第1章 基础知识031.pptVIP

1.3.3 仪表放大器 信号放大电路是传感器信号调理最常用的电路，目前的放大电路几乎都采用运算放大器，由于其输入阻抗高、增益大、可靠性高、价格低廉等优点，得到了广泛的应用。常用的放大器有： 1：运算放大器； 2：仪表放大器； 3：可编程增益放大器 4：隔离放大器。 * 当传感器工作环境恶劣时，传感器的输出存在着各种噪声，且共模干扰信号很大； 传感器输出的有用信号又比较小，输出阻抗很大； 测量电桥的输出也需要与一个高阻抗的接口电路相连接，且输出信号没有一端是接地的。 一般运算放大器不能满足以上要求，可考虑采用仪表放大器。 * 仪表放大器是： 一种高增益、直流耦合放大器； 具有差分输入、单端输出、高输入阻抗和高共模抑制比等特点。 仪表放大器所采用的基础部件是运算放大器，但在性能上与标准运算放大器有很大的不同 仪表放大器在有共模信号条件下能够放大很微弱的差分信号，因而具有很高的共模抑制比，通常不需要外部反馈网络。 * 1．仪表放大器的特点 具有差分输入和相对参考端的单端输出。 两个输入端阻抗平衡并且阻值很高，输出阻抗很低。 运算放大器的闭环增益是由其反相输入端与输出端之间连接的外部电阻决定的，而仪表放大器则使用与输入端隔离的内部反馈电阻网络。 仪表放大器的两个差分输入端施加输入信号，其增益既可由内部预置，也可由用户通过引脚内部设置或者通过与输入信号隔离的外部增益电阻设置。 为了使仪表放大器有效工作，要求在能放大两个输入端微伏级差模信号的同时还能抑制共模信号，这样就要求仪表放大器具有很高的共模抑制比。 * 按增益设置分类，可分为固定增益仪表放大器和可设置增益仪表放大器。 可设置增益的仪表放大器又分为3种： 电阻设置增益、引脚设置增益和软件可编程增益。 仪表放大器按工作电源分类，可分为单电源仪表放大器和双电源仪表放大器。 按精度等级分类，可分为高精度仪表放大器和普通仪表放大器。 * 2．仪表放大器基本电路 仪表放大器是由3个运算放大器和电阻网络构成，其中A1、A2两个同相放大器组成前级，为对称结构。两个输入信号加在A1、A2的同相输入端，从而具有高抑制共模干扰的能力和高输入阻抗。差动放大器A3为后级，它不仅切断共模干扰的传输，还将双端输入方式变换成单端输出方式，适应对地负载的需要。在 、 、 条件下，该电路的差模电压放大倍数为 * * 1.3.4 变送器 变送器是单元组合仪表中不可缺少的单元，它将敏感元件的信息按一定规律转换成电流信号，送到显示仪表或控制装置进行显示、记录。 变送器的类型有：温度变送器、压力变送器、液位变送器、流量变送器等。 输出为非标准信号的传感器，必须和特定的仪表或装置相配套，才能实现检测或调理功能。 国际电工委员会（IEC）将电流信号4～20mA（DC）和电压信号为1～5V（DC）确定为过程控制系统用模拟信号的统一标准。使用中，仪表传输信号采用4～20mA（DC），联络信号采用1～5V（DC），即采用电流传输、电压接收的信号系统。 * 采用这种信号制式的优点主要有： 1：现场仪表可实现两线制 所谓两线制，即电源、负载串联在一起，有一公共点，而现场变送器与控制室仪表之间的信号联络及供电仅用两条线。变送器的工作电流为4mA，这种“活零点”有利于识别断电和断线等故障。而且两线制还便于使用安全栅，利于安全防爆。 2：控制室仪表采用电压并联控制信号传输，同一个控制系统所属的仪表之间有公共端，便于与检测仪表、调节仪表、计算机、报警装置配用，并方便接线。 * 采用4～20mA的原因是： 现场与控制室之间的距离较远，连接电路的电阻较大，如果用电压信号远传，由于线路电阻与接收仪表输入电阻的分压，将产生较大的误差，且线路在长短不同时误差也不同，而用电流信号作为远传，只要传送回路不出现分支，回路中的电流就不会随线路长短而改变，从而保证了信号传送的精度。 控制室仪表之间的联络信号采用1～5V的理由是 为了便于多台仪表共同接收同一个信号，并有利于接线和构成各种复杂的控制系统。如果用电流作联络信号，当多台仪表共同接收同一个信号时，它们的输入电阻必须串联起来，这会使最大负载电阻超过变送仪表的负载能力，而且各接收仪表的信号负端电位各不相同，会引入干扰，而且不能做到单一集中供电。 * 采用电压信号联络，与现场仪表联络用的电流信号必须转换为电压信号，最简单的方法就是在电流传送回路中串接一个250Ω的标准电阻，把4～20mA（DC）转换为1～5V（DC）。 由于仪表传输信号采用4～20mA（DC），联络信号采用1～5V（DC），所以在传送器中常用的信号转换为电压与电流的转换。 电压与电流的转换实质上是恒压源与恒流源的相互转换，一般来说，恒压源的内阻远小于负载电阻，恒流源的内阻远大于负载电阻。因此电压转换为电流必须采用输出阻抗高的电流负反馈电