电流变送器范文第1篇

引言

集成电流变送器亦称电流环电路，根据转换原理的不同可划分成以下两种类型：一种是电压／电流转换器，亦称电流环发生器，它能将输入电压转换成4～20mA的电流信号（典型产品有1B21，1B22，AD693，AD694，XTR101，XTR106和XTR115）；另一种属于电流／电压转换器，也叫电流环接收器（典型产品为RCV420）。上述产品可满足不同用户的需要。

XTR系列是美国BB（BURR－BROWN）公司生产的精密电流变送器，该公司现已并入TI公司。该系列产品包括XTR101，XTR105，XTR106，XTR110，XTR115和XTR116共6种型号。其特点是能完成电压／电流（或电流／电流）转换，适配各种传感器构成测试系统、工业过程控制系统、电子秤重仪等。

1 XTR系列产品的分类及性能特点

XTR系列精密电流变送器产品的分类及主要特点详见表1。

表1 XTR系列产品的分类及主要特点

产品

型号 满量程输入范围 激励源输出 输出电流Io/mA 环路电源Us/V 封装形式 主要特点

XTR101 10mV或50mV 两路1mA电

流源 4～20 11.6～40 DIP－14SOL－16 能将各种传感器产生的微弱电压信号转换成4～20mA的电流信号，适配应变桥、热电偶及铂热

电阻 XTR105 5mV～1V 两路0.8mA电流源 4～20 7.3～36 DIP－14 带2线制或3线制铂电阻接口，能实现温度/电流

转换 XTR106 满量程范围由电阻Rs来设定 2.5V及5V两路基准电压 4～20 7.5～36 DIP－14 带2.5V或5V激励源，适配应变桥 XTR110 0～5V或0～10V 10V基准电压 4～20或0～20或5～25 13.4～40 DIP－16 可选择输入电压范围和输出电流范围 XTR115 40～200μA 2.5V基准电压 4～20 7.5～36 SO－8 带2.5V激励源和＋5V精密稳压器，可分别给应变桥和前置放大器单独供电，能简化电源设计 XTR116 40～200μA 4.096V基准电压 4～20 7.5～36 SO－8 带4.096V激励源和＋5V精密稳压器，可分别给应变桥和前置放大器单独供电，能简化电源设计 2 XTR115型电流变送器的工作原理

2.1 性能特点

1）它属于二线制电流变送器，内部的2.5V基准电压可作为传感器的激励源。XTR115可将传感器产生的40～200μA弱电流信号放大100倍，获得4～20mA的标准输出。当环路电流接近32mA时能自动限流。如果在脚3与脚5之间并联一只电阻，就可以改变限流值。

2）芯片中增加了＋5V精密稳压器，其输出电压精度为±0.05％，电压温度系数仅为20×10－6／℃，可给外部电路（例如前置放大器）单独供电，从而简化了外部电源的设计。

3）精度高，非线性误差小。转换精度可达±0.05％，非线性误差仅为±0.003％。

4）环路电源电压的允许范围宽，Us=7.5～36V。XTR115由环路电源供电。工作温度范围是－40℃～＋85℃。

5）专门设计了功率管接口，适配外部NPN型功率晶体管，它与内部输出晶体管并联后可降低芯片的功耗。

2.2 工作原理

XTR115采用SO－8小型化封装，其内部电路框图及基本应用电路如图1所示。U＋为电源端，接环路电源。UREF为2.5V基准电压输出端。II端接输入电流。IRET为基准电压源输出电流和稳压器输出电流的返回端，可作为输入电路的公共地。OUT为4～20mA电流输出端。UREG为＋5V稳压器的输出端。B和E端为外部功率管的接口，分别接功率管的基极（B）和发射极（E）。功率管的集电极（C）接U＋端。芯片内部主要包括输入放大器（A），电阻网络，输出晶体管（VT1），2.5V基准电压源和＋5V稳压器。RLIM为内部限流电阻。元器件主要有输入电阻（RI），功率管（VT2），环路电源（Us）和负载电阻（RL）。输入电压UI先经过RI转换成输入电流II，再经过XTR115放大后从OUT端输出4～20mA的电流信号。为减小失调电压以及输入放大器的漂移量，要求UI>0.5V。输出电流与输入电流、输入电压的关系由式（1）确定。

Io=100II=100UI／RI （1）

3 XTR系列产品的应用电路

3.1 应变桥电流变送器

由XTR115构成应变桥电流变送器的电路如图2所示。将脚3视为公共地，由脚1给应变桥提供＋2.5V的电源电压。前置放大器采用TL061型单运放（亦可采用OPA2277型双运放，仅用其中的一个运放），由＋5V稳压器单独给运放供电。RI为20kΩ输入电阻，C为降噪电容，VT为外部NPN功率管，可选2N4922，TIP29C或TIP31B等型号。以2N4922为例，其主要参数为UCEO=60V，ICM=1A，PCM=30W。该电路的工作原理是当试件受力时，应变桥输出的电压信号首先经过前置放大器放大成0.8～4V的输入电压UI，再通过RI转换成40～200μA的输入电流II，最后经XTR115放大100倍后获得4～20mA的电流。

需要指出，XTR115只能配NPN功率管，不能配MOS场效应功率管。外部功率管应满足XTR115对电压、电流的要求，使用中还须给功率管装上合适的散热器。

3.2 保护电路的设计

保护电路应兼有反向电压保护与正向过压保护两种功能。XTR115的保护电路如图3所示。反向电压保护电路由二极管整流桥VD1～VD4组成，可防止因将环路电源的极性接反而损坏芯片。整流二极管可选用1N4148型高速硅开关二极管，其主要参数为URM=75V，Id=150mA，trr=4ns。采用桥式保护电路之后就不用再考虑环路电源的极性，因为，无论Us的极性是否接反，它总能保证U＋端接得是正电压。鉴于在任何时刻整流桥上总有两只二极管导通，因此，在计算环路电压ULOOP时须扣除两只硅二极管的正向压降（约为1.4V），由式（2）确定。

ULOOP=Us－IORL－1.4 （2）

过压保护电路采用一只1N4753A型稳压管，其稳定电压为36V，稳定电流为7.0mA。当环路电压过高时就被钳位到36V。实验证明，即使环路电压达到65V，XTR115也不会损坏。为了改善瞬态过压保护特性，还可采用Motorola公司生产的P6KE39A型瞬态电压抑制器（其英文缩写为TVS，亦称瞬变电压抑制二极管）来代替稳压管。P6KE39A的钳位电压UB=39V，钳位时间仅为1ns，其性能远优于齐纳稳压管。

3.3 配J型热电偶的电流变送器电路

由XTR101构成带冷端温度补偿功能的J型热电偶输入电路，如图4所示。该电路可将温度信号转换成4～20mA的电流信号。Rs为满量程（SPAN）设定电阻，其电阻值由式（3）确定。

Rs=40/[(ΔIo/U1)-0.016] （3）

式中：ΔIo=20mA－4mA=16mA。

例如，当UI=100mV时，由式（3）不难算出，Rs=278Ω。Rs的引线应尽量短，以减小干扰。当Rs=∝时，UImax=1V。Rp为调零电位器，在0℃下调整Rp可使Io=4mA。冷端温度补偿电路由二极管VD1，分压电阻R1和R2组成，R1及R2均采用精密金属膜电阻。

J型热电偶在－

电流变送器范文第2篇

关键词：HART协议 智能变送器 现场总线 数字数据通信

概述

现场总线技术是当前自动检测技术的热点之一。从现场总线技术形成来看，它是控制、计算机、通信、网络等技术发展的必然结果；而智能仪表则为现场总线的出现和应用奠定了基础。自1983年Honeywell推出智能仪表--Smar变送器之后，世界各厂家都相继推出各有特色的智能仪表。为解决开放性资源的共享问题，从用户到厂商都强烈要求形成统一标准，促进现场总线技术的形成。目前，几种有影响的现场总线技术有：基金会现场总线、LonWorks、PROFIBUS、CAN、HART，除HART外，均为全数字化现场总线协议。

全数字化意味着将取消传统的模拟信号的传送方式，而要求每一个现场设备都具有智能及数字通信能力，使得操作人员或其他设备（传感器、执行器等）向现场发送指令（如设定值、量程、报警值等），同时也能实时地得到现场设备各方面的情况（如测量值、环境参数、设备运行情况及设备校准、自诊断情况、报警信息、故障数据等）。此外，原来由主控制器完成的控制运算也分散到了各个现场设备上，大大提高了系统的可靠性和灵活性。现场总线技术关键之处在于系统的开放性，强调对标准的共识与遵从，打破了传统生产厂家各自独立标准的局面，保证了来自不同厂家的产品可以集成到同一个现场总线系统中，并且可以通过网关与其他系统共享资源。

目前，一方面现场总线标准正处在完善和发展阶段，另一方面传统的基于4～20mA的模拟设备还在广泛应用于工业控制信各个领域。因此，马上全数字化是不现实的。为满足从模拟到全数字的过渡，HART协议应运而生。HART采用频移键控（FSK）技术。它基于Bell202通信标准，在4～20mA模拟信号上叠加不同的频率信号（2200Hz表示"0"，1200Hz表示"1"）来传送数字信号（见图3）。HART协议的数据传输速率为1200bps（位/秒）。HART现场总线（简称HF）系统采用主从工作方式：主机为1台IBM-PC机；从机为1台或多台遵守HART协议的HF智能变送器。当从机只有1台HF智能变送器，即智能变送器工作在点-点方式下时，可继续使用传统的4～20mA信号进行模拟传输，而测量、调整和测试数据用数字方式传输；当从机为多台HF智能变送器时，即智能变送器工作在多站方式下时，4～20mA信号作废，每台变送器工作电流为4mA左右。所有测量，调整和测试数据均用数字方式传输。由于每台HF变送器有惟一的编号，所以主机能对每一台变送器进行操作。HART提供设备描述语言（DDL），以确保互操作性。应该指出，HART被认为是事实上的工业标准，但它本身并不算现场总线（模拟和数字的混合），只能说是现场总线的雏形，是一种过渡协议。由于4～20mA模拟信号标准将在今后相当长的时间内存在，所以研究HART协议仍具有重要意义。

本文讨论基于HART协议智能变送器的硬件实现的技术问题。一是要解决微功耗的问题，二是要讨论实现HART协议智能变送器通信功能的有效方法。

一、功耗要求

为实现智能变送器的基本功能，如线性化处理、温度补偿、自动零点和量程调整及数字通信等，以下关键器件如微控制器、A/D、D/A、通信芯片及传感器等是所必需的。图1是HART协议智能变送器的原理框图。传感器模拟量信号经A/D转换成数字量后送入单片机，单片机将处理后的数字量通过D/A转换器，经V/I转换电路输出4～20mA标准电流信号。在数字通信时，微处理器通过通信接口芯片及耦合电路，以4～20mA电流环路为介质传送和接收数据。

图1中的存储器（memory），用来存储传感器的特性参数、现场命令、现场状态等工作参数。

图2是图1中通信系统的详细方框图。中心是Bell 202通信标准的HART调制解调器，并在信号的输出端和输入端分别加1个波形整形和带通滤波器，用以加强通信的可靠性。

1.功耗要求

为兼容4～20mA现行标准，HART协议智能变送器必须可工作在4～20mA两线回路中。这就意味可用来为变送器供电的电流不能超过4mA。在实际应用中，为兼容数字与模拟两信号，通常将数据频率信号通过V/I转换电路的调整管，转换为幅度为±0.5mA的频率信号，叠加在两线的4～20mA电流环上（2200Hz表示"0"，1200Hz表示"1"），如图3所示。由于对特性，此信号的平均值为0，因此模拟和数字两种信号互不干扰。但环路上电流瞬时最大值I=4.5mA，最小值I=3.5mA，如果向变送器供电过多，超过3.5mA，将导致数字信号负半周失真。考虑到调节量所需的余量，要求对变送器供电电流一般不要超过3.4mA为好。

2.供电方式

给变送器系统供电主要有两种方式：一是直接将输入电压稳压成所需电压（5V或3.3V）后向系统供电，这种方法总电流必须控制在4mA以内，二是采用DC-DC供电方式，只要DC-DC变换器的效率足够高，在功耗控制上它比第1种方法要宽松得多，但同时还需要考虑变换器的线性稳定性因素可能带来的负面影响。由于目前微功耗、高性价比的集成电路出现，采用方法一的优越性更多，因为在供电方式上，2种方法都有需考虑对供电电压的适应问题。一般工业现场多为DC 24V，也有DC 36V供电的。一般要求变送器能在DC12～42V供电电压下稳定、可靠地工作，这一方面直接供电方式要比DC-DC变换方式灵活得多。

二、通信系统

1.通信芯片

SMAR公司生产的HT2012为贝尔202标准的单片机CMOS微功耗FSK调制解调器。它是为设计过程控制仪器检测和其他的低功率装备中提供HART通信功能的专用芯片。

HT2012由4个主要功能模块组成：时钟频率、解调器、调制器、载波检测。

HT20l2需要460.8kHz外时钟输入，3～5V供电，低功耗（典型值40μA）[5]。

HT2012调制解调器的半双工的。当一个运转时，调制器和解调器中的另一个会被停止。工作在Bell 202标准，发送、传送和接收调制位速率1200bps。

HT2012使用1200Hz("1")和2200Hz（"0"）Bell 202信号频率，CMOS、TTL兼容。

TH2012具有载波检测输出端OCD，低电平有效，表示对方通信芯片准备进行载波发送，改进了通信的实时性和灵活性。另外，19.2kHz时钟信号输出，也为应用提供了方便。

2.D/A及V/I转换器

为将数字频率信号转换为±0.5mA的频率信号，叠加在两线的4～20mA电流环上，还需要附加耦合电路，这样必然会造成更多的功耗开销。而美国A/D公司的产品AD421[2]，是专为HART协议智能仪表设计的，包括4～20mA电流环的16位D/A转换器。它与HART协议兼容，其开关电流源和滤波器功能块，可HART电压信号向±0.5mA电流信号的转换，为应用带来方便。

AD421基本性能：（1）4～20mA输出；（2）HART兼容，能用于标准HART FSK协议通信；（3）16位分辨率；（4）±0.01%积分的非线性；（5）3V、3.3V或5V可调节电压输出及2.5V和1.25V精度参考，用于自身和系统其他器件；（6）Vcc=5V供电时，750μA最大静态电流，典型值为575μA；（7）可编程报警电流功能，允许变送器发出电流超范围警报，以表示转换器的故障；（8）灵活的高速串行接口。

AD421有2种工作方式：4～20mA输出方式和3.5～24mA报警输出方式。

三、单片机及A/D转换器

1.A/D转换器

为实现智能变送器的功能，在电路硬件设计上，需要1个增益可调的仪表放大器和1个分辨率至少在14位的A/D转换器，来实现对传感器信号的放大和模数转换。这样才能达到智能变送器的高精度、自动调节量程、大量程比的设计要求。对智能差压变送器，还需要对静压和温度进行采样，从而实现对静压和温度的补偿，提高全范围的测量精度。这样，还需要1个多路转换器实现通道间的切换。如果选用分立元件，必然会有相当大的功耗引入，难以满足HART协议智能变送器功耗要求。某些大公司为兼容4～20mA的智能变送器设计了专用A/D转换器，如MAXIM公司的MAX1400和AD公司的AD7714。其共同点是将增益可调的仪表放大器、多路转换器和A/D转换器集成在1个芯片中，功耗在几百μA左右，为实现HART协议智能变送顺提供了方便。

MAX1400基本性能：（1）MAX1400[1]为低功耗、多通道、带SPI同步串行口的∑/ΔA/D转换器；（2）18位分辨率；（3）3个全差分或5个准差分信号输入通道；（4）可编程PGA，选定增益分别为（1，2，4，8，16，32，64或128）；（5）AIN1～AIN6可组成3个全差分输入通道，也可以组合成5个准差输入通道；（6）2个额外的全差分系统校正通道CALOFF和CALGAIN用来作为失调和增益误差的校正；（7）MAX1400内的2个漂移补偿缓冲器，用于隔离所选输入和PGA及调制器的电容性负载的联系。当V+为5V供电时，MAX1400的参考输入为2.5V，模拟输入的变化范围为-Vimax～+Vimax。Vimax=5÷（2×GAIN）。

2.单片机

为实现高性能、微功耗的智能变送器控制电路，单片机选用PIC16C73[7]。它具有功耗低、运行速度快、功耗强等特点。采用长字节指令，所有指令均为单字长，除跳转为双周期指令均为单周期（4个时钟周期）指令。内含看门狗、8级硬件堆栈、192×8RAM、32上定时器、2个捕捉器、5路8位A/D转换器、SPI/I2共用的同步串行口、1个异步发送/接收串口USART、多种中断功能，包括B口RB4～RB7输入电平变化中断。

四、基于HART协议智能压力/差压变送器的设计

图4为HART协议智能压力/差压变送器的电路原理图。电路所用集成电路为上面所提及的，其特点为：集成度高、性/价比好、功耗低、功能强。片间的数据通信采用MOTOROLA公司推出的同步串行接口SPI（Serial Peripheral Interface），同优点是占用MCU资源小，可根据系统的大小随着扩充。在实际应用中，单片机可方便地与带SPI接口的集成电路芯片如A/D、D/A、数据存储器等连接。由于单片机PIC16C73带有SPI串行总线硬件接口，使数据通信速度更高，使用更灵活。

1.电路说明

A/D转换器MAX1400的2个全差分通道AIN1、AIN2和AIN3、AIN4分别对差压传感器TRS1、静压传感器TRS2进行厝数转换。AIN5和AIN6组成准差分输入通道对TRS1的恒流输入进行监测。传感器均为半导体压阻传感器，压阻传感器的特点是它的每个桥臂电阻都比较大，一般为2kΩ，以下均假设它们的桥臂电阻值为2kΩ。采用恒流供电，可以进一步减小传感器的非线性和温度对传感器输出灵敏度的影响。实验得知，压力和差压传感器的等效电阻值在全温度范围内（0～70℃）的变化量是全量程内压力或差压所引起的等效电阻值变化的100倍左右，因此，AIN5所测得的A/D值可以对整个变送器进行温度补偿。为提高变送器的测量精度，须对静压给差压带来的误差进行补偿，所以电路中设计了全差分通道AIN3、AIN4对静压传感器TRS2进行监测，从而可实现对静压的补偿。

HART通信模块由HT2012和波形整形电路及带通滤波器组成。整形电阻由74HC126（4个三态输出缓冲器）组成，并能通过2个750Ω电阻及2.2μF的耦合电容，将整形后的HT2012发出的电压信号输入到AD421的开关电流源和滤波器功能块中，可实现HART电压信号由±0.5mA电流信号的转换。带通滤波器由图4中细线框中的2个运算放大器及电阻、电容组成。它将4～20mA环路上的±0.5mA HART电流信号转换为HART电压信号，经HT2012解调，再送入单片机串行通信接口中，从而完成数据的接收任务。

AD421除完成4～20mA电流信号输出及HART通信外，还为系统提供电源及参考电压。它的2.5V参考电压供自己和MAX1400使用。

数据存储器选用24LC65，为8KB的串行E2PROM，供电电压2.5～5.5V，功耗：读电流150μA；写电流3mA（5V供电）。用来存放传感器特性参数及现场组态命令、工作参数、通信数据。

HT2012的19.2kHz信号，送入PIC16C73的计数器输入端，用于检测HT2012的工作情况。

HT2012的OCD信号，送入PIC16C73的RB7端。RB7设为中断方式，用于检测通信状态。

2.功耗及电流分配

AD421由4～20mA环路主电源供电，转换的5V电源为自己和24LC65及MAX1400的模拟电路部分供电，设计时须留下功耗余量。AD421工作电流为600μA，24LC65读电流为10μA，MAX1400的模拟电路工作电流不超过100μA，而变送器功耗设计为3.4mA，剩下2.5mA电流供电路其他器件使用。具体分配如下：传感器由恒流二极管3CRC供电0.5mA，剩下2.0mA电流由另一支3CRC恒流后供电路的其他部分使用。这样可避免由于器件在动态和静态工作时功耗的不同而引起4～20mA信号的变化（尽管实验证明这个变化是很小的）。

3CRC恒流原理是：其内部提供一稳定的1.24V从两管脚引出，在这两管脚上接1个电阻即可中输出恒流。计算公式为：I（mA）=1.24/R（kΩ）。只要保证3CRC的工作电压略大于1.24V即可正常工作。

稳压管选用ZRC330。它的稳压值为3.3V，最小工作电流为20μA，最大吸收电流达5mA，温度系数50ppm是比较理想的器件。MAX1400的工作电流值小于150μA（3.3V供电），HT2012的功耗电流40μA，带通滤波器选用运放TLC27L2C，最大功耗电流仅为48μA。整形电路的74HC126工作于低频下最大电流500μA左右，剩下1.25mA电流供单片机消耗。

单片机PIC16C73的功耗在4MHz时钟、Vdd=3V时，为2.0mA；而在4MHz和20MHz时钟、VDD=5V下工作时，电流值分别为2.7mA和13.5mA。可见适当降低单片机工作频率可使其功耗大幅度下降。由于PIC16C73除跳转指令外，均为单字节指令，指令周期仅为4个时钟周期同，其运行速度比其他类型的单片机快，适当降低工作频率其运行速度仍远远满足变送器实时要求。本设计单片机采用1MHz工作频率，其功耗的实验数据小于1mA。

HT2012工作主时钟为特殊的460.8kHz，需要特或向SMAR公司索取。本电路采用1片PIC16C58A[7]单片机，外接1.8432MHz晶振，经单片机4分频后，正好输出460.8kHz的时钟，直接供HT2012使用。PIC16C58A单片机是PIC系列单片机中的低挡产品，功耗与PIC16C73相当。由于电路由增加了1片单片机，整个电路的功耗将超出允许范围。为保证功耗要求，电路设计采用能量分时复用的方法：程序通过V1、V2、V3实现传感器和PIC16C58A的分时复用，即变送器在做A/D转换时，系统给传感器供电，当需要检测通信有无或主动进行通信时，单片机将给传感器的0.5mA关断，而将电流并入3.3V工作电源上，同时启动PIC16C58A。PIC16C58A的功耗指标为32kHz时钟，VDD=3V时典型值小于15μA。由于对PIC16C58A的某一I/O口（如RB）进行置高、置低操作，所以不怕程序"跑飞"，因此不需PIC16C58A片内的WDT功能，将它置于OFF状态，功耗大大降低。因此，PIC16C58A在1.8432MHz的时钟下工作，其功耗不会超过0.5mA。

对数据存储器24LC65的功耗：读电流150μA，没有功耗问题；而写电流3mA，一般出现在数据通信完成之后的很短时间内，只要规定在通信时4～20mA电流信号作废，即可解决功耗要求问题。24LC65一定要接在4～20mA主电源中。

从以上分析，电路功耗小于3.4mA的智能变送器，满足要求。

电流变送器范文第3篇

关键字：差压变送器

Abstract: Along with the social development of the industrialization, the pressure difference transmitter is widely used, the production of the problems of the more and more installation, maintenance personnel level differences, which can't solve the problems quickly and, to some extent, the influence of the production of the normal, even wei and the safety in production. Differential pressure transmitter principle of work: from both sides of the pressure pipe pressure differential direct role in transmitter sensor bilateral isolated patch, through the diaphragm seal of the liquid in the transmission to the measuring element, measuring element of measured pressure differential signals are converted to and the matching transfer to electrical signal converter, amplified processing into a standard electrical signal output.

Key Word: differential pressure transmitter

中图分类号：U226.8+1 文献标识码：A 文章编号

1．差压变送器的几种应用测量方式：

(1)与节流元件相结合，利用节流元件的前后产生的差压值测量液体流量(2)利用液体自身重力产生的压力差，测量液体的高度。

(3)直接测量不同管道、罐体液体的压力差值。

差压变送器的安装：导压管的敷设. (2)电气信号电缆的敷设. (3)差压变送器的安装

2．应用中的故障判断及分析

变送器在测量过程中，常常会出现一些故障，故障的及时判定分析和处理，对正在进行了生产来说是至关重要的。我们根据日常维护中的经验，总结归纳了一些判定分析方法和分析流程。

(1)调查法：回顾故障发生前的打火、冒烟、异味、供电变化、雷击、潮湿、误操作、误维修。

(2)直观法：观察回路的外部损伤、导压管的泄漏，回路的过热，供电开关状态等。

a.断路检测：将怀疑有故障的部分与其它部分分开来，查看故障是否消失，如果消失，则确定故障所在，否则可进下步查找，如：智能差压变送器不能正常Hart远程通讯，可将电源从表体上断开，用现场另加电源的方法为变送器通电进行通讯，以查看是否电缆是否叠加约2kHz的电磁信号而干扰通讯。

b.短路检测：在保证安全的情况下，将相关部分回路直接短接，如：差变送器输出值偏小，可将导压管断开，从一次取压阀外直接将差压信号直接引到差压变送器双侧，观察变送器输出，以判断导压管路的堵、漏的连通性。

c.替换检测：将怀疑有故障的部分更换，判断故障部位。如：怀疑变送器电路板发生故障，可临时更换一块，以确定原因。

d. 分部检测：将测量回路分割成几个部分，如：供电电源、信号输出、信号变送、信号检测，按分部分检查，由简至繁，由表及里，缩小范围，找出故障位置。

3．几个典型测量回路的故障分析

由于篇幅有限，下面我们仅以导压管故障为例，来分析差压变送器测量回路故障 ，以供大家分享。

(1) 导压管堵塞

以正导压管堵塞为例来分析导压管堵塞出现的故障现象

在仪表维护中，由于差压变送器导压管排放不及时，或介质脏、粘等原因，正负导压管堵塞是经常发生的事，通常正导压管堵塞的现象是：变送器输出下降、上升或不变。

当流量增加时，对变送器(变送器本身进行输出信号开方)输出的影响

由于正压管堵塞，则当实际流量分别为F1、F1时，P1+= P2+；

当实际流量由F1减小到F2时，管道中的静压也相应的降低，设降低值为P0；同时，当实际流量下降至F2时，P2-值也要因为管内流体流速的降低而升高，设升高值为P0’。

一般情况下，导压管的堵原因主要是由于测量导压管不定期排污或测量介质粘稠、带颗粒物等原因造成。

(2)导压管泄漏

以正导压管泄漏来分析导压管泄漏出现的故障现象

如图一所示，抚顺石化公司某炼油厂加氢装置仪表控制阀用净化风总管线的流量测量方式为：节流孔板+差压变送器。装置生产正常时的用风流量基本是稳定的，但在装置生产正常时忽然发现用风流量已经比正常值下降了很多。

经过检查，二次仪表(DCS)组态及电信号回路工作正常，变送器送检定室标定正常，于是怀疑问题出现出导压上，经过检查，由于正导压管焊接不好造成泄漏所至，经过补焊堵漏后，流量测量恢复正常。

下面我们分析正导压管泄漏时反映出的故障现象。

正导压管泄漏的现象是：变送器输出下降、上升及不变

分析：

当流量上升时，对变送器(变送器本身进行输出信号开方)输出的影响

那么当：P0΄=Ps 正压导管泄漏，而流量上升时，变送器输出不变

当：P0΄>Ps 正压导管泄漏，而流量上升时，变送器输出增加

当：P0΄流量下降时，对变送器(变送器本身进行输出信号开方)输出的影响

实际上，当泄漏量非常小的时候，由于种种原因，工艺操作或仪表维修护人员很难发现，只有当泄漏量大，所测流量与实际流量相比有较大误差时才会发现，这时即使是实际流量上升，总是P0’

上述加氢装置仪表控制阀用净风管线的流量测量就这属于这种情况。

(4)气体流量导压管积液情况下的变送器测量误差

由于气体流量取压方式不对或导压管安装不符合要求(与水平成不小于1：12的斜度连续下降) 时,常常造成导压管内部积存液体的现象。这种现象的出现，往往会致使测量不准，如果在变送器量程很小的情况下，甚至会造成变送器输出的一些波动。

本溪钢铁某高炉的煤气流量测量系统，系统为节流孔板+差变送器，取压方式为环室取压，煤气流动方向为向下，放空方式为安全考虑，设为集中式排放。

本测量系统刚投用时工作正常，运行一段时间以后，测得的流量逐渐变大，放空后正常，工作一段时间后，测得的流量又逐渐变大。

经过检查，二次仪表(DCS)组态及电信号回路工作正常，变送器送检定室标定正常，用侧漏仪表查双侧导管正常。经过分析，为煤气脱水干燥不净，煤气中含水，由于液体自上而下流动，部分水聚集于孔板正压测，并逐渐沿正压导压管流动集中至最下端，造成正负导压管中积液高度不一至，差压变送器测量出现正向误差，显示为流量增大。

分析：

设正导压管取压点压力为P+，负导压管取压点压力为P-，差压变送器正端压力为P+΄，差压变送器负端压力为P-΄。P= P+- P-P’= P+΄- P-΄正常测量下：P= P΄

当h+>h-时 变送器实际测得的差压增大，输出流量信号变大。

即：变送器测量输出的流量信号与实际流量不符，产生测量误差。

这里，由于正压导管取压方式的原因，随着时间的增加，h+逐渐大于h-，测得的流量也增大。

小结：

经过上述几个典型故障的分析，我们对使用差压变送器的测量回路由于导压管原因造成回路测量故障做了一些分析，这几种故障都是在仪表设备维护中非常常见的，通过分析可以看到，无论是导压管堵塞、还是导压管中积水，同样的故障，其表征出来的现象有时并不同，所以我们在分析问题时应该是辩证的，具体情况具体分析。

电流变送器范文第4篇

【关键词】变压器跳闸 剩磁 直流试验

1事件经过

某厂2013年5号机组主变及高厂变完成检修后，进行了三次送电，前两次送电，都是5A高厂变差动保护动作，第三次送电，主变高压侧第二套差动保护动作，第三次送电成功。

1.1主变第一次送电

主变第一次送电时，根据动作波形图显示：5A高厂变两套保护装置检测到变压器高压侧一侧有电流，低压侧无电流（因四段6KV进线开关未合），差流等于制动电流，且差流达到比率制动I段的动作值，差动保护动作。

根据保护定值整定原则，对差动保护进行二次谐波闭锁，采用的是“三取二”的原则，即只有当两相及两相以上的二次谐波含量大于闭锁值15%时，才闭锁差动保护，根据波形显示的数据，只有C相二次谐波含量大于闭锁值，因此二次谐波不闭锁差动保护，差动保护动作。

1.2 主变第二次送电

通过分析，主变第一次送电，由于变压器励磁涌流的原因导致差动保护动作。经过检测绝缘合格后，经行了第二次送电，5A高厂变差动保护动作，动作情况和第一次类似，5A高厂变差动保护二次谐波闭锁条件不满足，而5B高厂变差动保护二次谐波闭锁条件满足，因此5A高厂变差动保护再次动作。

根据动作波形图和以上分析，高厂变高压侧电流都基本偏向于时间轴一侧，且二次谐波分量较大，符合励磁涌流的特征。在5号主变送电时，由于变压器励磁涌流的存在，导致两台高厂变高压侧差流达都达到动作值，但由于反映到5B高厂变的有两相电流的二次谐波分量较大，而5A高厂变只有一相电流二次谐波分量较大，而我厂GE差动保护二次谐波制动采用“三取二”原则，所以5A高厂变差动保护动作，5B高厂变差动保护未动。

1.3 主变第三次送电

本次送电前对5号主变进行消磁，在满足《定值整定计算导则》的前提下，抬高主变T60差动保护动作门坎值。再次进行主变冲击，主变送电成功。从波形图看到，主变高压侧电流相对于第三次送电，冲击电流有所减少，但A相波形依然出现了畸变。

2 剩磁的产生

2.1 铁磁元件的电磁特性

带磁性的铁磁性物质（例如：铁、钴、镍及其合金）放入通电的螺线管内，那么所产生的磁场可以将此材料磁化，使之带有磁性，但外加磁场去除后，铁磁性物质的磁性不会马上消除，仍保有磁性，此即为磁滞现象。将铁磁性物质存在于一外加磁场时，当外加磁场由零逐渐增大时，铁磁性物质之感应磁场也随之增大，而外加磁场增大到某一程度后，无论磁场再如何加大，铁磁性物质之感应磁场也不再变化，即达到饱和。此时，在逐渐减小外加磁场时，铁磁性物质之感应磁场亦随之缓慢减小，其路径并不沿原磁化曲线返回，而是沿着另一曲线变化，直到外加磁场降为零，而铁磁性物质仍保有磁性。剩磁是铁磁材料的磁滞损耗表现，磁滞损耗是铁磁材料将电能吸收后转化为磁能的结果，在交流回路中表现为铁损的一部分（与涡流损耗共同组成变压器的铁损）。也就是说，磁滞损耗是能量的转换的结果，与输入的功率和时间有关，也就是说在变压器绕组上输入的电功率越大，时间越长，剩磁量就越大，反之亦相反。

2.2 变压器的预防性试验与剩磁的产生

（1）在变压器检修后投运前，变压器需要做直流电阻试验，电力变压器在做直流试验后都会产生剩磁，剩磁的多少取决于变压器绕组通过的直流电流强度和时间。

（2）传统的直流电阻测量方法，无论使用电桥法还是采用压降法，因为电源提供电流数值小的问题，效率低下、耗费工时长。因此出现了变压器直流电阻的快速测量方法，但试验电流一般都达到20A，提高了工作效率，但同时变压器产生的剩磁较多。

2.3变压器励磁涌流与变压器剩磁的关系

（1）将变压器看作一个强感性负载，即看作一个非线性电感，当合闸时，变压器上的电压在变压器内部也产生一个磁通，当变压器有剩磁时，合闸后所产生的磁通如果和剩磁极性相同，则变压器内部的总磁通就会随着电压的升高而增加，从而励磁涌流也会随之增加，如果合闸后所产生的磁通和剩磁极性相反，则变压器内部的总磁通就会随着电压的升高而减小，从而削弱了励磁涌流。

（2）励磁涌流与铁芯饱和程度关系：变压器绕组中的励磁电流和磁通的关系由磁化特性所决定，铁芯越饱和，产生一定的磁通所需的励磁电流就愈大。由于在最不利的合闸瞬间，铁芯中磁通密度最大值可达2Φm，这时铁芯的饱和情况将非常严重，因而励磁电流的数值大增，励磁涌流比变压器的空载电流大100倍左右，在不考虑绕组电阻的情况下，电流的峰值出现在合闸后半周的瞬间。但是，由于绕组具有电阻，这个电流是要随时间衰减的。对于容量小的变压器衰减得快，约几个周波即达到稳定，大型变压器衰减得慢，全部衰减持续时间可达几十秒。

2.4由上述可以不难得出结论

由于在#5主变检修后的直流电阻试验中，使用了20A的直流电流，在导致#5主变压器铁芯上有直流剩磁，由于剩磁的存在，当#5主变投运送电时，产生较大的冲击电流，造成主变差动保护动作。

3 变压器剩磁的消除方法

（1）直流消磁法又称反向冲击法， 是在变压器高压绕组两端正向、反向分别通入直流电流， 并不断减小， 以缩小铁心的磁滞回环， 从而达到消除剩磁的目的据相关研究资料表明， 一般情况下， 反复冲击4～ 5 次即可以取得较好的效果。现在市场上的自动消磁仪器采用的就是直流消磁原理

（2）交流消磁法的具体操作是给变压器用一个较低电压等级的电压充电。这样可以降低铁心磁通Φ的峰值， 从而达到减小励磁电流的目的。发电机对主变压器进行零起升压去除剩磁就属于交流消磁方法

参考文献：

电流变送器范文第5篇

[关键词]变频器 整流 逆变 钢丝绳牵引带式输送机

中图分类号：TP323.18 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0290-01

电动机使用变频器的作用就是为了调速，并降低启动电流。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电，这个过程叫整流。把直流电变换为交流电的装置，其科学术语为逆变器。一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。

一、四象限变频控制系统在钢丝绳牵引带式输送机中的应用要求。

钢丝绳牵引带式输送机是现代化煤矿高产高效的主要运输设备。在大型钢丝绳牵引带式输送机多电机多驱动点的拖动系统中，传统拖动方式以直流拖动、交流绕线电机串级调速、交流绕线电机转子串电阻调速拖动等为主，显然较为落后，也很难实现防爆要求。

针对钢丝绳牵引带式输送机对拖动技术的特殊要求，本系统采用隔爆兼本安四象限变频控制满足以下要求：

1、满足系统防爆要求；

2、起动平稳，可满载起动；

3、调速方便，可实现运人、运料、验绳等多种速度；

4、负力提升时能自动进入电气制动运行状态，再生能量通过回馈电网实现电气制动；

5、处理事故或检修时可逆运行；

6、必须设置可靠的各种安全保护装置；

7、维护量小。

二、四象限变频控制系统拖动方案及原理。

由四象限隔爆兼本安变频调速装置及输入电抗器构成，采用AFE整流回馈技术，很好地解决了钢丝绳牵引带式输送机驱动系统的防爆问题以及运人时负力运行的问题。

由于直流电机及绕线电机在维护方面较为复杂，人们一直在寻求符合以上传动要求的交流鼠笼电机的大功率驱动系统，磁通矢量控制的隔爆变频器的出现，为煤矿提供了符合钢丝绳牵引带式输送机拖动要求的最佳拖动设备。

在本系统中最关键的是拖动系统，而变频器又是拖动系统的核心，根据多年煤矿井下、地面变频器生产及维护的经验，为本系统设计采用无速度传感器磁通矢量控制的变频器拖动系统。

矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量和产生转矩的电流分量分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。新型矢量控制变频器具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。

1、采用AFE自换向变频新技术，使绞车在减速段或重物下放操作时系统能自动转入发电反馈状态，使制动更平稳，操作更简单，大大提高了安全可靠性能。

2、网侧变频器采用PWM斩波调制，使输入电流波形为正弦波，大大减小对电网的谐波污染，总谐波电流含量

3、网侧变频器采用单独的CPU实行PID控制，对网侧交流电流的大小和相位进行实时检测并控制，使系统的功率因数总是接近于1。当绞车进入发电状态时能量从逆变器返回到直流母线，系统立即控制交流输入电流的相位与电源电压相位相反，能量回馈至电网。

4、优越的变频软起动、软停止特性：

软起动、软停止特性是钢丝绳牵引带式输送机驱动系统的首选目标。钢丝绳牵引带式输送机带负载运行时具有极大的惯性，起动加速度与停车减速度的值越大，在机械系统上储存的能量就越大，而释放这些能量就会对输送机机械系统产生极大的冲击。变频器的起动、停止时间是任意可调的，也就是说起动时的加速度和停车时的减速度任意可调，同时为了平稳起动，匹配其具备的S型加减速时间，这样可将钢丝绳牵引带式输送机起停时产生的冲击减至最小。

5、平稳的重载起动：

钢丝绳牵引带式输送机在输煤过程中任意一刻都可能立即停车再重新起动，必须考虑“重载起动”能力。另外由于采用SPWM磁通矢量控制控制方式，低频运转可输出1.5―2倍额定转矩，因此最适于“重载起动”。

6、自动回馈制动：

当系统处于负力运行时能自动进入回馈制动运行状态，将能量反馈到电网中，从而在负力提升的状态下也能实现准确的速度控制，又达到了节能的效果。

7、实现无级调速：

钢丝绳牵引带式输送机是煤矿生产运输系统主要组成部分，从最大限度的满足安全生产、经济运行的角度出发，驱动系统不仅可实现运人、运料、验绳等多种速度，而且可实现无级调速。变频器可调整电机于5%-100%额定带速范围内的任意带速长期工作。并且在任意速度下均可提供额定转矩。对应于煤矿的特殊生产条件，有时，煤的产量是极不均匀的，当然钢丝绳牵引带式输送机系统的运煤量也是不均匀的，在负载较轻或无负载时，钢丝绳牵引带式输送机系统的高速运行对机械传动系统的磨损浪费较为严重，同时电能消耗也较低速运行大的多，但因生产的需要钢丝绳牵引带式输送机系统又不能随时停车。采用单独的PLC控制系统对前级运输系统的载荷、本机运输系统的载荷进行分别测量，这样可控制变频器抑后降速或提前升速。此方案适于载荷不均的钢丝绳牵引带式输送机系统，可大大节约电能，同时降低钢丝绳牵引带式输送机系统的设备损耗，延长使用寿命。

8、可任意调整的加、减速度：

根据钢丝绳牵引胶带输送机电力拖动的工作原理，要求起动平稳，并可满载起动。为减少机械冲击与电机容量，要求加、减速度要小于0.2m/s2；同时为防止起动时瞬时打滑，要求等加速起动。

变频器的加减时间可分别任意调整（0.1-9999秒），故加减速度可以根据需要任意设定，满足钢丝绳牵引胶带输送机电力拖动的特殊要求。