第03章检测变送仪表

1、上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程控制系统由检测变送器、调节器、执行器和被控过程组成。检测变送器将被控参数如温度、压力、流量、液位、PH值以及成分量、状态量等检测出来，并变换成相应的统一标准信号，供系统显示、记录或进行下一步的调整控制作用。在任何系统的自动控制中变送器都是首要环节和重要组成部分，只有获得精确和可靠的被控参数，才能进行准确的数据处理，进而才能获得高质量的控制效果。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录 测量误差：测量值与真实值之间存在的差别， 真值：一个变量本身所具有的真实值，它是一个理想的概

2、念，一般是无法得到的。 在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。 基本概念基本概念上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录 约定真值：一个接近真值的值，它与真值之差可忽略不计。实际测量中以在没有系统误差的情况下，足够多次的测量值之平均值作为约定真值。 相对真值：指当高一级标准器的误差仅为低一级的1/3以下时，可认为高一级的标准器或仪表示值为低一级的相对真值。 在相同的测量条件下的测量值序列中数值、符号保持不变或按某确定规律变化的测量误差 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录 一、测量误差的分类一、测量误差的分类测量误差 分类 系统误差 基本误差：由仪表结构造成

3、的误差附加误差：偏离规定的工作条件造成的误差随机误差：偶发原因引起大小方向都不确定的误差疏忽误差：测量人员疏忽造成上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录 基本误差：是指在仪表制造厂保证的条件下仪表的相对误差值，即规定使用条件下仪器仪表的示值误差。 规定使用条件：包括温度、相对湿度、电源电压、安装方式等 。 附加误差：仪表在非规定的参比工作条件下使用时另外产生的误差。如：电源波动附加误差，温度附加误差等。 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录 二、测量误差的表示方法二、测量误差的表示方法 1. 绝对误差绝对误差 用测量值与被测量真值之间的差值所表示的误差称为绝对误差

4、。 2.2.相对误差相对误差绝对误差与被测量真值之比，称为相对误差。0AAX%1000A%100 XA或写成上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录 3. 3. 引用误差引用误差 以绝对误差与仪表上量限的比值所表示的误差称为引用误差，其中绝对误差若取可能出现的最大值则称为最大引用误差，可以用来评价仪表性能,即仪表的准确度等级。%100 mmmA上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录仪表精度等级仪表精度等级 又称准确度级，是按国家统一规定的允许误差大小划分成的等级。 使用仪表前首先必须知道仪表的精度等级，以便估计测量结果与真实值的差距。我国仪表精度等级有：0.001、0

5、.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等。级数越小，精度（准确度）就越高。科学实验用的仪表精度等级在0.05级以上；工业检测用仪表多在0.14.0级，其中校验用的标准表多为0.1或0.2级，现场用多为0.54.0级。 %100)(%100max0baxx仪表量程绝对误差的最大值仪表精度1.51.51.51.5上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录%2 . 1%100505506max上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录 xS上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录能够引起仪表指示值（输出信号）发生变

6、化（动作）的被测参数（输入信号）的最小（极限）变化量。与灵敏度是不同的概念，通常灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录 纯滞后问题 由于测量元件安装位置不当及测量仪表本身特性等容易引入纯滞后。 测量滞后问题 主要由测量元件本身的特性造成。在系统设计中可选用快速测量元件。 信号传送滞后问题 主要是指QDZ仪表气压信号在管路传送过程中所造成的滞后。 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录仪表的选用仪表的选用精度精度注意：在确定一个仪表的精度等级时，要求仪表的允许误差注意：在确定一个仪表的精度等级时，要求仪表的允许误差应该大于

7、或等于仪表校验时所得到的应该大于或等于仪表校验时所得到的最大引用误差最大引用误差；而根据；而根据工艺要求来选择仪表的精度等级时，仪表的允许误差应该小工艺要求来选择仪表的精度等级时，仪表的允许误差应该小于或等于工艺上所允许的最大引用误差。于或等于工艺上所允许的最大引用误差。 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录%1%1001003002%2%1000100221一台仪表的精度等级为一台仪表的精度等级为2.52.5级，而另一台仪表的精度等级为级，而另一台仪表的精度等级为1 1级。级。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程控制仪表过程控制仪表（一）（一）. .按能源

8、形式分类按能源形式分类上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录电动控制仪表电动控制仪表气动控制仪表气动控制仪表气动控制仪表气动控制仪表电动控制仪表电动控制仪表上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录模拟式控制仪表模拟式控制仪表数字式控制仪表数字式控制仪表（二）按信号类型分类（二）按信号类型分类（三三）按结构形式分类按结构形式分类基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组件基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组件组装式控制仪表、集散控制装置等组装式控制仪表、集散控制装置等 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录1.1.基地式控制仪表基地式控制仪表：上页上页下页下

9、页目目 录录上页上页下页下页目目 录录2.2.单元组合式控制仪表单元组合式控制仪表DDZQDZ上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.3.组件组装式控制仪表：组件组装式控制仪表：4. 4. 集散控制系统（集散控制系统（DCSDCS系统）系统）5. 5. 现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCSFCS系统）系统）上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录 模拟直流电流信号模拟直流电流信号信号标准信号标准气动信号的下限值和上限值气动信号的下限值和上限值（2 2）电动仪表的信号标准）电动仪表的信号标准（1 1）气动仪表的信号标准）气动仪表的信号标准上页上页下页下页目目 录

10、录上页上页下页下页目目 录录（1 1）现场与控制室之间采用）现场与控制室之间采用 直流电流信号直流电流信号（2 2）控制室内部仪表之间采用）控制室内部仪表之间采用 直流电压信号直流电压信号（3 3）控制系统仪表之间典型连接方式）控制系统仪表之间典型连接方式(3) (3) 电动仪表信号标准的使用电动仪表信号标准的使用上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录变送器信号传输方式变送器信号传输方式上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录变送器变送器电源电源装置装置接收接收仪表仪表现场现场控制室控制室二线制传输二线制传输 v变送器与控制室中的仪表之间只有两根传输导线，既是电源线，

11、又是信号线。v要采用这种传输方式，电流信号的下限不能为零，否则在电流下限时，变送器无法正常工作。vDDZ-III仪表的变送器可以用二线制传输，而DDZ-II仪表则不能。UII0上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录变送器变送器电源电源装置装置接收接收仪表仪表现场现场控制室控制室四线制传输四线制传输 v供电电源和输出信号各用两根导线传输v这种方式由于电源与信号分别传送，因此对电流信号的零点及元器件的功耗无严格要求vDDZ-II仪表只能采用该种传输方式I0上页上页下页下页目目 录录

12、上页上页下页下页目目 录录检测变送单元实际上包括两部分内容，首先是将被控参数检测出来，然后变送器将其变换成统一标准信号。利用单元组合仪表能组成各种难易程度的过程控制系统，在过程控制系统中应用极为广泛。单元组合仪表有气动单元组合(QDZ型)仪表和电动单元组合(DDZ型)仪表两大系列。QDZ主要用于特殊场合，其普及范围比DDZ小，几乎被DDZ-型仪表替代。DDZ系列仪表又分DDZ-型和DDZ-型，型性能比型差很多，已停产。 DDZ-型性能优越，又能用于易燃易爆场所，应用相当广泛。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录系列DDZ-DDZ-信号、传输方式、供电信号DC 010mADC 4

13、20mA、DC 15V传输方式串联制(电流传送电流接收)并联制(电流传送电压接收)现场变送器连接方式四线制二线制供电AC 220V单独供电DC 24V集中供电并有断电备用电源防爆型式和电气元件开关 防爆型式防爆型安全火花型安全栅无有电气元件分立元件集成组件结构、线路设计和功能差压变送器双杠杆机构矢量机构温度变送器无线性化电路有线性化电路调节器偏差指示硬手动手动自动切换需先平衡无保持电路功能一般全刻度指示和偏差指示硬手动和软手动软手动自动切换可直接切换有保持电路功能多样系统构成一般灵活多样与计算机联用兼容性差兼容性好表表3-1 DDZ-型与型与DDZ-型仪表的性能比较型仪表的性能比较上页上页下页

14、下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录本章主要介绍DDZ-型变送器及各种微型化、智能化变送器的原理及主要工作特性。从使用的角度来说，变送器量程调整、零点调整和零点迁移的概念是很重要的。变送器在使用之前，须进行量程调整和零点调整。（一）量程调整（满度调整）（一）量程调整（满度调整）量程调整的目的量程调整的目的上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录（二）零点调整和零点迁移（二）零点调整和零点迁移目的目的：是是X Xminmin=0=0时称零点调整时称零点调整x xminmin00时成为零点迁移时成为零点迁移零点调整目的：零点调整目的：零点迁移目的：零点迁移目的：斜率斜率比例系数，比

15、例系数，相当于改变变送器的灵敏度 。yxmaxx0minxmaxyminy 量程调整前后量程调整前后maxx上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录 灵敏度灵敏度 x xmaxx0 0maxyminy(a) (a) 未迁移未迁移y yminxx xmaxx0 0maxyminy(b) (b) 正迁移正迁移y y变送器零点迁移前后的输入输出特性变送器零点迁移前后的输入输出特性minxx xmaxx0 0maxyminy(c) (c) 负迁移负迁移y y平移平移上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录 总结总结2 23 3 斜率改变，灵敏度提高！斜率改变，灵敏度提高！例例2

16、 2， 3 3x x（MPaMPa）0 0 （2 2）y y（mAmA）10 0 （1 1）y y（mAmA）1x x（MPaMPa）2233上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录差压（压力）变送器作为过程控制系统的检测变送部分，将液体、气体或蒸汽的差压（压力）、流量、液位等工艺参数，转换成统一标准信号，作为显示记录仪、运算器和调节器的输入信号，以实现生产过程的连续的检测和自动控制。3.2.1 DDZ-差压变送器差压变送器图3-3 DDZ-型差压（压力）变送器工作原理示意图1-高压室 2-低压室 3-膜片或膜盒 4-密封膜片 5-主杠杆 6-过载保护簧片 7-静压调整螺钉 8-矢

17、量机构 9-零点迁移弹簧 10-平衡锤 11-量程调整螺钉12-检测片 13-差动变压器 14-副杠杆 15-放大器 16-反馈线圈 17-永久磁钢 18-调零弹簧上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.2.1 DDZ-差压变送器差压变送器图3-4 杠杆、矢量机构受力图差动变压器副杠杆的位移检测片的微小位移，利用低频位移检测放大器检测，并转换成DC 420mA输出。低频位移检测放大器的组成框图见图3-5。图3-5 位移检测放大器组成框图上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.2.1 DDZ-差压变送器差压变送器图3-6 型变送器二线制示意图其次是尽可能少用L、C

18、储能元件，如确实需要采用储能元件，断电时给储能元件一个放电的通路，并限制储能元件两端的电压；第三，采取限压限流措施，以限制打火能量，以免超过安全火花的能量。因此，DDZ-变送器与安全栅配合，可用于任何易燃易爆场所，扩大了变送器的适用范围。二线制系统见图3-6。安全火花防爆也是DDZ-变送器的主要特点之一。实现安全火花性能主要是采取了如下措施，首先是采用低压24V直流集中供电，限制了打火能量；上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.2.2 差动电容差压变送器差动电容差压变送器图3-7 差动电容结构示意图图3-7示出了差动电容差压变送器差动电容结构示意图。基于力矩平衡原理的差压（压

19、力）变送器，由于有力矩传动机构，其体积和重量均较大，且零点和量程调整相互干扰。而基于差动电容式差压（压力）变送器，由于没有机械传动机构，仅由差动电容和电子放大电路两部分组成，因此其体积小，重量轻，零点和量程调整互不干扰，其性能较为优越，应用广泛。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录21pp 021ppp动极板处于中间位置021ddd0021dACCC若若21pp pKd1dddddd0201,ddAC01ddAC02取差动电容的电容之比dKddddAddAddAddACCCC2000001212上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.2.2 差动电容差压变送器差

20、动电容差压变送器图3-8 转换电路原理框图差动电容差压变送器的转换放大电路的作用就是将电容比提取出来，并转变成DC 420mA输出。1151型电容式差压变送器是该类变送器的典型产品，转换电路的方框图见图3-8。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.2.3 微型化压力变送器微型化压力变送器 1扩散硅差压变送器扩散硅差压变送器 硅单晶材料在受到外力作用产生极微小应变时，其内部原子结构的电子能级状态会发生变化，从而导致其电阻率剧烈变化。用此材料制成的电阻也就出现极大变化，这种物理效应称为压阻效应。利用压阻效应原理，采用集成工艺技术经过掺杂、扩散，沿单晶硅片上的特点晶向，制成应变电阻

21、，构成惠斯凳电桥，利用硅材料的弹性力学特性，在同一切硅材料上进行各向异性微加工，就制成了一个集力敏与力电转换检测于一体的扩散硅传感器传感器。给传感器匹配一放大电路及相关部件，使之输出一个标准信号，就组成了一台完整的压力变送器。 微型化变送器多采用刻蚀工艺、扩散硅技术或机械微加工技术，在一片硅片上制作检测元件和信号调理电路而成。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.2.3 微型化压力变送器微型化压力变送器 图3-9 扩散硅压力变送器结构图 1扩散硅差压变送器扩散硅差压变送器 检测元件由两片研磨后胶合成的硅片组成。在硅杯4上制作压阻元件，用金属丝5将压阻元件引接到印制电路板上，再

22、穿过玻璃密封引出6。硅杯两面浸在硅油3中，硅油与被测介质之间有金属隔离膜片2分开。被测差压引入测量元件后，通过金属膜片和硅油传递到硅杯上，压阻元件的电压值发生变化。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录图3-10 扩散硅压力变送器电原理图RA、RB、RC、RD利用压阻效应制成的压敏应变电阻。被测压力作用于测量室内，使金属膜片产生弹性变形，其变形通过硅油传递到应变电阻上。适当调整应变电阻的位置，可使得差压增加时， RA和RD的阻值增加，而 RB和RC阻值减小。将RA、RB、RC、RD接成桥路，转换成桥路的不平衡电压输出，然后经运放进行电压放大、调制和转换成与差压成正比的DC420m

23、A信号。RE和RF为精密零点调整电阻上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.2.3 微型化压力变送器微型化压力变送器 图3-13 数字式变送器结构框图3数字式变送器数字式变送器图3-14 变送器内部组成原理框图上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录u温度、温标及换算关系温度、温标及换算关系u接触式、非接触式测温接触式、非接触式测温u热电偶及其冷端补偿热电偶及其冷端补偿u热电阻热电阻RTDu半导体温度检测半导体温度检测AD590u接触测温元件的安装原则接触测温元件的安装原则u测温元件的选型原则测温元件的选型原则 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录温

24、度：表征物体冷热程度的一个物理量。温标：将温度数值化的一套规则和方法，温标有起点、单位和方向。温标有华氏、摄氏及开氏温标（热力学温标）。华氏与摄氏温标换算公式开氏与摄氏温标换算公式 325900CF15.27300 CK上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录优点：接触测量，简单、可靠、精度高；局限性:(1)测温元件有时可能破坏被测介质的温度场或与被测介质发生化学反应；(2)因受到耐高温材料的限制，测温上限有界。 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录优点：（1）通过热辐射来测温，不会破坏被测介质的温度场，误差小，反应速度快；（2）测温上限原则上不受限制；局限性：易受

25、被测物体热辐射率及环境因素（物体与仪表间的距离、烟尘和水汽等）的影响。 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录热电效应热电效应 两种不同的导体或半导体A和B组合成如图所示闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（设TT0），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应热电效应。回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即温差电势和接触电势。 测温时： T0端恒温参考端、冷端 T 端测温工作端、热端热电偶原理图TT0AB冷端热端上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录（1 1）温差电势温差电势汤姆逊效应同一金属两端温度不同时，高

26、温区电子向低温区漂移，低温区积累负电荷，高温区积累正电荷，当电场达到一定度时,自由电子停止漂移，两端积累稳定的电荷，高温端成为电源正极，低温端成为电源负极。A、B材料的汤姆逊系数与导体性质有关；表示温度差为1时产生的温差电动势。eA(T,To)ToT00( ,),TAATe T TdT00( ,)TBBTe T TdT000( ,)( ,)()TBABATe T Te T TdT上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录（2 2）接触电势接触电势珀尔帖效应两种不同的金属相互接触，由于金属内自由电子浓度不同，自由电子发生扩散,在分界面上积累电荷，当电场达到一定强度时,扩散停止积累稳定的

27、电荷。电荷密度大的材料成为电源正极;电荷密度小的材料成为电源负极;接触电势原理图+ABTeAB(T)-( )lnAABBnkTeTen00()lnAABBkTneTennA、nB材料的电子密度e电子的电荷量：1.610-19Ck玻尔兹曼常数1.3810-23J/KT、T0两节点处的温度上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录热电偶的总电动势总接触电势总温差电势热电势与节点温度、材料电子浓度、汤姆逊系数有关00( )()()lnAABABBnkeTeTTTen( )ABET0( ,)ABET T0()TBATdT0()lnABnkTTen0()ABET上页上页下页下页目目 录录上页上

28、页下页下页目目 录录 热电动势与温度在小范围内基本上呈单值、线性关系； 稳定性和复现性较好； 响应时间较快； 测温范围宽，高温热电偶测温上限可达2800，低温热电偶可达1K； 测温精度高；使用范围广。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录标准型热电偶：按国家规定定型生产、有标准化分度表的热电偶。 主要有：铂铑30-铂铑6热电偶（也称双铂铑热电偶，分度号B）；铂铑10-铂电偶（分度号S）；镍铬-镍硅（镍铬-镍铝，分度号K）热电偶；镍铬-康铜（镍铬-铜镍，分度号E）热电偶。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录将热电极、绝缘材料和金属保护套管加工成一个坚实的整体，经复合

29、拉伸后形成的热电偶；细：一般直径为18mm；长：长度一般为120m；具有体积小、精度高、动态响应快、可靠性高、可挠性好、通常不用补偿导线等特点，特别适合于温度控制系统。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录热电偶冷端温度补偿由热电偶测温原理可知，热电偶的输出电动势是热电偶两端温度t和t0差值的函数，当冷端温度t0不变时，热电动势与工作端温度t成单值函数关系。各种热电偶温度与热电动势关系的分度表都是在冷端温度为零时作出的，因此，用热电偶测温时，若要直接应用热电偶的分度表，就必须满足t0 =0的条件。这样，t0不但不是0，而且也不恒定，因此将引入误差。能够消除或补偿这个误差的方法，常

30、用的有以下几种： 零度恒温法、热电势修正法、温度系数法、冷端补偿器法、Pn结补偿法、冷端延长线法。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录（1）零度恒温法冷端恒温法是将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持在0不变。此方法也称冰浴法，它消除了不等于0而引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适用于实验室或研究室中。mVmVA AB BA AB BT TC CC C仪仪表表铜导线铜导线试管试管补偿导线补偿导线冰点槽冰点槽冰水溶液冰水溶液T T0 00上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录（2）热电势修正法若冷端温度恒定，但并非0，要使测出的热电动势只

31、反映热端的实际温度，则必须对温度进行修正。修正公式如下：热电偶工作温度( T,Tn );输出热电势EAB( T,Tn );EAB (Tn ,0) 由Tn 和分度号查分度表确定；EAB (T,0)反查分度表得到温度T。（3）温度系数法根据仪器温度示值T和冷端温度T0直接给出实际温度值；k为修正系数，与测温范围和热电偶类型有关( ,0)( ,)(,0)ABABnABnETET TET0TTkT上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录（4）冷端补偿器法（电桥补偿法）全臂电桥R1,R2,R3-固定电阻R4-热敏电阻R-限流电阻 E-电桥电源冷端0 (平衡点温度)时，使电桥平衡，电桥 输出U

32、ab=0；补偿电桥对热电偶回路热电势无影响；冷端温度增为T0时，热电势输出E(T,T0)，减小E(T0,0)；R4因温度变化不平衡输出增加Uab；电桥输出U0选取R4，使Uab E(T0,0)，则：输出不受冷端温度影响。00(,)abUE T TU000( ,)(,0)UE T TE T冷端温度冷端温度热电偶输出热电势热电偶输出热电势E(T,T0)R4 失衡失衡 Uab 若若E(T,T0)= Uab 输出不变输出不变上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录（5）冷端延长线法利用补偿导线，将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所(如仪表室)。根据中间温度定律，只要热电偶的两个热电极分别与两

33、补偿导线的接点温度一致，就不会影响热电动势的输出。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录热电阻热电阻 在中、低温区，热电偶输出的热电动势很小；而在中、低温区，用热电阻比用热电偶做为测温元件时的测量精确度更高。利用金属导体随温度变化的阻值来进行测温，与热电阻匹配的温度显示二次仪表原理一般为电桥。 热电阻特点：性能稳定、测量精度高，一般可在-200850范围内使用。001TTRRt接收由变送器、转换器、传感器(包括热电偶、热电阻)等送来的电或气信号，并指示所检测的过程工艺参数量值的仪表。 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录一般要求工业热电阻的材料应具有：电阻温度系数

34、大；电阻率大；热容量小；在测温范围内具有稳定的物理和化学性能；良好的复制性；电阻随温度的变化呈线性关系等 。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录目前世界上用作热电阻的材料主要有铂、铜及镍；我国镍储量较少，故只采用铂、铜两种金属热电阻。 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录测量流动介质（管道内）温度时，应保证传感器与介质充分接触，与被测介质成逆流状态（至少呈正交式）安装。 感温点应处于管道中流速最大的地方。 尽可能增大传感器的插入深度，温度计应斜插或在管道弯头处插入。 当测温管道过细（直径小于80）时，安装测温元件需加装扩充管。 上页上页下页下页目目 录录上页上页

35、下页下页目目 录录 热电偶及热电阻在安装时，应使其接线盒的面盖向下，以免雨水或其他污物渗漏。 安装在负压管道上的温度计，必须要保证良好的密封性，以防外界冷空气进入。 用热电偶测量炉膛温度时，应避免与火焰直接接触；避免把热电偶安装在炉门旁或与热物体距离过近之处。 接线盒不应碰到被测介质的器壁，以免热电偶冷端温度过高。 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录 仪表的精度等级应根据生产工艺对参数允许偏差的大小确定。 仪表选型应力求操作方便、运行可靠、经济、合理等。 在同一工程中，应尽量减小仪表的品种和规格。 一般取实测最高温度为仪表上限值的90%，而30%以下的刻度原则上最好不用。上页

36、上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录 热电偶测温反应速度快、适于远距离传送、便于与计算机联用、价廉，故只在测量范围低于150时才选用热电阻。 热电偶、补偿导线及显示仪表的分度号要一致。 保护套管的耐压等级应不低于所在管线或设备的耐压等级。 材料应根据最高使用温度及被测介质的特性来选择。 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录 用分度号为K的镍铬-镍硅热电偶测量温度，在没有采取冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示值为500，而这时冷端温度为60。试问：实际温度应为多少？如果热端温度不变，设法使冷端温度保持在20，此时显示仪表的指示值应为多少？ 上页上页下页下页目目 录录上

37、页上页下页下页目目 录录 显示仪表指示值为500时，查表可得此时显示仪表的实际输入电势为20.64mV，由于这个电势是由热电偶产生的，即 同样，查表可得： =20.64+2.463=23.076mV由 23.076mV查 表 可 得 ： t=557 。即 实 际 温 度 为 557 。 mVttEO64.20),(mVEtEO436. 2)0 ,60()0 ,()0 ,(),()0 ,(00tEttEtE上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录 当热端为557，冷端为20时，由于E（20，0）=0.798mV,故有： E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0) =23.076-0

38、.798=22.278mV 由此电势，查表可得显示仪表指示值应为538.4。 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录温度变送器将温度、温差以及与温度有关的工艺参数和直流毫伏信号变换成DC 420mA 或DC 15V的统一标准信号。 3.2.1 DDZ-温度变送器温度变送器DDZ-温度变送器主要将温度、温差、压力以及与温度有关的工艺参数变换成DC 420mA或DC 15V的统一标准信号。具有如下主要特点：采用低漂移、高增益的运放作为主要放大器，线路简单，具有良好的可靠性、稳定性；在配热电偶和热电阻的变送器中采用线性化电路，使输出电流I0与被测温度呈线性关系，测量精度高；线路中采用安

39、全火花防爆技术措施，可用于易燃易爆场合；采用24V集中供电，实现二线制接线方式。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录图3-17 型温度变送器原理框图表示供电回路表示信号回路上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录DDZ-变送器有三种品种： 1）直流毫伏变送器 其输入信号是直流毫伏信号。 2）热电偶温度变送器。3）热电阻温度变送器。3.3.1 DDZ-温度变送器温度变送器 三种变送器在线路结构上都由量程单元和放大单元两部分组成。其中放大单元是通用的，而量程单元则随品种、测量范围的不同而异。 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录iEIU（a a）DDZD

40、DZ型温度变送器构成方框图型温度变送器构成方框图直流毫伏变送器直流毫伏变送器TIU（b）热电偶温度变送器上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录IUT（c）热电阻温度变送器上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.3.1.1 直流毫伏变送器的量程单元 直流毫伏变送器的量程单元由信号输入电路，零点调整桥路和反馈电路等部分组成。 3.3.1 DDZ-温度变送器温度变送器图3-18 直流毫伏变送器量程单元 放大单元的反馈隔离部分限流限压滤波，滤去交流分量恒流源上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录zioVVV5式中，136236ffifffiRPRRRRPRR

41、531iiiRRRP 56iiRRzV 为变送器的调零信号，时，得正向调零信号，实现负迁移，时，实现正迁移。更换Ri3 可大幅度改变零点迁移量。调整RPi可小范围调零。5为输入输出的比例系数，调整RPf微调量程，改变Rf2可大范围调整量程。由于Vo=15V, 越大，Vi越小。即量程范围越小。改变比例系数，调整了量程，也影响了零点，调整时，需反复调整才能满足精度要求。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.3.1.2 热电偶温度变送器的量程单元 3.3.1 DDZ-温度变送器温度变送器图3-19 热电偶温度变送器量程单元原理图 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录

42、CtRIRIVCuCui202011CtVi20201IRCu热电偶冷端温度自动补偿热电偶冷端温度自动补偿上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.3.1.2 热电偶温度变送器的量程单元 3.3.1 DDZ-温度变送器温度变送器图3-20 折线逼近法线性化原理a)折线逼近原理 b)电路原理图线性化原理线性化原理上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.3.1.3 热电阻温度变送器的量程单元 3.3.1 DDZ-温度变送器温度变送器图3-21 热电阻温度变送器量程单元原理图tttRIRIV11上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.3.1.3 热电阻温

43、度变送器的量程单元 3.3.1 DDZ-温度变送器温度变送器图3-22 热电阻的特性及其线性化曲线a)热电阻的特性 b)线性化曲线tttRIRIV11上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.3.1.4 温度变送器的放大单元温度变送器的放大单元 3.3.1 DDZ-温度变送器温度变送器图3-23 电压放大器ddcRRRK1KVVO上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录图3-24 功率放大器baLiii调制式放大器调制式放大器上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.3.1.4 温度变送器的放大单元温度变送器的放大单元 3.3.1 DDZ-温度变送器温度

44、变送器图3-25 隔离输出与隔离反馈电路 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录1.AD590构成的温度变送器构成的温度变送器 3.3.2 微型化温度变送器微型化温度变送器 图3-26 微型温度变送器原理图a) 温度检测元件 b) 变送器原理电路 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录2.TMP17构成温度变送器构成温度变送器 3.3.2 微型化温度变送器微型化温度变送器 图3-27 TMP17构成微型温度变送器a) TMP17引脚功能 b) 原理电路上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.TMP35系列构成微型温度变送器系列构成微型温度变送器 3.

45、3.2 微型化温度变送器微型化温度变送器 图3-28 TMP35构成微型温度变送器a) TO-92封装 b) 原理电路上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.TMP35系列构成微型温度变送器系列构成微型温度变送器 3.3.2 微型化温度变送器微型化温度变送器 图3-29 频率输出型微型温度变送器上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录4TMP01系列构成温度变送器系列构成温度变送器3.3.2 微型化温度变送器微型化温度变送器 图3-30 TMP01构成温度变送器a) 引脚功能 b) 原理电路上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.4.1 概述概述vA

46、qvdAvA0tvvQq dtmvqqmvQQ上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.4.1 概述概述表表3-2 流量仪表的分类流量仪表的分类类别仪表名称体积流量计容积式流量计椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、皮膜式流量计等差压式流量计节流式流量计、均速管流量计、弯管流量计、靶式流量计、浮子流量计等速度式流量计涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计等质量流量计推导式质量流量计体积流量经密度补偿或温度、压力补偿求得质量流量等直接式质量流量计科里奥利流量计、热式流量计、冲量式流量计等流量测量仪表也称为流量计。它通常由一次仪表和二次仪表组成。一次仪流量测量仪表也称为流量计。它通常

47、由一次仪表和二次仪表组成。一次仪表亦称为表亦称为传感器传感器，二次仪表称为，二次仪表称为显示装置或变送器显示装置或变送器。流量测量仪表的种类繁多，各适用于不同场合，其分类见表流量测量仪表的种类繁多，各适用于不同场合，其分类见表3-2。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.4.2 差压式流量计差压式流量计 图图3-31 节流式流量计的组成节流式流量计的组成差压式流量计基于在流通管道上设差压式流量计基于在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生产生差压差压，此差压与流体流量之间有，此差压与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量差压值便确定的

48、数值关系，通过测量差压值便可求得流体流量，并转换成电信号输可求得流体流量，并转换成电信号输出，因此，差压式流量计由产生差压出，因此，差压式流量计由产生差压的装置和差压计两部分组成，其结构的装置和差压计两部分组成，其结构简单，可靠。见图简单，可靠。见图3-31。 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录(a) 标准孔板(b) 喷嘴(c) 文丘里管上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录1v3v2v123流速1v2v3v静压1p2p3ppmaxp220112222211122vAvAvpvp上页上页下页下页目目 录录上页上

49、页下页下页目目 录录1v3v2v123流速1v2v3v静压1p2p3ppmaxp0022vmqApqAp上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录HhDd上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录aa环隙取压单独钻孔取压夹持环流体上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录l1l2法兰取压法兰取压l1(D)l2(D/2)DD/2取压取压上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录节流装置引压管差压变送器显示仪表/控制器oIpvqp上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录

50、上页上页下页下页目目 录录HhDdP( )P( )P( )上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.4.3 靶式流量计靶式流量计 图图3-35 靶式流量计结构原理靶式流量计结构原理在管道中垂直于流动方向安装一圆在管道中垂直于流动方向安装一圆盘形阻挡件，称之为盘形阻挡件，称之为“靶靶”。(标号标号4)流体流经靶时，由于受阻将对靶产生流体流经靶时，由于受阻将对靶产生作用力作用力F，F与流体流动速度的关系为与流体流动速度的关系为式中，式中，K为阻力系数；为阻力系数； 为垂直于流为垂直于流速的靶面积；速的靶面积；r为流体重度；为流体重度；v为通过为通过环形面积的流速；环形面积的流速；g为

51、重力加速度。为重力加速度。 grKAFd22dA上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录h上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录()tfVgpA 2vfqhp2 ()tffVghA2 ()tffmVgqhA上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录02 ()twvwVgqhA2 ()tfvffVgqhA0()()tfwvfvftwqq上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录0()()tfwvfvftwqq(7.90.83)*1*3.60.83*(7.9 1)vfq4( / )L s0()*()tfwfvmvffvtwqqq 上页上页下页下页目目

52、录录上页上页下页下页目目 录录0,00000()()tftffftfQQQ采用不同材料的同形转子。增加密度扩大量程，相反缩小量程。ftftQQ0上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录4vqVn上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录vqqv上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录dvStf 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录当漩涡发生体的形状和尺寸确定后，通过测量漩涡产生的频率f，便能确定流体的体积流量Q: Q=f/KK为仪表系数，一般通过实验确定。频率f的检测方式有一体式和分体式两种。

53、利用漩涡产生时引起的波动进行测量。一体式将检测元件放在漩涡发生体内，如热丝式、膜片式和热敏电阻式等分体式将检测元件安装在漩涡发生体的下游，如压电式和超生式等。可用于测量气体、液体和蒸汽的流量。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录xEKBDv24vDqv4vxDqEBK上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录液位是指密封容器或开口容器中液位的高低，通过液位测量液位是指密封容器或开口容器中液位的高低，通过液位测量可知

54、道容器内的原料，半成品或成品的数量，以便调节流入流可知道容器内的原料，半成品或成品的数量，以便调节流入流出容器的物料，使之达到物料平衡，从而保证生产过程顺利进出容器的物料，使之达到物料平衡，从而保证生产过程顺利进行。行。此外，通过液位测量可对生产过程中各环节所耗物料进行统此外，通过液位测量可对生产过程中各环节所耗物料进行统计和经济核算。计和经济核算。 液位测量由于受到被测介质的物理性质，化学性质以及工作液位测量由于受到被测介质的物理性质，化学性质以及工作条件的影响，再加上以往未得到足够重视，因此，目前仍然是条件的影响，再加上以往未得到足够重视，因此，目前仍然是一个比较薄弱的环节。一个比较薄弱的

55、环节。 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录浮力式液位变送器是根据阿基米德原理工作的，即液体对一个物体浮力的大小，等于该物体所排出的液体的重量。浮力式液位变送器可分为恒浮力式和变浮力式两种。 3.5.1 浮力式液位变送器浮力式液位变送器 1恒浮力式液位变送器恒浮力式液位变送器 图3-42 恒浮力式液位计原理 ghDF42上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.5.1 浮力式液位变送器浮力式液位变送器 2变浮力式液位变送器变浮力式液位变送器 图3-43 浮筒式液位计原理图3-43为浮筒式变浮力液位计原理图。圆柱形浮筒部分沉浸于液体中，当浮筒被液体浸没的高度变化时，

56、其所受浮力F也变化，F的变化压缩弹簧，弹簧的弹性力与浮筒的重力相平衡时，浮筒便处于某一平衡位置，测量弹簧的压缩位移，并转换成统一标准信号，便可得知液位高度。 浮筒GF弹F浮上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录浮筒GF弹F浮浮筒弹簧磁钢室输出指示器内置式外置式静井上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录静压力式液位变送器原理静压力式液位变送器原理gHpppAB利用差压变送器将p或压力变送器将pB转换成统一标准信号，便可得被测液位H。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录 为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被

57、堵塞的问题，应使用法兰式差压变送器，如下图所示。 图3-46 法兰式差压变送器测量液位示意图1法兰；2毛细管；3差压计上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录将一根吹气管插入至被测液体的最低液位（零液位）处。压缩空气或惰性气体经恒压阀和流量计吹入贮液罐内，当吹气管的下端有微量气泡溢出时，导管内的压力几乎与液封压力相等。 即 p=Hg利用压力变送器测量压力，并转换成统一标准信号。图3-48 吹气式液位测量原理 安装于贮液罐顶部，适合于地下贮液罐、深井等场合的液位测量、变送。上页上页

58、下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录静压力式液位变送器测量液位的精度取决于差压（压力）变送器的精度以及液体温度对其密度的影响。除上述方法外，还有电容式、应变式、超声波式、激光式、放射式等，可参考相关文献。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录成分分析仪表作用：成分分析仪表作用：对物质的成分及性质进行分析和测对物质的成分及性质进行分析和测量。量。在现代工业生产过程中，必须对生产过程中的在现代工业生产过程中，必须对生产过程中的原料、成原料、成品、半成品的化学成分、化学性质、粘度、浓度、密度、品、半成品的化学成分、化学性质、粘度、浓度、密度、重度、以及重度、以及PH值值等进行自

59、动测量和自动控制，以达到优等进行自动测量和自动控制，以达到优质高产、降低能源消耗和产品成本，保证安全生产和防止质高产、降低能源消耗和产品成本，保证安全生产和防止环境污染的目的。环境污染的目的。分类：分类：按使用场合来分，成分分析仪表又分为按使用场合来分，成分分析仪表又分为实验室分实验室分析仪表析仪表和和过程分析仪表过程分析仪表，自动分析仪表自动分析仪表或或在线分析仪表在线分析仪表。要求现场安装、自动取样和预处理、自动分析、信号处理和信号远传，以及工作可靠、性能稳定和连续运行等。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录表表3-3 分析仪表的分类分析仪表的分类 类别品种热学式热导式分析

60、仪表，热化学式分析仪表，差热式分析仪表磁力式热磁式分析仪表，磁力机械式分析仪表光学式光电比色分析仪表，红外吸收式分析仪表，紫外吸收式分析仪表，光干涉式分析仪表，光散射式分析仪表，光度式分析仪表，分光光度分析仪表，激光分析仪表，化学发光式分析仪表射线式X射线分析仪表，电子光学式分析仪表，核辐射式分析仪表，微波式分析仪表电化学式电导式分析仪表，电量式分析仪表，电位式分析仪表，电解式分析仪表，极谱仪，酸度计，离子浓度计色谱仪气相色谱仪， 液相色谱仪质谱仪静态质谱仪，动态质谱仪，其他质谱仪波谱仪核磁共振波谱仪，电子顺磁共振波谱仪，共振波谱仪物性仪温度计，水分计，粘度计，密度计，浓度计，尘量计其他晶体振