Transmitter 将被测参数转换为统一的标准信号。（ 要求输出信号和输入信号呈线性关系。）
将各种工艺参数转换为相应的统一标准信号. QDZ : 20-100 kPa 气压信号 DDZ II : 0-10 mA DDZ III：1-5V 4-20mA
一、变送器基础知识
1.1 变送器的构成
模拟变送器
完全由模拟元器件构成，输出信号 和输入信号 呈线性关系
y= \dfrac{K}{1+KF}(Cx+z_{0}) \quad y \approx\dfrac{1}{F} (Cx+z_{0}) \quad (KF\gg 1) \end{align}$$ - **测量部分** $C$：将被测参数转换为能被放大器接受的输入信号 - **放大部分** $K$：将两个输入信号的差值放大，转换为标准的输出信号 - **反馈部分** $F$：将输出信号反馈（深度负反馈时，与放大部分无关） - 调零、零点迁移 $z_{0}$ 对于模拟变送器而言，由于参数之间相互影响，**调整零点和调整量程相互影响**，要多次调节才能达到预期的效果。 ##### 智能变送器 以微控制器为核心的**硬件**和系统程序、功能模块构成的**软件**两大部分组成。 #### 1.2 差压变送器共性问题  ##### 1. 量程调整（上限调整） 变送器输出信号上限值 $y_{max}$ 和测量范围上限值 $x_{max}$ 相对应。 量程越大，斜率越小，灵敏度（放大系数）越差 一般改变反馈系数来实现 $y\approx \dfrac{1}{F}(Cx+z_{0})$，反馈系数越大，量程越大 ##### 2. 零点调整、零点迁移 （下限调整） 变送器输出信号下限值 $y_{min}$ 和测量范围下限值 $x_{min}$ 相对应 **零点调整**：**使得变送器的测量起始点为零**。下限值 $x_{min}$ 为零，仅需要小范围来进行调零校正 **零点迁移**：将测量的**起始点由零迁移到某一数值**。起始点由零到某一正值时，为**正迁移**，向右平移曲线；起始点由零到某一负值时，为**负迁移**，向左平移曲线。（需要较大范围内来改变信号的下限值。量程范围的大小不变，只是起始点改变） [[物位检测#差压式液位计\|物位检测#差压式液位计]] ### 二、差压变送器 #### 1. ~~力平衡式差压变送器（过去使用）~~ 力矩平衡原理 单杠杆 $$\begin{align} \Delta P A_{1} l_{1} = P_{0} A_{2} l_{2} \quad P_{0} =\dfrac{A_{1}l_{1}}{A_{2}l_{2}} \Delta P =K \Delta P \end{align}$$ - 支点调整力臂长度，来调整量程 - 迁移弹簧调整零点，施加微小力矩，小范围调整 双杠杆，采用固定支点的矢量机构 零点迁移滞后的上限不能超过仪表规定的上限，量程范围不得小于最小量程。 #### 2. 压阻式差压变送器 测量部分：扩散硅压阻传感器和传感器供电电路。将被测差压 $\Delta p$ 成比例转换为不平衡电压 $U_{s}$ 放大转换部分：前置放大器、电压电流转换电路、零点调整电路。 #### 3. 电容式差压变送器（电路分析） 采用差动电容作为检测元件，性能稳定，精度较高。 [[压力检测#常见压力表\|压力检测#常见压力表]] ##### 测量部分（差压-电容转换） 将被测差压 $\Delta p_{i}$ 转换为感压膜片的位移 $\Delta s$，从而使得差动电容量发生变化。 $\Delta s$ 感压膜片产生位移，$s_{0}$ 膜片初始间距： $$\begin{align} \dfrac{C_{i 2}-C_{i 1}}{C_{ i 2}+ C_{i 1}}=\dfrac{\Delta s}{s_{0}}=K_{2} \Delta s=K_{1} K_{2} \Delta p_{i} \end{align}$$ 差动电容相对变化值和 $\Delta s$ 成线性关系；初始距离 $s_{0}$ 小，差动电容相对变化量越大，则测量部分的灵敏度大 （分布电容存在会带来非线性误差） ##### 转换放大部分（电容-电流转换） 1. **电容-电流转换电路**：将**差动电容的相对变化值**成比例**地转换为**差动电流信号**。 - 解调-振荡控制电路：解调器+振荡控制放大器，得到**差动信号和共模信号**。 - 线性调整电路：补偿分布电容所产生的非线性误差。 2. **放大及输出限制电路**：将电流信号 $I_{i}$ 放大，并输出 $4\sim 20mA$ 的直流电流 - 放大电路：将电流信号 $I_{i}$ 放大 - 输出限制电路：防止输出电流过大，损坏器件   橙色箭头为 $I_{1}$，绿色箭头为 $I_{2}$ ###### 电流流向判定 **电流流向相反，产生差动信号** 绕组 2-11： $I_{1}$： $T_{11}\to R_{i}\to C_{17}\to C_{i{1}}\to D_{8}D_{4}\to T_{2}$ $I_{2}$：$T_{2} \to D_{2} D_{6} \to C_{i{2}} \to C_{17} \to R_{i} \to T_{11}$ **电流流向相同，产生共模电流信号** 绕组 1-12 $I_{2}$：$T_{12}\to R_{7} \parallel R_{9} \to C_{17}\to C_{i{2}}\to D_{5} D_{1}\to T_{1}$ 绕组 3-10 $I_{1}$：$T_{3}\to D_{3} D_{7} \to C_{i_{1}}\to C_{17}\to R_{6} \parallel R_{8}\to T_{10}$ ###### 输出差动信号与共模信号以及电容相对变化量的关系 电流平均值 $I_{1}=U_{pp}C_{i 1}f\quad I_{2}=U_{pp}C_{i 2}f$ $$\begin{gathered} I_{2}-I_{1}=U_{pp}(C_{i 2}-C_{i 1})f \\ I_{2}+I_{1}=U_{pp}(C_{i 2}+C_{i 1})f \\ I_{i}=I_{2}-I_{1}=(I_{2}+I_{1}) \dfrac{C_{i 2}-C_{i 1}}{C_{i 2}+C_{i 1}} \end{gathered}$$ ###### 共模电流信号为定值 $R_{6}=R_{9},R_{7}=R_{8}$，理想运算放大器两个输入端电压 $U_{i1},U_{i2}$ 相等 $U_{i1}$ 为基准电压 $U_{R}$ 在 $R_{8},R_{9}$ 上的压降 $U_{i 2}$ 为 $I_{1}+I_{2}$ 在 $R_{6}\parallel R_{8},R_{7}\parallel R_{9}$ 上的压降 $$\begin{gathered} U_{i 1}= \dfrac{R_{8}}{R_{6}+R_{8}} U_{R}- \dfrac{R_{9}}{R_{7}+R_{9}} U_{R} =\dfrac{R_{8}-R_{6}}{R_{6}+R_{8}}U_{R}\\ U_{i 2}=I_{1}(R_{6}\parallel R_{8})+I_{2}(R_{7}\parallel R_{9})=\dfrac{R_{6}R_{8}}{R_{6}+R_{8}}(I_{1}+I_{2}) \end{gathered}$$ $$\begin{align} U_{i 1}= U_{i 2}\quad \quad I_{2}+I_{1}= \dfrac{R_{8}-R_{6}}{R_{6}R_{8}} U_{R}=K_{3} \end{align}$$ ###### 最终关系式 $$\begin{align} I_i=I_{2}-I_{1}=(I_{2}+I_{1})\dfrac{C_{i 2}-C_{i 1}}{C_{ i 2}+ C_{i 1}}=K_{3}\dfrac{C_{i 2}-C_{i 1}}{C_{ i 2}+ C_{i 1}}=K_{3} \dfrac{\Delta s}{s_{0}} \end{align}$$ ### 三、温度变送器 与热电偶或热电阻配套使用，将温度信号转换为统一标准信号。 主要构成：**量程单元**（输入回路+反馈回路）、**放大单元**。 #### 1. 直流毫伏变送器量程单元  由输入回路和反馈回路组成。 $$\begin{align} U_{o}=\beta \left[U_{i}+(\alpha-\gamma)\cdot U_{Z}\right] \end{align}$$ $\beta$ 输出和输入信号之间的比例系数，用于调整量程。输出信号范围不变，比例系数越大，输入信号的量程范围越小。 $(\alpha-\gamma)\cdot U_{Z}$ 表示变送器调零信号，用于改变零点，改变 $\alpha$ 可以实现正负向迁移。 - $W_{1},R_{104}$ 小范围调零，$R_{103}$ 大范围零点迁移 - $W_{2}$ 改变比例系数 $\beta$，调整量程范围和零点（需要反复调整才能满足需求） #### 2. 热电偶温度变送器量程单元  - 输入回路增加了铜电阻构成的**热电偶冷端温度补偿电路** 两线制：一个铜电阻；四线制：两个铜电阻，$0^{\circ}$ 固定为 50 $\Omega$ - 将调零电位器移到反馈回路的支路上 - 在**反馈回路**中增加了由运算放大器构成的**线性化电路** 线性化电路实际上是一个折线电路，使用折线法近似热电偶的特性曲线。 #### 3. 热电阻温度变送器量程单元   - **输入回路**中有**线性化电路** 热电阻阻值的增加量随温度升高而逐渐减小。（$R_{t}-t$ 曲线上凸） 使用**正反馈方法**，将热电阻两段电压信号引到运算放大器同相端，补偿热电阻随温度升高变化量逐渐减小的趋势。（$U_{t}-R_{t}$ 曲线下凹） 最终使得 $U_{t}-t$ 为直线关系 - 设置**热电阻的引线补偿电路** 使用三导线接法，来**消除引线电阻压降**对测量的影响。 只能在某一点上进行全补偿，一般取变送器量程上限某一点进行全补偿。