控制仪表及装置第二章李忠虎
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12～45V －
I0
4～20mA
RL
18
1.电容－电流转换电路
作用：将差动电容的相对变化值成比例地转换为 差动电流信号 (电流变化值)。
⑴ 振荡器 包括VT1、T1等，向Ci1和Ci2提供高频电源
U01 R30
L
C
R29
VT1
C19
C20
是一种变压器反 馈型振荡电路，其振 荡频率由检测电容和 变压器次级绕组的电 感决定。
S K1Pi
Ci2Ci1 Ci2Ci1
K2SK1K2Pi
结论：
(1)
相对变化值 C i2
Ci2
C i1 C i1
与被测差压
Pi
成线性关系。
(2) 与介电常数 无关 ,可大大减小温度对变送器的影响。
(3) 与 S 0 有关。S 0 愈小，灵敏度越高。
16
（三）转换放大电路
作用： ➢ 将差动电容的相对变化值，转换成标准的电
xmax x
y1KKF(Cxz0)
KF1
y
1 F
(Cx
z0 )
3
二、量程调整、零点调整和零点迁移
量程调整（即满度调整）的目的是使变送器的输
出信号上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应。
量程调整 相当于改变变送 器的输入输出特性的斜率， 也就是改变变送器输出信号
y与输入信号x之间的比例系
数。
Ii = I2- I1 = ( I2+ I1)
Ci2-Ci1 Ci2+Ci1
= K3
Ci2-Ci1 Ci2+Ci1
只要设法使I1+I2保持不变，即可实现电流信号Ii与电
容相对变化值成线性关系。
② 振荡控制放大器
20
主要包括放大器 IC1，其作用是保持I1+I2不变
⑶ 线性调整电路(包括VD9、VD10、R22、R23、RP1等)
振荡器的输出幅 值由控制放大器 IC1 的输出电压决定。
19
⑵ 解调和振荡控制电路
U01
IC1
振荡器
T1
I2
C8
Ui1
R9 R7
Ui2
UR
R8 R6
I1
12
Ri 11 C11
10
C17
1 2
3
VD1
பைடு நூலகம்I2
VD2
VD5
I2
VD6
VD4 VD3
VD8
I1
VD7
Ci2 Ci1
① 解调器
由VD1～VD8构成
检测元件中分布电容的存在，使差动电容的相对变 化值减小，造成非线性误差，故设计了线形调整电路。
10
3 C5
C4
1 C3
12
R22
VD9
C8 IC1 RP1 Ui3 VD10
R23
电路通过提高振荡器输 出电压幅度以增大解调器输 出电流的方法，来补偿分布 电容所产生的非线性误差。
补偿电压大小取决于RP1
方法：改变反馈部分反馈系数
改变测量部分转换系数
4
零点调整和零点迁移都是使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，在xmin= 0时， 称为零点调整，在xmin≠ 0时，称为零点迁移。
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。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。
流输出信号。 ➢ 此外，还要实现零点调整、正负迁移、量程
调整、阻尼调整等功能。
电路包括电容－电流转换电路及放大电路两部分
17
转换放大部分电路原理方框图
Ci1 Ci2
量程调整 （负反馈）
差动信号
振荡器
解调器
IC1 振荡控制
放大器
－
基准
共 模 信 号
稳压 源
电压
－
＋
IC3
前置
放大器
调零及 零点迁移
功放和 输出限制 E ＋
的阻值。
21
2.放大及输出限制电路
作用：将电流信号 Ii 放大，并输出4 ~ 20mA的直 流电流。
VZ1 RP21
RP2 RP22 R36
R31
R33
VD12
d RP3
Ii
If
I0
RP31 c
R18
24~45V
VD11
R20
R10
C11 S
R34 A
R11 UF
B
IC3 UT
RP4
C16 R17
《控制仪表及装置》
第二章 变送器和转换器
1
内容安排
第一节 变送器的构成 第二节 差压变送器 第三节 温度变送器 第四节 电/气转换器
2
第一节 变送器的构成
一、构成原理
调零、零点迁移
x
测量部分 Zi
Z0
放大器
y
C
K
Zf
反馈部分 F
信号处理部分
y
ymax
ymin
0
xmin
变送器的构成原理和输入输出特性
一、力平衡式差压变送器
pi
测量部分
Fi
杠杠系统
Ff
位移检测
I0
放大器
电磁反馈 机构系统
7
变送器构成方框图
8
1.测量部分
作用：把被测差 压ΔP转换成作用 于主杠杆下端的 输入力Fi
9
2.杠杆系统
作用：进行 力的传递和 力矩比较。
10
3.电磁反馈装置
作用：把变送 器的输出电流 I0 转 换 成 作 用 于副杠杆的电 磁反馈力Ff
11
4.低频位移检测放大器 作用：把副杠杆上位移检测片（衔铁）的微小位 移S转换成4~20mA的直流输出电流。 组成：由差动变压器、低频振荡器、整流滤波电 路、功率放大器组成。
12
差动变压器
检测片
S
C
A
上罐形磁芯
D
B
下罐形磁芯
差动变压器的结构
差动变压器原理图
13
二、电容式差压变送器 （一）概述
P i0时 ， C i1C i2
Pi 0时，Ci1电容量减小， Ci1电容量增大
15
Ci1
1A1
S1
A
S0 S
Ci2
2A2
S2
A
S0 S
C C i i2 2 C C i i 1 1 A A [ [ 1 1 / /( ( S S 0 0 S S ) ) 1 1 / /( ( S S 0 0 S S ) ) ] ] S S 0 K 2 S
Pi
S
感压 膜片
调零、迁移信号
C i2 C i1
C i2 C i1
I2 I1
差动
电容-电流 ＋
I0 放大和输
电容
转换电路
－ 出限制电路
反馈
信号
反馈
电路
变送器构成方框图
检测元件－差动电容
构成原理－位移平衡式 14
（二）测量部件
测量部件结构
作用： P i
C i2 C i1 C i2 C i1
实现方法：改变调零信号Z0
5
第二节 差压变送器
作用：用来将压力、差压、流量、液位等被测参数 转换为统一标准的信号，以实现对这些参数 的显示、记录或自动控制。
应用：
测压力： 压力变送器
配电器
显示、记录或控制
测流量： 差压变送器
配电器
开方器
显示、记录控制
测液位：
H
＋ － 通大气
6
力平衡式差压变送器 电容式差压变送器 扩散硅式差压变送器
+ -
VT3
RL
R13
C22
R39
R38
R37
R21 R14
R16
VT2
C12
VT4 R19
22
⑴ 放大电路(包括IC3、VT3、 VT4等)
IC3起前置放大作用， VT3、 VT4组成复合管，将 IC3的输出电压变换为变送器的输出电流。
I0
4～20mA
RL
18
1.电容－电流转换电路
作用：将差动电容的相对变化值成比例地转换为 差动电流信号 (电流变化值)。
⑴ 振荡器 包括VT1、T1等，向Ci1和Ci2提供高频电源
U01 R30
L
C
R29
VT1
C19
C20
是一种变压器反 馈型振荡电路，其振 荡频率由检测电容和 变压器次级绕组的电 感决定。
S K1Pi
Ci2Ci1 Ci2Ci1
K2SK1K2Pi
结论：
(1)
相对变化值 C i2
Ci2
C i1 C i1
与被测差压
Pi
成线性关系。
(2) 与介电常数 无关 ,可大大减小温度对变送器的影响。
(3) 与 S 0 有关。S 0 愈小，灵敏度越高。
16
（三）转换放大电路
作用： ➢ 将差动电容的相对变化值，转换成标准的电
xmax x
y1KKF(Cxz0)
KF1
y
1 F
(Cx
z0 )
3
二、量程调整、零点调整和零点迁移
量程调整（即满度调整）的目的是使变送器的输
出信号上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应。
量程调整 相当于改变变送 器的输入输出特性的斜率， 也就是改变变送器输出信号
y与输入信号x之间的比例系
数。
Ii = I2- I1 = ( I2+ I1)
Ci2-Ci1 Ci2+Ci1
= K3
Ci2-Ci1 Ci2+Ci1
只要设法使I1+I2保持不变，即可实现电流信号Ii与电
容相对变化值成线性关系。
② 振荡控制放大器
20
主要包括放大器 IC1，其作用是保持I1+I2不变
⑶ 线性调整电路(包括VD9、VD10、R22、R23、RP1等)
振荡器的输出幅 值由控制放大器 IC1 的输出电压决定。
19
⑵ 解调和振荡控制电路
U01
IC1
振荡器
T1
I2
C8
Ui1
R9 R7
Ui2
UR
R8 R6
I1
12
Ri 11 C11
10
C17
1 2
3
VD1
பைடு நூலகம்I2
VD2
VD5
I2
VD6
VD4 VD3
VD8
I1
VD7
Ci2 Ci1
① 解调器
由VD1～VD8构成
检测元件中分布电容的存在，使差动电容的相对变 化值减小，造成非线性误差，故设计了线形调整电路。
10
3 C5
C4
1 C3
12
R22
VD9
C8 IC1 RP1 Ui3 VD10
R23
电路通过提高振荡器输 出电压幅度以增大解调器输 出电流的方法，来补偿分布 电容所产生的非线性误差。
补偿电压大小取决于RP1
方法：改变反馈部分反馈系数
改变测量部分转换系数
4
零点调整和零点迁移都是使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，在xmin= 0时， 称为零点调整，在xmin≠ 0时，称为零点迁移。
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。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。
流输出信号。 ➢ 此外，还要实现零点调整、正负迁移、量程
调整、阻尼调整等功能。
电路包括电容－电流转换电路及放大电路两部分
17
转换放大部分电路原理方框图
Ci1 Ci2
量程调整 （负反馈）
差动信号
振荡器
解调器
IC1 振荡控制
放大器
－
基准
共 模 信 号
稳压 源
电压
－
＋
IC3
前置
放大器
调零及 零点迁移
功放和 输出限制 E ＋
的阻值。
21
2.放大及输出限制电路
作用：将电流信号 Ii 放大，并输出4 ~ 20mA的直 流电流。
VZ1 RP21
RP2 RP22 R36
R31
R33
VD12
d RP3
Ii
If
I0
RP31 c
R18
24~45V
VD11
R20
R10
C11 S
R34 A
R11 UF
B
IC3 UT
RP4
C16 R17
《控制仪表及装置》
第二章 变送器和转换器
1
内容安排
第一节 变送器的构成 第二节 差压变送器 第三节 温度变送器 第四节 电/气转换器
2
第一节 变送器的构成
一、构成原理
调零、零点迁移
x
测量部分 Zi
Z0
放大器
y
C
K
Zf
反馈部分 F
信号处理部分
y
ymax
ymin
0
xmin
变送器的构成原理和输入输出特性
一、力平衡式差压变送器
pi
测量部分
Fi
杠杠系统
Ff
位移检测
I0
放大器
电磁反馈 机构系统
7
变送器构成方框图
8
1.测量部分
作用：把被测差 压ΔP转换成作用 于主杠杆下端的 输入力Fi
9
2.杠杆系统
作用：进行 力的传递和 力矩比较。
10
3.电磁反馈装置
作用：把变送 器的输出电流 I0 转 换 成 作 用 于副杠杆的电 磁反馈力Ff
11
4.低频位移检测放大器 作用：把副杠杆上位移检测片（衔铁）的微小位 移S转换成4~20mA的直流输出电流。 组成：由差动变压器、低频振荡器、整流滤波电 路、功率放大器组成。
12
差动变压器
检测片
S
C
A
上罐形磁芯
D
B
下罐形磁芯
差动变压器的结构
差动变压器原理图
13
二、电容式差压变送器 （一）概述
P i0时 ， C i1C i2
Pi 0时，Ci1电容量减小， Ci1电容量增大
15
Ci1
1A1
S1
A
S0 S
Ci2
2A2
S2
A
S0 S
C C i i2 2 C C i i 1 1 A A [ [ 1 1 / /( ( S S 0 0 S S ) ) 1 1 / /( ( S S 0 0 S S ) ) ] ] S S 0 K 2 S
Pi
S
感压 膜片
调零、迁移信号
C i2 C i1
C i2 C i1
I2 I1
差动
电容-电流 ＋
I0 放大和输
电容
转换电路
－ 出限制电路
反馈
信号
反馈
电路
变送器构成方框图
检测元件－差动电容
构成原理－位移平衡式 14
（二）测量部件
测量部件结构
作用： P i
C i2 C i1 C i2 C i1
实现方法：改变调零信号Z0
5
第二节 差压变送器
作用：用来将压力、差压、流量、液位等被测参数 转换为统一标准的信号，以实现对这些参数 的显示、记录或自动控制。
应用：
测压力： 压力变送器
配电器
显示、记录或控制
测流量： 差压变送器
配电器
开方器
显示、记录控制
测液位：
H
＋ － 通大气
6
力平衡式差压变送器 电容式差压变送器 扩散硅式差压变送器
+ -
VT3
RL
R13
C22
R39
R38
R37
R21 R14
R16
VT2
C12
VT4 R19
22
⑴ 放大电路(包括IC3、VT3、 VT4等)
IC3起前置放大作用， VT3、 VT4组成复合管，将 IC3的输出电压变换为变送器的输出电流。