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1、过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第1页页掌握控制仪表的信号标准及使用方法掌握控制仪表的信号标准及使用方法掌握控制仪表防爆知识掌握控制仪表防爆知识理解理解DDZ-DDZ-型仪表的型号含义和命名方法型仪表的型号含义和命名方法 掌握掌握DDZ-DDZ-型仪表分析方法型仪表分析方法能理解电动仪表采用电流信号传送和控制室采用电能理解电动仪表采用电流信号传送和控制室采用电压信号接线的道理压信号接线的道理能识别控制仪表铭牌上关于型号、防爆等级的含义能识别控制仪表铭牌上关于型号、防爆等级的含义第第1章章 过程控制仪表的基本知识过程控制仪表的基本知识知识目标
2、知识目标技能目标技能目标过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第2页页1.1 控制仪表的信号制控制仪表的信号制1.2 电动仪表信号标准的使用电动仪表信号标准的使用1.3 控制仪表的防爆知识控制仪表的防爆知识1.4 过程控制仪表的型号命名过程控制仪表的型号命名1.5 过程控制仪表的分析方法过程控制仪表的分析方法第第1章章 过程控制仪表的基本知识过程控制仪表的基本知识过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第3页页1.11.1 信号制信号制信信信信号号号号制制制制即即即即信信信信号号号号标标标标准准准准，
3、是是是是指指指指仪仪仪仪表表表表之之之之间间间间采采采采用用用用的的的的传传传传输输输输信信信信号号号号的的的的类类类类型型型型和和和和数值。数值。数值。数值。下限下限上限上限20kPa(0.2Kgf/cm20kPa(0.2Kgf/cm2 2)100kPa(1Kgf/cm100kPa(1Kgf/cm2 2)电流信号电流信号负载电阻负载电阻mAmA欧欧0-10mA0-10mA欧欧欧欧目目目目的的的的：达达达达到到到到通通通通用用用用性性性性和和和和相相相相互互互互兼兼兼兼容容容容性性性性的的的的要要要要求求求求，以以以以便便便便不不不不同同同同系系系系列列列列或或或或不不不不同同同同厂厂厂厂家家
4、家家生生生生产产产产的的的的仪仪仪仪表表表表能能能能够够够够共共共共同同同同使使使使用用用用在在在在同同同同一一一一控控控控制制制制系系系系统统统统中中中中，实现系统的功能。实现系统的功能。实现系统的功能。实现系统的功能。过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第4页页1.2 电动仪表信号标准的使用电动仪表信号标准的使用现场与控制室仪表之间采用现场与控制室仪表之间采用直流电流信号直流电流信号 优点：直流比交流干扰少优点：直流比交流干扰少 直流信号对负载的要求简单直流信号对负载的要求简单 电流比电压更利于远传信息电流比电压更利于远传信息 缺缺点点：多
5、多个个仪仪表表接接收收同同一一电电流流信信息息，它它们们 必须串联。必须串联。要求：要求：接收仪表输入电阻小接收仪表输入电阻小 任何一个仪表在拆离信号回路之任何一个仪表在拆离信号回路之前首先要把该仪表的两个输入端短前首先要把该仪表的两个输入端短接，否则其它仪表将会因电流中断接，否则其它仪表将会因电流中断而失去信号而失去信号 仪表无公共接地点，须浮空工作仪表无公共接地点，须浮空工作变送器变送器发送者发送者rrIoRL1RL2负载负载接受者接受者现场现场控制室控制室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第5页页控制室内部仪表之间采用直流电压信号控制室
6、内部仪表之间采用直流电压信号IoViRL1RL2RL3现场现场控制室控制室优点：优点：任何一个仪表拆离信号回路都不会影响其它仪表的运行。任何一个仪表拆离信号回路都不会影响其它仪表的运行。各个仪表具有公共接地点，可以共用一个直流电源。各个仪表具有公共接地点，可以共用一个直流电源。要求：接收仪表的输入阻抗要足够高要求：接收仪表的输入阻抗要足够高过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第6页页1.31.3 仪表防爆的基本知识仪表防爆的基本知识气气动动仪仪表表从从本本质质上上来来说说具具有有防防爆爆性性能能（不不可可能能产产生生火花）。火花）。电动仪表必须
7、采取必要的防爆措施才具有防爆性能。电动仪表必须采取必要的防爆措施才具有防爆性能。原原因因：在在某某些些生生产产现现场场存存在在着着各各种种易易燃燃、易易爆爆气气体体（炼炼油油、化化工工等等生生产产现现场场）。安安装装在在这这种种危危险险场场所所的的仪仪表表如如果果产产生生火火花花，就就容容易易引引起起爆爆炸炸，因而必须具有防爆性能。因而必须具有防爆性能。过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第7页页1.1.防爆仪表的标准防爆仪表的标准防爆仪表的分类防爆仪表的分类 防爆仪表的分级和分组防爆仪表的分级和分组 防爆仪表的标志防爆仪表的标志标准：标准：标
8、准：标准：国家标准国家标准GB3836.1GB3836.1爆炸性环境用防爆电气设备通用要求爆炸性环境用防爆电气设备通用要求标志：标志：标志：标志：iaIICT5iaIICT5，iaIICT6iaIICT6，dIIBT3dIIBT3过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第8页页防爆仪表的分类防爆仪表的分类S特殊型特殊型 n无火花型无火花型 q充沙型充沙型 O充油型充油型 P正压型正压型 i本质安全型本质安全型 e增安型增安型 d隔爆型隔爆型 按照国标按照国标GB3836.1GB3836.1规定，防爆电气设备分为两大类：规定，防爆电气设备分为两大类：
9、I I 类：煤矿井下用电气设备类：煤矿井下用电气设备 IIII类：工厂用电气设备类：工厂用电气设备IIII类类(工厂用工厂用)电气设备又分为电气设备又分为8 8种类型。其标志如下：种类型。其标志如下：过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第9页页在爆炸性气体或蒸汽中使用的仪表，引起爆在爆炸性气体或蒸汽中使用的仪表，引起爆炸主要有两方面原因：炸主要有两方面原因：2.2.仪表过高的表面温度仪表过高的表面温度IIII类类(工厂用工厂用)防爆仪表的分级和分组就是针对防爆仪表的分级和分组就是针对上述两个方面进行的。上述两个方面进行的。1.1.仪仪表表产产生
10、生能能量量过过高高的的电电火火花花或或仪仪表表内内部部因因故故障障产产生生的的火火焰焰通通过过表表壳壳的的缝缝隙隙引引燃燃仪仪表表外的气体或蒸汽外的气体或蒸汽过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第10页页防爆仪表的分级防爆仪表的分级0.45MICR 0.45MICR 0.5dmax 0.5dmax II C II C 0.8MICR0.45 0.8MICR0.45 0.9 0.9 dmaxdmax0.5 0.5 II B II B MICR0.8 MICR0.8 d dmax0.9 max0.9 II A II A MICR MICR d dm
11、axmax(mm)(mm)级别级别根据：最大试验安全间隙根据：最大试验安全间隙d dmaxmax 或或 最小点燃电流的比值最小点燃电流的比值MICRMICR防爆仪表的分组防爆仪表的分组防爆仪表的分组防爆仪表的分组根据：仪表最高表面温度根据：仪表最高表面温度450450T1T1300300T2T2200200T3T3135135T4T48585100100最高表面温度最高表面温度T6T6T5T5温度组别温度组别仪表的最高表面温度仪表的最高表面温度=实测最高表面温度实测最高表面温度实测时环境温度实测时环境温度 +规定最高环境温度规定最高环境温度过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学
12、院兰州石化职业技术学院EXIT第第11页页防爆仪表的标志防爆仪表的标志防防爆爆仪仪表表的的防防爆爆标标志志为为“ExExExEx”；仪仪表表的的防防爆爆等等级级标标志志的的顺顺序序为为：防防防防爆爆爆爆型型型型式式式式、类类类类别别别别、级级级级别别别别、温温温温度度度度组组组组别别别别。过过程程控控制制仪仪表表常常见见的的防防爆爆等等级级有有iaIICT5 (iaIICT6)和和dIIBT3二二种种。前前者者表表示示II类类本本质质安安全全型型ia等等级级C C级级T5T5组组；后后者者表表示示II类类隔隔爆爆型型B B级级T3T3组。组。防爆仪表的分级与分组，与易燃易爆气体或蒸汽的分级和分
13、组是相对应的。防爆仪表的分级与分组，与易燃易爆气体或蒸汽的分级和分组是相对应的。硝酸乙脂硝酸乙脂 二硫化碳二硫化碳 乙炔乙炔 氢、水煤气氢、水煤气 IIC 乙醚、二乙醚、二乙醚乙醚 二甲醚、丙烯二甲醚、丙烯醛、碳化氢醛、碳化氢 环氧丙烷、丁二烯、环氧丙烷、丁二烯、乙烯乙烯 丙烯脂、二甲醚、环丙烷、丙烯脂、二甲醚、环丙烷、市用煤气市用煤气 IIB 亚硝酸乙脂亚硝酸乙脂 乙醛、三乙醛、三甲胺甲胺 环乙烷、戊烷、环乙烷、戊烷、己烷、庚烷、辛己烷、庚烷、辛烷、汽油、煤油、烷、汽油、煤油、柴油、戊醇、己柴油、戊醇、己醇、环乙醇醇、环乙醇 乙醇、丁醇、丁烷、乙醇、丁醇、丁烷、醋酸丁脂、醋酸戊醋酸丁脂、醋酸
14、戊脂、环戊烷、丙烯、脂、环戊烷、丙烯、乙苯、甲醇、丙醇乙苯、甲醇、丙醇 甲烷、氨、乙烷、丙烷、甲烷、氨、乙烷、丙烷、丙酮、苯、甲苯、一氧化丙酮、苯、甲苯、一氧化碳、丙烯酸、甲脂、苯乙碳、丙烯酸、甲脂、苯乙烯、醋酸乙脂、醋酸、氯烯、醋酸乙脂、醋酸、氯苯、醋酸甲脂苯、醋酸甲脂 IIA T685100 T5100135 T4135200 T3200300 T2300400 T1450 组别组别过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第12页页 过程控制仪表的防爆措施过程控制仪表的防爆措施过程控制仪表主要有过程控制仪表主要有:隔爆型防爆仪表隔爆型防爆仪表
15、本质安全型防爆仪表本质安全型防爆仪表 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第13页页隔爆型防爆仪表隔爆型防爆仪表特点：特点：仪表的电路和接线端子全部置于防爆壳体内仪表的电路和接线端子全部置于防爆壳体内 防爆措施：防爆措施：v采用耐压采用耐压8080100N/cm100N/cm2 2以上的表壳以上的表壳v表表壳壳外外部部的的温温升升不不得得超超过过由由易易爆爆性性气气体体或或蒸蒸汽汽的引燃温度所规定的数值的引燃温度所规定的数值v表表壳壳接接合合面面的的缝缝隙隙宽宽度度及及深深度度，应应根根据据它它的的容容积和易爆性气体的级别采用规定的数值积和易爆
16、性气体的级别采用规定的数值使用注意：使用注意：*揭开仪表表壳后，将失去了防爆性能揭开仪表表壳后，将失去了防爆性能 *长期使用会逐渐降低防爆性能长期使用会逐渐降低防爆性能 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第14页页本质安全型防爆仪表本质安全型防爆仪表v正常状态指在设计规定条件下的工作状态，故障状态正常状态指在设计规定条件下的工作状态，故障状态指电路中非保护性元件损坏或产生短路、断路、接地指电路中非保护性元件损坏或产生短路、断路、接地及电源故障等情况。及电源故障等情况。v本本质质安安全全型型防防爆爆仪仪表表也也称称安安全全火火花花型型防防爆爆仪
17、仪表表。这这种种仪仪表表，在在正正常常状状态态下下或或规规定定的的故故障障状状态态下下产产生生的的电电火火花花和和热热效效应应均不会引起规定的易爆性气体混合物爆炸。均不会引起规定的易爆性气体混合物爆炸。本质安全型本质安全型iaia和和ibib两个等级分别表示：两个等级分别表示：1.1.1.1.iaiaiaia 等级等级等级等级 在正常工作、一个故障和两个故障时均不能在正常工作、一个故障和两个故障时均不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。点燃爆炸性气体混合物的电气设备。2.2.2.2.ibibibib 等级等级等级等级 在正常工作和一个故障时不能点燃爆炸性气在正常工作和一个故障时不能点燃爆炸性气体
18、的电气设备。体的电气设备。过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第15页页控制系统的防爆措施控制系统的防爆措施要要使使整整个个测测量量或或控控制制系系统统的的防防爆爆性性能能符符合合安安全全火火花花防防爆爆要要求，必须满足：求，必须满足：1.1.在危险场所使用安全火花型防爆仪表在危险场所使用安全火花型防爆仪表2.2.在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅变送器变送器安全栅安全栅控制器控制器安全栅安全栅执行器执行器现场现场危险场所危险场所控制室控制室非危险场所非危险场所要真正实现安全火花防爆，必须注意：要真
19、正实现安全火花防爆，必须注意：4 4方面的要求。方面的要求。过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第16页页（8）执行单元：气动执行器、电气阀门定位器等。）执行单元：气动执行器、电气阀门定位器等。1.4 过程控制仪表的型号命名过程控制仪表的型号命名按过程控制仪表在系统中的作用和特点可分为八类。按过程控制仪表在系统中的作用和特点可分为八类。按过程控制仪表在系统中的作用和特点可分为八类。按过程控制仪表在系统中的作用和特点可分为八类。（1 1）变送单元：温度变送器、差压变送器、液位变送器、）变送单元：温度变送器、差压变送器、液位变送器、）变送单元：温度
20、变送器、差压变送器、液位变送器、）变送单元：温度变送器、差压变送器、液位变送器、压力变送器等。压力变送器等。压力变送器等。压力变送器等。（2 2）调节单元：基型控制器、特种控制器。）调节单元：基型控制器、特种控制器。）调节单元：基型控制器、特种控制器。）调节单元：基型控制器、特种控制器。（3 3）给定单元：恒流给定器、比值给定器。）给定单元：恒流给定器、比值给定器。）给定单元：恒流给定器、比值给定器。）给定单元：恒流给定器、比值给定器。（4 4）转换单元：电）转换单元：电）转换单元：电）转换单元：电/气转换器、电流转换器。气转换器、电流转换器。气转换器、电流转换器。气转换器、电流转换器。（5
21、5）计算单元：加减器、乘除器、开方器等。）计算单元：加减器、乘除器、开方器等。）计算单元：加减器、乘除器、开方器等。）计算单元：加减器、乘除器、开方器等。（6 6）显示单元：积算器、记录仪等。）显示单元：积算器、记录仪等。）显示单元：积算器、记录仪等。）显示单元：积算器、记录仪等。（7 7）辅助单元：安全栅、配电器、操作器等。）辅助单元：安全栅、配电器、操作器等。）辅助单元：安全栅、配电器、操作器等。）辅助单元：安全栅、配电器、操作器等。过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第17页页DDZ-型仪表的型号及命名型仪表的型号及命名DDZ-DDZ-型
22、仪表各单元的型号由三部分组成，各型仪表各单元的型号由三部分组成，各型仪表各单元的型号由三部分组成，各型仪表各单元的型号由三部分组成，各部分之向用短横线隔开，格式如下。部分之向用短横线隔开，格式如下。部分之向用短横线隔开，格式如下。部分之向用短横线隔开，格式如下。第一部分由三个汉语拼音大写字母所组成。第一部分由三个汉语拼音大写字母所组成。第一部分由三个汉语拼音大写字母所组成。第一部分由三个汉语拼音大写字母所组成。第一个字母均为第一个字母均为第一个字母均为第一个字母均为D D，表示属于电动单元组合仪表。，表示属于电动单元组合仪表。，表示属于电动单元组合仪表。，表示属于电动单元组合仪表。D-D-第二
23、个字母代表仪表大类，字母含意如下：第二个字母代表仪表大类，字母含意如下：第二个字母代表仪表大类，字母含意如下：第二个字母代表仪表大类，字母含意如下：B-B-变送单元；变送单元；变送单元；变送单元；T-T-调节单元；调节单元；调节单元；调节单元；X-X-显示单元；显示单元；显示单元；显示单元；J-J-计算单元；计算单元；计算单元；计算单元；Z-Z-转换单元；转换单元；转换单元；转换单元；K-K-执行单元；执行单元；执行单元；执行单元；G-G-给定单元；给定单元；给定单元；给定单元；F-F-辅助单元。辅助单元。辅助单元。辅助单元。过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业
24、技术学院EXIT第第18页页在变送单元中：在变送单元中：W-温度和温差；温度和温差；Y-压力；压力；C-差压。差压。在调节单元中：在调节单元中：L-连续；连续；D-断续。断续。在运算单元中：在运算单元中：J-加减；加减；S-乘除；乘除；K-开方。开方。在显示单元中：在显示单元中：Z-指示；指示；J-记录；记录；B-报警；报警；S-积算。积算。在执行单元中：在执行单元中：Z-直行程；直行程；J-角行程。角行程。第三个字母代表各大类中的产品小类，同一第三个字母代表各大类中的产品小类，同一第三个字母代表各大类中的产品小类，同一第三个字母代表各大类中的产品小类，同一字母在不同大类中有不同的含义，如：字
25、母在不同大类中有不同的含义，如：字母在不同大类中有不同的含义，如：字母在不同大类中有不同的含义，如：过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第19页页例如例如例如例如,DBC-2310,DBC-2310为一台差压变送器的型号规格。其中为一台差压变送器的型号规格。其中为一台差压变送器的型号规格。其中为一台差压变送器的型号规格。其中第一位数字第一位数字第一位数字第一位数字“2”2”表示工作压力为表示工作压力为表示工作压力为表示工作压力为400kPa400kPa，第二位数，第二位数，第二位数，第二位数字字字字“3”3”表示测量范围为表示测量范围为表示测量
26、范围为表示测量范围为0 0600Pa600Pa至至至至0 04kPa4kPa，第三，第三，第三，第三位数字位数字位数字位数字“l”l”表示带单平法兰，第四位数字表示带单平法兰，第四位数字表示带单平法兰，第四位数字表示带单平法兰，第四位数字“0”0”表示表示表示表示序号。序号。序号。序号。第二部分由四位阿拉伯数字组成，这四位数字代第二部分由四位阿拉伯数字组成，这四位数字代第二部分由四位阿拉伯数字组成，这四位数字代第二部分由四位阿拉伯数字组成，这四位数字代表产品的种类、规格和结构特征。表产品的种类、规格和结构特征。表产品的种类、规格和结构特征。表产品的种类、规格和结构特征。第三部分由一个或数个汉语
27、拼音大写字母组成，第三部分由一个或数个汉语拼音大写字母组成，第三部分由一个或数个汉语拼音大写字母组成，第三部分由一个或数个汉语拼音大写字母组成，标志产品的特殊用途。标志产品的特殊用途。标志产品的特殊用途。标志产品的特殊用途。例如例如例如例如,安全火花防爆（安全火花防爆（安全火花防爆（安全火花防爆（A A）、隔离防爆（）、隔离防爆（）、隔离防爆（）、隔离防爆（B B）、防腐（）、防腐（）、防腐（）、防腐（F F）、）、）、）、船用（船用（船用（船用（C C）等。当具备一个以上特殊用途时，按字母顺序）等。当具备一个以上特殊用途时，按字母顺序）等。当具备一个以上特殊用途时，按字母顺序）等。当具备一个
28、以上特殊用途时，按字母顺序排列。排列。排列。排列。过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第20页页第三个字母表示测量参数或仪表品种第三个字母表示测量参数或仪表品种QDZ型仪表的型号及命名型仪表的型号及命名QDZQDZ型仪表型号格式为型仪表型号格式为型仪表型号格式为型仪表型号格式为Q-Q-，第二个字母代表仪表大类，字母含义同第二个字母代表仪表大类，字母含义同DDZ-型仪表型仪表最后一个部分是阿拉伯数字，用以表示最后一个部分是阿拉伯数字，用以表示最后一个部分是阿拉伯数字，用以表示最后一个部分是阿拉伯数字，用以表示产品系列、规格、结构特征等编号。产品系
29、列、规格、结构特征等编号。产品系列、规格、结构特征等编号。产品系列、规格、结构特征等编号。过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第21页页1.5 过程控制仪表的分析方法过程控制仪表的分析方法n n过程控制仪表的总体分析思路过程控制仪表的总体分析思路过程控制仪表的总体分析思路过程控制仪表的总体分析思路n n采用单个放大器电路分析方法采用单个放大器电路分析方法采用单个放大器电路分析方法采用单个放大器电路分析方法n n采用集成运算放大器电路分析方法采用集成运算放大器电路分析方法采用集成运算放大器电路分析方法采用集成运算放大器电路分析方法过程控制仪表及装
30、置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第22页页总体分析思路总体分析思路从仪表整体结构上看，模拟式控制仪表有两种构成形式：从仪表整体结构上看，模拟式控制仪表有两种构成形式：1.1.仪表整机采用单个放大器，仪表整机采用单个放大器，其其放放大大器器可可由由若若干干级级放放大大电电路路或或不不同同的的放放大大器器串串联而成。联而成。属属于于这这一一类类的的仪仪表表有有：DDZ-IIDDZ-II型型仪仪表表、大部分的变送器、气动仪表等。大部分的变送器、气动仪表等。2.2.整整机机由由数数目目不不等等的的运运算算放放大大器器电电路路以以不不同同形形式式（主主要是串联形式）
31、组装而成。要是串联形式）组装而成。采用运算放大器的仪表都属于这一类构成形式采用运算放大器的仪表都属于这一类构成形式 如：如：DDZ-IIIDDZ-III型系列、型系列、I I系列、系列、EKEK系列仪表等。系列仪表等。过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第23页页采用单个放大器的仪表分析采用单个放大器的仪表分析采采用用单单个个放放大大器器的的仪仪表表一一般般有有如如下下的的结结构构：输输入入部部分分、放放大器和反馈部分。大器和反馈部分。单回路负反馈单回路负反馈单回路负反馈单回路负反馈KiKKf+zi zfxy输入部分输入部分放大器放大器反馈部分
32、反馈部分求传递函数？求传递函数？求传递函数？求传递函数？仪表的特性仪表的特性仪表的特性仪表的特性如果该仪表满足深度负反馈（如果该仪表满足深度负反馈（如果该仪表满足深度负反馈（如果该仪表满足深度负反馈（K*K*KfKf11)，则：则：则：则：特点：特点：特点：特点：.在满足在满足K*K*KfKf11的条件时，仪表的输出与输入关系仅取决于的条件时，仪表的输出与输入关系仅取决于输入部分的特性和反馈部分的特性；输入部分的特性和反馈部分的特性；2.2.在满足在满足K*K*KfKf11的条件时，放大器的净输入的条件时，放大器的净输入 趋向于零（趋向于零（00）。）。过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州
33、石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第24页页分析方法分析方法 1 1、将仪表划分为输入部分、放大器和反馈部分；、将仪表划分为输入部分、放大器和反馈部分；2 2、对各个部分分析，重点是输入部分和反馈部分；、对各个部分分析，重点是输入部分和反馈部分；3 3、求出整机输出与输入之间的关系，得整机特性。、求出整机输出与输入之间的关系，得整机特性。比较环节的确定可以从放大器的输入端即比较环节的确定可以从放大器的输入端即 所加位置着手；所加位置着手；取样环节的确定可以从仪表的输出信号回路着手取样环节的确定可以从仪表的输出信号回路着手 。过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰
34、州石化职业技术学院EXIT第第25页页采用运算放大器的仪表分析方法采用运算放大器的仪表分析方法这这类类仪仪表表的的线线路路是是由由若若若若干干干干个个个个运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器电电电电路路路路组组组组装装装装而而而而成成成成，主主主主要要要要是是是是运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器电电电电路路路路以以以以串串串串联联联联形形形形式式式式相相相相联联联联。由由于于每每一一个个运运算算放放大大器器电电路路的的输输出出电电阻阻很很小小，而而输输入入电电阻阻又又都都足足够够大大，这这样样，前前、后后级级运运算算放放大大器电路之间相互影响很小。器电路之间相互影响很小。分分析析这
35、这类类仪仪表表时时，可可可可以以以以把把把把整整整整个个个个仪仪仪仪表表表表线线线线路路路路分分分分成成成成一一一一个个个个个个个个运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器电电电电路路路路单单单单独独独独地地地地进进进进行行行行分分分分析析析析，最最最最后后后后再再再再综综综综合合合合得到整机的特性得到整机的特性得到整机的特性得到整机的特性。过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第26页页运算放大器的基本知识运算放大器的基本知识运算放大器的引出端运算放大器的引出端运算放大器的引出端运算放大器的引出端输入端输入端(+(+、-)-)：+端为同相输入端
36、端为同相输入端 -端为反相输入端端为反相输入端U UT T 为同相端对地的电压为同相端对地的电压U UF F 为反相端对地的电压为反相端对地的电压电压差电压差U Ud d 从同相端到反相端从同相端到反相端输输出出端端：U Uo o 为为输输出出端端对对地地的的电电压压(输出电压输出电压)UTUFUdUoU+U电源端（电源端（U+U+、U-U-）分分析析线线路路时时往往往往把把运运算算放放大大器器看看成成是是双双端端输输入入、单单端端输输出出的的三端器件。三端器件。过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第27页页运算放大器的基本性能运算放大器的基本
37、性能Uc为共模输入电压为共模输入电压Ud为差模输入电压为差模输入电压任何一个运算放大器，其允许承受的任何一个运算放大器，其允许承受的U Uc c和和U Ud d都有一定的限制，都有一定的限制，制造厂规定了运算放大器的最大差模输入电压制造厂规定了运算放大器的最大差模输入电压(又称差模输又称差模输入范围入范围)和最大共模输入电压和最大共模输入电压(又称共模输入范围又称共模输入范围)。运算放大器的输出电压和电流也都有一定的限制，最大输出运算放大器的输出电压和电流也都有一定的限制，最大输出电压一般比电源电压低电压一般比电源电压低1 12V,2V,最大输出电流一般为最大输出电流一般为5mA5mA或或10
38、mA10mA，在仪表电路中需要输出大电流时，往往采用三极管进行电在仪表电路中需要输出大电流时，往往采用三极管进行电流放大。流放大。如果对两个输入端信号进行改写：如果对两个输入端信号进行改写：如果对两个输入端信号进行改写：如果对两个输入端信号进行改写：过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第28页页理想运算放大器的基本理想运算放大器的基本性能性能+K Ko oR Ro oR Ri iU UF FU UT TI IbFbFI IbTbTU Ud dU Uo o输入电阻：输入电阻：Ri Ri输出电阻：输出电阻：Ro Ro0开环增益：开环增益：Ko Ko
39、失调、漂移为零失调、漂移为零重要结论（理想运放在重要结论（理想运放在重要结论（理想运放在重要结论（理想运放在正常正常使用过程中满足）：使用过程中满足）：使用过程中满足）：使用过程中满足）：1.差模输入为差模输入为0：UTUF（Ud0）2.输入端电流为输入端电流为0：IbF0，IbT0过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第29页页基本运放电路：反相端输入基本运放电路：反相端输入=0=0UFUTUoUiR1R2R3UT=?UT=0UF=?结果：结果：结果：结果：1 1输出电压与输入电压成正比，其比例系数为输出电压与输入电压成正比，其比例系数为R R
40、2 2/R/R1 1；2 2输出与输入极性相反；输出与输入极性相反；3 3反相端不接地，但反相端不接地，但U UF F=0=0，故称反相端为故称反相端为“虚地虚地”；4 4输入电阻约等于输入回路电阻输入电阻约等于输入回路电阻R R1 1；5 5输入回路电流输入回路电流I Ii i，全部流经反馈回路，即全部流经反馈回路，即I If f=I Ii i特点：特点：特点：特点：IiIf过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第30页页基本运放电路：同相端输入基本运放电路：同相端输入=UiUT=?UT=UiUF=?结果：结果：结果：结果：UFUTUoUiR1
41、R2R31 1输出电压与输入电压成正比，其比例系数为（输出电压与输入电压成正比，其比例系数为（1+R2/R11+R2/R1）；）；2 2输出与输入极性相同；输出与输入极性相同；3 3同相端和反相端存在共模电压同相端和反相端存在共模电压UC=Ui ；4 4输入电阻等于运放本身的输入电阻，通常为输入电阻等于运放本身的输入电阻，通常为1 1 500M500M。特点：特点：特点：特点：过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第31页页基本运放电路：差动输入基本运放电路：差动输入UT=?UF=?结果：结果：结果：结果：1在在满满足足R1/R3=R2/R4 电
42、电阻阻匹匹配配条条件件时时，差差动动输输入入放放大大器器电电路路的的输输出出电电压压仅仅仅仅取取决决于于两两个个输输入入电电压压之之差差Uid=UiT-UiF，即即这这种种电电路路只只放放大大差差动动信信号号，不不放放大大共共模模信信号号，且且与与差差动动信信号号Uid 成成正正比比，比比例例系系数数为为R2/R1。输输出出电电压压与与差差动信号极性相同。动信号极性相同。在仪表线路中，往往取得在仪表线路中，往往取得R1=R3、R2=R4，形成所谓对称差动运放电路。形成所谓对称差动运放电路。2运算放大器输入端存在共模电压运算放大器输入端存在共模电压 特点：特点：特点：特点：UFUTUoUiTR1
43、R2R3UiFR4 IbT=0 IbF=0UT=UFR1/R3=R2/R4过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第32页页基本运放电路：电压跟随器基本运放电路：电压跟随器UoUiU0=Ui 特点特点：输入电阻高：输入电阻高 输出电阻低输出电阻低 它在仪表电路应用中，起隔离作用它在仪表电路应用中，起隔离作用基本运放电路：反相端输入基本运放电路：反相端输入基本运放电路：反相端输入基本运放电路：反相端输入基本运放电路：同相端输入基本运放电路：同相端输入基本运放电路：同相端输入基本运放电路：同相端输入基本运放电路：差基本运放电路：差基本运放电路：差基本运
44、放电路：差 动动动动 输入输入输入输入基本运放电路：电压跟随器基本运放电路：电压跟随器基本运放电路：电压跟随器基本运放电路：电压跟随器U0=Ui过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第33页页运算放大器的单电源供电运算放大器的单电源供电运算放大器需要电源，通常有运算放大器需要电源，通常有2种供电方式：单电源供电和双种供电方式：单电源供电和双电源供电电源供电UoUTUFE=Ep+EoUoUTUFEp En出出于于仪仪表表总总体体设设计计的的需需要要、便便于于仪仪表表的的安安装装以以及及变变送送器器采采用用二二线线制制等等原原因因，在在仪仪表表线线路
45、路中中，一一般般都都采采用用单单电电源源供供电电，即即由一组由一组+24V电源供电。电源供电。过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第34页页运算放大器的使用条件运算放大器的使用条件运算放大器不论采用单电源供电还是双电源供电，运算放大器不论采用单电源供电还是双电源供电，都必须满足以下条件：都必须满足以下条件：UoUTUFUU0V24V19V2V12V12V7V10V0V24V23V1V12V12V11V11V共模输入电压范围共模输入电压范围输出电压范围输出电压范围过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT
46、第第35页页III型仪表中运放的供电型仪表中运放的供电DDZ-IIIDDZ-III型型等等系系列列仪仪表表的的信信号号范范围围为为1 15V5V，在在24V24V单单电电源源供供电电时时，显显然不能满足共模输入范围的要求。然不能满足共模输入范围的要求。UoUTUFE=Ep+EoEp En为为此此，在在仪仪表表的的电电路路中中，采采用用电电平平移移动动的的方方法法，即即另另加加电电平平移移动动电电源源U UB B ，以便使以便使U UT T 和和U UF F 进入共模输入范围以内进入共模输入范围以内。另另加加电电平平移移动动电电源源U UB B 之之后后，运运算算放放大大器器电电路路在在单单电电
47、源源供供电电时时以以U UB B 为为基基准准的的运运算算关关系系，跟跟双双电电供供电电时时以以地地（0V0V）为为基基准准的的运运算算关关系系，在在形形式式上上完完全全相相同同。在在DDZ-IIIDDZ-III型型仪仪表表及及其其它它系系列列仪仪表表中中，所所有有接接收收仪仪表表的的输入电路均采用这种形式的电路。输入电路均采用这种形式的电路。过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第36页页分析方法分析方法 采采用用运运算算放放大大器器的的仪仪表表分分析析方方法法是是把把整整个个仪仪表表线线路路分分成成一一个个个个运运算算放放大大器器电电路路单单
48、独独地地进进行行分分析析，最最后后再再综综合合得得到到整整机机的的特特性性。因因此此，采采用用运运算算放放大大器器的的仪仪表表线线路路分析的基础是单个运算放大器电路的分析。分析的基础是单个运算放大器电路的分析。单个运算放大器电路的分析方法通常有如下两种：单个运算放大器电路的分析方法通常有如下两种：1.1.利用基本运算放大器电路的关系式利用基本运算放大器电路的关系式2.2.利用理想运算放大器输入端的两个特征利用理想运算放大器输入端的两个特征过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第37页页利用基本运算放大器电路的关系式利用基本运算放大器电路的关系式
49、要要点点：熟熟练练灵灵活活掌掌握握基基本本运运算算放放大大器器电电路路的的关关系系式式，就就能能很很容容易易看看出出运运算算放放大大器器电电路路的的运运算算关关系系，并并能能很快地了解整个仪表的特性。很快地了解整个仪表的特性。当当然然，仪仪表表中中的的实实际际电电路路，有有时时可可能能是是两两种种基基本本电电路路的的合合成成，或或者者输输入入回回路路电电阻阻和和反反馈馈回回路路电电阻阻包包含含有有电电容等非纯阻性元件。容等非纯阻性元件。这这时时可可以以采采用用叠叠加加法法、等等效效电电源源定定理理、Y Y变变换换、阻阻抗抗变变换换法法等等方方法法进进行行处处理理，将将这这些些比比较较复复杂杂的
50、的运运算算放放大器电路转化为基本电路。大器电路转化为基本电路。特点特点特点特点：基本概念明确：基本概念明确：基本概念明确：基本概念明确 物理意义清楚物理意义清楚物理意义清楚物理意义清楚过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第38页页利用理想运算放大器输入端的两个特征利用理想运算放大器输入端的两个特征 理想运算放大器输入端的两个特征：理想运算放大器输入端的两个特征：（1 1）差模输入电压等于零，即）差模输入电压等于零，即U Ud d=0=0或或U UT T=U=UF F；（2 2）输入端输入电流等于零，即输入端输入电流等于零，即I IbTbT=0=