压力变送器.pptx
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1、传感器与检测技术项目教程模块四、压力检测模块四、压力检测 课件本模块介绍本模块介绍“压力压力”等基本概念、等基本概念、电容式电容式压力表压力表、两线制压力表、智能压力表两线制压力表、智能压力表、总线制、总线制压力表,还介绍了压力表,还介绍了陶瓷式压力传感器陶瓷式压力传感器。内容简介内容简介今天是:今天是:18 18 九月九月 2024 2024知识链接、压力的基本概念知识链接、压力的基本概念项目一、电容式压力变送器项目一、电容式压力变送器项目二、两线制压力变送器项目二、两线制压力变送器拓展阅读、陶瓷式压力传感器拓展阅读、陶瓷式压力传感器模块四、压力检测(下)模块四、压力检测(下)目录目录进入进
2、入进入进入現現在在時間時間是:是:09:5709:57进入进入项目二项目二 两线制压力变送器两线制压力变送器【项目教学目标项目教学目标】知识目标知识目标1)熟悉压力变送器的分类和组成。)熟悉压力变送器的分类和组成。2)熟悉压力变送器的)熟悉压力变送器的HART通信。通信。3)熟悉现场总线型变送器的原理。)熟悉现场总线型变送器的原理。技能目标技能目标1)掌握两线制压力变送器的接线。)掌握两线制压力变送器的接线。2)掌握智能变送器的零点迁移方法。)掌握智能变送器的零点迁移方法。回目录回目录現現在在時間時間是:是:09:5709:57任务一、两线制压力变送器的应用任务一、两线制压力变送器的应用变送器
3、:变送器:能够将传感器的输出信号转换为可以被控制能够将传感器的输出信号转换为可以被控制器接受的标准化信号的设备器接受的标准化信号的设备。主要由:主要由:传感器、传感器、测量转换电路、测量转换电路、补偿电路等组成。补偿电路等组成。不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器。不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器。用于工业控制的变送器主要有:用于工业控制的变送器主要有:温度变送器温度变送器、压力变压力变送器送器、流量变送器、流量变送器、液位变送器液位变送器、电流变送器电流变送器、电压变、电压变送器等。送器等。变送器具有变送器具有输入过载保护输入过载保护、输出过电流保护输出过电流保护、输出电、输
4、出电流长时间短路保护、流长时间短路保护、输出端口瞬态感应雷与浪涌电流输出端口瞬态感应雷与浪涌电流TVS抑制保护抑制保护、工作电源过压极限保护工作电源过压极限保护、工作电源反接、工作电源反接保护等保护等。2024/9/18 周三6两线制变送器(续)两线制变送器(续)一、压力变送器简介一、压力变送器简介压力变送器是一种压力变送器是一种能将接收能将接收的气体、液体等压力信号转换的气体、液体等压力信号转换为可传送的标准化输出信号的为可传送的标准化输出信号的仪器。仪器。此外,其此外,其输出信号与压输出信号与压力之间有一给定的连续函数关力之间有一给定的连续函数关系(通常为线性函数)系(通常为线性函数)。压
5、力变送器主要用于工业过压力变送器主要用于工业过程压力参数的测量与控制程压力参数的测量与控制,其其中的中的差压变送器差压变送器也常用于也常用于液位液位和和流量的测量流量的测量。p1p2压力变送器分类压力变送器分类按工作原理,可分为按工作原理,可分为电容式、电容式、压阻式、压阻式、谐振式、谐振式、等等(谐振式压力变送器可(谐振式压力变送器可不经过信号处理电路,直接输出不经过信号处理电路,直接输出数字脉冲信号等)数字脉冲信号等);按接线方式,可分为按接线方式,可分为两线制、两线制、三线制(一根正电源三线制(一根正电源线。两根信号线,其中一根线。两根信号线,其中一根GND)、四线制(两根正负四线制(两
6、根正负电源线,两根信号线,其中一根电源线,两根信号线,其中一根GND)等)等;按输出方式,可分为按输出方式,可分为电压输出、电压输出、电流输出、电流输出、数字信数字信号输出等号输出等;按压力测量范围,可分为按压力测量范围,可分为一般压力变送器(一般压力变送器(0.00135MPa)和微压力变送器()和微压力变送器(01.5kPa),),负压变送负压变送器(器(0-100kPa)等;等;按准确度,可分为按准确度,可分为高准确度变送器(高准确度变送器(0.1%或或0.075%级)级)和通用变送器(和通用变送器(0.5%级)。级)。压力(差压)变送器的原理框图压力(差压)变送器的原理框图(图图4-2
7、04-20)以电容式压力(差压)传感器为例,以电容式压力(差压)传感器为例,两个大小不同的两个大小不同的被测压力被测压力p1、p2通过导压液传送到电容式压力(差压)通过导压液传送到电容式压力(差压)变送器的两个压力室变送器的两个压力室,并,并作用在作用在室(即感压元件)两室(即感压元件)两侧的隔离膜片上侧的隔离膜片上,致使,致使测量膜片产生位移,其位移量与测量膜片产生位移,其位移量与压力之差成正比压力之差成正比。一次仪表与二次仪表一次仪表与二次仪表压力变送器已经压力变送器已经将将传感膜头传感膜头与信号处理、与信号处理、转换单元转换单元组合在一个壳组合在一个壳体中,并安装在检测现体中,并安装在检
8、测现场,场,这种信号采集转换这种信号采集转换装置装置在工业中被称为在工业中被称为一一次仪表次仪表,例如热电偶例如热电偶、压力变送器、压力变送器、流量计、流量计、液位计等。液位计等。无纸记录仪无纸记录仪是二次仪表是二次仪表而而接受来自一次仪表的信号,并显示、记录、转换及接受来自一次仪表的信号,并显示、记录、转换及发送该信号的装置称为二次仪表发送该信号的装置称为二次仪表,例如:显示报警仪、例如:显示报警仪、记录仪、调节器等。二次仪表通常安装在仪表盘上记录仪、调节器等。二次仪表通常安装在仪表盘上。电流输出型仪表电流输出型仪表一次仪表的输出信号可以是电压,也可以是电流一次仪表的输出信号可以是电压,也可
9、以是电流。由。由于于电流信号不易受干扰,且便于远距离传输(可以不考电流信号不易受干扰,且便于远距离传输(可以不考虑电路压降),所以在一次仪表中多采用电流输出型虑电路压降),所以在一次仪表中多采用电流输出型。从从DDZ-型电动仪表开始,规定标准电流输出型仪型电动仪表开始,规定标准电流输出型仪表的输出为表的输出为420mA(DDZ-标准为标准为010mA),),对应对应的输出电压为的输出电压为15V(DDZ-标准为标准为02V)。在)。在420mA信号制中,信号制中,4mA对应于零输入,对应于零输入,20mA对应于满度对应于满度输入输入。不让信号占有不让信号占有04mA的原因:的原因:1)有利于判
10、断电路)有利于判断电路故障(开路)或仪表故障故障(开路)或仪表故障;2)这类一次仪表内部均采)这类一次仪表内部均采用微电流集成电路,总的耗电还不到用微电流集成电路,总的耗电还不到4mA,因此,因此,04mA这一部分这一部分“本底本底”电流还能为一次仪表的内部电路电流还能为一次仪表的内部电路提供工作电流提供工作电流,使一次仪表成为两线制仪表使一次仪表成为两线制仪表。15111511电流输出型差压变送器的原理框图电流输出型差压变送器的原理框图二极管二极管VD构成构成外接电源极性反接保护电路外接电源极性反接保护电路。当。当外接电外接电源源E极性反接时,极性反接时,二极管二极管VD反偏,反偏,电路的电
11、流非常微小电路的电流非常微小小,小,不会损坏变送器电路不会损坏变送器电路。二、两线制压力(差压)变送器简介二、两线制压力(差压)变送器简介接线:接线:其中一根为电源正极导线(红色)其中一根为电源正极导线(红色),另一根既另一根既作为电源负极引线,又作为二次仪表的信号传输线作为电源负极引线,又作为二次仪表的信号传输线。在。在信号传输线的末端,信号传输线的末端,通过一只精密的取样电阻(也称负通过一只精密的取样电阻(也称负载电阻)接到电源负极,将电流信号转换成电压信号载电阻)接到电源负极,将电流信号转换成电压信号例例4-5 5 某两线制电流输出型压力变送器的产品说明书注某两线制电流输出型压力变送器的
12、产品说明书注明其量程范围为明其量程范围为0200kPa,对应的输出电流为,对应的输出电流为420mA。求:当测得输出电流求:当测得输出电流I=12mA时的被测压力时的被测压力p。解解 因因为为该该仪仪表表说说明明书书未未说说明明线线性性度度,可可以以默默认认输输出出电电流流与与被被测测压压力力之之间间为为线线性性关关系系,即即 I 与与 p 的的数数学学关关系系为一次方程为一次方程,所以有,所以有I=a0+a1p式中式中 a0、a 1待求常数。待求常数。当当p=0时,时,a 0=4mA当当 p=200kPa时时,I=20mA,代代 入入 式式(4-15)得得a1=0.08mA/kPa,所所以以
13、该该压压力力变变送送器器的的输输出出/输输入入方方程程为为:I=4mA+0.08(mA/kPa)p。将将I=12mA代代入入式式(4-15)得得p=(-a0)/a1=(12mA-4mA)/(0.08mA/kPa)=100kPa。两线制电流输出型压力变送器的特性曲线两线制电流输出型压力变送器的特性曲线【填写压力变送器输出电流与压力的对照表训练填写压力变送器输出电流与压力的对照表训练】输出输出电流电流I/mA3.75412162021.75差压差压/kPa040160 例例4-6 6 某两线制电流输出型某两线制电流输出型绝对压力(绝对压力(pabs)变送器的)变送器的量程为量程为40250kPa,
14、零点和量程均已校准零点和量程均已校准,若,若将取压口将取压口向大气敞开向大气敞开,求:此时的输出电流,求:此时的输出电流 I 大约为多少毫安?大约为多少毫安?解解 该该仪仪表表输输入入40kPa的的绝绝对对压压力力时时,输输出出为为4mA;输输入入250kPa的的绝绝对对压压力力时时,输输出出为为20mA。设设大大气气压压的的绝绝对对压压力力p大大气气100kPa,则则此此时时输输出出电电流流与与(p大大气气-pmin)成正比成正比:三、两线制仪表的负载电阻三、两线制仪表的负载电阻两线制两线制420mA电流电流输出型仪表的输出型仪表的输出必须输出必须依靠取样电阻(也称负依靠取样电阻(也称负载电
15、阻),将输出的电载电阻),将输出的电流信号转换成电压信号流信号转换成电压信号。负载电阻越大,得到的负载电阻越大,得到的输出电压就越高输出电压就越高。在图。在图4-22中,中,若取样电阻若取样电阻RL=250.0,则对应于,则对应于420mA的输出电压的输出电压Uo为为15V。负载电阻的负载电阻的上限受电源电压上限受电源电压和和传输传输线路直流电阻的限制线路直流电阻的限制。当选择当选择HART通信方式时,通信方式时,RL下限为下限为250,上限为,上限为1000。例例4-7 7 某两线制某两线制420mA电流输出型仪表的电源电压电流输出型仪表的电源电压为为24V,变送器的最低工作电压为,变送器的
16、最低工作电压为12V,若传输线路总,若传输线路总长为长为1km,传输线直流电阻约为,传输线直流电阻约为100,求:,求:1)最大取样负载电阻)最大取样负载电阻R为多少欧?为多少欧?2)若取样电阻)若取样电阻R取取250时,取样电阻两端的最大输时,取样电阻两端的最大输出电压出电压Umax为多少伏?为多少伏?3)若取样电阻)若取样电阻R取取250时,在时,在线径不变的情况下,传输线的长度最多为多少米?线径不变的情况下,传输线的长度最多为多少米?解解 1)当当传传输输线线直直流流电电阻阻为为100时时,变变送送器器的的最最大大输输出出电电流流为为20mA,则则线线路路的的最最大大压压降降为为2V。当
17、当电电源源电电压压为为24V、变变送送器器的的最最低低工工作作电电压压为为12V,则则负负载载电电阻阻上的最大压降为上的最大压降为10V。最大负载电阻最大负载电阻RL=10V/20mA=500。例例4-7 7 某两线制某两线制420mA电流输出型仪表的电源电压为电流输出型仪表的电源电压为24V,变送器的最低工作电压为,变送器的最低工作电压为12V,若传输线路总长,若传输线路总长为为1km,传输线直流电阻约为,传输线直流电阻约为100,求:,求:(续前页)(续前页)2)若取样电阻)若取样电阻R取取250时,取样电阻两端的最大时,取样电阻两端的最大输出电压输出电压Umax为多少伏?为多少伏?3)若
18、取样电阻)若取样电阻R取取250时,时,在线径不变的情况下,传输线的长度最多为多少米?在线径不变的情况下,传输线的长度最多为多少米?解解 2)若若取取样样电电阻阻R取取250时时,电电阻阻两两端端的的最最大大输输出出电压电压Umax=25020mA=5V。3)若若取取样样电电阻阻R取取250时时,传传输输线线允允许许的的最最大大电电阻阻值值R传输线传输线=(24V-12V-5V)20mA=350由于由于 ,则传输线的最大长度,则传输线的最大长度任务二任务二 两线制压力变送器的两线制压力变送器的HARTHART通信通信HART也称也称“可寻址远程传感器高速通道可寻址远程传感器高速通道”。带有带有
19、HART通信的智能变送器是在现有模拟信号传输通信的智能变送器是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信,线上实现数字信号通信,属于模拟系统向全数字变送器属于模拟系统向全数字变送器转变过程中的过渡性产品转变过程中的过渡性产品。在在HART通信协议中,通信协议中,主要的变量和控制信息由主要的变量和控制信息由420mA传送传送;当需要时,通过当需要时,通过HART协议访问变送器协议访问变送器的测量、过程参数、设备组态、校准、故障诊断等辅助的测量、过程参数、设备组态、校准、故障诊断等辅助信息信息,传输速率为,传输速率为1200bit/s。主机可以从现场智能变送主机可以从现场智能变送器获取器获取24次次/
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