热工控制仪表第九章习题与思考题解答.ppt

1、第九章习题与思考题,9-1 说明3051智能变送器的工作原理及组成，它以何种方式输出数字信号? 3051C变送器由传感器组件和电子组件两部分组成。3051C变送器的工作原理是：被测差压通过隔离膜片和填充液作用于电容室中心的感压膜片，使之产生微小位移，感压膜片和它两侧电容极板所构成的差动电容值也随之改变。这一差动电容值与被测差压的大小成比例关系。电容传感器输出的信号经信号处理（AD转换）和微机处理后得到一个与输入差压对应的420mA直流电流或数字信号，作为变送器的输出。 采用HART协议，在420mA上叠加数字信号。,9-2 试述3051差压变送器的特点，其传感器部分与1151差压变送器有何不同

2、? 电容式压力传感器具有测量精度高、测量重复性好、动态响应快、对温度静压敏感度小、制造重复性好等突出优点。 3051C智能变送器是在1151S智能变送器的基础上开发出来的，而1151S智能变送器是在1151模拟变送器的基础上开发出来的。 将1151S电容室移到了电子罩的颈部后，1151S就成为了3051C。这样做的目的是使电容式室远离过程法兰和被测介质，当被测介质温度发生变化时，电容传热影响减弱，仪表的温度性能和抗干扰性能提高。,9-3快键顺序为1、3、2，试说明组态功能及选择的菜单内容。 1 DEVICE SETUP3 BASIC SETUP2 Unit(设定过程变量的工程单位)。 9-4若

3、组态功能为设定输出方式，试说明快键顺序及选择的菜单内容。 1、3、5（变送器输出类型）。 9-5快键顺序为1、2、3、1、2，试说明组态功能及选择的菜单内容。 1 DEVICE SETUP2 DIAGNOSTICS AND SERVICE 3 CAUBRATION1 RERANGE 2 Apply Values(重调量程，引入标准压力源)。,9-6手持终端屏幕显示所选择的菜单为：1Zero Trim。试说明前面所选择的菜单内容。 1 SENSOR TRIM或2 Recall Factory Trim1 Zero Trim 9-7 LD301有几块电路板？试画出它的组成方框图。 LD301由传感

4、器和主电路板组成，方框图如图9-11所示。,9-8 LD301的电容室如图9-32所示，试推导（CL-CH）/（CL-CH）与d的数学关系式。,传感器功能描述 上图中, P1和 P2 是高低容室压力。 CH= P1 侧固定极板和敏感膜片之间的电容， CL= P2 侧固定极板和敏感膜片之间的电容， d = CH 和 CL 固定极板间距离， d= 差压P = P1 - P2 引起的敏感膜片的偏移。 我们知道由两块平行板组成的电容器的电容值可以用板面积（A）和板间距离（d）的函数来表示，其关系式如下： 式中， = 电容器极板之间介质的介电常数 假如CH 和CL 作为面积相等的平行平板电容来考虑，那么

5、：,如果加在电容室上的差压（P）使敏感膜片偏移不超过d/4 的话，那么可以认为P 正比于d，即： P d,9-9 LD301电容传感器为什么不取 CL-CH作为传输信号？试用推导CL-CH与d的数学关系式证明之。 当k1,k2为常数时，（C1-C2）/（C1+C2）之比值与被测压差成线性关系；（C1-C2）/（C1+C2）之比值与介电常数无关，即从设计原理上消除了介电常数随温度变化给测量带来的误差；而差动电容C与活动极板的位移d之间呈非线性关系，且与有关。,9-10试说明LD301各个软件模块的功能。 电子转换器。有两个电子转换器：一个是将电容转换为频率（或数字信号），而电容是被测差压的函数；

6、另一个是将静压（被测介质的工作压力）转换为数字信号。 温度转换器。它将传感器工作温度转换为数字信号，进行工作温度变化的补偿，以提高测量精度。 中央处理单元。它是变送器的智能核心，担负着测量范围调整、 功能设定、比例积分微分控制、输出控制、模拟传输和HART通信等任务。 HART调制解调器。它负责在主设备和从设备之间进行数据交换。变送器从供电电流中解调信息，并把回应信息调制在电流上。1200Hz 表示“1”，2200Hz 表示“0”。由于频率信号是对称的，因此对420mA 信号的直流电平没有影响。,D/A转换器。转换器把来自CPU 的数字信号转换成模拟信号。 数字协处理器。 显示控制器。接收CP

7、U 的数据并使液晶显示器的相应字段变亮。同时控制器驱动背景光和字段的控制信号。 输出。控制供给变送器的电流。其作用如同一个可变的电阻负载，电阻数值取决于来自D/A 转换器的电压。 供电。采用信号线（两线制）向变送器电路供电。变送器静态耗电3.6mA；运行时，视测量信号大小和传感器状态而定，耗电可高达21mA。LD301 在变送器模式时，如果设置成低信号故障，则用3.6mA 指示故障；如果设置成高信号故障，则是21mA。如果低于测量下限，指示3.8mA；如果高于测量上限，则是20.5mA；测量值在3.8mA20.5mA 间正比于量程内的给定压力。4mA 对应工作量程的0，而20mA 对应100。

8、 本机零点/量程调整。两个用于调整的开关，利用磁性激活。该磁性工具不需通过机械的或电气的接触即可激活开关。,9-11试画出LD301程序树，并说明组态的操作项目。 主菜单LD301所有可利用软件资源的主菜单是一个由上向下生长的树状(倒树状)结构，所以也称为程序树，如图9-18所示。 ON-LINE SINGLE-UNIT为在线单台组态。在线单台组态供HT2与单台变送器相连时使用，而这台变送器的地址为0。 ON-LINE MULTIDROP为在线多站组态。多站组态供HT2与几个并联的变送器相连，直到地址编号为15。这些变送器的组态用 不同的地址。,OFF-LINE为离线组态。离线状态供HT2不与

9、变送器连接时使用，几个变送器的数据可写入，也可储存，它能够用标签号TAG识别 储存的标准组态。这些组态可输进变送器，而且标签号TAG也可改变。EXIT为用于返回到上一层菜单的选择，即返回LD301 OFF，ON键也有此功能。,9-12 试写出LD301 PID控制器的数学表达式，并说明各符号的意义。 式中: SP为设定值；PV为过程变量(压力、液位、流量等)；e为偏差，e= PVSP(正作用)或e=SPPV(反作用)；KP为比例增益；TI为积分时间；TD为徽分时间；MV为操作变量(输出)。,9-13 简述D传感器的工作原理。 D传感器的原理示意图如图9-22所示。D传感器是用两个对半表壳将测量

10、膜片夹住，并通过膜片边缘的焊接使膜片张紧并与中心对准，在测量膜片中心的两侧还各焊上一个磁性铁心。在压力小于90kPa时，膜片有波纹；在大于90kPa时膜片变平。这个特点的膜片提供了较好的对称性、柔软性和在静压下的准确性。,两个感应线圈在两个对半表壳内的每一侧铁心处。将两个隔离膜片边缘焊好后，它们与测量膜片之间形成两个充液容室，里面的填充液是硅油或氟油。隔离膜片的作用是使测量膜片与工作介质隔离，以防止测量膜片腐蚀和过载损坏，从外部保护了传感器。传感器用来测量绝对压力时，作为参考一侧的测量容室应为密闭真空，加在隔离膜片上的压力(或差压)是通过填充液传递到测量膜片上的。差动变压器是利用测量膜片受压力

11、(或差压)作用后所产生的位移，来改变铁心与线圈之间的相对位置，使线圈的电感量发生改变，从而使压力(或差压)变化的信号转换成线圈电感量的变化的。,9-14简述P传感器的工作原理。 P传感器，如图9-20所示。P传感器就是压阻传感器，其工作原理与压阻传感器相同，即根据材料电阻率随压力变化而变化的原理工作的。,9-15 请用方框图说明ST3000智能变送器的工作原理，它们以何种方式输出数字信号? ST3000智能变送器是美国霍尼威尔公司研制的产品。它主要由测量头和电子室两大部分组成，如图9-25所示。 ST3000变送器的主测参数是差压P，它将差压转换成420mA DC和数字信号输出，并具有双向通信

12、功能。为了消除被测介质的静压P和温度T对差压测量的影响，设置了静压传感器和温度传感器。,差压传感器、静压传感器和温度传感器将各自被测参数转换成电信号，分别经各自的信号调理电路调理成统一电平的信号，经多路开关切换至10位AD转换器转换成数字量，送入微处理器、存储器和输出信号调理单元进行处理，最后转换成420mA DC和数字信号输出。输出信号与被测差压P成正比关系。 ST3000以HART或DE通信协议输出数字信号。,9-16为什么硅谐振式传感中的硅梁、硅膜片、空腔被封在微型真空中？ 硅梁被封在微型真空中，使其既不与充灌液接触，又在振动时不受空气阻力的影响。 9-17请用框图说明EJA智能变送器的

13、工作原理。 图9-30是EJA智能变送器工作原理框图，它由单晶硅谐振式传感器和智能电路转换部件两个主要部分组成。单晶硅谐振式传感器上的两个H形振动梁分别将差压、压力信号转换为频率信号，并采用频率差分技术，将两频率差的数字信号直接输出到脉冲计数器计数，计数到的两频率差值传递到微处理器内进行数据处理。特性修正存贮器的功能是贮存单晶硅谐振式传感器在制造过程中的机械特性和物理特性，通过修正以满足传感器特性要求的一致性。,智能电路转换部分采用超大规模集成电路，并将放大器制成专用集成化小型电路ASIC，从而减少了零部件，提高了放大器自身的可靠性其体积也可做得很小。 智能电路转换部分的功能如下：将传感器来的

14、信号，经微处理器(CPU)处理和DA电路，转换成一个对应于设定测量范围的420mA DC模拟信号输出；内置存贮存放单晶硅谐振式传感器在制造过程中的机械特性和物理特性，包括环境温度特性、静压特性、传感器转入输出特性以及用户信息(位号、测量范围、阻尼时间常数、输出方式、工程单位等)。经CPU对它们进行运算处理和补偿后，可使变送器获得优良的温度特性、静压特性及输入输出特性；,通过输人输出接口(I0口)与外部设备(如手持通信器和DCS中带通信功能的I0卡)，以数字通信的方式传递数据。,9-18有一个硅膜片，膜片四周固定，膜片的表面上有二个硅梁，A梁在膜片中间，B梁在膜片边缘。当膜片下表面受压力作用时，

15、A和B分别受到什么应力作用？A和B的固有频率如何变化？,A受压缩应力，B受拉伸应力。中心处的A梁因压缩而振荡频率下降，B梁因拉伸而振荡频率增加。 9-19图9-33为手持通信器和智能变送器的接线图。图中在三个位置上画了手持通信器(分别为A、B、C)，但其中有一个不能通信，请问是哪一个?,C。 9-20 HART变送器的零点(含零点正负迁移)和量程都可以在手持通信器上进行设定和修改，它还需要接通压力信号进行校验吗？ 智能变送器的零点和量程可以通过主设备进行修改和设定，这样智能变送器还要不要通入标准信号压力进行校验?严格说来还是要的。因为不进行通入标准信号压力的设定，智能变送器是不是准确，在手持终

16、端上是不知道的，因而也是无法调整的。一般情况是这样，如果智能变送器原先是合格的，则经过手持终端改变量程后，仍然是合格的，即使超差，也不会很多。由于智能变送器的精度很高，稍超差一点不会影响使用。但若智能变送器原先是不合格的，则改变量程后仍然是不合格的，必须通入标准信号压力进行校验，进行误差调整才行。,9-21手持通信器连到变送器回路时，一定要先把变送器电源关掉吗? 手持通信器的电源也要关掉吗？ HART通信器连到变送器回路时，变送器电源可以不关，但手持通信器的电源要关掉。如果在电源开着的时候连到变送器回路，则有时会打乱变送器的程序，所以不能带电连接。 9-22变送器什么时候需要小信号切除？ 小信

17、号切除的目的是避免低流量导致的高回路增益，低流量时切除信息可以使读数更稳定，过程更好控制。,为避免因输入接近零值而产生极高的增益，当输入接近零时， 3051需要小信号切除或自动地切换到线性输出。,9-23 什么是硅电容传感器，它的工作原理如何？,MOORE公司的MYCRO XTC变送器采用的就是硅电容传感器。由于硅电容传感器是耐热玻璃和硅的结构，因而消除了变差。,ASIC（专用集成电路）是一种多谐振荡器，它向微处理器提供数字输出，硅电容传感器被接至ASIC电路，生成若干频率。将这些频率进行比较，可消除寄生和动态电容的影响。由于敏感元件内的所有电子元件都密封在膜盒中，电路可不受恶劣环境的影响。,

18、填空 3051C有 式和式两种传感器类型。 HART通信器有 和两种组态方式。 是在通信器和变送器建立通信连接的状态下进行的组态。 是在通信器和变送器未建立通信连接的状态下进行的组态。 功能可以修改变送器的数字读数与输入压力之间的变换关系。 3051C的三种零点和量程调整的方法是。,答：使用通信器直接输入量程的上下限值；使用通信器和压力输入源；使用变送器上的零点和量程按钮与压力输入源。 CONF401组态屏幕的Table翻译为 。 CONF401组态屏幕的User Unit翻译为 。 CONF401组态屏幕的Totalization翻译为 。 CONF401组态屏幕的LCD Indicator

19、翻译为 。 CONF401组态屏幕的Maintenance翻译为 。,CONF401组态屏幕的Maintenance翻译为 。 CONF401组态屏幕的Trim翻译为 。 CONF401组态屏幕的Graphics翻译为 。 CONF401组态屏幕的Multidrop翻译为 。 CONF401组态屏幕的Factory翻译为 。 CONF401组态屏幕的Information翻译为 。 CONF401组态屏幕的Divice Info翻译为 。 CONF401组态屏幕的Date sheet Info翻译为 。 CONF401组态屏幕的Monitor翻译为 。 CONF401组态屏幕的Specific

20、 Monitor翻译为 。,CONF401组态屏幕的Device Status翻译为 。 CONF401组态屏幕的Rerange翻译为 。 CONF401组态屏幕的Configration翻译为 。 CONF401组态屏幕的Write Protect翻译为 。 CONF401组态屏幕的Read Only翻译为 。 CONF401组态屏幕的Alarm Selection翻译为 。 CONF401组态屏幕的High翻译为 。 CONF401组态屏幕的Low翻译为 。 CONF401组态屏幕的Function翻译为 。 CONF401组态屏幕的linear翻译为 。,如果LD301没有连接 ，则本机

21、模式不能使能。 使用磁性工具能激活两个 。 电感式传感器也称为 式传感器。 膜片的作用是使 膜片与故障介质隔离，以防止 膜片的腐蚀和过载损坏。,选择 1151S变送器采用的核心电子器件是。 A. 电子管；B. 晶体管；C. 集成块；D. 微处理器 采用的核心电子器件是集成块。 A. 1151；B. 1151S；C. 3051C；D. 3051S 1151S采用检测技术后就成为了3051C A. 金星；B. 火星；C. 木星；D. 土星 不需要外加电源的传感器是。 A. 电容式；B. 压电式；C. 电感式；D. 压阻式 不使用压力输入源直接用通信器进行零点正迁时量程。 A. 增大；B. 减小；C. 不变,使用压力输入源和通信器进行零点正迁时量程。 A. 增大；B. 减小；C. 不变 使用压力输入源和变送器上的零点和量程按钮进行零点正迁时量程。 A. 增大；B. 减小；C. 不变 由于过压、过热（冷）或长期漂移造成传感器原有特性漂移应进行3051C变送器的。 A. 零点调整；B. 量程调整；C. 线性调整；D.数字微调 用户的压力标准与工厂（仪表制造厂）标准不同应进行3051C变送器的。 A. 零点调整；B. 量程调整；C. 线性调整；D.数