过程检测传感器

1、 过程控制检测设备过程控制检测设备温度检测设备温度检测设备 液位检测设备液位检测设备 压力与流量检测设备压力与流量检测设备过程变量位移、电量标准信号检测检测元件元件变变送器送器 检测变送环节工作原理检测变送环节工作原理标标准信准信号号420mA15V010mA20100kPa 1.1. 温度检测设备温度检测设备 温度标志着物质内部温度标志着物质内部大量分子无规则运动的大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运表示物体内部分子热运动越剧烈。动越剧烈。 模拟图：模拟图：在一个密闭的空间里，气体分在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！子在高温

2、时的运动速度比低温时快！低温低温高温高温 温度测量基本概念温度测量基本概念 介绍几种温度测量方法介绍几种温度测量方法体积热膨胀式体积热膨胀式 不需要电源，耐用；但感不需要电源，耐用；但感温部件体积较大。温部件体积较大。 气体的体积与热力学温度成正比气体的体积与热力学温度成正比 测温热电阻测温热电阻测温热电阻可分为测温热电阻可分为金属金属和和半导体半导体两大类。两大类。一、金属热电阻一、金属热电阻 温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观金属内部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变

3、大，电阻值增加，我们称其为正温度上表现出电阻率变大，电阻值增加，我们称其为正温度系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。 取一只取一只 100W/220V 灯泡，用万用表测量其电阻值，可以灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为应为484 。易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻金属热电阻材料的主要技术性能 金属热电阻外形 铂热电阻分度表铂热电阻分度表热电阻测量转换电路热电阻测量转换电路电桥电桥什么是电桥？ 不平衡电桥由四个电阻不平衡电桥由四个电阻R1、

4、R2、R3、R4组成一个四边形的回路，每一边称组成一个四边形的回路，每一边称作电桥的作电桥的“桥臂桥臂”。有。有4个结点。在个结点。在a、c结点之间接入电源结点之间接入电源Ui，而另一对结点，而另一对结点(b、d)之间的电压差作为输出电压端之间的电压差作为输出电压端Uo 。b、d的对地电压相等时称作的对地电压相等时称作“电桥平衡电桥平衡”；反之，称作反之，称作“电桥不平衡电桥不平衡”。 电桥平衡的条件是：上下桥臂的左右位置电阻比例电桥平衡的条件是：上下桥臂的左右位置电阻比例相等。相等。电桥测量转换电路3i124o1234() 4RURRRURRRR单臂电桥单臂半桥的单臂半桥的灵敏度最低。灵敏度

5、最低。 441i11ioKURRUU双臂电桥四臂电桥例题 Pt100热电阻的阻值热电阻的阻值R与温度与温度T之间的关系可表示之间的关系可表示为为 R=100(1+0.00385T), 电桥电路的供电电压是电桥电路的供电电压是12V，R1=R2=R3=R4=100，求当温度为，求当温度为50摄氏度时电桥输摄氏度时电桥输出电压出电压U0。温度变送器选型代码外观及安装方式接线图三线制接法三线制接法 测温热电偶测温热电偶先看一个实验热电偶工作原理演示 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。 从实验到理论 18211821年，德国物理学家年，

6、德国物理学家赛贝克赛贝克用两种不同金属组成用两种不同金属组成闭闭合回路合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的发现放在回路中的指南针发生偏转指南针发生偏转（说明什么？）（说明什么？），如果，如果用两盏酒精灯对两个结点用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而同时加热，指南针的偏转角反而减小减小（又说明什么？）（又说明什么？）。 显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。 热电

7、偶两结点所产生的总的热电偶两结点所产生的总的热电势热电势等于热端热电势与冷端热电势等于热端热电势与冷端热电势之之差差，是两个结点的，是两个结点的温差温差t 的函数：的函数： EAB（T，T0）=eAB （ T ）- eAB （ T0 ）热电势的微观解释 自由自由电子电子ABeAB（ T T ）T T几种常用热电偶的测温范围及热电势 热电偶的外形热电偶的冷端延长 采用相对廉价的补偿导线，可延长热电偶的冷端，使之采用相对廉价的补偿导线，可延长热电偶的冷端，使之远离高温区；可节约大量贵金属；易弯曲，便于敷设。远离高温区；可节约大量贵金属；易弯曲，便于敷设。 AB热电偶的冷端温度补偿必要性：必要性：

8、1、用热电偶的分度表查毫伏数、用热电偶的分度表查毫伏数-温度时，温度时，必须满足必须满足t0=0 C的条件的条件。在实际测温中，冷端温度常随环境温。在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样度而变化，这样t0不但不但不是不是0 C，而且也不恒定，而且也不恒定， 因此因此将产生误差将产生误差。 2、 一般情况下，冷端温度均高于一般情况下，冷端温度均高于0 C，热电势总是热电势总是偏小偏小。应想办法。应想办法消除或补偿消除或补偿热电偶的热电偶的冷端损失冷端损失 。冷端温度补偿的方法冷端温度补偿的方法一、一、冷端恒温法冷端恒温法： 将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保将热

9、电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持在持在0 C不变。此法也称不变。此法也称冰浴法冰浴法，它消除了，它消除了t0不等于不等于0 C而引入的误差，由而引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适用于于冰融化较快，所以一般只适用于实验室实验室中。中。 在冰瓶中，冰水混在冰瓶中，冰水混合物的温度能较长时间合物的温度能较长时间地保持在地保持在0 0 C C不变。不变。冰浴法接线图 二、二、计算修正法计算修正法： 当热电偶的冷端温度当热电偶的冷端温度t0 0 C时，由于热端与冷端的温差随冷端的变化时，由于热端与冷端的温差随冷端的变化而变化，所以测得的热电势而变化，所以测得的热电势EAB

10、（t，t0）与冷端为）与冷端为0 C时所测得的热电势时所测得的热电势EAB（t，0 C）不等。若冷端温度高于）不等。若冷端温度高于0 C，则，则EAB（t，t0）20kHz） 蝙蝠能发出和听见超声波。蝙蝠能发出和听见超声波。4.超声波常见应用举例 超声波被聚焦后，具有较好的方向性，在遇到两种介质的分界面时，能产生明显的反射和折射现象，这一现象类似于光波。 胎儿的胎儿的 B超影像超影像超声波在医学检查中的应用超声波清洗器超声波清洗器 当强的声波信号作用于液体时，则当强的声波信号作用于液体时，则会对液体产生一定的正压，即液体体积会对液体产生一定的正压，即液体体积被压缩减小，液体中形成的被压缩减小，

11、液体中形成的微小气泡被微小气泡被压碎压碎。 每个每个气泡的破裂会产生能量极大气泡的破裂会产生能量极大的冲击波，相当于瞬间产生几百度的高的冲击波，相当于瞬间产生几百度的高温和高达上千个大气压的压力温和高达上千个大气压的压力，这种现，这种现象被称之为象被称之为“空化作用空化作用”，超声波清洗，超声波清洗正是利用液体中气泡破裂所产生的冲击正是利用液体中气泡破裂所产生的冲击波来达到波来达到清洗和冲刷工件内外表面清洗和冲刷工件内外表面的作的作用。用。 超声清洗多用于半导体、机械、玻超声清洗多用于半导体、机械、玻璃、医疗仪器等行业。璃、医疗仪器等行业。紧固件的安装错误检测紧固件的安装错误检测物件放置错误检

12、测物件放置错误检测流水线计数流水线计数5.超声波测距 超声探头发射超声波，到达被测物时，被反射回来，并超声探头发射超声波，到达被测物时，被反射回来，并被另一只超声探头所接收。测出从发射超声波脉冲到接收超被另一只超声探头所接收。测出从发射超声波脉冲到接收超声波脉冲所需的时间声波脉冲所需的时间t t，再乘以空气的声速（，再乘以空气的声速（340m/s340m/s），就是），就是超声脉冲在被测距离所经历的路程，除以超声脉冲在被测距离所经历的路程，除以2 2就得到距离。就得到距离。 液位的检测 在液罐上方安装空气传导型超声发射器和接收器，根据超声波的往返在液罐上方安装空气传导型超声发射器和接收器，根据

13、超声波的往返时间，就可测得液体的液面。时间，就可测得液体的液面。 液位的检测 11液面液面 22直管直管 33空气超声探头空气超声探头 44反射小板反射小板 55电子开关电子开关 液位的检测设备实物 3 3 压力与流量检测设备压力与流量检测设备 压力的检测压力的检测一、压力的基本概念一、压力的基本概念 压力的国际单位为压力的国际单位为“帕斯卡帕斯卡”，简称，简称“帕帕”（PaPa）。）。除此之外，工程界长期使用许多不同的压力计量单位。如除此之外，工程界长期使用许多不同的压力计量单位。如“工程大气压工程大气压”、“标准大气压标准大气压”、“毫米汞柱毫米汞柱”，气象，气象学中还用学中还用“巴巴”（

14、barbar）和）和“托托”为压力单位。这些单位在为压力单位。这些单位在一些进口仪表说明书上可能还会见到。一些进口仪表说明书上可能还会见到。 压力单位转换对照表 电容式差压变送器 高压侧进气高压侧进气口口低压侧进气低压侧进气口口电子线路电子线路位置位置内部不锈钢膜片的位置内部不锈钢膜片的位置电容式差压变送器内部结构 11高压侧进气口高压侧进气口 22低压侧进气口低压侧进气口 33过滤片过滤片 44空腔空腔 55柔性不锈钢波柔性不锈钢波 纹纹隔离膜片隔离膜片 66导压硅油导压硅油 7 7 凹形玻璃圆片凹形玻璃圆片 88镀金凹形电极镀金凹形电极 99弹性平膜片弹性平膜片 1010 腔腔各种电容式差

15、压变送器外形 各种电容式差压变送器外形 利用电容差压变送器测量液体的液位 施加在高压侧腔体内的压力与液位施加在高压侧腔体内的压力与液位成正比：成正比： p = g h 流量检测设备流量检测设备流量的基本概念 体积流量体积流量q qV V= =AvAv， 单位为单位为m m3 3/h/h或或L/sL/s； 质量流量质量流量q qm m= = AvAv，单位为，单位为t/ht/h或或kg/skg/s。 流量是指流体在单位时间内通过某一截面的体积数或流量是指流体在单位时间内通过某一截面的体积数或质量数，分别称为体积流量质量数，分别称为体积流量qV和质量流量和质量流量qm。这种单位时。这种单位时间内的

16、流量统称为瞬时流量间内的流量统称为瞬时流量q。把瞬时流量对时间。把瞬时流量对时间t进行累进行累计，求出累计体积或累计质量的总和，称为累积流量，也计，求出累计体积或累计质量的总和，称为累积流量，也叫总量。叫总量。例：设测得流速例：设测得流速v v =10m/s =10m/s ，圆管道的直径，圆管道的直径r r =1m=1m，计算经过，计算经过该圆管道的体积流量该圆管道的体积流量 。 流量的检测方法 测量流量的方法很多，有流速法、容积法、质量法、测量流量的方法很多，有流速法、容积法、质量法、水槽法等。流速法中，又有叶轮式、涡轮式、卡门涡流式水槽法等。流速法中，又有叶轮式、涡轮式、卡门涡流式（又称涡

17、街式）、热线式、多普勒式、超声式、电磁式、（又称涡街式）、热线式、多普勒式、超声式、电磁式、差压节流式等。差压节流式等。 按照国家标准制造的标准节流装置的流量系数计算公按照国家标准制造的标准节流装置的流量系数计算公式是相当完备的，所以它是一种可靠性和标准化较高的流式是相当完备的，所以它是一种可靠性和标准化较高的流量传感器，所以在工业中大量使用差压式流量计。量传感器，所以在工业中大量使用差压式流量计。 叶轮式风流速、流量计 （参考北京北方大河仪器仪表有限公司资料）玻璃转子流量计差压节流式流量计 所谓所谓节流装置，就是在管道中段设置一个流通面积节流装置，就是在管道中段设置一个流通面积比管道狭窄的孔

18、板比管道狭窄的孔板或者文丘里喷嘴，使流体经过该节流或者文丘里喷嘴，使流体经过该节流装置时，流束局部收缩，流速提高，压强减小。装置时，流束局部收缩，流速提高，压强减小。 节流式流量计的缺点是流体通过节流装置后，会产节流式流量计的缺点是流体通过节流装置后，会产生不可逆的压力损失。另外，当流体的温度生不可逆的压力损失。另外，当流体的温度t 、压力、压力p1变化时，流体的密度将随之改变。所以必须进行变化时，流体的密度将随之改变。所以必须进行温度、温度、压力压力修正。修正。 节流装置（取压管及内部的节流孔板）节流孔板后取压管 前取压管流体通过节流孔板时，流速加快，后取压管处的压力减小。流体流经节流孔板时

19、，压力和流速的变化情况 节流孔板流速变快，压力变小 导压管的配置 从取压孔到差压变送器的导压管的配置应按照规定从取压孔到差压变送器的导压管的配置应按照规定的标准安装。如果的标准安装。如果被测流体是气体，导压管应从节流装置被测流体是气体，导压管应从节流装置的上方引出的上方引出，以免混杂在气体中的液滴堵住取压管；如果，以免混杂在气体中的液滴堵住取压管；如果被测流体是液体，导压管应从节流装置的下方引出被测流体是液体，导压管应从节流装置的下方引出，以免，以免混杂在液体中的气体影响取压。混杂在液体中的气体影响取压。 导压管的配置图节流式流量计外形超声波流量计测量流量原理分类 时间差法测量流量原理：在被测

20、管道上下游的一定距离时间差法测量流量原理：在被测管道上下游的一定距离上，分别安装两对超声波发射和接收探头（上，分别安装两对超声波发射和接收探头（F F1 1，T T1 1）、（）、（F F2 2，T T2 2），其中），其中F F1 1，T T1 1的超声波是顺流传播的，而的超声波是顺流传播的，而F F2 2，T T2 2的超声波的超声波是逆流传播的。由于这两束超声波在液体中传播速度的不同，是逆流传播的。由于这两束超声波在液体中传播速度的不同，测量两接收探头上超声波传播的时间差测量两接收探头上超声波传播的时间差 t t，可得到流体的平，可得到流体的平均速度及流量。均速度及流量。 一对探头的超声

21、波流量测量原理 发射、接收探头也可以安装在管道的同一侧同侧式超声波流量计的使用 （参考北京菲波仪表有限公司资料）（参考北京菲波仪表有限公司资料）超声波流量计在水处理现场的使用电磁流量计电磁流量计用来测量导电的液体,特别适用于大口径的管道测量, 广泛应用于石油、化工、冶金、电力、造纸、食品、水处理等行业。工作原理工作原理u 将该原理应用于测量管内流动的导电流体，并且流体流动的方向与磁场方向垂直。流体中产生的感应电动势被位于管子径向两端的一对电极检测到。u 这里用线色和蓝色表示带电粒子。起初，当液体不流动时，两个电极之间不会测到任何电压。当液体流动时，磁场会对带电粒子产生作用力，正负带电粒子便会分

22、开，集中到管壁两侧，此时两个电极将检测到电动势。 该感应电动势UE与磁感应强度B、电极间距离D和平均流速V成正比。因电磁感应强度B和电极距离D是常数，所以感应电动势UE与平均流速成成正比，而体积流量又与平均流速V成正比，所以体积流量与感应信号成正比。在信号转换器中，该感应信号电压被转换成体积流量，同时转换成可编程的模拟作数字信号输出。 公式为： UE =K*B*D*V（K为比例系数）电磁流量计接线PEPEPE传感器转换器传传感器感器对于气体流量计量，可对于气体流量计量，可供选型的流量计有：供选型的流量计有：气体涡轮流量计气体涡轮流量计气体罗茨流量计气体罗茨流量计二种气体流量计比较二种气体流量计

23、比较正确选型，充分发挥各自的良好性能正确选型，充分发挥各自的良好性能气体涡轮流量计：适合于工况条件较好，要求始动流量较低，介质气体涡轮流量计：适合于工况条件较好，要求始动流量较低，介质压力高于压力高于1kPa3kPa1kPa3kPa的场合。压力波动和机械振动对其不产生影响；的场合。压力波动和机械振动对其不产生影响；不存在流量大小快速变化的场合。不存在流量大小快速变化的场合。罗茨流量计：适合于介质条件好，要求始动流量极低，范围度极宽罗茨流量计：适合于介质条件好，要求始动流量极低，范围度极宽（5050：1 1以上）的场合；不存在流量大小快速变化的场合。以上）的场合；不存在流量大小快速变化的场合。流

24、量计的选型方法流量计的选型方法 影影响响流量流量计计能能否正否正常工常工作作的的因素因素（工（工况况）流量范）流量范围围介介质状况质状况介介质温质温度度环环境境温温度度压压力力损损失失介介质压质压力力综综合考合考虑进虑进行行选选型型最大供气流量 Qnmax介质最低压力Pgmin介质最高温度Tmax最小供气流量Qnmin介质最高压力Pgmax介质最低温度TminQgmin=Zg/Zn Pn/(Pgmax+Pa) (273.15+Tmin)/293.12 Qnmin最大工况流量Qgmax 最小工况流量Qgmin所需工况流量范围Qgmin-QgmaxQgmax=Zg/ZnPn/(Pgmin+Pa)(273.15+Tmax)/293.12Qnmax流量计选型计算流程图流量计选型计算流程图根据供根据供气气流量范流量范围围、介、介质温质温度和度和压压力力条条件确定工件确定工况况流量范流量范围围选型实例选型实例 已知某一供已知某一供气气管管线实际线实际工作工作压压力范力范围为围为表表压压0.1013MP0.1013MP0.2026M0.2026Mpapa，介，介质温质温度范度范围围-10-104040，供，供气气峰峰值为标值为标准体准体积积流量流量200m3/h200m3/h，供供气气谷谷值为标值为标准体准体积积流量流量10m3/h10m3/h