检测仪表精品课件

1、检测仪表第1页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四第1章 检测仪表1.1温度检测仪表1.1.1测量温度的主要方法接触式测温接触测量，简单、可靠、精度高；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；因受到耐高温材料的限制，测温上限有界。 非接触式测温通过热辐射来测温，不会破坏被测介质的温度场，误差小，反应速度快；测温上限原则上不受限制；易受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。 第2页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四接触式测温仪表分类：1.膨胀式温度计2.压力式温度计3.热电偶温度计4.电阻式温度计1.1.

2、2热电偶1.基本原理：当两种不同的导体或半导体连接时，若两个接点温度不同，回路中会出现热电动势，并产生电流。通常将一端温度T0维持恒定，称为冷端另外一端放在需要测温的地方，称为热端或工作端。第3页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四2.在冷端插入第3方导体考虑到，若T=T0则因此：所以，我们可以在回路中插入各种仪表和导线。第4页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四3.工业常用热电偶标准型热电偶：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

3、号K）热电偶；镍铬-康铜（镍铬-铜镍，分度号E）热电偶。第5页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四4.热电偶冷端补偿只有当热电偶冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度的单值函数;热电偶的冷端温度补偿：只有将冷端温度保持为0，或者进行一定的修正才能得到准确的测量结果。第6页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四热电阻 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；热电阻特点：性能稳定、测量精度高，一般可在-270900范围内使用（推荐在150以下时选用）。R0: 0度时的电阻值第7页，共41页，2022

4、年，5月20日，5点48分，星期四1.1.5热电偶温度变送器的基本结构输出电流应为010mA或420mA直流电流信号。1.输入电路Rcu：铜丝绕制的电阻，安装在热电偶的冷端接点处，在冷端温度变化时，利用铜丝电阻随温度变化的特性，向热电偶产生一个补偿电压。第8页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四R4完成零点调整（零点迁移）。如：某点的温度在5001000 间变化，常希望500 以下的温度区不予以指示，即进行零点迁移。 第9页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四2.放大电路在变送器中，常常受到共模干扰的作用，这可以采取提高共模抑制比来进行克服。但是，在一定的条

5、件下可以共模干扰可以转换为差模干扰，如（a）图所示。抑制共模干扰的一个有效办法是把仪表浮空，也就是把变送器内的零线和大地绝缘。如（b）图所示。第10页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四3.反馈电路第11页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四1.1.6 DDZ-3型热电偶温度变送器的实际电路第12页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四变送器的功率放大及其输出电路第13页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四1.2压力检测仪表注意：过程控制中，所讲“压力”实为物理概念上的压强。压力指均匀、垂直地作用在单位面积上的力。 压力的表

6、示方式有三种，即：绝对压力、表压力、负压或真空度、差压。 绝对压力是物体所承受的实际压力，其零点为绝对真空。 表压力指高于大气压力时的绝对压力与大气压力之差。 真空度（负压）是大气压力与低于大气压力时的绝对压力之差。 差压是两点间的压力差压力的单位是牛顿/米2，称为帕斯卡（Pascal），简称帕（Pa）。 第14页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四1.2.1弹性压力测量元件弹簧管（波登管） 波纹管膜片利用弹性元件受压产生变形来测量压力。第15页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四 波纹管与弹簧的组合，利用弹簧的较好线性特性利用膜盒测量差压第16页，共41页

7、，2022年，5月20日，5点48分，星期四1.2.2 力平衡式压力（差压）变送器特点：1.不是靠弹性元件的弹性反力建立平衡关系。因此，弹性元件的弹性力随温度变化时，不会影响变送器的精度。2.变换过程中，位移量很小，因而线性度好，迟滞小。第17页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四变送器的静态结构图：S：波纹管的有效面积 ：杠杆系统的扭转刚度f: 电磁铁的传递系数。d: 位移检测点的检测元件位移由计算可得： （开环增益很大时）IO只决定于输入和反馈回路，而与正向通道无关第18页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四DDZ3型电动单元组合仪表的力平衡式变送器第1

8、9页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四差动变压器的结构振荡器的结构。实际上，可以相当于一个动态增益无限大的放大器。第20页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四第21页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四1.2.3位移式差压（压力）变送器基本结构：被测压力P1和P2，分别施加于左右两个隔离膜片上，如果二者不相等就会推动中间测量膜片，从而改变两边电容器的容量。这样，测量出两边容量的变化就可知道其压差，第22页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四因此：测量原理如下：第23页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四

9、令V1、V2、V4表示R1、R2、R4上的压降；且，R1=R2=R4,则可以推算出：测量中，可以保持V4恒定，则测出V1-V2即可知P。第24页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四1.2.4 固态测压仪表 以上各种测压仪表都有一个弹性元件，仪表内部总有一个运动部件。 固态测压仪表是利用压电效应、压阻效应、压磁效应直接将压力转换为电信号。 在硅杯上，采用扩散工艺，制作了一些长条电阻。当硅膜片上下压力差变化时，使扩散电阻的电阻率变化，从而阻值发生变化。第25页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四注意：当中心部位受到拉应力时，周围区域将受到压应力。测量原理：第26

10、页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四1.3 流量检测仪表流量的基本概念及单位单位时间内流过管道横截面的流体数量，称为瞬时流量。 当流体的数量以体积表示时，称“体积流量，记作Qv，单位为升/秒、立方米/小时。 当流体的数量以质量表示量，称“质量流量”，记作Qm，单位为千克/秒、吨/小时。 在某一段时间内流过管道横截面的流体总和称为总（流）量或累积流量通常指用来测量瞬时流量的仪表叫流量计，而用来计总量的仪表称为计量表。 第27页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四伯努利方程流速为，密度为，静压力为p，则当流体充满水平管道流动时，其能量方程为第一项为静压能，第二

11、项为动压能（动能）。在同一管道的任一横截面上，流体动能及其静压能的总和不变。在一定条件下，这两种形式的能量可以在总能量不变的前提下相互转换。 第28页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四1.3.1 节流式流量计 在管道中放入一定的节流元件，如孔板、喷嘴、靶、转子等，使流体流过这些阻挡体时，流动状态发生变化。根据流体对节流元件的推力或在节流元件前后形成的压差等，可以测定流量。1.差压流量计原理：在管道中插入一个孔板，当流体流过孔板时，流动速度加快，压力下降。根据前后压差P1和P2可测定流量。第29页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四P1 ： 孔板前稳定流动段

12、I-I截面上的压力。此处平均流速为v1。 . P2 ： 孔板后流束收缩到最小处- 截面上的压力。此处平均流速为v2。 ：流体在I-I截面与- 截面间的动能损失系数。1、2：流体在两个截面处的密度，若流体是不可压缩的，则 12 又：F1、F2为I-I截面和- 截面处的流束截面积。第30页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四考虑到，工程中常取P1-P2代替P1 P2，只是必需加以系数 并令：可得：结论：流体的流量与节流元件前后的压差平方根成正比。注意：只有在雷诺系数大于一界限后，才为常数。第31页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四2. 靶式流量计原理：在管道中

13、央放置一个靶，测出靶上的推力，即知道其流量。A0：环形间隙的面积；Ka：流量系数；Kd：靶的受力面积：流体的比重注意：Q也是与力的平方根成正比。第32页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四3.转子流量计原理：节流元件是一个可以移动的转子，当被测流体自下而上通过时，由于转子的节流作用，转子前后出现压差，推动转子向上移动，在某处找到平衡。平衡点的高度与Q成正比。F0为平衡点环形缝隙的流通面积，它与转子的高度成正比。一般用于小流量的测量中。第33页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四1.3.2 容积式流量计此处主要介绍椭圆齿轮流量计。原理：由流体推动椭圆齿轮旋转，

14、齿轮转一圈，向出口排除4个半月形容积的体积，测量出齿轮的转速可知流量。其精度与雷诺系数无关，但不可测量有固体颗粒的流体。第34页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四1.3.3涡轮流量计原理：在管道的中心线上安装一个涡轮，流体流过时，使得涡轮转动，其转速正比于流量。为了使得流体在涡轮处沿直线流动，入口直段的长度应为管道直径的10倍以上，出口直段长度应为管道直径的5倍以上。第35页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四1.3.4 电磁流量计原理：以流动液体作为导体，其在磁场中流动时，产生感应电动势，且与流速成正比。此种流量计精度高，在管道中没有节流元件，对液体的适

15、应性强，但不能测量导电率低的液体和气泡多的液体。变送器引出的信号线和电源线分开敷设并避免两者平行，更不能把两条线穿在同一根铁管中。第36页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四1.3.5 漩涡式流量计涡街的形成又称涡街流量计、卡曼涡街流量计。利用流体自然振荡的原理制成的一种漩涡分离型流量计 。测量原理：当流体以足够大的流速流过垂直于流体流向的物体时，若该物体的几何尺寸适当，则在物体的后面，沿两条平等直线上产生整体排列、转向相反的涡列。涡列的个数，即涡街频率，和流体的速度成正比。通过测旋涡频率，就可知道流体的流速，从而测出流体的流量。 第37页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四漩涡产生频率的测量A图，在旋涡发生体正面埋入两个半导体热敏电阻，以恒定的电流加热，并将两电阻结成电桥。产生旋涡一侧流速小，散热差，温度较高，阻值增大，如此可获得与旋涡频率相同的信号。B图，用隔板将发生体内腔分为上下两半，中间位置有一细的铂丝，被电流加热，并上下各一导压孔。产生漩涡一处，静压高，由导压孔进入内腔，铂丝降温，电阻减小。测电阻变化频率即知旋涡频率。第38页，共41页，2022年，5月20日，5点48分，星期四1.4 液位检测仪表1.4.1 浮力式和静压式液位计变浮力液面计差