過(guò)程控制儀表第2章變送器(編輯修改稿)
2025-02-14 19:57 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 調(diào)節(jié)器配合組成氧含量自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)最佳燃燒控制。 20 檢測(cè)原理： 氧化鋯對(duì)含氧量的檢測(cè)原理是基于它在 800176。 C以上的高溫時(shí)對(duì)氧離子具有良好的傳導(dǎo)特性而導(dǎo)致“濃差電池”的生成過(guò)程。如圖所示。 當(dāng)溫度達(dá)到 800176。 C以上時(shí)，空穴型氧化鋯就成為良好的氧離子導(dǎo)體；在氧化鋯管的內(nèi)外側(cè)固定了一層多孔性鉑膜電極，其內(nèi)側(cè)與空氣接觸，而外側(cè)與煙道氣接觸；由于兩側(cè)氧含量的百分比不同，因而使兩極的氧離子濃度產(chǎn)生差異，導(dǎo)致兩極間產(chǎn)生氧濃差電動(dòng)勢(shì)，可算出一定溫度下該氧濃差電動(dòng)勢(shì)與待測(cè)氣體的含氧量的關(guān)系。 能斯特方程： 12lnPPnFRTE ?R理想氣體常數(shù)（ ） F法拉第常數(shù)（ 96500C/mol), n為電子數(shù)（＝ 4） 當(dāng)兩壓力相等時(shí)： 12ln4 CCFRTE ?當(dāng)參比氣體含氧量與溫度一定： 124 CCTE ???當(dāng)空氣的含氧量為 %,溫度控制在 850℃ 時(shí) : 14 )850273(1049 CE ????按此式可算出氧濃差電動(dòng)勢(shì)與含氧量的關(guān)系。 說(shuō)明： 工作溫度越高，靈敏度越高，但氧化鋯探頭受溫度所限，一般在 800～ 850 ℃ 為宜。 練習(xí) ，利用雙室平衡容器對(duì)鍋爐汽包液位進(jìn)行測(cè)量。已知 p1=， ρ汽 =， ρ液 =， ρ冷 =， h1=， h2=。試求差壓變送器的量程，并判斷零點(diǎn)遷移的正負(fù)方向，計(jì)算遷移量。 23 二線制變送器的電路分析與設(shè)計(jì) “二線制”：變送器工作電源線和 4～ 20mA輸出信號(hào)線共用兩根線。與非二線制（四線制）儀表相比，節(jié)省兩根傳輸線，便于施工和維護(hù)，有利于 HART通信協(xié)議的實(shí)施。 由于集成電路和 MEMS的發(fā)展，傳感器越來(lái)越精細(xì)，體積越來(lái)越小。與之匹配的是多種型號(hào)的專用 IC電路芯片，完成由 mV→ 4～ 20mA的變送轉(zhuǎn)換功能。 24 1. XTR101芯片 它是美國(guó) BURR－ BROW公司生產(chǎn)的變送器通用電路芯片。 1）組成：由儀用放大器，雙匹配電流源和輸出驅(qū)動(dòng)電路等三部分組成。 2) 性能指標(biāo)：偏置電壓 ≤30?V，電壓漂移 ≤?V/℃ ，非線性 ≤％工作電壓： ～ 40VDC，一般采用24VDC溫度：－ 40～＋ 85℃ 。采用小型 14引腳雙列直插式封裝。 2. 工作原理 1）原理分析 簡(jiǎn)化電路如圖所示。 25 26 設(shè) IC1和 IC2為理想運(yùn)算放大器，同相端和反相端電位相等，運(yùn)放的輸入電流為 0，則跨導(dǎo)設(shè)置電阻 RS中的電流 IS=(e1N4－ e1N3)/RS= e1N/RS IS和 I3形成 I1，由芯片參數(shù)（內(nèi)部）設(shè)定，得到輸出電流 I0和輸入信號(hào) e1N的關(guān)系為： I0=4mA+(+40/RS)e1N 由上式可知：當(dāng) e1N＝ 0， I0=4mA； 當(dāng)為最大值， I0=20mA， 可知 (+40/RS)＝ 16mA 則 RS=40/(16mA/－ ) 由此根據(jù) RS。 27 2）應(yīng)用中的注意事項(xiàng) ①負(fù)載電阻和電源匹配 由于 XTR101為單電源工作，工作電源電壓 ～ 40V。負(fù)載電阻和電源電壓為線性關(guān)系，如下圖所示。一般變送器電源電壓為 24V，因此最大負(fù)載電阻為 750 ? 。實(shí)際應(yīng)用中變送器輸出來(lái)帶 3個(gè) 250?的負(fù)載（顯示器、調(diào)節(jié)器、 A/D輸入電阻等）。 28 ② 外接晶體管電路 如下圖所示，在 8， 9， 12腳外接一個(gè)晶體管，用以分流內(nèi)部晶體管的大部分電流。以減少芯片的功耗和溫度的變化，從而提高 XTR101的精度和穩(wěn)定性。但采用這樣設(shè)計(jì)方式應(yīng)確保外部晶體管的功率參數(shù)。 29 ③ 輸入端空載電位 放大器工作電壓 VCC，即信號(hào)輸入端應(yīng)比信號(hào)輸出端高 4～ 6V，保證電路處于線性工作范圍，由外接電阻 R2來(lái)實(shí)現(xiàn)。如下圖所示。輸入端 3， 4輸入信號(hào)為 e1n(~E2）。由內(nèi)部電流源輸出（ 10， 11） IREF1和IREF2(2mA)產(chǎn)生偏置電位。（當(dāng) R2=?，偏置電位 3， 4→7 為 5V）。 30 ④ 失調(diào)誤差的補(bǔ)償 為了消除偏置電壓的電流影響，在 1， 2和 14引腳之間設(shè)置電位計(jì) RP2，調(diào)節(jié)中心點(diǎn)位置使eIN=0時(shí)， I0=4mA。 3. 設(shè)計(jì)實(shí)例 31 1）熱電偶溫度變送器 原理電路如圖所示。設(shè)熱電偶分度號(hào)為 K,設(shè)定測(cè)量范圍 0～ 1000℃ 。 32 ① 首先查熱電偶分度表，其熱電勢(shì) 0～ (0~1000℃ )； ②計(jì)算量程電阻 RS 由上面 I0的表達(dá)式
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