第2章過程控制儀表變送器1

1、 第第2 2章章 過程參數(shù)檢測(cè)與變送過程參數(shù)檢測(cè)與變送1 1）了解參數(shù)檢測(cè)的意義、檢測(cè)儀表的基本構(gòu)成及儀表的統(tǒng)一信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)；）了解參數(shù)檢測(cè)的意義、檢測(cè)儀表的基本構(gòu)成及儀表的統(tǒng)一信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)；2 2）了解檢測(cè)誤差的概念、熟悉儀表的性能以及零點(diǎn)遷移與量程調(diào)整的確）了解檢測(cè)誤差的概念、熟悉儀表的性能以及零點(diǎn)遷移與量程調(diào)整的確定與計(jì)算；定與計(jì)算；3 3）熟悉變送器的構(gòu)成原理、信號(hào)傳輸與接線方式；）熟悉變送器的構(gòu)成原理、信號(hào)傳輸與接線方式；4 4）掌握壓力檢測(cè)儀表的工作原理與使用方法，熟悉壓力變送器的工作原掌握壓力檢測(cè)儀表的工作原理與使用方法，熟悉壓力變送器的工作原理及使用特點(diǎn)；理及使用特點(diǎn)；5 5）了解溫度

2、檢測(cè)方法、熟悉溫度變送器的工作原理、掌握其使用方法；）了解溫度檢測(cè)方法、熟悉溫度變送器的工作原理、掌握其使用方法；6）掌握流量、物位等變送器的工作原理與使用方法，）掌握流量、物位等變送器的工作原理與使用方法，7 7）了解成分檢測(cè)方法；）了解成分檢測(cè)方法；8 8）掌握掌握二線制變送器的電路分析及設(shè)計(jì)；二線制變送器的電路分析及設(shè)計(jì)；9 9）熟悉智能式變送器的特點(diǎn)及硬件構(gòu)成）熟悉智能式變送器的特點(diǎn)及硬件構(gòu)成。3 具體分六部分介紹：具體分六部分介紹： 概述概述差壓及壓力變送器差壓及壓力變送器 DDZ-型溫度變送器型溫度變送器 流量變送器流量變送器 物位變送器、成分分析儀表物位變送器、成分分析儀表 二線

3、制變送器的電路分析及設(shè)計(jì)、智能壓力二線制變送器的電路分析及設(shè)計(jì)、智能壓力變送器變送器參數(shù)檢測(cè)與變送參數(shù)檢測(cè)與變送轉(zhuǎn)換元件敏感元件信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路電源 被測(cè)量 輸入量 測(cè)量電路 電量 輸出量2.1.1 檢測(cè)儀表1.傳感器 國標(biāo)GB7665-87規(guī)定：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。2.變送器 將輸出信號(hào)變成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的傳感器。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)即各儀表之間的通信協(xié)議：010mA、02V、20100kPa; 420mA、15V數(shù)字信號(hào)。 組成框圖 %)100%(100 xxa （2 2）絕對(duì)誤差）絕對(duì)誤差 儀表的實(shí)測(cè)值與“真值”

4、之差 %100minmaxxx 2.2.檢測(cè)誤差的規(guī)律性檢測(cè)誤差的規(guī)律性（1 1）系統(tǒng)誤差）系統(tǒng)誤差: :對(duì)同一被測(cè)參數(shù)進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，按一定規(guī)律出現(xiàn)的誤差?？朔到y(tǒng)誤差的辦法克服系統(tǒng)誤差的辦法：負(fù)反饋結(jié)構(gòu)？ （2）隨機(jī)誤差或統(tǒng)計(jì)誤差）隨機(jī)誤差或統(tǒng)計(jì)誤差：統(tǒng)計(jì)計(jì)算、濾波消除 （3 3）粗大誤差）粗大誤差（疏忽誤差）：剔除2.1.3 2.1.3 檢測(cè)儀表的基本特性檢測(cè)儀表的基本特性1.1.儀表的固有特性及性能指標(biāo)儀表的固有特性及性能指標(biāo)（1 1）精確度及其等級(jí)精確度及其等級(jí)1）能不能用絕對(duì)誤差或相對(duì)誤差表示?2）用最大引用誤差度量？（量程、最大絕對(duì)誤差）度量辦法：去掉最大引用誤差中的“”和“

5、”表示：0.001、0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5。%100minmaxmaxxxffmaxf實(shí)際理論儀表輸出被測(cè)變量omaxf實(shí)際理論儀表輸出被測(cè)變量o%100minmaxmaxxxbb（2）非線性誤差計(jì)算：（3）變差：正、反行程測(cè)量時(shí)的最大差值與量程之比的百分?jǐn)?shù)計(jì)算：（4）靈敏度與分辨力 分辨力又稱靈敏限：儀表輸出能響應(yīng)和分辨輸入的最小變化量，數(shù)字顯示儀表變化一個(gè)二進(jìn)制最低有效位時(shí)輸入的最小變化量（5）漂移 時(shí)漂與溫漂（6）動(dòng)態(tài)誤差2.2.檢測(cè)儀表的工作特性檢測(cè)儀表的工作特性適應(yīng)參數(shù)測(cè)量和系統(tǒng)運(yùn)行的需要而具有的輸入/輸出特性（1）理想

6、工作特性：minminminmaxminmax)(yxxxxyyy（2）零點(diǎn)調(diào)整與遷移零點(diǎn)：被測(cè)參數(shù)的下限值或?qū)?yīng)儀表輸出下限值的被測(cè)參數(shù)最大值；使儀表測(cè)量下限值為零的過程稱為零點(diǎn)調(diào)整，否則為零點(diǎn)遷移。當(dāng)將測(cè)量的下限指由零變?yōu)槟骋徽禃r(shí)，稱為正遷移；反之，將測(cè)量的下限指由零變?yōu)槟骋回?fù)值時(shí)，稱為負(fù)遷移。零點(diǎn)遷移前后的輸入/輸出特性(3) 量程調(diào)整量程是指與檢測(cè)儀表規(guī)定的輸出范圍相對(duì)應(yīng)的輸入范圍。量程調(diào)整是指在零點(diǎn)不變的情況下將輸出上限值與被測(cè)參數(shù)的上限值相對(duì)應(yīng)。量程調(diào)整前后的輸入/輸出特性a)零點(diǎn)調(diào)整 b)正零點(diǎn)遷移 c)負(fù)零點(diǎn)遷移實(shí)例實(shí)例 ：某測(cè)溫儀表的量程為0500，輸出信號(hào)為420mA ，

7、現(xiàn)欲測(cè)量2001000應(yīng)如何調(diào)整？2.1.4 2.1.4 變送器的構(gòu)成原理變送器的構(gòu)成原理1.1.模擬式變送器的構(gòu)成模擬式變送器的構(gòu)成測(cè) 量 部 分iK零 點(diǎn) 遷 移x放 大 器K反 饋 回 路fKy0zizfz011zKKKxKKKKyffi1）原理說明2) 輸入/輸出關(guān)系（理想線性特性）01,1zKxKKyKKffii11由于利用單元組合儀表能方便靈活地組成各種難易程度的過程控制系統(tǒng)，因此，它在過程控制系統(tǒng)中應(yīng)用極為廣泛。單元組合儀表有氣動(dòng)單元組合儀表和電動(dòng)單元組合儀表兩大系列。表2-1是DDZ-型和DDZ-型儀表的性能比較。12表表2-1 DDZ-型與型與DDZ-型儀表的性能比較型儀表的

8、性能比較系列DDZ-DDZ-信號(hào)、傳輸方式、供電信號(hào)DC 010mADC 420mA、DC 15V傳輸方式串聯(lián)制(電流傳送電流接收)并聯(lián)制(電流傳送電壓接收)現(xiàn)場(chǎng)變送器連接方式四線制三線制供電AC 220V單獨(dú)供電DC 24V集中供電并有斷電備用電源防爆型式和電氣元件開關(guān) 防爆型式防爆型安全火花型安全柵無有電氣元件分立元件集成組件結(jié)構(gòu)、線路設(shè)計(jì)和功能差壓變送器雙杠桿機(jī)構(gòu)矢量機(jī)構(gòu)溫度變送器無線性化電路有線性化電路調(diào)節(jié)器偏差指示硬手動(dòng)手動(dòng)自動(dòng)切換需先平衡無保持電路功能一般全刻度指示和偏差指示硬手動(dòng)和軟手動(dòng)軟手動(dòng)自動(dòng)切換可直接切換有保持電路功能多樣系統(tǒng)構(gòu)成一般靈活多樣與計(jì)算機(jī)聯(lián)用兼容性差兼容性好 存

9、 儲(chǔ) 器x傳 感 器 組 件A/D轉(zhuǎn) 換 器CPU通 信 電 路FSK 信 號(hào)D/A轉(zhuǎn) 換 器2.2.數(shù)字式變送器的構(gòu)成原理數(shù)字式變送器的構(gòu)成原理（基于CPU的硬件電路、系統(tǒng)程序和功能模塊的軟件）（1）數(shù)字式變送器的硬件構(gòu)成（2）軟件構(gòu)成系統(tǒng)程序：硬件管理，其基本功能為模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通訊、自檢；功能模塊：組態(tài)功能。2.2.1 壓力的概念及其檢測(cè)一.壓力的概念：垂直作用于單位面積上的力（1Pa=1N/m2） 國際單位：國際單位：Pa，KPa，MPa 工程單位：工程大氣壓（工程單位：工程大氣壓（kgf/cm2），標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（），標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm ）,毫米汞柱毫米汞柱(mmHg), 毫米水柱毫米

10、水柱(mmH2O)，巴，巴(bar)，托，托(Torr)等。等。由于參考點(diǎn)不同，在工程上又將壓力表示為：1.差壓(P)；2.絕對(duì)壓力Pabs/大氣壓Patm；3.表壓Pg；4.負(fù)壓(真空度)Pv；各種壓力關(guān)系圖2.2 壓力的檢測(cè)與變送壓力的檢測(cè)與變送二.彈性式測(cè)壓元件及原理1.彈簧管（波登管）、多圈彈管，角位移電信號(hào)；2.波紋管、波/簧組合提高線性度；3.膜片與膜盒(說明)2.2.2 DDZ-型力矩平衡式差壓變送器一.原理圖測(cè)量部分：iipAF、結(jié)構(gòu)圖I0=Kipi+K0F017 以以1151型壓力變送器為例，美國型壓力變送器為例，美國Rosemount公司開發(fā)公司開發(fā)的產(chǎn)品，綜合誤差為量程的

11、的產(chǎn)品，綜合誤差為量程的0.25% 。國內(nèi)上海自動(dòng)化儀。國內(nèi)上海自動(dòng)化儀表一廠，西安儀表廠等引進(jìn)生產(chǎn)。原理框圖如圖所示。它表一廠，西安儀表廠等引進(jìn)生產(chǎn)。原理框圖如圖所示。它是將傳感器和變送器合二為一。傳感器由敏感器和測(cè)量電是將傳感器和變送器合二為一。傳感器由敏感器和測(cè)量電路組成。路組成。差動(dòng)電容差壓變送器包括差動(dòng)電容（測(cè)量部分）和轉(zhuǎn)換差動(dòng)電容差壓變送器包括差動(dòng)電容（測(cè)量部分）和轉(zhuǎn)換放大電路兩部分組成，差動(dòng)電容的作用是將壓力轉(zhuǎn)換成電放大電路兩部分組成，差動(dòng)電容的作用是將壓力轉(zhuǎn)換成電容比，轉(zhuǎn)換放大電路的作用就是將電容比提取出來，并轉(zhuǎn)容比，轉(zhuǎn)換放大電路的作用就是將電容比提取出來，并轉(zhuǎn)變成變成DC 4

12、20mA輸出。輸出。1151型電容式差壓變送器是該類變送器的典型產(chǎn)品。型電容式差壓變送器是該類變送器的典型產(chǎn)品。2.3.3 電容式差壓變送器（特點(diǎn)、構(gòu)成）1. 檢測(cè)部件作用：將輸入差壓線性地轉(zhuǎn)換成兩電容之差與兩電容之和的比值。算法算法：ipKppKd1211)(ddACddAC0201dKddddddAddddACCCC2000001212)11()11(ipKppKKCCCC321211212)(dddddd0201,(1) 電容/電流轉(zhuǎn)換與差壓/電流轉(zhuǎn)換DiDDDDDDDDDDIpKICCCCIIICCCIICCCIIII32112212112212121 (3)放大電路與量程調(diào)整 I0

13、ID1-ID2P （2）振蕩器電流穩(wěn)定電路, 即使ID為常量（負(fù)反饋）2. 轉(zhuǎn)換放大電路轉(zhuǎn)換放大電路21222.3.4擴(kuò)散硅壓力變送器擴(kuò)散硅壓力變送器 由于單晶硅具有優(yōu)良的機(jī)械物理性能。滯后蠕變由于單晶硅具有優(yōu)良的機(jī)械物理性能。滯后蠕變極小，穩(wěn)定性好。隨著微機(jī)械制造技術(shù)的進(jìn)步，擴(kuò)散極小，穩(wěn)定性好。隨著微機(jī)械制造技術(shù)的進(jìn)步，擴(kuò)散硅壓阻傳感器逐年得到廣泛的應(yīng)用。硅壓阻傳感器逐年得到廣泛的應(yīng)用。擴(kuò)散硅壓力變送器結(jié)構(gòu)圖 擴(kuò)散硅壓力變送器電原理圖23242.3.5壓力檢測(cè)儀表的選擇壓力檢測(cè)儀表的選擇 應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)過程的要求、被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件等方面，來選擇壓力檢測(cè)儀表的類型、測(cè)量范圍和精度等

14、級(jí)。1儀表類型的選擇儀表類型的選擇 主要是由工藝要求、被測(cè)介質(zhì)及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等因素來確定。例如，是要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指示，還是要遠(yuǎn)傳、報(bào)警或自動(dòng)記錄；被測(cè)介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)（如溫度高低、粘度大小、腐蝕性、臟污程度、易燃易爆等）以及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件（如溫度、電磁場(chǎng)、振動(dòng)等）對(duì)儀表是否有特殊要求等。對(duì)于特殊的介質(zhì)，則應(yīng)選用專用壓力表，如氨壓力表、氧壓力表等。25壓力檢測(cè)儀表的種類壓力檢測(cè)儀表的種類檢測(cè)原理檢測(cè)原理主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)用途用途液柱式壓力計(jì)U型管壓力計(jì)液體靜力平衡原理（被測(cè)壓力與一定高度的工作液體產(chǎn)生的重力矩平衡）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、精度較高、使用方便。但測(cè)量范圍較窄，玻璃易碎適于低微靜壓測(cè)量，高精確度者

15、可用作基準(zhǔn)器，不適合于工廠使用單管壓力計(jì)斜管壓力計(jì)補(bǔ)償微壓計(jì)自動(dòng)液柱式壓力計(jì)彈性式壓力表彈簧管壓力表彈性元件彈性變形原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固，使用方便、價(jià)格低廉用于高、中、低壓的測(cè)量，應(yīng)用十分廣泛波紋管壓力表具有彈簧管壓力表的特點(diǎn)，有的因波紋管位移較大，可制成中等記錄型用于測(cè)量400KPa以下的壓力用于測(cè)量低壓膜片壓力表除具有彈簧管壓力表的特點(diǎn)外，還能測(cè)量粘度較大的液體壓力用于測(cè)量低壓或微壓膜盒壓力表用于低壓或微壓測(cè)量，其它特點(diǎn)同彈簧管壓力表活塞式壓力計(jì)單活塞式壓力計(jì)液體靜壓力平衡原理比較復(fù)雜和貴重用于做基準(zhǔn)儀器、校驗(yàn)壓力表或?qū)崿F(xiàn)精密測(cè)量雙活塞式壓力計(jì)電氣式壓力表壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器導(dǎo)體或半導(dǎo)

16、體的應(yīng)變效應(yīng)原理能將壓力轉(zhuǎn)換成電量，并進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送用于控制室集中顯示、控制霍爾式壓力傳感器導(dǎo)體或半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)原理壓力（差壓）變送器（分常規(guī)式和智能式）力矩平衡式變送器力矩平衡原理能將壓力轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，并進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送電容式變送器將壓力轉(zhuǎn)換成電容器電容的變化電感式變送器將壓力轉(zhuǎn)換成電感器電容的變化擴(kuò)散硅式變送器將壓力轉(zhuǎn)換成硅杯的阻值的變化將壓力轉(zhuǎn)換成振弦震蕩頻率的變化振弦式變送器262儀表測(cè)量范圍的確定儀表測(cè)量范圍的確定 壓力檢測(cè)儀表的測(cè)量范圍要根據(jù)被測(cè)壓力的大小來確定。為了延長(zhǎng)儀表的使用壽命，避免彈性元件產(chǎn)生疲勞或因受力過大而損壞，壓力表的上限值必須高于工藝生產(chǎn)中可能的最大壓力值

17、。根據(jù)規(guī)定，測(cè)量穩(wěn)定壓力時(shí)，所選壓力表的上限值應(yīng)大于最大工作壓力的 3/2 ；測(cè)量脈動(dòng)壓力時(shí)，壓力表的上限值應(yīng)大于最大工作壓力的 2 倍；測(cè)量高壓壓力時(shí)，壓力表的上限值應(yīng)大于最大工作壓力的 5 /3。為了保證測(cè)量值的準(zhǔn)確度，儀表的量程又不能選得過大，一般被測(cè)壓力的最小值，應(yīng)在量程的 1 / 3 以上。3儀表精度的選取儀表精度的選取 儀表精度是根據(jù)工藝生產(chǎn)中所允許的最大測(cè)量誤差來確定的。因此，所選儀表的精度只要能滿足生產(chǎn)的檢測(cè)要求即可，不必過高。因?yàn)榫仍礁撸瑑x表的價(jià)格也就越高。27例 現(xiàn)要選擇一只安裝在往復(fù)式壓縮機(jī)出口處的壓力表，被測(cè)壓力的范圍為 2225MPa ，工藝要求測(cè)量誤差不得大于1

18、MPa ，且要求就地顯示。試正確選用壓力表的型號(hào)、精度及測(cè)量范圍。解：因?yàn)橥鶑?fù)式壓縮機(jī)的出口壓力脈動(dòng)較大，所選儀表的上限值應(yīng)為p = pmax2 = 25 2 = 50 ( MPa ) 查表，可選用 Y-100 型，測(cè)壓范圍為 060MPa 的壓力表。 由于六十分之二十二大于三分之一, 所以滿足“被測(cè)壓力的最小值不低于滿量程的 1/3”的要求。 此外，為了選擇儀表的精度，首先將工藝允許誤差換算為引用誤差的形式。因?yàn)檫x表應(yīng)該向高靠，所以，應(yīng)選用精度等級(jí)為 1.5 級(jí)的儀表。 即所選的壓力表為 Y-100 型，測(cè)量范圍060MPa ，精度等級(jí)為 1.5 級(jí)的彈簧管壓力表。練習(xí)1.有一臺(tái)DDZ-型兩

19、線制差壓變送器，已知其量程為20100kpa，當(dāng)輸入信號(hào)為40kpa和80kpa時(shí)，變送器的輸出分別是多少？2. 若被測(cè)壓力變化范圍為0.51.4MPa，要求測(cè)量誤差不大于壓力示值的5%。可供選擇壓力表規(guī)格：量程為01.6MPa,02.5MPa,04.0MPa，精度等級(jí)有1.0、1.5、2.5，試選擇合適量程和精度等級(jí)壓力表。3. 有一臺(tái)差壓變送器，它的測(cè)量范圍為031.1/186.8KP，現(xiàn)使用(-20)30KP范圍內(nèi)，試求最大測(cè)量范圍上限值(HRV)、最大測(cè)量范圍下限值(LRV)、最大測(cè)量范圍、最大量程；最小HRV、最小LRV、最小量程、最小測(cè)量范圍；變送器的量程比、儀表的使用范圍、遷移量

20、各是多少？29 2.4 DDZ2.4 DDZ型溫度變送器型溫度變送器 溫度也是流程工業(yè)生產(chǎn)過程中最基本的物理參數(shù)之一。溫度也是流程工業(yè)生產(chǎn)過程中最基本的物理參數(shù)之一。控制過程中的化學(xué)、物理變化均和溫度有關(guān)，不同的溫度范控制過程中的化學(xué)、物理變化均和溫度有關(guān)，不同的溫度范圍選用不同的溫度傳感器。溫度變送器圍選用不同的溫度傳感器。溫度變送器將溫度、溫差以及與將溫度、溫差以及與溫度有關(guān)的工藝參數(shù)和直流毫伏信號(hào)變換成溫度有關(guān)的工藝參數(shù)和直流毫伏信號(hào)變換成DC 420mA 或或DC 15V的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 2.4.1 溫度檢測(cè)方法一、接觸式測(cè)溫:1、熱電阻及其測(cè)溫原理 基于熱阻效應(yīng)，測(cè)溫

21、元件測(cè)溫原理測(cè)溫范圍/主要特點(diǎn)熱電偶熱電效應(yīng)01600測(cè)溫范圍廣，測(cè)量精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中檢測(cè)和自動(dòng)控制，應(yīng)用廣泛；需進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償，低溫測(cè)量精度低。鉑電阻熱阻效應(yīng)200600測(cè)溫范圍廣，測(cè)量精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中檢測(cè)和自動(dòng)控制，應(yīng)用廣泛；不能測(cè)高溫。銅電阻50150半導(dǎo)體熱敏電阻50150靈敏度高，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便；互換性較差，測(cè)量范圍有一定限制。)(1)(00ttRtR常用測(cè)溫元件1) 金屬熱電阻的測(cè)溫,計(jì)算：熱電阻名稱分度號(hào)0時(shí)阻值()測(cè)溫范圍（）特點(diǎn)銅電阻Cu50500.0550150線性好，價(jià)格低，適用于無腐蝕性介質(zhì)Cu1001000.1鉑電阻Pt505

22、00.003-200500精度高，價(jià)格貴，適用于中性和氧化性介質(zhì)，但線性度差Pt1001000.006常用熱電阻工業(yè)常用熱電阻的分度表工業(yè)常用熱電阻的分度表附表A 附表A-1 鉑熱電阻（分度號(hào)Pt100）分度表（ ， ）00.1000R003850.0溫度溫度/00102030405060708090 電阻值電阻值 200100018496025100056199606521192164800882243378427397180313553763231327233270268332280643001002003004005006007008001000013850175842120224704

23、280903135934513375511039014229179512155725048284223168034822378481077914606183172191225390287533199935130381451116714982186322226525732290833231835437384401155415358190452261726072294113263535742387341194015731194072296726411297393295136047390261232416104197692331726749300653326636350127071647620129

24、2366527086303913357936652130.89168.46204.88240.13274.22307.15338.92369.531347017216208452435927756310383420337252附表附表A-2 A-2 銅熱電阻（分度號(hào)銅熱電阻（分度號(hào)Cu50) Cu50) 分度表（分度表（R0=50.00 R0=50.00 0.0042800.004280）溫度溫度/00102030405060708090 電阻值 0 050.0050.0047.8552.1445.7054.2843.5556.4241.4058.5639.2460.70-62.84-64.9

25、8-67.12-69.2610071.4073.5475.6877.8379.9882.13-,2rRRti2 2） 熱電阻的接線方式熱電阻的接線方式a) 用于測(cè)量精度不高的場(chǎng)合b)電橋平衡，與導(dǎo)線電阻無關(guān)tRRRRRR23121,C）用于高精度的溫度測(cè)量，如用內(nèi)阻很高的電子電位差計(jì)測(cè)量2.熱電偶及其測(cè)溫原理（500）（1）熱電偶的測(cè)溫原理：熱電效應(yīng))()(),(),(),()()(),(000000tEtEttEttEttEtEtEttEABABABABABABAB三點(diǎn)結(jié)論：1）電極材料相同，總電勢(shì)為零；2）冷、熱端溫度相同，總電勢(shì)為零；3）電極材料不同，溫度相同，熱電勢(shì)不同。（2）熱電勢(shì)的

26、檢測(cè)與第三導(dǎo)體定律)()()(),(000tEtEtEttECABCABABC當(dāng)0tt ，0)()()(),(00000tEtEtEttECABCABABC),()()(),(000ttEtEtEttEABABABABC有第三導(dǎo)體定律：只要第三導(dǎo)體兩接點(diǎn)溫度相同，回路中熱電勢(shì)不變。（3 3）冷端延伸與等值替換原理）冷端延伸與等值替換原理),(),(00ttEttECCDCAB等值替換的條件：等值替換的條件：),(),(00ttEttECCDCAB100Ct熱電回路的總熱電勢(shì)：)()()()(),(00CCADCCBDABABCDtEtEtEtEttECttt00)()()()(CCACDCCB

27、DCABtEtEtEtE因而有),(),()()()()(),(000ttEttEtEtEtEtEttECCDCABCDCDCCABABABCD依據(jù)則有),()()()()(),(),(),(0000ttEtEtEtEtEttEttEttEABABCABCABABCCDCABABCD結(jié)論：將滿足 的補(bǔ)償導(dǎo)線代替熱電偶使冷端延伸，不會(huì)改變熱電偶的熱電勢(shì)。),(),(00ttEttECCDCABActtBCD毫伏計(jì)0t熱電偶冷端的延伸生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)恒溫環(huán)境補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線的連接示意圖（4 4）標(biāo)準(zhǔn)熱電偶及其補(bǔ)償導(dǎo)線）標(biāo)準(zhǔn)熱電偶及其補(bǔ)償導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)熱電偶：熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、型號(hào)（分度號(hào)）按國際標(biāo)準(zhǔn)

28、（IEC)統(tǒng)一規(guī)定。表23 我國部分標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶及其補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶配套的補(bǔ)償導(dǎo)線（絕緣層著色）分度號(hào)熱電偶材料測(cè)溫范圍/型號(hào)正極材料負(fù)極材料長(zhǎng)期短期S 鉑銠10 鉑013001600SC銅（紅）銅鎳（綠）B鉑銠30鉑銠6 016001800BC銅（紅）銅（灰）K鎳鉻鎳硅5010001300KX鎳鉻（紅）鎳硅（黑）T銅康銅200300350TX銅（紅）康銅（白）（5）熱電偶的冷端溫度校正為什么要校正？1）查表法：查表法：) 0 ,(),() 0 ,(nABnABABtEttEtE示例：K型熱偶，測(cè)t,冷端溫度 30nt測(cè)得 E(t,30)=21.995mV,E(30,0)=1.203mV,經(jīng)計(jì)算

29、：E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=23.198m，反查分度表：t=5602)2)電橋補(bǔ)償法：利用電橋某橋臂電阻因環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的附加電壓補(bǔ)電橋補(bǔ)償法：利用電橋某橋臂電阻因環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的附加電壓補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化引起的熱電勢(shì)的變化償熱電偶冷端溫度變化引起的熱電勢(shì)的變化示例：鉑銠鉑銠熱電偶，0100：6v/，橋臂電流為0.5mA,0.004/。全補(bǔ)償?shù)臈l件為：）（/6/004.0)()(VRmAIcu經(jīng)計(jì)算：30(0）tRcu加保護(hù)套管：可延長(zhǎng)使用壽命；但使慣性滯后(1.54min).不加為毫秒級(jí)。接觸式測(cè)溫優(yōu)點(diǎn)：精度高、小范圍線性度與穩(wěn)定性好測(cè)溫范圍寬（5002000；缺

30、點(diǎn)：高于2000時(shí)，不能長(zhǎng)期使用，對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的測(cè)溫，不能使用。二 非接觸式測(cè)溫（輻射式測(cè)溫） 1.非接觸式測(cè)溫及其特點(diǎn) 熱輻射原理：載熱體熱能輻射能受體溫度。特點(diǎn)：無媒介，無上限，測(cè)速快，對(duì)熱場(chǎng)無干擾，用于運(yùn)動(dòng)物體、腐蝕 性介質(zhì)的測(cè)溫；缺點(diǎn)：測(cè)量誤差大、標(biāo)定難結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格貴2.常用元件及共性 高溫輻射計(jì)、低溫輻射計(jì)、光電溫度計(jì)：熱輻射 透鏡（反射 鏡）熱電堆（熱敏電阻、硅光電池） 電信號(hào)。（1）.高溫輻射計(jì)：光學(xué)玻璃透鏡（光波長(zhǎng)0.71.1m）與硅光電池(7002000020mV)組成； 誤差：1500，0.7%; 1500， 1%； 響應(yīng)時(shí)間1毫秒 （2）. 低溫輻射計(jì)：鍺透鏡與半導(dǎo)體熱敏

31、電阻組成；接收215m紅外波；范圍：0200；誤差： 1%；響應(yīng)時(shí)間2毫秒，信號(hào)需放大。 （3）光電溫度計(jì)：光透鏡（光波長(zhǎng)0.62.7m ）硫化鉛光敏電阻；范圍：400 800；誤差： 1%；響應(yīng)時(shí)間1.5毫秒,信號(hào)需放大。三三. . 測(cè)溫儀表的選用測(cè)溫儀表的選用1.選用原則1）精度符合誤差要求；2）操作方便、運(yùn)行可靠、經(jīng)濟(jì)合理，統(tǒng)一品種與規(guī)格3）量程略大于實(shí)測(cè)范圍（90）；4）高溫：熱電偶；低溫：熱電阻5）保護(hù)套管的耐壓等級(jí)管線或設(shè)備的耐壓等級(jí)溫度儀表操作條件指示地點(diǎn)一般現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量范圍性能特點(diǎn)壓力表式溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)液體溫度計(jì)銅電阻鉑電阻熱電阻銅康銅鎳鉻康銅鎳鉻鎳硅鉑銠鉑鉑銠鉑銠熱電偶測(cè)量范

32、圍輻射溫度計(jì)室溫?zé)犭娮韪邏簾犭娮栉⑿蜔犭娮栌凸奁骄鶞囟扔?jì)恒溫室,冷藏庫等特殊熱電阻鎧裝熱電偶多點(diǎn)(只)熱電偶耐磨熱電偶吹氣熱電偶用于震動(dòng)，腐蝕等場(chǎng)合特殊熱電偶測(cè)量范圍精度高就地集中一 般-50 +150-200 +1500 +3000 +6000 +11000 +14000 +1600+2000特殊遠(yuǎn)傳5%，溫度8700 +1600-200 +650 2.選用原則示意圖2.4.2 典型模擬式溫度變送器一. DDZ-型溫度變送器1. DDZ-型溫度變送器的構(gòu)成及特點(diǎn)說明:1)輸入回路可實(shí)現(xiàn)熱電偶冷端補(bǔ)償、熱電阻三線制引入、零點(diǎn)調(diào)整與遷移、量程調(diào)整；2）反饋回路可實(shí)現(xiàn)非線性校正；特點(diǎn)：1）集成運(yùn)放

33、：可使儀表的精確性、可靠性、穩(wěn)定性及技術(shù)指標(biāo)符合國標(biāo)；2）通用模塊與專用模塊相結(jié)合，使用靈活。方便；3）反饋線性化保證輸入/輸出關(guān)系的線性化；4）統(tǒng)一集中供電，二線制接線方式；5）采用安全火花防爆措施。43 DDZ型溫度變送器的型號(hào)有三種：型溫度變送器的型號(hào)有三種： 熱電偶溫度變送器，熱電偶溫度變送器， 熱電阻溫度變送器，熱電阻溫度變送器， 直流直流mV變送器。變送器。 其結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。這三類變送器都采用四線制其結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。這三類變送器都采用四線制連接方式，在線路結(jié)構(gòu)上都分為量程單元和放大單元兩個(gè)連接方式，在線路結(jié)構(gòu)上都分為量程單元和放大單元兩個(gè)部分，其中放大單元是三者通用，而量

34、程單元?jiǎng)t隨品種部分，其中放大單元是三者通用，而量程單元?jiǎng)t隨品種、測(cè)量范圍的不同而不同。測(cè)量范圍的不同而不同。4445一、直流毫伏變送器的量程單元一、直流毫伏變送器的量程單元 直流毫伏變送器的量程單元由信號(hào)輸入電路，零點(diǎn)調(diào)直流毫伏變送器的量程單元由信號(hào)輸入電路，零點(diǎn)調(diào)整橋路和反饋電路等部分組成。整橋路和反饋電路等部分組成。 直流毫伏變送器量程單元 46熱電偶溫度變送器量程單元原理圖 它包括輸入電路，調(diào)它包括輸入電路，調(diào)0和調(diào)量程回路，非線性反饋回和調(diào)量程回路，非線性反饋回路等。路等。二、熱電偶溫度變送器二、熱電偶溫度變送器的量程單元的量程單元 47 由圖可見，該變送器的量程單元與直流毫伏變送器的

35、量由圖可見，該變送器的量程單元與直流毫伏變送器的量程單元基本相同，但是由于熱電偶檢測(cè)元件的特性，存在程單元基本相同，但是由于熱電偶檢測(cè)元件的特性，存在三點(diǎn)差異：三點(diǎn)差異： 1）熱電偶冷端溫度的自動(dòng)補(bǔ)償。（在）熱電偶冷端溫度的自動(dòng)補(bǔ)償。（在Ri3橋臂上增加橋臂上增加一銅電阻一銅電阻RCu）; 2) 零點(diǎn)調(diào)整電位器零點(diǎn)調(diào)整電位器RPi由橋路的左邊移到橋路的右邊。由橋路的左邊移到橋路的右邊。 3）在反饋回路增加了熱電偶特性的線性化電路；）在反饋回路增加了熱電偶特性的線性化電路；1. 進(jìn)行冷端溫度校正：當(dāng)熱電偶的被測(cè)溫度一定而冷端溫進(jìn)行冷端溫度校正：當(dāng)熱電偶的被測(cè)溫度一定而冷端溫度升高時(shí)，其熱電勢(shì)度升

36、高時(shí)，其熱電勢(shì)Vi將減少。為補(bǔ)償將減少。為補(bǔ)償Vi的減少需在橋路輸?shù)臏p少需在橋路輸出增加一個(gè)適當(dāng)?shù)闹?，為此在橋路串接一銅電阻放在冷端附出增加一個(gè)適當(dāng)?shù)闹?，為此在橋路串接一銅電阻放在冷端附近。近。冷端銅電阻阻值為：冷端銅電阻阻值為：Rcu(t0)=R0(1+t0) 為銅電阻溫度系數(shù)為銅電阻溫度系數(shù) Rcu具有正的溫度系數(shù)，其阻值隨溫度的增加而增加，接于具有正的溫度系數(shù)，其阻值隨溫度的增加而增加，接于Ri3橋臂便可達(dá)到熱電偶冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪康?。橋臂便可達(dá)到熱電偶冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪康摹?82. 2. 反饋線性化反饋線性化: :IoEt-+Et熱電偶被測(cè)溫度T輸入電路放大電路非線性反饋輸出電流I

37、oTIoVfT 在反饋電路中需要完成量程調(diào)整和非線性校正兩個(gè)功能：在反饋電路中需要完成量程調(diào)整和非線性校正兩個(gè)功能：量程調(diào)整實(shí)質(zhì)上是調(diào)整放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)，通過調(diào)節(jié)量程調(diào)整實(shí)質(zhì)上是調(diào)整放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)，通過調(diào)節(jié)反饋電阻的大小就可實(shí)現(xiàn)。而非線性校正則需要一個(gè)校正網(wǎng)反饋電阻的大小就可實(shí)現(xiàn)。而非線性校正則需要一個(gè)校正網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。 49折線逼近法線性化原理a)折線逼近原理 b)電路原理圖下圖是采用下圖是采用4段折線逼近熱電偶的特性原理圖段折線逼近熱電偶的特性原理圖5051三、熱電阻溫度變送器的量程單元三、熱電阻溫度變送器的量程單元 熱電阻溫度變送器量程單元原理圖與熱電偶量程單元的區(qū)

38、別：1）用三線制代替了冷端溫度補(bǔ)償；2）對(duì)鉑電阻需進(jìn)行非線性校正(Rf4)，而銅電阻則無需校正。52鉑電阻的特性及其線性化曲線a)鉑電阻的特性 b)線性化曲線四、溫度變送器的放大單元四、溫度變送器的放大單元 構(gòu)成：直交直變換電路；集成運(yùn)放；功放電路；輸出電路；反饋電路。54五、微型化溫度變送器五、微型化溫度變送器 1.AD590構(gòu)成的溫度變送器構(gòu)成的溫度變送器 微型溫度變送器原理圖a) 溫度檢測(cè)元件 b) 變送器原理電路 552.TMP17構(gòu)成溫度變送器構(gòu)成溫度變送器 TMP17構(gòu)成微型溫度變送器a) TMP17引腳功能 b) 原理電路563.TMP35系列構(gòu)成微型溫度變送器系列構(gòu)成微型溫度變

39、送器 TMP35構(gòu)成微型溫度變送器a) TO-92封裝 b) 原理電路57TMP35系列構(gòu)成頻率輸出型微型溫度變送器584TMP01系列構(gòu)成溫度變送器系列構(gòu)成溫度變送器TMP01構(gòu)成溫度變送器a) 引腳功能 b) 原理電路練習(xí)1.設(shè)有某DDZ-型毫伏輸入變送器，其零點(diǎn)遷移值為umin=6mV DC，量程為12mV DC?，F(xiàn)已知變送器的輸出電流為12mV DC。試問：被測(cè)信號(hào)為多少毫伏？2.某臺(tái)測(cè)溫儀表測(cè)量的上下限為1001000C，工藝要求該儀表指示值的誤差不得超過2C，應(yīng)選精度等級(jí)為多少的儀表才能滿足工藝要求？3. 一臺(tái)溫度變送器，輸入變化范圍為，輸出變化范圍為，試求時(shí)的電流值。2.5 流量

40、的檢測(cè)與變送流量的檢測(cè)與變送2.5.1 流量的概念與檢測(cè)方法流量的概念與檢測(cè)方法1. 流量的基本概念：瞬時(shí)流量（單位時(shí)間內(nèi)流過工藝管道某截面的流體數(shù)量）與累積流量（某段時(shí)間內(nèi)流過工藝管道某截面的流體總量）；2. 體積、重量與質(zhì)量流量。（1）體積流量 ：tvvAvdtqQAvvdAq0(2) 重量流量：vgqqvgQQ(3) 質(zhì)量流量：vmqqvmQQ三種流量之關(guān)系：mvvggqgqqq(4) 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（20、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）下的體積流量：nvnmvnqqq/（瞬時(shí)N/h)（累積N)（瞬時(shí)m3/s）（累積）（瞬時(shí)kg/s）（累積）2. 流量的檢測(cè)方法流量的檢測(cè)方法 （1）體積流量檢測(cè)方法：容積法（單

41、位時(shí)間內(nèi)排出流體的固定體積數(shù)）和速度法（管道內(nèi)的平均流速乘以管道面積）（2）質(zhì)量流量檢測(cè)法：間接法（體積流量乘以密度）和直接法（儀表直接測(cè)得）。類別儀表名稱體積流量計(jì)容積式流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、皮膜式流量計(jì)等差壓式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)、均速管流量計(jì)、彎管流量計(jì)、靶式流量計(jì)、浮子流量計(jì)等速度式流量計(jì)渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等質(zhì)量流量計(jì)間接式質(zhì)量流量計(jì)體積流量經(jīng)密度補(bǔ)償或溫度、壓力補(bǔ)償求得質(zhì)量流量等直接式質(zhì)量流量計(jì)科里奧利流量計(jì)、熱式流量計(jì)、沖量式流量計(jì)等2.5.2 容積式流量計(jì)容積式流量計(jì)容積式流量計(jì)：采用固定的小容積來反復(fù)計(jì)量通過的流通體積。標(biāo)準(zhǔn)“計(jì)量空間”、

42、進(jìn)出口壓差。橢圓齒輪流量計(jì)：nVqv4這一檢測(cè)過程是線性的，但計(jì)量液體不能含固體雜質(zhì)，對(duì)流體粘度無要求，所以特別適用于高粘度流體的檢測(cè)。63節(jié)流式流量計(jì)的組成節(jié)流式流量計(jì)的組成2.5.3 節(jié)流式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì) 64孔板孔板噴嘴噴嘴文丘里管文丘里管65(a) 標(biāo)準(zhǔn)孔板(b) 噴嘴(c) 文丘里管節(jié)流原理 661v3v2v123流速1v2v3v靜壓1p2p3ppmaxp671v3v2v123流速1v2v3v靜壓1p2p3ppmaxp流量方程 0022vmqApqAp6869節(jié)流式流量計(jì)的使用特點(diǎn)和要求70節(jié)流式流量計(jì)誤差產(chǎn)生的原因712.5.4 靶式流量計(jì)靶式流量計(jì) 在管道中垂直于流動(dòng)方向安裝

43、一在管道中垂直于流動(dòng)方向安裝一圓盤形阻擋件，稱之為圓盤形阻擋件，稱之為“靶靶”。流體流經(jīng)靶時(shí)，由于受阻將對(duì)靶產(chǎn)流體流經(jīng)靶時(shí)，由于受阻將對(duì)靶產(chǎn)生作用力生作用力F，F(xiàn)與流體流動(dòng)速度的關(guān)與流體流動(dòng)速度的關(guān)系為系為式中，式中，K為阻力系數(shù)；為阻力系數(shù)； 為垂直于為垂直于流速的靶面積；流速的靶面積；r為流體重度；為流體重度；v為為通過環(huán)形面積的流速；通過環(huán)形面積的流速；g為重力加為重力加速度。速度。 靶式流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理靶式流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理grKAFd22dA72可求出體積流量與靶上受力關(guān)系為：可求出體積流量與靶上受力關(guān)系為：222aDdgFQKdr其中：其中：Ka:流量系數(shù)流量系數(shù) D：管道直徑：管道直徑 d：靶的直徑：靶的直徑 F：靶上受力：靶上受力 r：流體重度：流體重度v和差壓式流量計(jì)相似，流量和力是開方關(guān)系。和差壓式流量計(jì)相似，流量和力是開方關(guān)系。v可用于較小的雷諾數(shù)狀態(tài)，特別是于高粘度的流體，如重油、瀝可用于較小的雷諾數(shù)狀態(tài)，特別是于高粘度的流體，如重油、瀝青等的流量測(cè)量。青等的流量測(cè)量。v精度為精度為23%。732.5.5 轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì) 74流量方程