常用传感器和变送器PPT

第2章常用的传感器和变送器2.1温度传感器和变送器2.2湿度传感器和变送器2.3压力传感器和变送器2.4流量传感器和变送器2.1温度传感器和变送器2.1.1温度检测的方法和传感器的分类温度是制冷空调系统中最重要的参数之一。温度测量仪表分为接触式和非接触式两大类。制冷空调系统多采用接触式测温。接触式测温就是利用冷热程度不同的物体接触，必然发生热交换现象。热量将由高温物体传给低温物体，直到两物体的冷热程度相同，即达到热平衡。非接触式测温时，利用物体的热辐射（或其他特性），通过对辐射强度（或颜色等）的测量，得到被测物体的温度。

按照测量方式分类：

2.1.2常用的温度传感器用热电阻传感器测量温度是制冷空调系统中的主要测温方法，它具有结构简单、工作可靠、灵敏度高、精度高、测量范围广等特点，能实现单点和多点温度的远传、变送、显示和自动控制。热电阻温度传感器是根据金属导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理测温的。在工程中常用的有铂、镍、铜、半导体热敏电阻。

1.铂热电阻

（1）结构：铂热电阻由感温元件、云母支架、绝缘套管、引出线、夹持片和保护管等主要部件组成。（2）型号：铂热电阻的型号是根据0℃时的电阻值来区分的，用分度号来表示。我国现采用国际电工委员会标准，分度号为：Pt100（=100.00Ω）和Pt10（=10.00Ω）。

铂热电阻测温元件精度高，性能可靠，易于提纯，稳定性好，在工业测温及制冷、空调系统测温中得到广泛的应用。

2.铜热电阻（1）结构：铜热电阻是用0.13mm的漆包铜丝采用双绕法绕在棒形塑料骨架上，然后，将整个元件经过酚醛树脂浸渍处理。（2）型号：铜热电阻的分度号为Cu50（=50.00Ω）和Cu100（=100.00Ω）。铜热电阻的缺点是精度不高，高温时易氧化，化学稳定性差，但价格便宜。因而广泛用于测量精度要求不高的场合。

3.半导体热敏电阻热敏电阻是由半导体材料制成的。与金属导体热电阻相比，热敏电阻测温灵敏度高，体积小，热惯性小，制造工艺比较简单，价格也比较便宜。但其测温范围较窄，而且同一型号的热敏电阻温度特性分散性很大，互换性较差，给使用和维修带来不便。在制冷空调系统中，常使用具有负电阻温度系数的热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。

2.1.3温度变送器为了将温度传感器的信号进行放大和转换为标准信号（4～20mA·DC、0～5V·DC等），以便于被模拟仪表或DDC控制器接受，使温度变送器得到广泛的应用。

1.温度变送器把温度传感器输出信号变为标准电压、电流信号的器件就称为温度变送器。它由温度传感器与两线制温度变送器模块组成。显示型产品使温度的传感、变送及显示一体化，通常以数字显示实测温度值。变送器输出4～20mA·DC抗干扰能力强的信号，可与二次仪表配套使用，也可直接输入到DDC控制器等。

2.温度变送器工作原理温度变送器作用是把输入的信号变送输出4～20mA·DC信号，供现场控制器（DDC等）作为控制及显示用。2.1.4热电偶

1.热电偶工作原理两种不同的导体A和B连接成闭合回路时，设两接点温度为和,且设＞时，回路中就会出现热电动势（

,），这个现象称为热电效应。产生的热电动势由接触电动势和温差电动势两部分组成。

两种不同的导体相接触时，由于两者自由电子密度不同（设导体A的大于导体B的）。则在A和B两个方向上自由电子扩散的速率不同，当A、B间电子转移达到动态平衡时，在A、B的界面上便形成一个电位差称之为接触电动势。其大小取决于两种不同导体的性质和接点处的温度。温差电动势是同一导体两端因温度不同而产生的热电动势。即同一导体（A或B）两端温度不同（＞）时，在高低温端之间便形成一个从高温端指向低温端的电场。该电场将阻止电子继续从高温端跑向低温端，最后达到动态平衡。于是在导体上便产生一个相应的电位差，称之为温差电动势。如果冷端温度恒定，即（常数），则

即回路总热电动势只与工作端温度成单值函数关系。只要用仪表测出，就可得知被测温度，这就是用热电偶测温的原理。

通常热电偶的热电动势与温度的关系，都是规定冷端温度为0℃时，按热电偶的类型分别制成表格，即热电偶的分度表。

2.常用电热偶的种类热电偶的品种很多，其中国际上公认性能优良、产量最大的七种标准热电偶是：分度号S（铂铑10-铂）、分度号B（铂铑30-铂6）、分度号K（镍铬-镍硅）、分度号T（铜-铜镍）、分度号E（镍铬-铜镍）、分度号J（铁-铜镍）和分度号R（铂铑13-铂）。我国根据IEC标准制定了我国常用热电偶系列。

3.热电偶的结构形式（1）普通型热电偶

普通型热电偶由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒等主要部分构成。热电极是组成热电偶的两根热偶丝，有正负热电极之分，热电极直径由材料的价格、机械强度、电导率、热电偶的使用条件和测量范围等决定，其长度由安装条件及插入深度而定。绝缘套管也称绝缘子，用于防止两根热电极短路。其结构形式通常有单孔管、双孔管及四孔的瓷管和氧化铝管等。选用的材料可根据使用温度范围而定。

为了确保热电偶的使用寿命和测温的准确性，通常将热电极（包括绝缘子）用保护套管保护。接线盒用于连接热电偶和显示仪表。一般由铝合金制成，接线盒的出线孔和盖子均用垫片和垫圈加以密封。接线盒内用于连接热电极和导线的螺钉必须紧固，以免产生较大的接触电阻而影响测量的准确性。（2）铠装热电偶铠装热电偶是将热电偶丝、绝缘材料和金属保护套管三者经整体复合拉伸工艺加工而成的可弯曲的坚实组合体。

铠装热电偶的热端有接壳、绝缘、露端等形式，其中以接壳及露端型的动态特性较好。接壳型是将热电极与金属套管焊接在一起，其反应时间介于绝缘型和露端型之间。绝缘型将热端封闭在完全焊合的套管内，热电偶与金属套管之间互相绝缘，是最常用的一种形式。露端型的热电偶热端暴露在套管外面，仅在干燥的非腐蚀性介质中使用。铠装热电偶的突出优点是动态特性好，结构小型化，易于制成特殊用途的形式，挠性好，能弯曲，可安装在狭窄或结构复杂的测量场合，已得到较为广泛的使用。2.2湿度传感器和变送器在空调自控系统中，被控的空气湿度和温度是两个相关的参数。湿度控制也是空调工程中的核心控制环节。空气的相对湿度一般由两个参数决定。例如：空气的干球温度和湿球温度；空气的干球温度和露点温度；空气的干球温度和水蒸气分压力；空气中水蒸气分压力和同温度下空气饱和水蒸气压力等。因此湿度传感器应同时测量空气状态的两个参数。2.2.1干、湿球湿度传感器干、湿球湿度传感器是根据干湿球温度差效应原理制成的测湿传感器。

1.干湿球电信号传感器干、湿球电信号传感器是一种将湿度参数转换成电信号的仪表。它与干、湿球湿度计的工作原理完全相同。主要差别是干球和湿球用两支微型套管式镍电阻所代替，为了减小空气流速对测量的影响，还增加一个轴流风扇。同时由于在镍电阻周围增加了气流速度，使热湿交换速度增大，因而也减小了仪表的时间常数。

2.TH型干湿球信号发送器该发送器是由干湿球各一支的微型套管式镍电阻温度计，微型轴流风扇，并配以半透明塑料水杯和浸水脱脂纱布套管组成。在一支镍电阻上包上纱布并使纱布浸入水杯中作为湿球温度计，另一支镍电阻作为干球温度计，都垂直安装在传感器的中部，并正对侧面的空气吸入口。

当电源接通后，轴流风扇启动，空气从圆形空气吸入口进入信号发送器，通过镍电阻周围后被轴流风扇排出去，当湿球镍电阻表面水分蒸发达到稳定状态时，干湿球同时发送相对于干湿球温度的信号，这些信号输入显示或调节仪表中，即可反映出所测量环境空气的相对湿度，从而完成远距离测控和调节相对湿度的任务。

2.2.2氯化锂电阻湿度传感器和变送器氯化锂吸湿量与空气的相对湿度成一定关系，随着空气相对湿度的增减变化，氯化锂吸湿量也随之变化，只有当蒸气压力等于周围空气的水蒸气分压力时才处于平衡状态。所以空气中相对湿度愈大，则氯化锂吸收的水分也就越多，其电阻率愈小。当氯化锂的蒸气压力高于空气中水蒸气分压力时，氯化锂放出水分，导致电阻增大。氯化锂电阻式感湿元件，即湿敏电阻就是利用氯化锂这一特性制成的。由于氯化锂感湿元件受环境影响较大，输出电阻值也与检测点的温度有关，所以氯化锂湿度变送器测量线路内均加有热敏电阻，用来进行温度补偿。氯化锂电阻式湿度传感器性能稳定，反应灵敏，测量精度高，使用寿命较长，是应用最为广泛的湿度传感器之一。其主要缺点是体积大，且不适宜在温度变化激烈，易结露和污染的环境中应用。

1.DWS-P系列温、湿度传感器

DWS-P型温、湿度传感器主要用片状氯化锂电阻式感湿元件和热敏电阻感温元件组成，可与DBWS-13、14温湿度变送器或DIWS-23、24或SWS系列数显温、湿度仪配套使用，也可与JXC-07、WS-1A、1B温、湿度巡检仪配套使用。

2.DBWS-13型氯化锂湿度变送器此变送器有两套变送系统，接有两个敏感元件，其一是氯化锂相对湿度敏感元件，另一为热敏电阻作为温度敏感元件，与调节器（如DDZ-Ⅱ型等）配套使用时能同时进行温度和湿度的调节，变送器的变送范围为：温度10～40℃，相对湿度为35%～85%，调节精度：温度误差为±0.5℃，相对湿度误差小于±2%。变送器可以将温度、相对湿度信号分别转换成0～10mA·DC信号输入调节器，实现温、湿度的自动调节。此变送器具有灵敏度高、精度高、性能稳定及体积小等优点。2.3

压力传感器和变送器压力、压差传感器、变送器按其作用原理可分为液柱式、弹性式、电气式等。液柱式压力传感器是将被测压力转换成液柱高度，如U形管液柱压力计、单管液柱压力计和倾斜式微压计等均属此类。弹性式传感器是将压力信号转变成弹性元件的形变，而电气式压力传感器是将压力（或压差）转换成某种电量进行测量。2.3.1常用的压力、压差传感器

1.弹性式压力、压差传感器

弹性式压力、压差传感器有弹簧管、波纹膜盒和波纹管等。利用各种弹性传感器而制成的压力计，其基本原理是建立在力平衡原理上，即弹性元件在被测压力的作用下，产生的弹性变形力与被测压力产生的力，量程弹簧的反力相平衡。当力处于平衡状态时，可以通过测量弹性式压力传感器的形变来测量压力，传感器与各种变送器相配合，可以指示压力和远传压力值。YeiyYeiyYeiy弹簧管式测量范围较广，一般用于高、中、低压力和真空度的测量；膜片式、膜盒式及波纹管式多用于低压和微压的测量。由于要适应压力、压差信号的远传、显示、记录和自动控制的需要，弹性形变须转换成各种标准电量，这就是压力、压差变送器。

2.电阻式微压差传感器利用导体或半导体制成的薄片，当其受到压力作用时，其材料的长度、截面积及电阻率将发生相应的改变，因此其电阻值也随着改变。在工程应用中采用半导体材料单晶硅作为压阻传感器的材料。

2.3.2常用压力、压差变送器

1.电动压力、压差变送器电动压力、压差变送器的工作原理：被测压力经过波纹管转换为力，作用于杠杆1左端A点，使杠杆绕支点作逆时针偏转，但稍一偏转，位于杠杆右端的位移检测元件2，使电子放大器产生一定的输出电流，此时电流通过反馈线圈3和变送器的负载电阻，并与永久磁铁产生一定的电磁力，使杠杆B点受到一个反馈力，形成一个使杠杆顺时针偏转的力矩。由于位移检测放大器极其灵敏，杠杆实际上只要产生极微小的位移，放大器便有足够的输出电流形成反力矩与作用力矩相平衡。当杠杆处于平衡状态时，输出电流正比于被测压力，以实现压力的测量和传输。

2.其他压力、压差变送器位移式压力、压差变送器首先将弹性元件的位移量换成电容、电感、电势等的变化，然后再经过电路转换为标准电量输出。（1）电容式压差传感器及变送器

工作原理：被测压力、分别加于左右两个隔离膜片1上，通过硅油2将压力传到测量膜片3上。此测量膜片作为差动电容的活动电极。它在压差作用下，可左右移动约0.1mm的距离。在膜片左右有两个金属固定电极4。因此当测量膜片向一边鼓起时，它与两个固定电极间的电容量一个增大，一个减小，故称差动电容。通过引线可测量两个电容的变化，即可得出压差值。（2）霍尔片式弹簧管压力变送器

霍尔效应：将一块半导体基片（霍尔元件）放在磁场中，当给半导体基片通以电流，且使电流的方向与磁力线的方向垂直时，在同时垂直于电流与磁力线的另一横向侧面上就会产生电压，该电压称为霍尔电压。此现象称为霍尔效应。结构：被测压力由弹簧管1的固定端引入，弹簧管的自由端与霍尔片3连接。在霍尔片的上、下方垂直设置两对磁极，使霍尔片处于两对磁极所形成的非均匀磁场中。霍尔片的四个端面引出四根导线，其中与磁铁2相平行的两根导线和直流稳压电源连接，另有两根导线用来输出信号。由于当压力改变时，连接在弹簧管端部的霍尔片也随之改变其在空间的位置，其所处的磁感应强度也随之改变，这时的霍尔电势值也作相应的改变，因此霍尔片式弹簧管压力传感器实质上是一种位移-电势变换元件。如果将霍尔电势经电子线路处理成标准信号后，即成为压力变送器。目前采用集成化技术将霍尔片、电源、输出信号放大和处理等线路集中在一块单晶片上，实现了变送器的微型化。（3）YSG-01型电感压力变送器压力变送器的作用是将压力测量元件的输出信号转变成调节器所要求的输入信号。

YSG-01型电感式压力变送器是一种无触点变送器，适用于检测气体、液体和蒸气压力。除可以对压力进行就地和远距离连续显示外，还可以将所测压力按比例转变成0～10mA的直流信号输出给调节器和二次显示仪表。在制冷系统中，它主要与TDF-01型能量调节器配合，以蒸发压力作能量调节参数，实现对制冷压缩机能量的自动调节。

YSG-01型压力变送器主要由压力检测和压力-电变送两部分组成。电路结构：由电源变压器、直流稳压电源、多谐振荡器、差动变压器、线性变换电路、差动整流、直流放大器和显示仪表组成。电路工作原理：交流电源经电源变压器变压，串联型晶体管稳压电路稳压，其输出直流电压作为多谐振荡器的电源。差动变压器的两个初级绕组分别作两个振荡管的负载。用多谐振荡器作内部振荡电源，即可以使差动变压器的输出信号不受220V交流电源电压波动的影响，又由于多谐振荡器的振荡频率较高，而使差动变压器的灵敏度提高。线性变换电路是在弹簧管自由端装有一个短路环，短路环又套在由铁淦氧磁芯的差动变压器的线圈所组成的闭合磁路中。当短路环随弹簧管自由端移动时，改变了差动线圈的电感，随即输出一差动电压。这个差动电压经两个二极管和电阻整流后输送给直流差动放大电路。直流差动放大器采用二级直接藕合式，将经差动整流后的电流放大成0～10mA的直流信号，远传给调节器和动圈式显示仪表，对压力进行模拟显示。电路中的电位器是用来调整仪表的电气零点的。调整时管道或容器被测压力为零（与大气相通），调使指示仪表的指示值为零。电位器是调整当输入适当压力后，显示仪表的指示是否在输入压力值上。2.4流量传感器和变送器流量传感器按原理可分为容积式、节流式、电磁式和涡轮式等。在管道内连续流动的流体，当遇到安装在管道内的节流装置时，在节流装置的前后产生压差，由于此压差与流体的流量有一定关系，所以可通过测量压差间接测量流量，或者根据流体对节流元件的推力来测量流量。2.4.1压差式流量传感器