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1、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,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,等,按被测参数,3,变送器的理想输入输出特性,4,3.1.概述,3.1.1 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,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,放大器,反馈部分,零点调整和零点迁移,6,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,7,在小型电子式变送器中，反馈部分往往仅由几
2、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。,8,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CPU为核心,数字式变送器的构成原理,9,数字式变送器的硬件构成,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)，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。,11,数字式变送器的软件构成,包括系
3、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,12,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,报警,13,用户远程组态：通过上位管理计算机或挂接在现场总线通信电缆上的手持式组态器，对变送器进行远程组态，调用或删除功能模块用户本地调整：也可以使用专用的编程工具对变送器进行本地调整,14,3.1.2 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,15,3.1.2.1.量程调整,使变送器的
4、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,16,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,17,3.1.2.2.零点调整和零点迁移,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,
5、18,零点调整和零点迁移的方法,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,19,3.1.2.3.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,20,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,21,3.1.2.4.变送器信号传输方式,气动变送器：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),22,电
6、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,23,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-I0minRLmax),24,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：,25,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
7、/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,26,传输介质:单芯带屏蔽双绞电缆 3000米 多芯带屏蔽双绞电缆 1500米 短距离可使用非屏蔽电缆,27,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,28,HART通讯方式的实现方法,输出波形整形电
8、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 Hz2200Hz,数字信号,FSK信号,29,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,FSK信号,FSK信号,数字信号,数字信号,控制信号,0,工作,1,工作,检测420mA直流信号中是否叠加有数字信号,产生调制器和解调器所需的时间基准信号,0 or 1,30,16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,串行数据,V,电流转换器,输出,数字信号,电压调整器,输出电压,数模转换器,31,AD421及电压调整电路原理图,32,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,PB2050,33,作业：,1-2“控制仪表与计算机控制装置”书中 P135 3-4题、3-6题,
