过程参数的检测与变送

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,过程参数的检测与变送,本章要点,1了解参数检测的意义、检测仪表的根本构成及仪表的统一信号标准；,2了解检测误差的概念、熟悉仪表的性能以及零点迁移与量程调整确实定与计算；,3熟悉变送器的构成原理、信号传输与接线方式；,4了解温度检测方法、熟悉温度变速器的工资原理、掌握其使用方法；,5掌握压力、流量、物位等检测仪表的工作原理与使用方法，熟悉压力变送器的工作原理及使用特点；,6熟悉智能式变送器的特点及硬件构成；,2.1,参数检测与变送,概述,检测的重要意义,2.1.1 检测仪表,国标?GB7665-87?规定：“能感受规定的被测量,并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置，,通常由敏感元件和转换元件组成。,将输出信号变成统一标准信号的传感器。,统一标准信号即各仪表之间的通信协议：010mA、02V、,20100kPa,;,420mA、15V,数字信号。,组成框图图21,2.1.2 检测误差,3相对误差或标称相对误差 ,检测误差是指检测仪表的测量值与被测物理量的真值之间的差值，它反映了仪表的检测精度,1真值 即被测物理量的真实或客观取值。,在当前现行的检测体系中，是将“认定设备的检测结果作为真值。,2绝对误差 仪表的实测值与“真值之差 记为,绝对误差不能说明检测精度,4引用误差 记为,5根本误差 使用标准:220V5、502Hz、205、655,通常，各国或国际组织将其法定计量机构的专用设备作为认定设备，它的检测精度在这个国家或国际组织内被认为是最高的。显而易见，用这种方法确定的 “真值 称为“约定真值。,6附加误差温度附加、频率附加、电源电压附加,1系统误差 对同一被测参数进展屡次重复测量时，按一定规律出现的误差。,抑制系统误差的方法：负反响构造,2随机误差或统计误差：统计计算、滤波消除,3粗大误差疏忽误差：剔除,2.1.3 检测仪表的根本特性,1准确度及其等级,1不能用绝对误差或相对误差表示?,2用最大引用误差度量？量程、最大绝对误差,度量方法：去掉最大引用误差中的“和“表示：0.001、0.005、0.02、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5。,2非线性误差,图示22,计算：,3变差：正、反行程测量时的最大差值与量程之比的百分数,计算：,4灵敏度与分辨力 计算,分辨力又称灵敏限：仪表输出能响应和分辨输入的最小变化量，数字显示仪表变化一个二进制最低有效位时输入的最小变化量,5漂移 时漂与温漂,6动态误差,适应参数测量和系统运行的需要具有的输入/输出特性,1理想工作特性：,2零点调整与迁移,使输入下限值为零的过程称为零点调整，否那么为零点迁移。,零点迁移前后的输入/输出特性,(3),量程调整,量程是指与检测仪表规定的输出范围相对应的输入范围,量程调整是指在零点不变时将输出上限值与输入上限值相对应,量程调整前后的输入/输出特性,实例,某测温仪表的量程为,0500，,输出信号为,420mA,，,现欲测量,2001000,应如何调整？,2.1.4 变送器的构成原理,1.模拟式变送器的构成图29,1原理说明,2),输入/输出关系,理想线性特性,2.数字式变送器的构成原理基于CPU的硬件电路、系统程序和功能模块的软件,1数字式变送器的,硬件构成图210,2软件构成,系统程序：硬件管理，其根本功能为模/数转换、数据通讯、,自检；功能模块：组态功能。,2.1.5 变送器的信号传输方式,1.四线制和二线制方式图211,二线制满足的条件：,2.HARTHighway Addressable Transduce)协议传输方式,图212 模拟信号和基于频移键控FSK)的叠加,传输速率为,1200bit/s,2.2 温度的检测与变送,2.2.1 温度检测方法,一、接触式测温,1、,热电阻,及其测温原理,基于热阻效应，,测温元件,测温原理,测温范围/,主要特点,热电偶,热电效应,01600,测温范围广，测量精度高，便于远距离、多点、集中检测和自动控制，应用广泛；需进行冷端温度补偿，低温测量精度低。,铂电阻,热阻效应,200600,测温范围广，测量精度高，便于远距离、多点、集中检测和自动控制，,应用,广泛；不能测高温。,铜电阻,50150,半导体热敏电阻,50150,灵敏度高，体积小，结构简单，使用方便；互换性较差，测量范围有一定限制。,常用测温元件,1),金属热电阻的测温,计算：,热电阻名称,分度号,0时阻值(),测温范围（）,特点,铜电阻,Cu50,500.05,50150,线性好，价格低，适用于无腐蚀性介质,Cu100,1000.1,铂电阻,Pt50,500.003,-200500,精度高，价格贵，适用于中性和氧化性介质，但线性度差,Pt100,1000.006,常用热电阻,工业常用热电阻的分度表,附表A 附表A-1 铂热电阻分度号Pt100分度表, ， ,温度/,00,10,20,30,40,50,60,70,80,90,电阻值 ,200,100,0,1849,6025,1000,5619,9606,5211,9216,4800,8822,4337,8427,3971,8031,3553,7632,3132,7233,2702,6833,2280,6430,0,100,200,300,400,500,600,700,800,10000,13850,17584,21202,24704,28090,31359,34513,37551,10390,14229,17951,21557,25048,28422,31680,34822,37848,10779,14606,18317,21912,25390,28753,31999,35130,38145,11167,14982,18632,22265,25732,29083,32318,35437,38440,11554,15358,19045,22617,26072,29411,32635,35742,38734,11940,15731,19407,22967,26411,29739,32951,36047,39026,12324,16104,19769,23317,26749,30065,33266,36350,12707,16476,20129,23665,27086,30391,33579,36652,13089,16846,20488,24013,27422,30715,33892,36953,13470,17216,20845,24359,27756,31038,34203,37252,附表A-2 铜热电阻分度号Cu50) 分度表R0=50.00 0。004280,温度/,00,10,20,30,40,50,60,70,80,90,电阻值 ,0,0,50.00,50.00,47.85,52.14,45.70,54.28,43.55,56.42,41.40,58.56,39.24,60.70,-,62.84,-,64.98,-,67.12,-,69.26,100,71.40,73.54,75.68,77.83,79.98,82.13,-,-,-,-,2),半导体热敏电阻的测温,计算,：,温度系数,：温度变化,1,时电阻值的相对变化量。,计算,：,负温度系数,：NTC型；正温度系数：PTC型；临界：CRT型,热敏电阻的温度特性图213,优点：,温度系数大；,缺点：,互换性差，非线性严重，测温范围低：,50300。,适用于家电和汽车的测温。,2 热电阻的接线方式图214,a),用于测量精度不高的场合,b),电桥平衡，与导线电阻无关,C用于高精度的温度测量，如用内阻很高的电子电位差计测量,NTC的应用设计,电子温度计、电子万年历、电子钟温度显示、电子礼品；,冷暖设备、加热恒温电器；,汽车电子温度测控电路；,温度传感器、温度仪表；,医疗电子设备、电子盥洗设备；,手机电池及充电电器。,PTC,的应用设计,用恒温加热PTC热敏电阻的恒温加热原理特性， 可以设计应用在直发器、发夹、发夹板、离子烫、烫发、烫发板、陶瓷烫发板、发钳、卷发器、电热梳、负离子烫发器 ，恒温培养箱、电子保温瓶、保温箱、保温杯、电烤箱、输液宝、医疗设备、家用电器、日用电器、小家电.等等。,流体式液体加热器应用设计,这是一种流体式液体加热器，液体从加热器内流过即被加热到需要的温度。用PTC元件作为发热源，具有升温速度快、恒温发热、功率自调整、热转换率高、抗水垢能力强、即使干烧也不损坏等特点。 被广泛应用于家电行业各类电热器具中。,500,1热电偶的测温原理：热电效应图215,接触电势，温差电势。,三点结论：1电极材料一样，总电势为零；2冷、热端温度一样，总电势为零；3电极材料不同，温度一样，热电势不同。,2热电势的检测与第三导体定律(图216,当,，,有,第三导体定律：只要第三导体两接点温度一样，回路中热电势不变,3冷端延伸与等值替换原理,为什么要延伸？补偿导线的作用？,等值替换原理图217,等值替换的条件：,热电回路的总热电势：,因而有,依据,那么有,结论,：,将满足 的补偿导线代替热电偶使冷端延伸，不会改变热电偶的热电势,补偿导线的连接示意图,4标准热电偶及其补偿导线,标准热电偶：热电势与温度的关系、允许误差、型号分度号按国际标准IEC)统一规定。,表23 我国局部标准化热电偶及其补偿导线,热电偶,配套的补偿导线（绝缘层着色）,分度号,热电偶材料,测温范围/,型号,正极材料,负极材料,长期,短期,S,铂铑,10,铂,01300,1600,S,C,铜（红）,铜镍（绿）,B,铂铑,30,铂铑,6,01600,1800,BC,铜（红）,铜（灰）,K,镍铬镍硅,501000,1300,K,X,镍铬（红）,镍硅（黑）,T,铜康铜,200300,350,TX,铜（红）,康铜（白）,5热电偶的冷端温度校正,为什么要校正？,1查表法：,例如：K型热偶，测t,冷端温度,测得 E(t,30)=21.995mV,E(30,0)=1.203mV,经计算：E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=23.198m，反查分度表：t=560,2)电桥补偿法：利用电桥某桥臂电阻因环境温度变化产生的附加电压补偿热电偶冷端温度变化引起的热电势的变化(图219及说明,工作原理。,例如：铂铑铂铑热偶，0100：6v/，桥臂电流为0.5mA,0.004/。全补偿的条件为：,经计算：,加保护套管：可延长使用寿命；但使惯性滞后1.54min).不加为毫秒级,接触式测温优点：精度高、小范围线性度与稳定性好测温范围宽5002000；缺点：高于2000时，不能长期使用，对运动物体的测温，不能使用,二 非接触式测温辐射式测温,原理,：载热体热能辐射能受体温度。,特点,：无媒介，无上限，测速快，对热场无干扰，用于运动物体、腐蚀,性介质的测温；,缺点：测量误差大、标定难构造复杂、价格贵,高温辐射计、低温辐射计、光电温度计；：热辐射 透镜反射 镜热电堆热敏电阻、硅光电池 电信号。,1.高温辐射计：光学玻璃透镜光波长0.71.1m与硅光电池(700200020mV)组成； 误差：1500，0.7%; 1500，,1%； 响应时间1毫秒,2. 低温辐射计：锗透镜与半导体热敏电阻组成；接收215m红外波；范围：0200；误差： 1%；响应时间2毫秒，信号需放大。,3光电温度计：光透镜 流化铅光敏电阻；范围：400 800；误差： 1%；响应时间1.5毫秒,信号需放大。,三. 测温仪表的选用,1.选用原那么,1精度符合误差要求；,2操作方便、运行可靠、经济合理，统一品种与规格,3量程略大于实测范围90；,4高温：热电偶；低温：热电阻,5保护套管的耐压等级管线或设备的耐压等级,选用原那么示意图,2,.,2.2.2 典型模拟式温度变送器,一. DDZ-型温度变送器,1. DDZ-型温度变送器的构成及特点(图221,说明:1)输入回路可实现热电偶冷端补偿、热电阻三线制引入、零点调整与迁移、量程调整；2反响回路可实现非线性校正；,特点：1集成运放：可使仪表的准确性、可靠性、稳定性及技术指标符合国标；2通用模块与专用模块相结合，使用灵活。方便；3反响线性化保证输入/输出关系的线性化；4统一集中供电，二线制接线方式；5采用平安火花防爆措施,2.3 压力的检测与变送,2.3.1 压力的概念及其检测,：垂直作用于单位面积上的力1Pa=1N/mm、换算:P43，表24,1,.差压(P)；,2.,绝对压力(P,abs,)/大气压；,3,.表压(P,g,)；,4.,负压(P,v,),；,1.弹簧管波登管、多圈弹管，,角位移电信号；,2,.波纹管、波/簧组合,提高线性度；,3,.膜片与膜盒,2.3.2 DDZ-型力矩平衡式差压 变送器,一.原理图233,1.测量局部：,2.杠杆系统的受力分析图235：,、构造图234,3.位移检测放大器位移/电流转换器,1检测变压器、振荡电路,图236,振荡器工作过程图237,2放大器：整流滤波与功率放大,5.整机特性图239,2.3.3 电容式差压变送器特点、构成,算法,：,2. 转换放大电路图242,1. 检测部件图241,作用,：将输入差压线性地转换成两电容之差与两,电容之和的比值,对流量的测量与控制是实现生产过程自动化的一项重要任务。,图1 水箱液位控制系统流程图,1 水箱,2 压力变送器,3 液位调节器,4 调节阀,2.4 流量的检测与变送,2.4.1 流量的概念与检测方法,流量的根本概念：,瞬时流量单位时间内流过工艺管道某截面的流体数量;,累积流量某段时间内流过工艺管道某截面的流体总量;,(1),体积流量：,(2),重量流量：,瞬时,累积,瞬时,累积,体积、重量与质量流量,2.4.1 流量的概念与检测方法,(4) 标准状态20、标准大气压下的体积流量：,三种流量之关系：,(3),质量流量：,瞬时,累积,容积式流量计利用,容积法,测量流量，即以单位时间内所排出流体的固定容积数目作为依据来计算流量，如椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、括板流量计和旋转活塞式流量计等。,容积式流量计,速度式流量计,速度式流量计利用,流体力学法,测量流量，即以测量流体在管道内的流速作为依据来计算流量，如差压式流量计、转子流量计、电磁流量计、涡轮流量计等。,(2) 质量流量检测法：,间接法体积流量乘以密度和直接法仪表直接测得。,2. 流量的检测方法,(1),体积流量检测法：容积法和速度法；,2.4.2 典型流量检测仪表,容积式流量计：,工作原理(重点)：,当流体通过“计量空间时，在它的进出口之间产生一定的压力差，其转动局部在压力差作用下产生旋转，并将流体由入口排向出口。流体一次次充满“计量空间，一次次被送往出口。由于“计量空间的体积是确定的，只要测得转子的转动次数，就可以得到被测流体体积的累积流量。,图2 典型容积式流量计的工作过程,q,椭圆齿轮流量计的工作原理：,椭圆齿轮流量计的特点：,椭圆齿轮流量计计量精度高，适用于高粘度介质流量的测量，但不适用于含有固体颗粒的流体(固体颗粒会将齿轮卡死，以致无法测量流量)。如果被测液体介质中夹杂有气体时，也会引起测量误差。,图3 椭圆齿轮流量计的原理图,椭圆齿轮流量计的安装：,椭圆齿轮流量计在安装前应清洁管道。假设液体内含有固体颗粒，那么必须在管道上游加装过滤器；假设含气体应安装排气装置。,安装时，应使流量计的椭圆齿轮转动轴与地面平行。,椭圆齿轮流量计的使用(难点)：,不同型号规格的椭圆齿轮流量计对最小使用流量有一允许值，只有当实际被测流量大于该下限流量允许值时，测量精度才能得到保证。,长期使用后的椭圆齿轮流量计，其内部的齿轮会被腐蚀和磨损，从而影响测量精度。,椭圆齿轮流量计被测介质的温度，不能过高。否那么不仅会增加测量误差，而且有使齿轮发生卡死的可能。,2. 速度式流量计,(1) 节流式差压式流量计：,孔板、挡板、文丘里管孔板,差压式流量计构造简单、运行可靠且适合于多种介质流量检测，是应用非常广泛的一类流量测量仪表。,图4 孔板前后流体的流线、流速和压力分布图,不可压缩理想流体,伯努利方程：,流体连续性方程：,当流体通过节流装置的节流孔时，流束形成局部收缩，流速加快，动能增加，静压降低，在节流装置前后产生压差，根据,伯努利方程,和,流体流动的连续性原理,可得压差与流量之间的关系为：,差压式流量计依据流体流动的,节流原理,，利用流体流经节流装置时产生的压力差来实现流量测量。,式中为收缩系数,推得,:,修正:,分别为流量系数和膨胀系数。,2.5 物位的检测与变送液位、料位、界位,2.5.1 物位检测的主要方法,静压式测量法,压力式：敞口容器；,差压式：闭口容器,电气式测量法,物位变化电气参数：电阻、电容、磁场等变化与电容式差压变送器配合标准信号。,3.,声学式测量法,；4.,射线式测量法,。,2.5.2 典型物位检测仪表,1. 差压式液位计：取压口与底部同一水平线图252；,静压式液位计测量时，其正压室与容器液相相通，负压室与容器气相相通。如果差压计的正压室取压口与起始液面 在同一水平面上。,对于气动差压变送器, 时，变送器输入 ,输出20kPa；,时，变送器输入 ,输出100kPa。此时，差压变送器的工作特性称为,无迁移,。,负迁移,特殊介质液位测量时，为防止容器内液体和气体进入变送器造成管路堵塞或腐蚀，并保证负压室液位稳定，在变送器与取压点之间分别装有隔离液。,取压口装有隔离罐图254,当 时， ,变送器输出必然小于20kPa； 时，变送器输出也小于100kPa。,为使变送器输出能直观反映所测液位，必须通过调整变送器杠杆系统上迁移弹簧的拉力，用以平,衡附加在负压室上的固定静压 ，使 时，输出为20kPa； 时，输入 ，变送器输出仍为100kPa，即为,负迁移,。,调整气动差压变送器杠杆系统上的迁移弹簧的拉力，用以平衡附加在正压室上的固定静压，即为,正迁移,。,正迁移 取压口低于容器底部图253,例 题,采用差压变送器测量某容器的液位，若知：被测介质密度 ，隔离液密度 ，最高液位 ， ， ，试问：, 差压变送器需作何种迁移？, 迁移量为多少？, 迁移后的测量,范围多大？,负迁移,迁移量为,迁移后差压变送器的测量范围量为,2. 电容式液位计,原理,：介电常数不同电容变化物位,图556的说明：AB为可调桥臂，DA为测量桥臂；开关S检查工作状况；,4.辐射式物位计 原理：射线强度随介质厚度的增加而衰减,3. 超声波液位计,换能器原理压电效应：交变电场作用下，压电晶体将电能转换成振动称逆压电效应；将振动声波转换成交变电场称正压电效应； 发射器和接收器,电子装置,：产生交变电信号、处理电信号,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,