容； E为电源；I0为电流；RL为负载电阻。
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• 一、测量部分
• 测量部分的作用是将被测参数(如差压、压力、 液位、流量等)转换成相应的差动电容值的变化。 图8-3所示为测量部分的结构示意图。图中：1、 2为隔离膜片；3为测量膜片；4、5为电容固定 极板；6为刚性绝缘体；7为引出电极；8为灌充 液。隔离膜片与被测介质接触，膜片l与3之间 为一室，膜片2与3之间为另一室，两室各自封 闭，内充硅油(或氟油)，组成两室结构的单元。 测量膜片是一片弹性系数温度稳定性好的平板 金属膜片，作为差动可变电容的活动极板。在 测量膜片两侧，有两个在玻璃凹形球面（球缺 面）上用真空蒸发有金属层的固定极板。
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• 这种结构对测量膜片具有较好的过载保护 能力。当被测差压过大时，测量膜片贴紧 一侧的凹形球面上，不会因产生过大位移 而损坏膜片。过载消除后，测量膜片恢复 到正常位置。灌充液(硅油或氟油)除用作传 递压力外，它的粘度特性对冲击力具有一 定缓冲作用(阻尼作用)，可消除被测介质的 高频脉动压差对变送器输出准确度的影响。
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(C 1C S)(C 2C S) C 1C 2 (C 1C S)(C 2C S) C 1C 22C S
• 比较式(8-6)和式(8-5)后可知，分布电容的 影响将造成非线性误差。为了使变送器最 终获得高于0.25级的准确度级，需在转换电 路中设置线性调整环节。
• 实测和计算均表明球面-平面型电容器有类 似或接近平行板电容器的特性。测量部分 大约有150pF的电容量输出。
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• ②（C1-C2）/（C1+C2）之比值与介电常数ε 无关，即从设计原理上消除了介电常数随温度 变化给测量带来的误差；
• ③若设计一种转换电路，使其输出电流I0=K3 （C1-C2）/（C1+C2），I0就与被测差压成正 比关系；
• ④如果电容极板的结构完全对称，则可以得到 良好的稳定性；
• ⑤在上述分析中，没有考虑分布电容的影响。 若考虑分布电容的存在，则测量部分的电容比 值为(8-6)
• 由图示可得差动平行板电容器的电容量计算公 式为
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C1
k
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A
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C2
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A
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• 式中：为活动极板与上固定极板间的电容量； 为活动极板与下固定极板间的电容量；K为量 纲系数；A为电容极板的有效面积；ε为极板间 介质的介电常数；为被测差压为零时，活动极 板(测量膜片)与两固定极板之间的初始距离；为 活动极板在被测压差作用下所产生的位移，如 果采用差动平行板电容器的差动电容值作为输 出量，则
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A
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K A
d0 d0
K2d0
d0d0 d0d0
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• 式中 k2为系数， k2=1/d0,位移△d0与差压△P之间的关 系为d0=k1 △P,则
C1 C2 C1 C2
K1K2P
• 式(8-5)即为电容式变送器测量部分的输入量与 输出量之间的线性特性表达式。由此式可得出 如下结论：
• ①当为常数时，（C1-C2）/（C1+C2）之比值 与被测压差成线性关系；
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• 转换电路
• 转换电路的作用是将测量部分的线性化输出信 号转换成4～20mA，DC统一信号，并送至负 载。此外，它还实现整机的零点调整、量程调 整、正负迁移、线性调整及阻尼调整等功能。
• 1151系列电容式变送器的输出类型：
• S型:4-20mA/数字，智能/阻尼可调；
• E型: 4-20mA，线性，模拟/阻尼可调；
• 四、校验调整 • ㈠主要性能 • 1151系列共有各种测量范围的差压、压
力、绝压、流量、远传差压、远传压力等 10个品种的仪表。变送器的基本精度为 ±0.25～±0.35％；测量范围：最小差压 0～1.3kPa，最大差压0～6.89Mห้องสมุดไป่ตู้a；最小 压力0～1.3kPa，最大压力0～41.37MPa； 量程比：6。
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• 被测压力PH和PL分别作用于高、低压侧的 隔离膜片l、2上，灌充液将压力传送到测量 膜片3上。当两侧压力不相等时，测量膜片 向一侧位移，如图8-3(b)中的虚线所示。此 时，测量膜片3与两侧固定极板间的距离一 侧增大，另一侧减小，因此两个固定极板 与活动极板之间的电容量一个增大，另一 个减小。引出电极7将这两个电容的变化信 号输至转换电路。这样，测量部分就把被 测参数(压力、差压、液位等)的变化转换成 差动电容量的变化。
• G型: 10-50mA，线性，模拟/阻尼可调；
• J型: 4-20mA，平方根，模拟/阻尼可调；
• L型: 0.8-3.2V，线性，低功耗/固定阻尼；
• M型: 1-5V，线性，低功耗/固定阻尼
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• 转换电路共有三种类型，即E型(普通型)、J 型(用于流量测量)、F型(用于微压差测量)。
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KA 2d0 K 2d0
d0 2d0 2
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• 由式(8-3)可以看出，差动电容与活动极板 的位移之间呈非线性关系。为得到线性转 换关系，可取两电容之差与两电容之和的 比值作为输出量，即
K A K A
C1C2 C1C2