量測元件及傳送器-溫度.ppt

第二單元 基礎(chǔ)控制 -量測元件及傳送器- Measure Element & Transmitter,壓力測量 溫度測量 流量測量 液位測量 線上分析儀 . .,對量測元件要求,為求精度之程序控制效果，對量測元件要求： 精確度(precision)：指儀器可測得的最少量測單位，隨著控制要求，精確度亦須相對提升。 準(zhǔn)確度 (accuracy)：儀器本身之系統(tǒng)性誤差(systematic error)所造成與實際值之差異。 再現(xiàn)性度 (repeatability)：儀器量測時之隨機(jī)誤差 (random error)所造成與實際值之差異。隨機(jī)誤差有正有負(fù)，故以多少來表示。 工作環(huán)境：工作環(huán)境對某些線上分析儀之準(zhǔn)度及壽命均有深遠(yuǎn)的影響，必須仔細(xì)評估，保護(hù)設(shè)備(如一空調(diào)小屋)加上，以維護(hù)儀器 線性化(linearity)：大部分的儀錶間傳送均為線性的，因此將量測元件的量測特性給予線性化是必要的。,壓力測量 基本元件,彈性變形元件(Pressure spring)為壓力測量基本元件,壓力測量 基本元件,彈性變形元件(Pressure spring)為壓力測量基本元件, P2,P1,P2,巴登管靜壓元件,薄膜靜壓元件、差壓元件,蝸形管靜壓元件,扁囊差壓元件,螺漩管靜壓元件,伸縮囊差壓元件, 壓力,壓力 ,壓力 ,密封油,P1,P1,P2,壓力測量 壓力錶保護(hù),壓力錶直接由彈性變形元件感測壓力以連桿或力矩帶動指針。 易因彈性疲乏、氧化、或超限而變形，容易產(chǎn)生誤差，壓力錶的保護(hù)及校正很重要 保護(hù)方式：緩衝器(抗劇烈變化)、化學(xué)隔離(抗腐蝕)、豬尾巴虹吸管(抗?jié)駸?。 校正：採用精密壓力校正器或重量砝碼為標(biāo)準(zhǔn)，利用氣壓源、油壓源或手動壓力唧筒為壓力源。,壓力標(biāo)準(zhǔn),待校正壓力錶,壓力源,化學(xué)隔離,蒸汽虹吸管,壓力錶保護(hù),壓力錶校正,密封油,壓力測量 壓力傳送器,靜壓或差壓信號經(jīng)壓力元件產(chǎn)生位移最常利用下列裝元件轉(zhuǎn)換為電流或電壓： 線性變差電轉(zhuǎn)換器(LVDT)利用電感原理，以差電線路增加靈敏度。 應(yīng)變計(Strain Gauge)利用電阻絲嵌在彈性膜上，當(dāng)彈性膜受到張力，將電阻絲拉長、變細(xì)，改變電阻 信號，經(jīng)電橋電路轉(zhuǎn)換將信號傳出。,G,R1,R2,R3,信號轉(zhuǎn) 換輸出,壓力元件位移,LVDT轉(zhuǎn)換器,信號 輸出,Strain Gauge 轉(zhuǎn)換器,壓力傳送器（Strain Gauge),R L/A,A大 L短,R小,壓力傳送器（Strain Gauge),R L/A,A小 L長,R大,壓力傳送器（Strain Gauge),利用電阻絲嵌在彈性膜上，當(dāng)彈性膜受到張力，將電阻絲拉長、變細(xì)，改變電阻 信號 經(jīng)偏轉(zhuǎn)式惠斯登電橋(Weston Bridge)電路轉(zhuǎn)換將信號傳出。 平衡型惠斯登電橋,R4,I,G,I=0,壓力傳送器（LVDT),線性變差電轉(zhuǎn)換器(LVDT)(Linear Variable Differential Transformer) 利用電感原理，以差電線路增加靈敏度。,壓力元件位移,LVDT轉(zhuǎn)換器,信號 輸出,壓力傳送器（LVDT),線性變差電轉(zhuǎn)換器 RC1減少 RC2增加,壓力元件位移,LVDT轉(zhuǎn)換器,信號 輸出,RC1,RC2,流量測量 測量元件,差壓式流量元件流體流過定面積阻流器，阻流器兩端差壓隨流量而改變： 初級元件（即量測元件）包括：流孔板、文式管、流嘴 次級元件（即差壓元件） 流量傳送器（即差壓傳送器）,P1 高壓側(cè),P2 低壓側(cè),P1 高壓側(cè),P2 低壓側(cè),流孔板,文式管,P1 高壓側(cè),P2 低壓側(cè),流嘴,同心圓,偏心圓,d,管徑 D,流孔板費(fèi)用低、簡單、可靠度高、適用範(fàn)圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)，但因流量與壓降的關(guān)係非線性，傳送器需加開根號器。 流孔板的係數(shù)CD由下列因數(shù)決定 流孔板形狀、壓力接頭、(= d/D）及雷諾數(shù)（NRE) 因此標(biāo)準(zhǔn)流孔板都有其規(guī)範(fàn),邊緣接頭,標(biāo)準(zhǔn)流孔板,角分接頭,流量測量 流孔板,文式管摩擦損失小，適合髒的或黏性液體及一些slurries，但價格高、安裝使用較複雜 流嘴居流孔板與文式管間，較常被採用,流量測量 文式管與流嘴板,流量測量 差壓傳送器,流速測量 艾紐巴管(Annubar Tube),皮托管(Pitot Tube)測點(diǎn)速度,艾紐巴管(Annubar Tube)測平均速度,艾紐巴管(Annubar Tube),衝壓,靜壓,流量測量 變面積測量元件,變面積元件阻流器兩端差壓固定，阻流器隨流量而移動以改變面積 浮子流量計(Rotameter) 通常指示用,浮子流量計,流體方向,流量測量 變面積測量元件,流量測量 磁流量傳送器,最普遍之流量傳送器：以差壓元件測差壓流量計所產(chǎn)生之信號，再經(jīng)LVDT等線路轉(zhuǎn)換為電流、電壓信號。 電磁流量計： 藉流體的導(dǎo)電性，利用彿萊明左手定律之原理，將流速信號，轉(zhuǎn)換為電流、電壓信號。,N,S,_,+,導(dǎo)電流體,電磁流量計,流動管路,電壓信號,常用流量計選用之參考,液位測量 靜壓傳送器,液位傳送器則多採靜壓法，利用隨液位上昇產(chǎn)生線性變化之壓力信號，以壓力元件測量液位信號，再由LVDT或應(yīng)變計轉(zhuǎn)換為電子信號,液位傳送器,液位測量 玻璃液位計,圓管式 （便宜、通用、不耐高壓）,平板式反射型,平板式穿透型,（耐高壓、堅固）,液位測量最直接的方式是玻璃液位計， 玻璃管低壓系採圓管，高壓系採平板式。,開放槽使用錶壓法，密閉槽使用差壓法,液位測量 靜壓法,零點(diǎn)提昇,零點(diǎn)提昇,零點(diǎn)壓抑,溫度儀器種類,膨脹式溫度儀器 水銀溫度計：水銀之膨脹隨溫度而變，指示範(fàn)圍約在0 300左右 雙金屬溫度計：利用不同金屬之熱膨脹係數(shù)差異，其使用 範(fàn)圍約在-184427左右，通常裝於管線中作指示用 電阻式溫度儀器(resistance temperature detector,RTD) 熱電偶式溫度儀器(thermo couple),雙金屬溫度計,A熱膨脹係數(shù)大,B熱膨脹係數(shù)小,加熱,溫度測量 熱電偶（）原理,熱電偶(TC) 利用兩金屬接點(diǎn)溫差產(chǎn)生電動勢，熱電原理如下 席貝克效應(yīng)（Seeback Effect）：不同金屬兩接點(diǎn)溫度不同時，則有電流。 潘第效應(yīng)（ Peltier Effect）：電流通過兩金屬接點(diǎn)，若電流由正元件流向負(fù)元件，則放熱溫度升高。 湯姆遜效應(yīng)（ Thomson Effect）：均勻之金屬線兩端溫度不同便會產(chǎn)生電動勢,TT,TT,電流,電流,A金屬（）,A金屬（）,B金屬（）,B金屬（）,T1,T1,T2,T2,電動勢 EA = CA (T1T2),電動勢 EB = CB(T1T2),電流,A金屬（）,B金屬（）,（T1 T2）,T1,T2,溫度測量 熱電偶（）原理,熱電定律：熱電偶測量溫度T1時，利用冰點(diǎn)為參考溫度及外接銅導(dǎo)線或補(bǔ)償導(dǎo)線以作電動勢測量時，產(chǎn)生電動勢 EC 與兩端點(diǎn)溫差 (T1-T4)正比，與其他中間溫度(T2、 T3)或銅導(dǎo)線無關(guān) 熱電偶產(chǎn)生電動勢 mV，經(jīng)信號處理器轉(zhuǎn)為420mA或15V 熱電偶優(yōu)點(diǎn)：簡單、便宜、可靠、響應(yīng)快、量測溫度範(fàn)圍廣， 熱電偶缺點(diǎn)：則是須小心安裝，有時須放大輸出訊號，其精確度遜於RTD式溫度計 熱電偶可測溫度大於1000。C,A 金屬(),B 金屬(),T2,T3,電 動 勢 感 測,T4 參考溫度,銅導(dǎo)線,熱電偶溫度測量 EC = (CA-CB) x (T1-T4),T1,補(bǔ)償導(dǎo)線,EC,電流信 號輸出,+ -,信號處理器 I = (R2 / R1R3 ) Vin,Vin,R2,R1,R3,R5,R4,R L,I,常用熱電偶,溫度測量 電阻溫度計溫度計（RTD）原理,電阻溫度計(RTD) 以電阻絲，在雲(yún)母片絕緣繞成，再以彈性鋼保護(hù)即成。在特定範(fàn)圍內(nèi)，隨溫度改變電阻。 電導(dǎo)體的電阻性隨溫度變化 R = Ro(1+ (T -To) 金屬線材之種類有鉑線、鎳線與銅線之分，以鉑線之線材最佳 為了消除導(dǎo)線因焦耳效應(yīng)或室溫變化產(chǎn)生誤差，通常以 Pt100 三線式感測球泡 RTD 作為溫度測量。 適用溫度範(fàn)圍常為 250。C以下。,雲(yún)母片,電阻球泡（RTD),A,B B,保護(hù)彈性鋼,三線式(RTD)接2U電橋,以偏轉(zhuǎn)型惠司登電橋傳送,RTD 二線式與三線式,二線式,三線式,以平衡型惠司登電橋測量 中 I=0 以偏轉(zhuǎn)型惠司登電橋傳送,讀數(shù),讀數(shù),G,A,B,B,Rc,Rc,Rc,Rc,Rc,線上分析儀,為了得知重要的程序特性，經(jīng)常必須加裝線上分析儀(online analyzer)來測量，甚至為了品質(zhì)控制，必要時必須輔以線上控制。 大部分的分析儀，都有取樣系統(tǒng)來抓取適當(dāng)?shù)臉悠饭﹥x器分析。然而這個取樣系統(tǒng)對控制而言，卻是個討厭的東西，因為它必須花上一段取樣時間，再加上分析所需的時間長者，可能長達(dá)數(shù)十分鐘，此即靜時(dead time)，造成延遲(delay)增加了控制的困難度 有分析儀的控制系統(tǒng)絕大