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1、第三章 变送器,变送器在自动检测和控制系统中的作用，是将各种工艺参数，如温度、压力、流量、液位、成分等物理量转换成统一的标准信号，以供显示、记录或控制之用,1,第三章 变送器 变送器在自动检测和控制,分类：,差压变送器,压力变送器,温度变送器,液位变送器,流量变送器,等,按被测参数,2,分类：差压变送器 压力变送器 温度变送器 液位变送器 流量,变送器的理想输入输出特性,3,变送器的理想输入输出特性 3,3.1.概述,变送器的构成原理,模拟式变送器的构成原理,数字式变送器的构成原理,4,3.1.概述 模拟式变送器的构成原理 数字式变送器,模拟式变送器的构成原理,模拟式变送器的组成,测量部分,放
2、大器,反馈部分,零点调整和零点迁移,5,模拟式变送器的构成原理模拟式变送器的组成 测量部分 放,当满足 1的条件时,模拟式变送器的输入输出关系,模拟式变送器的理想 输入输出特性,6,当满足 1的条件时 模拟式变送,在小型电子式变送器中，反馈部分往往仅由几个电阻和电位器构成，因此常把反馈部分和放大器合在一起作为一个负反馈放大部分看待；或者将反馈部分和放大器合做在一块芯片内，这样变送器即可看成由测量部分和放大器两部分组成。另外，调零和零点迁移环节也常常合并在放大器中。,7,在小型电子式变送器中，反馈部分往往仅由几个电阻和,数字式变送器组成:二大部分,软 件包括系统程序和功能模块,硬件电路以微处理器
3、CPU为核心,数字式变送器的构成原理,8,数字式变送器组成:二大部分软 件,数字式变送器的硬件构成,9,数字式变送器的硬件构成9,智能式变送器还配置有手持终端(外部数据设定器或组态器)，用于对变送器参数进行设定，如设定变送器的型号、量程调整、零点调整、输入信号选择、输出信号选择、工程单位选择和阻尼时间常数设定以及自诊断等。,10,智能式变送器还配置有手持终端(外部数据设定器或组态器,数字式变送器的软件构成,包括系统程序和功能模块,系统程序:,对变送器硬件的各部分电路进行管理，并使变送器能完成最基本的功能，如模拟信号和数字信号的转换、数据通信、变送器自检等,11,数字式变送器的软件构成包括系统程
4、序和功能模块系统程,功能模块可能有：,资源模块,变量转换,模拟输入,量程自动切换,非线性校正,温度误差校正,阻尼时间设定,显示转换,运算功能,PID 控制功能,警报,12,功能模块可能有：资源模块 变量转换 模拟输入 量程自,3.1.2 变送器的一些共性问题,量程调整,零点调整和零点迁移,线性化,变送器信号传输方式,13,3.1.2 变送器的一些共性问题 量程调整 零点调整和零,3.1.2.1.量程调整,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,14,3.1.2.1.量程
5、调整 使变送器的输出信号上,量程调整的方法,模拟式变送器,改变反馈部分的反馈系数,改变测量部分转换系数,软件实现,数字式变送器,15,量程调整的方法 模拟式变送器 改变反馈部分的反馈系数 改变测,3.1.2.2.零点调整和零点迁移,使变送器的输出信号下限值ymia与测量范围的下限值xmin相对应,零点调整使变送器的测量起始点为零,在xmin=0时，称为零点调整；在xmin0时，称为零点迁移,零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值:,当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移,当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移,16,3.1.2.2.零点调整和零点迁移 使变送器,零点调整和零点迁移的
6、方法,零点迁移，再辅以量程调整，可以提高仪表的测量精度。,模拟式变送器,改变放大器输入端上的调零信号z0,数字式变送器,软件实现,17,零点调整和零点迁移的方法 零点迁移，再辅以量,3.1.2.3.线性化,原因：传感器组件的输出信号与被测参数之间往往存在着非线性关系,模拟式变送器非线性补偿方法:,使反馈部分与传感器组件具有相同的非线性特性,18,3.1.2.3.线性化 原因：传感器组件的输出信号与被,使测量部分与传感器组件具有相反的非线性特性,数字式变送器 非线性补偿方法:软件实现,19,使测量部分与传感器组件具有相反的非线性特性 数字式变送器 非,3.1.2.4.变送器信号传输方式,气动变送
7、器：两根气动管线,电动模拟式变送器：二线制 四线制,HART通讯协议方式,数字式变送器：双向全数字量传输信号(现场总线通信方式),20,3.1.2.4.变送器信号传输方式 气动变送器：两根气动管,电动模拟式变送器信号传输方式,二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号,二线制,四线制传输,供电电源和输出信号分别用二根导线传输,21,电动模拟式变送器信号传输方式 二根导线同时传送变送器所需的电,优点：,节省连接电缆、有利于安全防爆和抗干扰,条件：,工作电流：,工作电压：,二线制,最小有效功率P:,PI0min(Emin-I0miaRLmax),22,优点：节省连接电缆、有利于安全防爆和抗干扰
8、 条件：工作电,数字式变送器信号传输方式,在一条电缆上同时传输420mA的模拟信号和数字信号,HART通讯协议:,物理层,数据链路层,应用层,HART通信协议是依照国际标准化组织(ISO)的开放式系统互连(OSI)参考模型，简化并引用其中三层：,23,数字式变送器信号传输方式 在一条电缆上同时传输4,物理层,规定了信号的传输方法和传输介质,传送速率为1200 bit/s,信号传输：基于Bell 202 通讯标准，采用频移键控(FSK)方法，在420mA基础上叠加幅度为0.5mA的正弦调制波作为数字信号,24,物理层 规定了信号的传输方法和传输介质传送速率为1,传输介质:单芯带屏蔽双绞电缆 30
9、00米 多芯带屏蔽双绞电缆 1500米 短距离可使用非屏蔽电缆,25,传输介质:25,数据链路层,规定了数据帧的格式和数据通讯规程,定界符定义了帧的类型和寻址格式,地址有短格式和长格式,响应码在变送器向主设备通信时才有，表示数据通信状态和变送器工作状态,数据帧格式：由链路同步信息、寻址信息、用户信息及校验和组成,26,数据链路层 规定了数据帧的格式和数据通讯规程定界符,HART协议按主/从方式通讯，这意味着只有在主站呼叫时，现场设备（从站）才传送信息有三种通讯模式：,点对点模式-在一条电缆上传输420mADC的 模拟信号和数字信号,多点模式-一条电缆连接多个现场设备，这是 全数字通信模式,阵发
10、模式-允许总线上单一的从站自动、连续 地发送一个标准的HART 响应信息,27,HART协议按主/从方式通讯，这意味着,应用层,规定了通讯命令的内容,命令类型：,通用命令 适用于所有符合HART协议的现场仪表,通用操作命令 适用于大部分符合HART协议的现场仪表,特殊命令 各制造厂的产品自己所特有的命令,28,应用层 规定了通讯命令的内容 命令类型：通用命令,HART通讯方式的实现方法,输出波形整形电路:满足HART物理层规范所要求的信号波形上升沿/下降沿的时间，较平缓的上升沿/下降沿的时间可以降低与其它HART网络间的串扰,带通滤波器:抑制接收信号中的感应噪声，其频宽大约为1200 Hz22
11、00Hz,29,HART通讯方式的实现方法 输出波形整形电路:满足H,HART通讯模块,HART通讯模块实现二进制的数字信号与FSK信号之间的相互转换,HT2012功能框图,30,HART通讯模块HART通讯模块实现二进制的数字信号与,调制器 ITXD：二进制数字信号输入 OXTA：FSK信号输出,解调器 IRXA：FSK信号输入(由信号回路)ORXD：二进制数字信号输出,高电平“1”，解调器工作，调制器输出呈高阻状态。,低电平“0”，调制器工作，解调器输 出不定；,INRTS：控制端,31,调制器 ITXD：二进制数字信号输入解调,载波监测电路用于检测420mA直流信号中是否叠加有数字信号,
12、侦听网络和启动接收,时基电路产生调制器和解调器所需的时间基准信号，同时还提供19.2kHz 的脉冲输出,32,载波监测电路用于检测420mA直流信号中是,16位串行输入、420mA电流输出 与HART通信模块共同完成变送器的数字通信,AD421,组成：数模转换器、电流转换器和电压调整器,33,16位串行输入、420mA电流输出 AD421组成：数模,AD421及电压调整电路原理图,34,AD421及电压调整电路原理图34,现场总线通信方式,通信控制单元实现物理层的功能，完成信息帧的编码和解码、帧校验、数据的发送与接收,媒体访问单元MPU的主要功能是发送与接收符合现场总线规范的信号,35,现场总线通信方式 通信控制单元实现物理层的功能，完成信,
