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液位變送器信號(hào)輸出時(shí)溫漂非線處理及信號(hào)放大的變換

閱讀:320        發(fā)布時(shí)間:2019-8-10

 傳感器技術(shù)已日趨成熟,液位變送器已廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制。雖然傳感器制造技術(shù)在飛速發(fā)展,但傳感器(敏感器件)輸出的信號(hào)還存在一些問題,如溫漂問題,各種傳感器都存在零點(diǎn)和靈敏度溫漂,必須減小漂移來滿足檢測(cè)和控制的精度要求;各種傳感器還都存在非線性問題,因此需要對(duì)傳感器輸出的信號(hào)要進(jìn)行線性化;大部分傳感器的輸出信號(hào)都比較小,尤其是金屬膜傳感器輸出的信號(hào)更小,必須放大并使輸出信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化,設(shè)計(jì)變送器信號(hào)調(diào)理電路可以解決上述問題。

 

投入式液位變送器

 
液位變送器的開發(fā)應(yīng)用中,常常會(huì)遇到所需的變送器的輸出與已有的變送器的輸出不同,或用戶已有的變送器的輸出不能滿足新的需求,這就需要改變變送器原來的輸出。為了滿足多種客戶的需求,就需有多種輸出的變送器。例如:作為二型表,標(biāo)準(zhǔn)輸出多為0~10mA,或0~10V,而目前應(yīng)用的三型表,卻是4~20mA 或1~5V 的,它們之間如何變換,是我們必須解決的問題。
 
  1 液位變送器變送器信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)
  1.1 溫度漂移的處理
  傳感器的溫度漂移可分為零點(diǎn)溫度漂移和靈敏度溫度漂移。零點(diǎn)溫漂即傳感器不受壓時(shí)的輸出由溫度變化引起的漂移,在傳感器的應(yīng)用中,經(jīng)常用恒流供電,零點(diǎn)及其溫漂的補(bǔ)償方法可用電阻串并聯(lián)法,采用圖1所示的電路可有效的解決零點(diǎn)溫漂問題。

液位變送器  液位變送器 
恒流供電橋路的傳感器,其靈敏度溫度補(bǔ)償通常采用的電路如圖2所示。其中R的網(wǎng)路中Rt為溫度系數(shù)與靈敏度溫漂同向的熱敏電阻,Rs、Rp、Rz為溫度系數(shù)可忽略的電阻,用來調(diào)整Rt的溫度系數(shù)。經(jīng)上述零點(diǎn)和靈敏度的溫度補(bǔ)償?shù)膫鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)即可視為在一定的溫度范圍內(nèi)與溫度變化無關(guān)。
 
  1.2 放大及非線性的處理
任何力敏傳感器的非線性都有大小、正負(fù)之分,信號(hào)的處理和傳輸時(shí)要進(jìn)行線性化處理,使后得到的信號(hào)與液位成線性關(guān)系。線性化電路就是根據(jù)非線性的大小和正負(fù)來設(shè)計(jì)的,線性化可以在信號(hào)處理的不同階段來進(jìn)行,有的在模擬信號(hào)階段進(jìn)行,有的在數(shù)字信號(hào)階段進(jìn)行。
 
在圖3 的電路中,12腳與6腳連接后調(diào)整電阻R8,可以調(diào)節(jié)正非線性;12腳與1腳連接后調(diào)整電阻R8,可以調(diào)節(jié)負(fù)非線性。

液位變送器輸出的變換
 
對(duì)于一般應(yīng)用要求的精度(±0.5%FS0),在適當(dāng)?shù)牧砍谭秶鷥?nèi),使用簡(jiǎn)單的正負(fù)反饋的修正就足夠了;小量程的傳感器應(yīng)用到大量程中,非線性會(huì)增大,有時(shí)用簡(jiǎn)單的正負(fù)反饋修正進(jìn)行線性化比較困難,使用數(shù)字線性化方法,也可以采用多點(diǎn)修正方法。
 
對(duì)于輸出信號(hào)很小,甚至只有幾mV的傳感器在制作4 ~20mA 液位變送器時(shí),可以使用性能優(yōu)良的儀表放大器,如INA118,對(duì)溫度補(bǔ)償、線性化、放大以及輸出全面考慮,設(shè)計(jì)出滿足需求的液位變送器電路。
 
也可以應(yīng)用變送器電路塊, 如xTR106,這是美國(guó)BB 公司的產(chǎn)品。具體電路如圖3所示,用該電路組裝的變送器經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行,各方面的性能都很好,其中用Wl 調(diào)零點(diǎn),W2 調(diào)量程,R3 調(diào)靈敏度溫漂,R8 調(diào)線性。

液位變送器輸出的變換

液位變送器輸出的變換
 
  2 液位變送器變送器輸出的變換
2.1 4~20mA 變換為0~5V利用OP295放大器的變換電路OP295 為雙運(yùn)放電路,噪聲低,精度高,可輸入和輸出正負(fù)信號(hào)。單電源工作3~36V,低失調(diào)電壓300 μ V,高開環(huán)增益1000V/mV,每個(gè)放大器的電源電流大為150μA,輸出電流±18mA,工作溫度-40~125℃。是一種很好的放大器。
 
用OP295放大器構(gòu)成的4~20mA變換為0~5V 的原理圖如圖4 所示。其中R1 為取樣電阻,W1 和W2 分別為調(diào)零位和滿位的電位器,二極管組用于共模調(diào)整,8V電壓可用LM317 得到。該電路組裝調(diào)試便捷,精度高。
 
利用BB 公司的RCV420 的變換電路RCV420 是 BB 公司的產(chǎn)品。它能將4~20mA 變換為0~5V。它的電源電壓額定值為±15V,靜態(tài)電流為3mA,工作溫度范圍-55~125℃。雖然說明書中給出的電源是雙電源,但也可以應(yīng)用于單電源0~24V的場(chǎng)合,這就十分方便,應(yīng)用時(shí)不加任何外部元件(見圖5)。2.2 4~20mA 變換為0~10mA把4 ~20mA 變換為0 ~10mA 的電路如圖6所示。這個(gè)電路雖然比較復(fù)雜,但性能穩(wěn)定可靠。
 
設(shè)R1上的壓降(取樣電壓)為Vi,經(jīng)推導(dǎo)可以得到流經(jīng)RL上的電流為I=(Vi-1)/R11 。很顯然,如果液位變送器變送器在零位時(shí)輸出4mA,在250 Ω的取樣電阻的壓降為1V,于是I=0。如果液位變送器變送器輸出為20mA,Vi=5V,則I=(5-1)/R11,適當(dāng)選取R11,可得I=10mA。
 
  2.3 雙4~20mA 輸出
有時(shí)為應(yīng)用方便,一個(gè)液位變送器變送器需用兩個(gè)或多個(gè)4~20mA 輸出。圖7給出了在實(shí)際應(yīng)用中很成功的解決方法。實(shí)際電路由OP295和9015PNP管構(gòu)成,調(diào)解R1 使其輸出為4~20mA,就成了雙4~20mA輸出。這個(gè)電路輸出穩(wěn)定可靠。
 
  3 結(jié)語
  本文介紹的液位傳感器的信號(hào)調(diào)理電路以及各種變送器的變換電路是作者實(shí)際工作的總結(jié),用該方法設(shè)計(jì)的液位變送器,經(jīng)多年的實(shí)際應(yīng)用,證明用該設(shè)計(jì)方法制作的變送器性能優(yōu)良運(yùn)行可靠。
 

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