第三章检测仪表及传感器

第一节概述第二节压力检测变送仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 第三节流量检测变送仪表第四节物位检测变送仪表第五节温度检测变送仪表第三章检测仪表与传感器1.按仪表的工作能源分a.气动仪表b.电动仪表2.按仪表的功能分类a.检测仪表b.显示仪表c.控制仪表d.执行仪表e.集中控制仪表3.按仪表的结构形式分类a.基地式仪表b.单元组合仪表一、工业自动化仪表分类第一节概述气动单元组合仪表电动单元组合仪表QDZ组合单元气动DDZ组合单元电动标准信号：0.02-0.1MPa(20-100kPa)DDZ-Ⅱ：0-10mA,0-2VDDZ-Ⅲ:4-20mA,1-5V在评定工业测量仪表的基本性能时，常使用下面几个指标来衡量仪表质量的好坏。1.精确度仪表的最大允许误差：注：Δmax是用标准表和该仪表对同一变量测量时所得到的两个读数之差，这个差值在测量范围内各点是不同的，最大的差值即Δmax二、工业自动化仪表的主要性能指标工业自动化仪表精度等级的划分1.0,1.5,2.5,4.0高低Ⅰ级标准表Ⅱ级标准表工业用表0.005,0.002,0.050.1,0.2,0.4,0.5精度等级是把仪表的最大允许误差δ去掉“±”和“％”后的数值。上表中的值越小，表示仪表的精度越高；反之，数值越大，仪表的精度越低。例1.确定仪表精度等级某台测温仪表的测温范围为600℃～1100℃，校验该表时得到的最大绝对误差为±4℃，试确定该仪表的允许误差与精度等级。所以仪表的等级为1.0级仪表的允许误差某台测温仪表的测量范围为0℃～1000℃，工艺要求该仪表指示值的误差不超过±7℃，应该选精度等级为多少的仪表才能满足要求？所以应该选用0.5级的仪表例2.选择一定精度的仪表根据工艺要求，仪表允许的误差为：2.变差0被测参数测量值ΔXmax反行程正行程在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。5.线性度（非线性误差）表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际标准曲线与理论直线的吻合程度。6.反应时间反应时间是指仪表的动态性能指标。当用仪表对被测量进行测量时，被测量突然变化后，仪表指示值总是要经过一段时间后才能准确地显示出来。y0.632y(∞)0ty(∞)τ0TT—仪表时间常数τ0—滞后时间一、压力测量仪表分类(按转换原理分)a.液柱式压力计b.弹性式压力仪表c.电气式压力仪表d.活塞式压力标准仪表二、弹性式压力计a.弹性元件第二节压力检测变送仪表b.测量原理(以弹簧管式压力表为例)测量压力时，被测压力介质通过管接头进入弹簧管的内腔内，从而使弹簧管的自由端产生位移，自由端的位移放大后，指示出相应的压力。弹簧管压力表机芯放大机构三电气式压力计1.电气式压力计的组成压力传感器电信号电信号加工装置输出仪表压力传感器的作用是把信号检测出来，并转换成电信号进行输出，当输出的电信号能够进一步转换为标准信号时，压力传感器又称为压力变送器。电信号加工装置对传感器输出的电信号经适当加工处理,如衰减、放大、滤波、运算等。输出仪表则是用表头显示，或用笔式记录仪、打印机、屏幕显示等输出设备进行显示。★霍尔片式压力传感器霍尔效应在半导体制成的霍尔片的Z轴方向加一磁场,在Y轴方向加一外电场.电子在霍尔片中运动时,由于受电磁力的作用,而使电子的运动轨道发生偏转,造成霍尔片的一个端面上有电子积累,另一端面上正电荷过剩,从而在X轴方向上出现电位差,该电位差称为霍尔电势,这种现象叫”霍尔效应”。UH——霍尔电势；B——磁感应强度；I——控制电流RH——霍尔常数，与霍尔片材料、几何形状有关；霍尔电势一般为几十毫伏数量级（I为3-20mA，B约为几千高斯）；导体也有霍尔效应，但远小于半导体。1-弹簧管；2-磁钢；3-霍尔片将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧管压力传感器。当被测压力引入后，在被测压力作用下，弹簧管自由端发生位移，因而改变了霍尔片在非均匀磁场中的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例。★应变片式压力传感器有金属应变片式和半导体应变片式两类。测压原理——电阻应变原理△被测压力可达25MPa；△固有频率在25000Hz以上，有较好的动态性能，适合测快速变化的压力；△非线性及滞后误差小于额定压力的1%压阻式压力传感器力矩平衡式压力变送器电容式压力变送器智能型压力变送器1.压力表的选用a.仪表类型的选用显示方式的要求、被测介质的物理化学性质、现场环境条件。b.仪表量程的选用根据工艺生产过程中操作压力变化的范围来考虑。c.仪表精度等级选择精度等级是根据已选定仪表的量程和工艺生产上所允许的最大测量误差，求最大允许误差来确定的。四、压力表的选用与安装例题1：某高压设备的压力测量范围为25~30MPa，测量误差不得大于1MPa。工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围。例题2：某高压设备的压力测量范围为30~33MPa，测量误差不得大于1.2MPa。工艺上要求就地观察，试正确选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围。2.压力表的安装a.测量点的选择★选在被测介质直线流动的直管段部分。★测压点应与流动方向垂直，测压管端面与生产设备连接处的内壁保持相平，不应有凸出物和毛刺等。★测量液体压力时，取压点应在管道下部，使导压管内不积存空气；测量气体压力时，取压点应在管道上方，使导压管内不积存液体。流动直管测压点导压管压力表b.导压管的选择安装★导压管的粗细长短合适；★根据被测介质易冷凝或是冷冻时，必须加保温伴热管线；★压口和压力表之间应加截断阀门；★导压管水平安装时要有一定斜度。c.压力表的安装★安装在易于维修和观察的地方；★应力求避免振动和高温等的不利影响；★安装高度应与取压点相同或相近，否则会产生测量误差。HPP’★测量蒸汽压时，应加装盘形管，以防高温蒸汽与被测元件直接接触；★对于腐蚀性介质，要加隔离罐；★在压力表和导压管的连接处应加装密封衬片，防止泄漏；★放空阀、切断阀、平衡阀的使用一、分类质量流量检测仪表速度式：差压式（节流式）、转子流量计、涡轮流量计，涡街流量计等容积式：椭圆齿轮流量计，活塞式体积流量检测仪表直接式：量热式、角动量式、科氏力式等间接式第三节流量检测变送仪表二、差压式流量计基于流体流动的节流原理,利用流体流经节流装置产生的压力差而实现流量测量的。由节流装置和差压计及显示仪表组成。★节流现象在节流装置前后的管壁处，流体产生局部收缩，流体的静压力产生差异的现象——节流现象。节流装置包括节流元件和取压装置，有孔板、喷嘴、文丘里管等。孔板装置及压力、流速分布图动能与静压能的转化压力分布速度分布★流量基本方程α—流量系数ε—膨胀校正系数F0—开孔截面积ΔP—节流装置前后压力差ρ—流体密度▲确定流量与压差得确切关系，关键在于α的取值，α与节流装置形式、节流孔面积与管道面积之比、取压方式、Re等有关；▲ΔP是计算流量的关键数据，与取压方法有关，我国规定的标准节流装置取压方法为角接取压法和法兰取压法。流量系数α与Re的关系★压差式流量计使用和安装时应注意的问题▲流体必须是清洁单相流体，或认为是无相变的流体。▲流体在节流装置前后必须完全充满管道整个截面，并在节流装置前后有足够长的直管段。▲导压管的安装要求与“压力检测变送仪表”中导压管的要求一样。▲节流元件的安装方向，可以垂直也可以水平，但对流向有一定要求。▲如果实际使用时，被测流体的工作流体与实际计算时有所不同，则会造成误差，要对所测数值加以必要的校正。——标定流体密度；——实际流体密度。三、转子流量计★转子流量计特别适合测量管径50mm以下管道的流量，测量流量比较小的场合。★差压式流量计，是在节流面积不变的条件下，以差压变化来反映流量的大小；而转子流量计，是以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小。1.工作原理2.电远传式转子流量计指示式转子流量计，只适合就地显示；电远传式转子流量计可以将反映流量大小的转子高度转换为电信号，适合远传，进行显示和记录。电远传式由流量变送和电动显示两部分组成。差动变压器结构电远传转子流量计3.转子流量计的指示值修正在工业基准状态（20℃，0.10133MPa）下用水或空气进行刻度的。被测介质的密度和工作状态不同，需对流量指示值进行修正。★液体流量测量时的修正★气体流量测量时的修正★蒸汽流量测量时的换算将蒸汽流量换算为水流量四、涡轮流量计1.涡轮；2.导流器；3.磁电感应转换器4.外壳5.前置放大器流体推动叶片，使涡轮旋转;高导磁的涡轮在旋转的同时，周期性地扫过磁钢，使磁路的磁阻发生周期性的变化，线圈中感应出交流电信号;交变信号的频率送往电子计数器或电子频率计，累积或指示流量。第四节物位检测变送仪表一、概述★物位仪表是液位计、料位计、界面计的统称。液位计——测量容器中液体介质的高度；料位计——测量容器中固体或颗粒状物质的堆积高度；界面计——两种密度不同液体介质的分界面。★测量物位的目的●确定容器或贮存库中的原料、辅料、半成品或成品的数量;●进行监视和控制生产工艺过程。★按照工作原理,物位仪表可分为:直读式物位仪表；浮力式物位仪表；差压式物位仪表；电磁式物位仪表；核辐射物位仪表；声波式物位仪表；光学式物位仪表二、差压式液位变送器1、工作原理差压式液位变送器，是利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作。P0+-P1P2HP1=P0+HρgP2=P0ΔP=P1－P2=Hρg压差变送器测得的压差与液位高度成正比，这样把测量液位高度转化为测量压差。2、零点迁移问题★负迁移P0HP1P2+-h1ρ2ρ2h2隔离罐为了使仪表的输出能正确反映出液位的数值，也就是使液位的零值与满量程能与变送器输出的上、下限值相对应，必须设法抵消固定压差(h2-h1)ρ2g的作用。使得当H=0时，变送器的输出仍然回到4mA；而当H=Hmax时，变送器的输出为20mA。解决办法是在变送器中加入调零迁移弹簧，以抵消固定压差的作用；迁移弹簧的作用，其实质是改变变送器的零点。迁移和调零都是使变送器输出的起始值与被测量起始值相对应，零点调零通常较小，而零点迁移则比较大。P0HP1P2+-h1★正迁移迁移同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，不改变量程的大小a-无迁移b-负迁移c-正迁移接触式膨胀式测温仪表压力式温度计热电偶温度计热电阻温度计非接触式辐射高温计红外线温度计一、温度测量仪表分类（按测量方式分为）第五节温度检测变送仪表常用温度计的种类及优缺点二、热电偶温度计热电偶温度计是由三部分组成：热电偶——是由不同材料的导体焊接而成，作为感温元件测量仪表——动圈仪表或电位差计连接导线——铜导线及补偿导线工作端热端测量端tt0自由端冷端热电极1.热电偶及测温原理热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。热电效应：把两种导体或者半导体连接成一个闭合回路，把这两个接点分别置于温度t的热源和温度t0中，在回路中就会产生电势，这种效应叫作热电效应。整个回路的热电势由接触电势组成温差电势接触电势：两种不同导体A、B接触时，由于两者电子密度不同，则电子在两个方向扩散速率不同，从而在A、B间形成一个电位差，这就是接触电势。温差电势：在同一种导体的两端因其温度不同而产生的电势。温差电势远小于接触电势，整个热电偶回路的热电势:当A、B和t0一定时，EAB（t,t0）是温度t的单值函数，这就是热电偶测温的基本依据。AB+++－－－eAB2.热电偶基本定律★热电回路的热电势仅取决于热电极的材料和两个接触点温度，与温度沿热电极的分布及电极尺寸和形状无关；★在热电偶回路中，接入第三种材料的导线，只要第三导线的两端的温度相同，第三导线的引入不会影响热电偶的电势；★两种金属A和B分别与金属C配偶的热电势为EAC和ECB，则A和B配偶产生的热电势EAB为EAC和ECB之差，即★若结点温度为t1和t2时回路的热电势为E1；结点温度为t2和t3时的热电势为E2，则结点温度为t1和t3时的回路热电势为E=E1+E2——冷端修正理论依据。3.热电势与温度关系特性可用列表法表示（冷端温度均为0℃） 数学 数学高考答题卡模板高考数学答题卡模板三年级数学混合运算测试卷数学作业设计案例新人教版八年级上数学教学计划 表示法图示法★列表法将温度与热电偶的热电势列成相应的 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 ，不同的热电偶其数值是不同的，每种热电偶都对应一个分度号。★数学表示法热电势与温度的关系用一个公式表示：★图示法把热电势与温度关系用曲线在坐标纸上表示出来。4.常用热电偶材料★对热电偶材料的要求①热电性能好；②物理、化学性能稳定；③有良好的机械加工性能；④复现性好。★工业上常用的标准热电偶热电偶名称分度号测温范围/℃特点长期使用短期使用铂铑30-铂铑6B300～16001800热电势小，测量温度高，精度高,适用于中性和氧化性介质,价格高铂铑10-铂S0～13001600热电势小，精度高，线性差,适用于中性和氧化性介质,价格高镍铬-镍硅（镍铝）K0～10001200热电势大，线性好适用于中性和氧化性介质,价格便宜镍铬-康铜E0～550750热电势大，线性差适用于氧化及弱还原性介质,价格低5.热电偶的结构★普通热电偶：有热电极、绝缘管、保护套管和接线盒组成★铠装热电偶：将热电偶丝与绝缘材料及金属套管经过整体拉伸工艺加工而成的坚实的组合体。外径为1-8mm，还可小到0.2mm，长度可为50m。反应速度快，可弯曲、不怕震、耐高压的优点。★表面型热电偶利用真空镀膜法将两种电极材料蒸镀在绝缘基底上的薄膜热电偶，专门测量物体表面温度。6.热电偶冷端温度的处理方法★补偿导线只有热电偶的冷端温度保持不变，热电势才是被测温度的单值函数，使用补偿导线可将冷端延伸至温度恒定处；同时节约贵金属材料。补偿导线的特点：①由两种不同性质的金属材料制成；②在一定温度范围内，补偿导线与所要连接的热电极具有相同的热电性能；③价格比较低廉；④不同热电偶所用的补偿导线不同；⑤热电偶和补偿导线的两个接点处温度相同；⑥使用时型号相配，极性不能接错；⑦热电偶与补偿导线连接端的温度不应超过100ºC。6.热电偶冷端温度的处理方法常用热电偶的补偿导线补偿导线名称型号配用热电偶分度号铜—铜镍0.6SC铂铑10-铂KCKX镍铬-镍硅EX铜—铜镍45TXSK铜—铜镍40镍铬—镍硅3镍铬10—铜镍45镍铬—铜镍铜—铜镍45ET★冷端温度的补偿方法采用补偿导线后，冷端从温度较高和不稳定的地方，延伸到温度较低和比较稳定的操作室内，但冷端温度还不是0℃。①冰点法②计算修正法③仪表零点校正法④补偿电桥法⑤补偿热电偶法例：现用一支铂铑-铂热电偶测量温度，其仪表显示值为600℃，而冷端温度为65℃，在没有冷端温度补偿的情况下，实际温度为665℃，对不对？为什么？正确值为多少度？具有补偿电桥的热电偶测温线路补偿热电偶连接线路三、热电阻温度计热电偶一般适用于测量500℃以上的较高温度，对于在500℃以下的中、低温输出电势很小，对测量电路的放大器和抗干扰能力要求很高，否则不准；另外，由于冷端温度的变化和环境温度的变化所引起的相对误差显得突出，不易得到完全的补偿。所以，在中、低温区，一般使用热电阻温度计测量，适用于-200～+500℃，输出值大，测量准确。热电阻的组成及连接方式热电阻的接线方法——三线制热电阻温度计热电阻（感温元件）不平衡电桥显示仪表平衡电桥连接导线1.热电阻测温原理利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。热电阻与热电偶的测温原理是不同的热电阻：温度变化电阻值变化热电偶：温度变化热电势变化2.工业常用热电阻★热电阻的材料一般要求：●电阻温度系数、电阻率大●热容量小●在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的复制性；●电阻值随温度的变化关系，最好呈线性。★工业常用热电阻热电阻名称分度号0℃时阻值测温范围特点铂电阻Pt1010Ω－200～500℃·精度高，价格贵·适用于中性和氧化性介质Pt100100Ω铜电阻Cu5050Ω－50～150℃·线性好，价格低·适用于无腐蚀性介质3.热电阻的结构★普通型热电阻主要由电阻体、保护套管和接线盒等组成。★铠装热电阻将电阻体预先拉制成型并与绝缘材料和保护套管连成一体。体积小、抗震性强、可弯曲、热惯性小、使用寿命长。★薄膜热电阻将热电阻材料通过真空镀膜法，直接蒸镀到绝缘基底上。体积小、热惯性小、灵敏度高。四.测温元件的安装★保证测温元件与流体充分接触，测温元件应迎着被测介质流向，至少成90°；★测温元件的感温点应处于管道中流速最大处；★测温元件应有足够的插入深度，以减小误差；★若工艺管道过小，安装测温元件处应接装扩大管；★热电偶、热电阻的接线盒面盖应向上，避免雨水等物质进入；★为了防止热量散失，测温元件应插在有保温层的管道或设备处；★测温元件安装在负压管道中时，必须保证密封性，防止外界冷空气进入，使读数降低。五.布线要求★按照规定的型号配用热电偶的补偿导线，注意热电偶的正、负极和补偿导线的正、负极相连接，不要错接；★热电阻的线路电阻一定要符合所配二次仪表的要求；★为了保护连接导线与补偿导线不受外来的机械损伤，应把连接导线或补偿导线穿入钢管内或走槽板；★导线应尽量避免有接头，应有良好的绝缘，禁止与交流输电线合用一根穿线管，以免引起感应；★导线应尽量避开交流动力电线；★补偿导线不应有中间接头，否则应加装接线盒。