测试仪表讲座

测试仪表讲座第一页，共五十七页，2022年，8月28日章节内容仪表控制系统的组成及基本概念工业仪表的种类及工作原理检测仪表

变送器与调节器执行器3数字仪表及计算机控制第二页，共五十七页，2022年，8月28日1仪表控制系统的组成及基本概念检测、测量、计量

Measurement,

Measure,Meter，Scale仪器、仪表

Instrument,Instrumentation传感器Sensor,Transducer变送器、调节器、执行器Transmitter,Regulator,Actuator,测试、测控InstrumentandControl感知、遥感Detection，RemoteSensing名词术语第三页，共五十七页，2022年，8月28日检测与控制系统的组成仪表与控制装置系统界面传感器人机界面检测控制对象操作人员其他系统的仪器装置执行器第四页，共五十七页，2022年，8月28日例：加热炉温度控制系统第五页，共五十七页，2022年，8月28日对检测系统基本要求准确性和精密性稳定性高灵敏度高分辨率第六页，共五十七页，2022年，8月28日基本概念仪表的输入输出特性测量范围、上下限、量程零点迁移、量程迁移滞环、死去和回差测量精度等级重复性和再现性第七页，共五十七页，2022年，8月28日零点迁移和量程迁移输入(被测量)输出0100%100%零点迁移量程迁移第八页，共五十七页，2022年，8月28日如何利用零点迁移和量程迁移时间t0输出(V)51015第九页，共五十七页，2022年，8月28日滞环、死区和回差输入输出0下降曲线上升曲线重复性和再现性

（随机性）（稳定性）第十页，共五十七页，2022年，8月28日测量精度等级输入(被测量)输出0标准输入输出特性曲线实际上升校验曲线实际下降校验曲线误差上限误差下限精度等级0.5级：基本误差不超过量程的±0.5%基本误差限第十一页，共五十七页，2022年，8月28日重复性和再现性

（随机性）（稳定性）输入输出0重复性再现性第十二页，共五十七页，2022年，8月28日常用仪表的分类及特点可分为电动，气动，液动和机械式等。工业上普遍使用电动和气动控制仪表。电动控制仪表

气动控制仪表

能源电源（220VAC）（24VDC）气源（140kPa）传输信号电信号（电流、电压或脉冲）气压信号构成电子元器件（电阻、电容、电子放大器、集成电路等）气动元件（气阻、气容、气动放大器等）接线导线，印刷电路板导管，管路板第十三页，共五十七页，2022年，8月28日单元组合式控制仪表它们都经历了Ⅰ型，Ⅱ型和Ⅲ型的三个阶段。（信号制不同）电动单元组合仪表中还有模拟和数字技术相结合的DDZ-S型系列仪表。单元组合仪表可分为变送单元，执行单元，调节单元，转换单元，运算单元，显示单元，给定单元和辅助单元等八类。各个仪表之间用统一的标准信号进行联系，将各种独立仪表进行不同的组合，可以构成适用于各种不同场合的自动检测或控制系统。这类仪表有电动单元组合仪表（DDZ）和气动单元组合仪表（QDZ）两大类。第十四页，共五十七页，2022年，8月28日集散型控制系统(DCS系统)

DCS系统是一种以微型计算机为核心的计算机控制装置。其基本特点是分散控制、集中管理。

DCS系统通常由控制站（下位机）、操作站（上位机）和过程通讯网络三部分组成：控制站完成数据采集、处理及控制的作用；操作站完成生产过程信息的集中显示、操作和管理等作用；过程通讯网络用于实现操作站与控制站的连接，完成信息、控制命令等传输。DCS系统可以实现单元组合仪表中变送和执行单元之外所有的功能，但DCS的功能是单元组合仪表无法比拟。

第十五页，共五十七页，2022年，8月28日现场总线控制系统(FCS系统)

FCS系统是基于现场总线技术的一种新型计算机控制装置。其特点是现场控制和双向数字通讯，即将传统上集中于控制室的控制功能分散到现场设备中，实现现场控制，而现场设备与控制室内的仪表或装置之间为双向数字通讯。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。其中现场设备是指系统最底层的监测、执行和计算设备，如智能化的变送器、执行器或控制器等。

FCS系统具有全数字化、全分散式、可互操作、开放式以及现场设备状态可控等优点。FCS系统中还可能出现以以太网技术和以无线通信技术为基础的计算机控制系统。第十六页，共五十七页，2022年，8月28日2传感器及检测的种类分类按检测参量:如温度、压力、流量、位移等（电工量、热工量、机械量、物性和成分量、光学量、状态量）按传感原理或反应效应:光电，压电，热阻等按传感器材料:导电体、半导体、有机、无机材料、生物材料等按应用领域:化工、电力、建筑、交通、科学计量等按输出信号形式:如模拟量和数字量等。按能量供给方式:能量变换型、能量控制型等…第十七页，共五十七页，2022年，8月28日指纹输入的传感原理-1////电容量图像传感器CCD/CMOS指甲手指透镜棱镜光源LED多电极板（1）棱镜光学法经过空气层反射和在隆线与镜面交界处的直接反射不同（2）电容法到达电极板的距离不同静电容量不同第十八页，共五十七页，2022年，8月28日指纹输入的传感原理-2图像传感器CCD/CMOS指甲手指光源LED（4）电场方法到达真皮距离不同造成电场强度分布不同（5）感热方法隆线皮肤体温与谷部空气温度的差（6）感压方法凹凸压力分布（3）扩散光光学法观测通过手指内的光线，谷线处由于光扩散而变暗第十九页，共五十七页，2022年，8月28日温度测量(1)、接触式测温：测温元件直接与被测介质接触，使被测介质与温度敏感元件进行充分热交换，达到热平衡，而完成的温度测量。＊膨胀式温度计：利用物体受热后体积膨胀的原理。固体膨胀式：杆式温度计、双金属温度计液体膨胀式：玻璃管水银温度计（常用）－100~600℃气体膨胀式：压力式温度计＊压力式温度计：利用气体在固定容积中随温度升高，其压力增大的原理。有：气体压力温度计、饱和蒸汽压力温度计＊热电偶：利用热电效应，电偶二端的热电动势与温度有关的原理。常用有： 铂铑10－铂、镍铬－镍硅、铜－康铜等。＊热电阻：利用导体或半导体的电阻值随温度变化的原理。常用的有：Cu50、Cu100、Pt10、Pt100、热敏电阻第二十页，共五十七页，2022年，8月28日(2)、非接触式测温：测温仪表的敏感元件不直接与被测对象接触，而是通过辐射和对流来实现热交换，以达到测温的目的。＊辐射式温度计：根据全光谱辐射能量（或部分光谱能量）大小来测温，能量的大小与温度有关。有：全辐射温度计、部分光谱辐射温度计＊亮度温度计：根据物体辐射的单色亮度与温度的关系来测温。有：光学高温计、光电亮度高温计＊比色温度计：根据两个波长的亮度比值随温度变化的原理测温。第二十一页，共五十七页，2022年，8月28日插入式热电偶，热电阻

第二十二页，共五十七页，2022年，8月28日毛细管温度计

手持式红外温度计

第二十三页，共五十七页，2022年，8月28日压力检测1、液体压力平衡法：液柱压力计活塞式压力计2、弹性力平衡法：常用的弹性元件：膜片、波纹管、弹簧管3、电测法：电阻、电容、电感式压力计，霍尔式压力计，应变式压力计，压电式压力计第二十四页，共五十七页，2022年，8月28日普通压力表适用于测量无爆炸危险、不结晶、不凝固及对钢、铜合金不起腐蚀作用的液体、蒸汽和气体等介质的压力。

第二十五页，共五十七页，2022年，8月28日精密压力表主要用来校验工业用普通压力表也可用于精密测量对铜合金和合金结构钢等无腐蚀性、非结晶、非凝固的各种介质的压力。

精密压力表

第二十六页，共五十七页，2022年，8月28日量程：0-40mbar至0-40bar

连接：G1/2外螺纹,钢,不锈钢

外壳材质：不锈钢

表盘直径：100,160mm

精度等级：1.6;2.5

可选功能：开关,充硅油

膜片式压力表

数字压力表

第二十七页，共五十七页，2022年，8月28日量程：0-0.6bar至0-25bar

连接：G1/2AG,黄铜,不锈钢

外壳材质：钢,不锈钢

表盘直径：100,160mm

精度等级：1.6

可选功能：充硅油

差压表

第二十八页，共五十七页，2022年，8月28日弯管

过程连接件

单向或双向截止阀

压力缓冲器

适配件

压力表用附件第二十九页，共五十七页，2022年，8月28日流量检测计量表（测流量总量）：容积式计量表：①椭园齿轮流量计②腰轮流量计，③活塞式流量计速度式计量表：①垂直叶轮式水表②涡轮式流量表流量表（测瞬时流量）：差压式流量计，靶式流量计，转子流量计，涡轮式流量表，电磁流量计，超声波流量计，皮托管式流量计，卡门漩涡式流量计第三十页，共五十七页，2022年，8月28日量程：0.1-2l/min...1.6-40l/min.液体

连接：G1/4...G3/4内螺纹

材质：POM,铝

最大压力：10(40)bar

最大温度：80ºC

精度：±2.5%测量值

粘度范围：10-800mm²/s

脉冲输出

椭圆齿轮式流量计

第三十一页，共五十七页，2022年，8月28日小流量转子流量计

金属转子流量计

量程：0.25-1.5...10-80l/h水

20-80Nl/h...0.5-2.5Nm³/h空气

连接：1/8NPT内螺纹

材质：聚砜/黄铜,聚砜/不锈钢

最大压力：6bar

最大温度：60ºC(聚碳酸脂);120ºC(聚砜)

精度：±6%FS

可选功能：调节阀

第三十二页，共五十七页，2022年，8月28日差压流量计

测量/开关范围：

3-27...300-2300l/min.水

6-42...500-2800Nm³/h空气

连接：G1/2...G3,1/2NPT...3NPT

材质：铝-青铜,不锈钢

最大压力：PN40

最大温度：100ºC

精度：±3%FS

机械式指针,模拟输出,

数字显示,开关第三十三页，共五十七页，2022年，8月28日电磁流量计流量积算仪

量程：0.06-1.8l/min...80-2400m³/h液体

连接：G3/8...G1/2,法兰DN10...DN300

管道材料：PTFE,PFA,Polyurethan

最大压力：PN40bar

最大温度：180ºC

精度：±0.5%测量值

输出:脉冲/模拟输出,状态显示,累积

第三十四页，共五十七页，2022年，8月28日旋叶式流量计

量程：0.5-12l/min...10-140l/min.水

连接：G1/8...G1,1/8NPT..1NPT

材质：铝/青铜,不锈钢,聚丙烯

最大压力：40bar

最大温度：80ºC

精度：±3%FS

脉冲输出,模拟输出,

开关,数字/指针显示第三十五页，共五十七页，2022年，8月28日变送器（Transmitter）

变送器在自动检测和控制系统中的作用，是将各种工艺参数，如温度、压力、流量、液位、成分等物理量转换成统一的标准信号，以供显示、记录或控制之用

分类：差压变送器、压力变送器、温度变送器、液位变送器和流量变送器等。理想传输特性：第三十六页，共五十七页，2022年，8月28日SBW系列温度变送器

输入：热电偶K型、E型、B型、S型、T型、J型、N型热电阻

Pt100

Cu100

Cu50(三线制或四线制)输出：在量程范围内输出4-20mA直流信号，与热电偶输入的毫伏信号成线性；与热电阻的输入电阻信号成线性。或与温度信号成线性。第三十七页，共五十七页，2022年，8月28日3151压力变送器3151压力变送器用于测量液体、气体和蒸汽的压力，然后将其转换成然后将其转换成4～20mA

DC的电流信号输出。HART275手操器相互通讯，通过它进行设定、监控等。主要技术参数

1)工作电压：24VDC；

2)精度登记：0.075～0.2%FS；

3)输出阻抗：＞100MΩ；

4)使用对象：液体、气体和蒸汽；

5)精度等级：0.5级

6)测量范围：见表1；

7)供电电压：24VDC；

8)输出信号：4～20mADC第三十八页，共五十七页，2022年，8月28日控制器的功能(1)偏差显示(2)输出显示(3)提供内给定信号及内、外给定的选择(4)正、反作用的选择

(5)手动操作与手动/自动双向切换

(6)附加功能：抗积分饱和、输出限幅、输入报警、偏差报警、软手动抗漂移、停电对策和零启动等.控制器的作用是对测量信号与给定值相比较所产生的偏差进行PID运算，并输出控制信号至执行器

模拟控制器(AnalogControllers)

DDZ―Ⅲ型调节器：全刻度指示调节器和偏差指示调节器第三十九页，共五十七页，2022年，8月28日执行器由执行机构和调节机构两个部分构成

辅助装置：阀门定位器——利用负反馈原理改善执行器的性能手操机构——用于人工直接操作执行器

执行器的构成第四十页，共五十七页，2022年，8月28日气动调节阀采用气动执行机构：输出直线位移l

直行程式调节机构

长行程式输出角位移θ

角行程式调节机构

薄膜式活塞式(PneumaticActuator)第四十一页，共五十七页，2022年，8月28日电动调节阀采用电动执行机构：输出直线位移l

直行程式调节机构

输出角位移θ

角行程式调节机构

直行程式角行程式(ElectricalActuator)第四十二页，共五十七页，2022年，8月28日ZKZ直行程电动执行机构

ZKZ型电动执行机构可与Ⅲ型仪表配套使用，也可与组装仪表，TA仪表配用，它以电源为动力，接受统一的标准信号～20mA，将此转变成与输入信号相对应的出轴直线位移，第四十三页，共五十七页，2022年，8月28日ZKJ角行程电动执行机构

第四十四页，共五十七页，2022年，8月28日气动薄膜单座调节阀第四十五页，共五十七页，2022年，8月28日进料口出料口H玻璃管液位计人工控制进料口执行器变送器调节器常规仪表控制人工控制与常规仪表控制第四十六页，共五十七页，2022年，8月28日单回路控制系统方块图四个基本环节：被控对象、检测仪表、控制器、执行器（显示仪表根据需要可选）通常安装于控制室通常安装于现场控制器(调节器)被控对象测量变送装置（检测仪表）+－SP执行器显示仪表阀门：调节阀、电磁阀、气动蝶阀……泵：开关泵、变频泵温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪(通常输出：4~20mA、1～5V等标准信号）液位开关、料位开关、接近开关(通常输出on/off信号)传感器（Pt100、热电偶……）……第四十七页，共五十七页，2022年，8月28日现场仪表：主要指安装在工业现场的各种变送器、执行器及其他测量仪表。变送器选型：量程、安装方式、材质（耐压、防腐）、防爆……执行器选型：口径、流量特性、安装方式、材质（耐压）……使用：零点调整、量程调整、零点迁移以及其它日常维护和维修等控制室仪表：主要指安装在控制室内的各种控制器（调节器）、显示仪表等。第四十八页，共五十七页，2022年，8月28日进料口执行器变送器调节器进料口执行器变送器控制站控制站：数字调节器、IPC、PLC……（可以广义地理解为带有CPU的各种控制设备）3数字仪表及计算机控制第四十九页，共五十七页，2022年，8月28日进料口执行器变送器控制站AI、DIAO、DO控制站…………A/D（AI）：模/数转换（模拟量输入）DI