第二章過程參數(shù)檢測與變送

第二章過程參數(shù)檢測與變送第一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四2.1過程參數(shù)檢測概述在過程自動化控制中要通過檢測元件獲取生產(chǎn)工藝變量，最常見變量是溫度、壓力、流量、物位（四大參數(shù)）。檢測元件又稱為敏感元件、傳感器，它直接響應(yīng)工藝變量并轉(zhuǎn)化成一個與之成對應(yīng)關(guān)系的輸出信號。這些輸出信號包括位移、電壓、電流、電阻、頻率、氣壓等。第二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四檢測——實施正確控制的第一步變送——將檢測元件輸出的各種信號、微弱信號轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一(標準)的電氣信號。第三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四由于檢測元件的輸出信號一般需要經(jīng)過變送器處理，轉(zhuǎn)換成標準統(tǒng)一的電氣信號（如4～20mA直流電流信號，20～100KPa氣壓信號）送往顯示儀表，指示或記錄工藝變量，或同時送往控制器對被控變量進行控制。有時將檢測元件、變送器及顯示裝置統(tǒng)稱為檢測儀表,或者將檢測元件稱為一次儀表，將變送器和顯示裝置稱為二次儀表。第四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四

過程控制對檢測儀表的要求：

靜態(tài)：正確——測量值正確反映被控變量的值可靠——長期工作動態(tài)：迅速——測量值迅速反映被控變量的變化第五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四一、測量誤差(1)絕對誤差：儀表的指示值與被測量的真值之間的差值

(2)引用誤差：絕對誤差與儀表的量程之比。

最大引用誤差叫做允許誤差第六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四二、儀表的性能指標

(1)精確度（精度）表示儀表測量結(jié)果的可靠程度。精度等級：允許誤差去掉“±”號及“%”目前我國生產(chǎn)的儀表的精度等級有：0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等第七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四儀表的精度等級以一定的符號形式表示在儀表標尺板上，如1.0外加一個圓圈或三角形。精度等級1.0，說明該儀表允許誤差為1.0%。1.01.5第八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四[例1]某臺測溫儀表的量程是600--1100℃，其最大絕對誤差為±4℃，試確定該儀表的精度等級。解儀表的允許誤差為：

由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.8級儀表，而該儀表的最大引用誤差超過了0.5級儀表的允許誤差，所以這臺儀表的精度等級應(yīng)定為1.0級。第九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四[例2]某臺測溫儀表的量程是600--1100℃，工藝要求該儀表指示值的誤差不得超過±4℃，應(yīng)選精度等級為多少的儀表才能滿足工藝要求。解根據(jù)工藝要求，儀表的允許誤差為

±0.8%介于允許誤差±0.5%與±1.0%之間，如果選擇允許誤差為±1.0%,則其精度等級應(yīng)為1.0級。量程為600～1100℃，精確度為1.0級的儀表，可能產(chǎn)生的最大絕對誤差為±5℃，超過了工藝的要求。所以只能選擇一臺允許誤差為±0.5%，即精確度等級為0.5級的儀表，才能滿足工藝要求。第十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四二、儀表的性能指標

(2)變差：在外界條件不變的情況下，使用同一臺儀表對某一變量進行正反行程測量時對應(yīng)于同一測量值所得的儀表讀數(shù)之間的差異。

(3)線性度：衡量儀表實際特性偏離線性程度的指標

第十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四(4)靈敏度和分辨力靈敏度：儀表的輸出變化量與引起此變化的輸入變化量的比值，即靈敏度=△Y/△X分辨力（儀表靈敏限）：儀表輸出能分辨和響應(yīng)的最小輸入變化量。ΔY－儀表指針位移的距離（或轉(zhuǎn)角）；ΔX－引起ΔY的被測參數(shù)變化量。第十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四分辨率表示儀表顯示值的精細程度。如一臺儀表的顯示位數(shù)為四位，其分辨率便為千分之一數(shù)字儀表的顯示位數(shù)越多，分辨率越高。分辨力是指儀表能夠顯示的、最小被測值。如一臺溫度指示儀，最末一位數(shù)字表示的溫度值為0.1℃，即該表的分辨力為0.1℃。對于數(shù)字式儀表：第十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四

(5)動態(tài)誤差由于儀表動作的慣性延遲和測量傳遞滯后，當被測量突然變化后必須經(jīng)過一段時間才能準確顯示出來，這樣造成的誤差。第十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四三、變送器的基本特性和構(gòu)成原理

1.變送器基本的輸入輸出特性

被測參數(shù)經(jīng)傳感器進入變送器，經(jīng)變送器輸出標準信號。兩者為單值關(guān)系且呈一定比例關(guān)系。第十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四2.模擬式變送器的基本構(gòu)成原理1）原理說明2）輸入輸出關(guān)系第十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四3.智能式變送器的基本構(gòu)成原理硬件構(gòu)成：以CPU為核心的硬件電路軟件構(gòu)成：系統(tǒng)程序、功能模塊第十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四數(shù)字信號第十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四4.變送器的若干共性問題

量程調(diào)整量程是指與檢測儀表規(guī)定的輸出范圍相對應(yīng)的輸入范圍量程調(diào)整目的：在零點不變時將輸出上限值與輸入上限值相對應(yīng)量程調(diào)整前后的輸入/輸出特性第十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四

零點調(diào)整和零點遷移目的：使變送器輸出下限值與測量信號的下限值相對應(yīng)使輸入下限值為零的過程稱為零點調(diào)整；使輸入下限值不為零的過程稱為零點遷移。第二十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四零點遷移前后的輸入/輸出特性正遷移負遷移無遷移第二十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四實例：某測溫儀表的量程為0～500℃，輸出信號為4～20mA，現(xiàn)欲測量200～1000℃應(yīng)如何調(diào)整？第一步：量程調(diào)整，將儀表的量程從0-500℃調(diào)整到0-800℃，并使其在0℃時的輸出為4mA，輸入為800℃時的輸出為20mA。第二步：零點遷移，將儀表的零點由0℃遷移到200℃。第二十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四變送器信號傳輸方式：電動模擬式變送器的電源和輸出信號的連接方式第二十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四HART（HighwayAddressableTransduce)協(xié)議傳輸方式模擬信號和基于頻移鍵控（FSK)的疊加第二十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四HART(HighwayAddressableRemoteTransducer)，可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，是美國Rosemont公司于1985年推出的一種用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設(shè)備之間的通信協(xié)議。在HART協(xié)議通信中主要的變量和控制信息由4-20mA傳送，在需要的情況下，另外的測量、過程參數(shù)、設(shè)備組態(tài)、校準、診斷信息通過HART協(xié)議訪問。

第二十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)溫度檢測與變送一、概述1、溫標攝氏溫標、華氏溫標、熱力學溫標

t=5/9(f-32)t=T-273.15t:攝氏溫標；f:華氏溫標；T:國際溫標第二十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四2、溫度檢測儀表的分類接觸式測溫儀表：熱膨脹熱電偶熱電阻非接觸式測溫儀表：熱輻射第二十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四二、熱電偶溫度計圖2-1熱電偶外觀圖圖2-2熱電效應(yīng)示意圖1.熱電偶的測溫原理第二十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四結(jié)點產(chǎn)生熱電勢的微觀解釋及圖形符號自由電子＋ABeAB（

T）T兩種不同的金屬互相接觸時，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點處會發(fā)生自由電子的擴散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬A擴散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電，B得到電子帶負電，從而產(chǎn)生熱電勢。第二十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四熱電效應(yīng)熱電偶兩結(jié)點所產(chǎn)生的總的熱電勢等于熱端熱電勢與冷端熱電勢之差，是兩個結(jié)點的溫差Δt

的函數(shù)：EAB（T，T0）=eAB（

T）-eAB（

T0

）熱電勢大致與兩個結(jié)點的溫差Δt成正比第三十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四三點結(jié)論：1）電極材料相同，總電勢為零；2）冷、熱端溫度相同，總電勢為零；3）電極材料不同，溫度相同，熱電勢不同。第三十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四2.熱電偶的應(yīng)用（1）熱電偶分度表不同金屬組成的熱電偶，溫度與熱電動勢之間有不同的函數(shù)關(guān)系，一般通過實驗的方法來確定，并將不同溫度下測得的結(jié)果列成表格，編制出熱電勢與溫度的對照表，即分度表。供查閱使用，每10℃分檔。中間值按內(nèi)插法計算。第三十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四八種國際通用熱電偶：

S:鉑銠10—鉑B:鉑銠30—鉑銠6K:鎳鉻—鎳硅E:鎳鉻—銅鎳R:鉑銠13—鉑N:鎳鉻硅—鎳硅J:鐵—銅鎳T:銅—銅鎳

第三十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四熱電偶的中間溫度定律（2）熱電偶基本定律1）均質(zhì)導(dǎo)體定律2）中間溫度定律第三十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四有中間導(dǎo)體的熱電偶回路3）中間導(dǎo)體定律第三十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四普通裝配型熱電偶的

結(jié)構(gòu)放大圖

接線盒引出線套管

固定螺紋

（出廠時用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端）

不銹鋼保護管

第三十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長達上百米薄壁金屬保護套管（鎧體）

BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面第三十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四鎧裝型熱電偶

鎧裝熱電偶的制造工藝：把熱電極材料與高溫絕緣材料預(yù)置在金屬保護管中、運用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當長度、將工作端焊接密封、配置接線盒即成為柔軟、細長的鎧裝熱電偶。

鎧裝熱電偶特點：內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得很細，能解決微小、狹窄場合的測溫問題，且具有抗震、可彎曲、超長等優(yōu)點。

第三十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四隔爆型熱電偶外形厚壁保護管壓鑄的接線盒電纜線第三十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四隔爆型熱電偶

結(jié)構(gòu)特點：隔爆熱電偶的接線盒在設(shè)計時采用防爆的特殊結(jié)構(gòu)，它的接線盒是經(jīng)過壓鑄而成的，有一定的厚度、隔爆空間，機構(gòu)強度較高；采用螺紋隔爆接合面，并采用密封圈進行密封，因此，當接線盒內(nèi)一旦放弧時，不會與外界環(huán)境的危險氣體傳爆，能達到預(yù)期的防爆、隔爆效果。

使用場合：工業(yè)用的隔爆型熱電偶多用于化學工業(yè)自控系統(tǒng)中（由于在化工生產(chǎn)廠、生產(chǎn)現(xiàn)場常伴有各種易燃、易爆等化學氣體或蒸汽，如果用普通熱電偶則非常不安全、很容易引起環(huán)境氣體爆炸）。第四十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四3.熱電偶的冷端補償?shù)谒氖豁摚擦豁?，編輯?023年，星期四采用相對廉價的補償導(dǎo)線，可延長熱電偶的冷端，使之遠離高溫區(qū)；可節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便于敷設(shè)。

C：補償型X：延伸型

補償導(dǎo)線在0～100C范圍內(nèi)的熱電勢與配套的熱電偶的熱電勢相等，所以不影響測量精度。

第四十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四補償導(dǎo)線外形A’B’屏蔽層保護層第四十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四（1）冷端溫度冰浴法（2）計算修正法（3）補償電橋法第四十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四冷端溫度補償電橋第四十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四1、熱電阻及其測溫原理：基于熱－阻效應(yīng)熱電阻名稱分度號0℃時阻值(Ω)測溫范圍（℃）特點銅電阻Cu5050±0.05－50～150線性好，價格低，適用于無腐蝕性介質(zhì)Cu100100±0.1鉑電阻Pt5050±0.003-200～850精度高，價格貴，適用于中性和氧化性介質(zhì)，但線性度差Pt100100±0.006三、熱電阻溫度計第四十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四2、熱電阻的接線方式a)

用于測量精度不高的場合b)電橋平衡，與導(dǎo)線電阻無關(guān)C）用于高精度的溫度測量，如用內(nèi)阻很高的電子電位差計測量第四十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四四、其它測溫方法1、雙金屬溫度計2、輻射測溫溫度計

第四十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四固體膨脹式溫度計：用兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬片疊焊接在一起制成雙金屬片。受熱后，由于兩金屬片的膨脹長度不同而產(chǎn)生彎曲。若將雙金屬片制成螺旋形，當溫度變化時，螺旋的自由端便圍繞著中心軸偏轉(zhuǎn)，帶動指針在刻度盤上指示出相應(yīng)溫度值。

第四十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四雙金屬片常用來做溫度報警或控制隨著溫度上升，雙金屬片逐漸彎曲，當其觸點接觸到固定觸點時，報警燈和繼電器回路被接通。調(diào)節(jié)螺釘用來調(diào)整固定觸點的位置，以調(diào)整報警溫度。雙金屬片調(diào)節(jié)螺釘絕緣柱

如圖是一雙金屬溫控器。繼電器第五十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四輻射測溫的基本原理:物體受熱,激勵了原子中帶電粒子,使一部分熱能以電磁波的形式向空間傳播,它不需任何物質(zhì)作媒介(即在真空條件下也能傳播),將熱能傳遞給對方,這種能量的傳播方式稱為熱輻射(簡稱輻射),傳播的能量叫輻射能.物體的輻射能量的大小與波長、溫度有關(guān)。第五十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四黑體輻射強度與波長及溫度之間的光譜關(guān)系第五十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四五、溫度變送器第五十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四1.DDZ-Ⅲ型溫度變送器的構(gòu)成及特點說明:1)輸入回路可實現(xiàn)熱電偶冷端補償、熱電阻三線制引入、零點調(diào)整與遷移、量程調(diào)整；2）反饋回路可實現(xiàn)非線性校正；第五十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四DDZ－Ⅲ型電動單元組合儀表中的

變送單元之一：溫度變送器它能將熱電偶（或熱電阻）的輸入信號線性地轉(zhuǎn)換成與溫度成比例的電流（電壓）信號，供給顯示、控制儀表及計算機集散系統(tǒng)，廣泛用于冶金、石油化工、熱電站、紡織、造紙等行業(yè)的測溫控制系統(tǒng)中。第五十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期四2.智能式變送器（1）通用性強（2）使用靈活（3）多種補償校正功能（4）具有控制功能（5）具有通信功能（6）具有自診斷功能1).特點2).結(jié)構(gòu)（1）硬件：微處理器