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)檢測與變送過程參數(shù)檢測與變送1 1）了解參數(shù)檢測的意義、檢測儀表的基本構成及儀表的統(tǒng)一信號標準；）了解參數(shù)檢測的意義、檢測儀表的基本構成及儀表的統(tǒng)一信號標準；2 2）了解檢測誤差的概念、熟悉儀表的性能以及零點遷移與量程調整的確）了解檢測誤差的概念、熟悉儀表的性能以及零點遷移與量程調整的確定與計算；定與計算；3 3）熟悉變送器的構成原理、信號傳輸與接線方式；）熟悉變送器的構成原理、信號傳輸與接線方式；4 4）掌握壓力檢測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；理及使用特點；5 5）了解溫度

2、檢測方法、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）了解成分檢測方法；）了解成分檢測方法；8 8）掌握掌握二線制變送器的電路分析及設計；二線制變送器的電路分析及設計；9 9）熟悉智能式變送器的特點及硬件構成）熟悉智能式變送器的特點及硬件構成。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計、智能壓力二線制變送器的電路分析及設計、智能壓力變送器變送器參數(shù)檢測與變送參數(shù)檢測與變送轉換元件敏感元件信號調理與轉換電路電源 被測量 輸入量 測量電路 電量 輸出量2.1.1 檢測儀表1.傳感器 國標GB7665-87規(guī)定：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律將其轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。2.變送器 將輸出信號變成統(tǒng)一標準信號的傳感器。統(tǒng)一標準信號即各儀表之間的通信協(xié)議：010mA、02V、20100kPa; 420mA、15V數(shù)字信號。 組成框圖 %)100%(100 xxa （2 2）絕對誤差）絕對誤差 儀表的實測值與“真值”

4、之差 %100minmaxxx 2.2.檢測誤差的規(guī)律性檢測誤差的規(guī)律性（1 1）系統(tǒng)誤差）系統(tǒng)誤差: :對同一被測參數(shù)進行多次重復測量時，按一定規(guī)律出現(xiàn)的誤差。克服系統(tǒng)誤差的辦法克服系統(tǒng)誤差的辦法：負反饋結構？ （2）隨機誤差或統(tǒng)計誤差）隨機誤差或統(tǒng)計誤差：統(tǒng)計計算、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 檢測儀表的基本特性檢測儀表的基本特性1.1.儀表的固有特性及性能指標儀表的固有特性及性能指標（1 1）精確度及其等級精確度及其等級1）能不能用絕對誤差或相對誤差表示?2）用最大引用誤差度量？（量程、最大絕對誤差）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實際理論儀表輸出被測變量omaxf實際理論儀表輸出被測變量o%100minmaxmaxxxbb（2）非線性誤差計算：（3）變差：正、反行程測量時的最大差值與量程之比的百分數(shù)計算：（4）靈敏度與分辨力 分辨力又稱靈敏限：儀表輸出能響應和分辨輸入的最小變化量，數(shù)字顯示儀表變化一個二進制最低有效位時輸入的最小變化量（5）漂移 時漂與溫漂（6）動態(tài)誤差2.2.檢測儀表的工作特性檢測儀表的工作特性適應參數(shù)測量和系統(tǒng)運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）零點調整與遷移零點：被測參數(shù)的下限值或對應儀表輸出下限值的被測參數(shù)最大值；使儀表測量下限值為零的過程稱為零點調整，否則為零點遷移。當將測量的下限指由零變?yōu)槟骋徽禃r，稱為正遷移；反之，將測量的下限指由零變?yōu)槟骋回撝禃r，稱為負遷移。零點遷移前后的輸入/輸出特性(3) 量程調整量程是指與檢測儀表規(guī)定的輸出范圍相對應的輸入范圍。量程調整是指在零點不變的情況下將輸出上限值與被測參數(shù)的上限值相對應。量程調整前后的輸入/輸出特性a)零點調整 b)正零點遷移 c)負零點遷移實例實例 ：某測溫儀表的量程為0500，輸出信號為420mA ，

7、現(xiàn)欲測量2001000應如何調整？2.1.4 2.1.4 變送器的構成原理變送器的構成原理1.1.模擬式變送器的構成模擬式變送器的構成測 量 部 分iK零 點 遷 移x放 大 器K反 饋 回 路fKy0zizfz011zKKKxKKKKyffi1）原理說明2) 輸入/輸出關系（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)中應用極為廣泛。單元組合儀表有氣動單元組合儀表和電動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、傳輸方式、供電信號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)場變送器連接方式四線制三線制供電AC 220V單獨供電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 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構、線路設計和功能差壓變送器雙杠桿機構矢量機構溫度變送器無線性化電路有線性化電路調節(jié)器偏差指示硬手動手動自動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和軟手動軟手動自動切換可直接切換有保持電路功能多樣系統(tǒng)構成一般靈活多樣與計算機聯(lián)用兼容性差兼容性好 存

9、 儲 器x傳 感 器 組 件A/D轉 換 器CPU通 信 電 路FSK 信 號D/A轉 換 器2.2.數(shù)字式變送器的構成原理數(shù)字式變送器的構成原理（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成（2）軟件構成系統(tǒng)程序：硬件管理，其基本功能為模/數(shù)轉換、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），標準大氣壓（），標準大氣壓（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。由于參考點不同，在工程上又將壓力表示為：1.差壓(P)；2.絕對壓力Pabs/大氣壓Patm；3.表壓Pg；4.負壓(真空度)Pv；各種壓力關系圖2.2 壓力的檢測與變送壓力的檢測與變送二.彈性式測壓元件及原理1.彈簧管（波登管）、多圈彈管，角位移電信號；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.原理圖測量部分：iipAF、結構圖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)的產品，綜合誤差為量程的

11、的產品，綜合誤差為量程的0.25% 。國內上海自動化儀。國內上海自動化儀表一廠，西安儀表廠等引進生產。原理框圖如圖所示。它表一廠，西安儀表廠等引進生產。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量電是將傳感器和變送器合二為一。傳感器由敏感器和測量電路組成。路組成。差動電容差壓變送器包括差動電容（測量部分）和轉換差動電容差壓變送器包括差動電容（測量部分）和轉換放大電路兩部分組成，差動電容的作用是將壓力轉換成電放大電路兩部分組成，差動電容的作用是將壓力轉換成電容比，轉換放大電路的作用就是將電容比提取出來，并轉容比，轉換放大電路的作用就是將電容比提取出來，并轉變成變成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品。型電容式差壓變送器是該類變送器的典型產品。2.3.3 電容式差壓變送器（特點、構成）1. 檢測部件作用：將輸入差壓線性地轉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/電流轉換與差壓/電流轉換DiDDDDDDDDDDIpKICCCCIIICCCIICCCIIII32112212112212121 (3)放大電路與量程調整 I0

13、ID1-ID2P （2）振蕩器電流穩(wěn)定電路, 即使ID為常量（負反饋）2. 轉換放大電路轉換放大電路21222.3.4擴散硅壓力變送器擴散硅壓力變送器 由于單晶硅具有優(yōu)良的機械物理性能。滯后蠕變由于單晶硅具有優(yōu)良的機械物理性能。滯后蠕變極小，穩(wěn)定性好。隨著微機械制造技術的進步，擴散極小，穩(wěn)定性好。隨著微機械制造技術的進步，擴散硅壓阻傳感器逐年得到廣泛的應用。硅壓阻傳感器逐年得到廣泛的應用。擴散硅壓力變送器結構圖 擴散硅壓力變送器電原理圖23242.3.5壓力檢測儀表的選擇壓力檢測儀表的選擇 應根據(jù)工藝生產過程的要求、被測介質的性質、現(xiàn)場環(huán)境條件等方面，來選擇壓力檢測儀表的類型、測量范圍和精度等

14、級。1儀表類型的選擇儀表類型的選擇 主要是由工藝要求、被測介質及現(xiàn)場環(huán)境等因素來確定。例如，是要進行現(xiàn)場指示，還是要遠傳、報警或自動記錄；被測介質的物理化學性質（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)場環(huán)境條件（如溫度、電磁場、振動等）對儀表是否有特殊要求等。對于特殊的介質，則應選用專用壓力表，如氨壓力表、氧壓力表等。25壓力檢測儀表的種類壓力檢測儀表的種類檢測原理檢測原理主要特點主要特點用途用途液柱式壓力計U型管壓力計液體靜力平衡原理（被測壓力與一定高度的工作液體產生的重力矩平衡）結構簡單、價格低廉、精度較高、使用方便。但測量范圍較窄，玻璃易碎適于低微靜壓測量，高精確度者

15、可用作基準器，不適合于工廠使用單管壓力計斜管壓力計補償微壓計自動液柱式壓力計彈性式壓力表彈簧管壓力表彈性元件彈性變形原理結構簡單、牢固，使用方便、價格低廉用于高、中、低壓的測量，應用十分廣泛波紋管壓力表具有彈簧管壓力表的特點，有的因波紋管位移較大，可制成中等記錄型用于測量400KPa以下的壓力用于測量低壓膜片壓力表除具有彈簧管壓力表的特點外，還能測量粘度較大的液體壓力用于測量低壓或微壓膜盒壓力表用于低壓或微壓測量，其它特點同彈簧管壓力表活塞式壓力計單活塞式壓力計液體靜壓力平衡原理比較復雜和貴重用于做基準儀器、校驗壓力表或實現(xiàn)精密測量雙活塞式壓力計電氣式壓力表壓力傳感器應變式壓力傳感器導體或半導

16、體的應變效應原理能將壓力轉換成電量，并進行遠距離傳送用于控制室集中顯示、控制霍爾式壓力傳感器導體或半導體的霍爾效應原理壓力（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換成統(tǒng)一標準電信號，并進行遠距離傳送電容式變送器將壓力轉換成電容器電容的變化電感式變送器將壓力轉換成電感器電容的變化擴散硅式變送器將壓力轉換成硅杯的阻值的變化將壓力轉換成振弦震蕩頻率的變化振弦式變送器262儀表測量范圍的確定儀表測量范圍的確定 壓力檢測儀表的測量范圍要根據(jù)被測壓力的大小來確定。為了延長儀表的使用壽命，避免彈性元件產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中可能的最大壓力值

17、。根據(jù)規(guī)定，測量穩(wěn)定壓力時，所選壓力表的上限值應大于最大工作壓力的 3/2 ；測量脈動壓力時，壓力表的上限值應大于最大工作壓力的 2 倍；測量高壓壓力時，壓力表的上限值應大于最大工作壓力的 5 /3。為了保證測量值的準確度，儀表的量程又不能選得過大，一般被測壓力的最小值，應在量程的 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)工藝生產中所允許的最大測量誤差來確定的。因此，所選儀表的精度只要能滿足生產的檢測要求即可，不必過高。因為精度越高，儀表的價格也就越高。27例 現(xiàn)要選擇一只安裝在往復式壓縮機出口處的壓力表，被測壓力的范圍為 2225MPa ，工藝要求測量誤差不得大于1

18、MPa ，且要求就地顯示。試正確選用壓力表的型號、精度及測量范圍。解：因為往復式壓縮機的出口壓力脈動較大，所選儀表的上限值應為p = pmax2 = 25 2 = 50 ( MPa ) 查表，可選用 Y-100 型，測壓范圍為 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。因為選表應該向高靠，所以，應選用精度等級為 1.5 級的儀表。 即所選的壓力表為 Y-100 型，測量范圍060MPa ，精度等級為 1.5 級的彈簧管壓力表。練習1.有一臺DDZ-型兩

19、線制差壓變送器，已知其量程為20100kpa，當輸入信號為40kpa和80kpa時，變送器的輸出分別是多少？2. 若被測壓力變化范圍為0.51.4MPa，要求測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，精度等級有1.0、1.5、2.5，試選擇合適量程和精度等級壓力表。3. 有一臺差壓變送器，它的測量范圍為031.1/186.8KP，現(xiàn)使用(-20)30KP范圍內，試求最大測量范圍上限值(HRV)、最大測量范圍下限值(LRV)、最大測量范圍、最大量程；最小HRV、最小LRV、最小量程、最小測量范圍；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)生產過程中最基本的物理參數(shù)之一?？刂七^程中的化學、物理變化均和溫度有關，不同的溫度范控制過程中的化學、物理變化均和溫度有關，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的工藝參數(shù)和直流毫伏信號變換成溫度有關的工藝參數(shù)和直流毫伏信號變換成DC 420mA 或或DC 15V的統(tǒng)一標準信號。的統(tǒng)一標準信號。 2.4.1 溫度檢測方法一、接觸式測溫:1、熱電阻及其測溫原理 基于熱阻效應，測溫

21、元件測溫原理測溫范圍/主要特點熱電偶熱電效應01600測溫范圍廣，測量精度高，便于遠距離、多點、集中檢測和自動控制，應用廣泛；需進行冷端溫度補償，低溫測量精度低。鉑電阻熱阻效應200600測溫范圍廣，測量精度高，便于遠距離、多點、集中檢測和自動控制，應用廣泛；不能測高溫。銅電阻50150半導體熱敏電阻50150靈敏度高，體積小，結構簡單，使用方便；互換性較差，測量范圍有一定限制。)(1)(00ttRtR常用測溫元件1) 金屬熱電阻的測溫,計算：熱電阻名稱分度號0時阻值()測溫范圍（）特點銅電阻Cu50500.0550150線性好，價格低，適用于無腐蝕性介質Cu1001000.1鉑電阻Pt505

22、00.003-200500精度高，價格貴，適用于中性和氧化性介質，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（分度號銅熱電阻（分度號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) 用于測量精度不高的場合b)電橋平衡，與導線電阻無關tRRRRRR23121,C）用于高精度的溫度測量，如用內阻很高的電子電位差計測量2.熱電偶及其測溫原理（500）（1）熱電偶的測溫原理：熱電效應)()(),(),(),()()(),(000000tEtEttEttEttEtEtEttEABABABABABABAB三點結論：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。（2）熱電勢的

26、檢測與第三導體定律)()()(),(000tEtEtEttECABCABABC當0tt ，0)()()(),(00000tEtEtEttECABCABABC),()()(),(000ttEtEtEttEABABABABC有第三導體定律：只要第三導體兩接點溫度相同，回路中熱電勢不變。（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：)()()()(),(00CCADCCBDABABCDtEtEtEtEttECttt00)()()()(CCACDCCB

27、DCABtEtEtEtE因而有),(),()()()()(),(000ttEttEtEtEtEtEttECCDCABCDCDCCABABABCD依據(jù)則有),()()()()(),(),(),(0000ttEtEtEtEtEttEttEttEABABCABCABABCCDCABABCD結論：將滿足 的補償導線代替熱電偶使冷端延伸，不會改變熱電偶的熱電勢。),(),(00ttEttECCDCABActtBCD毫伏計0t熱電偶冷端的延伸生產現(xiàn)場恒溫環(huán)境補償導線補償導線的連接示意圖（4 4）標準熱電偶及其補償導線）標準熱電偶及其補償導線標準熱電偶：熱電勢與溫度的關系、允許誤差、型號（分度號）按國際標準

28、（IEC)統(tǒng)一規(guī)定。表23 我國部分標準化熱電偶及其補償導線熱電偶配套的補償導線（絕緣層著色）分度號熱電偶材料測溫范圍/型號正極材料負極材料長期短期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t,冷端溫度 30nt測得 E(t,30)=21.995mV,E(30,0)=1.203mV,經計算

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

30、點：高于2000時，不能長期使用，對運動物體的測溫，不能使用。二 非接觸式測溫（輻射式測溫） 1.非接觸式測溫及其特點 熱輻射原理：載熱體熱能輻射能受體溫度。特點：無媒介，無上限，測速快，對熱場無干擾，用于運動物體、腐蝕 性介質的測溫；缺點：測量誤差大、標定難結構復雜、價格貴2.常用元件及共性 高溫輻射計、低溫輻射計、光電溫度計：熱輻射 透鏡（反射 鏡）熱電堆（熱敏電阻、硅光電池） 電信號。（1）.高溫輻射計：光學玻璃透鏡（光波長0.71.1m）與硅光電池(7002000020mV)組成； 誤差：1500，0.7%; 1500， 1%； 響應時間1毫秒 （2）. 低溫輻射計：鍺透鏡與半導體熱敏

31、電阻組成；接收215m紅外波；范圍：0200；誤差： 1%；響應時間2毫秒，信號需放大。 （3）光電溫度計：光透鏡（光波長0.62.7m ）硫化鉛光敏電阻；范圍：400 800；誤差： 1%；響應時間1.5毫秒,信號需放大。三三. . 測溫儀表的選用測溫儀表的選用1.選用原則1）精度符合誤差要求；2）操作方便、運行可靠、經濟合理，統(tǒng)一品種與規(guī)格3）量程略大于實測范圍（90）；4）高溫：熱電偶；低溫：熱電阻5）保護套管的耐壓等級管線或設備的耐壓等級溫度儀表操作條件指示地點一般現(xiàn)場測量范圍性能特點壓力表式溫度計雙金屬溫度計液體溫度計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量范

32、圍輻射溫度計室溫熱電阻高壓熱電阻微型熱電阻油罐平均溫度計恒溫室,冷藏庫等特殊熱電阻鎧裝熱電偶多點(只)熱電偶耐磨熱電偶吹氣熱電偶用于震動，腐蝕等場合特殊熱電偶測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、零點調整與遷移、量程調整；2）反饋回路可實現(xiàn)非線性校正；特點：1）集成運放

33、：可使儀表的精確性、可靠性、穩(wěn)定性及技術指標符合國標；2）通用模塊與專用模塊相結合，使用靈活。方便；3）反饋線性化保證輸入/輸出關系的線性化；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有三種：型溫度變送器的型號有三種： 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。 其結構框圖如下圖所示。這三類變送器都采用四線制其結構框圖如下圖所示。這三類變送器都采用四線制連接方式，在線路結構上都分為量程單元和放大單元兩個連接方式，在線路結構上都分為量程單元和放大單元兩個部分，其中放大單元是三者通用，而量

34、程單元則隨品種部分，其中放大單元是三者通用，而量程單元則隨品種、測量范圍的不同而不同。測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輸入電路，零點調直流毫伏變送器的量程單元由信號輸入電路，零點調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，調它包括輸入電路，調0和調量程回路，非線性反饋回和調量程回路，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元件的特性，存在程單元基本相同，但是由于熱電偶檢測元件的特性，存在三點差異：三點差異： 1）熱電偶冷端溫度的自動補償。（在）熱電偶冷端溫度的自動補償。（在Ri3橋臂上增加橋臂上增加一銅電阻一銅電阻RCu）; 2) 零點調整電位器零點調整電位器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. 進行冷端溫度校正：當熱電偶的被測溫度一定而冷端溫進行冷端溫度校正：當熱電偶的被測溫度一定而冷端溫度升高時，其熱電勢度升

36、高時，其熱電勢Vi將減少。為補償將減少。為補償Vi的減少需在橋路輸?shù)臏p少需在橋路輸出增加一個適當?shù)闹?，為此在橋路串接一銅電阻放在冷端附出增加一個適當?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橋臂便可達到熱電偶冷端溫度自動補償?shù)哪康摹虮郾憧蛇_到熱電偶冷端溫度自動補償?shù)哪康摹?82. 2. 反饋線性化反饋線性化: :IoEt-+Et熱電偶被測溫度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整和非線性校正兩個功能：在反饋電路中需要完成量程調整和非線性校正兩個功能：量程調整實質上是調整放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)，通過調節(jié)量程調整實質上是調整放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)，通過調節(jié)反饋電阻的大小就可實現(xiàn)。而非線性校正則需要一個校正網(wǎng)反饋電阻的大小就可實現(xiàn)。而非線性校正則需要一個校正網(wǎng)絡來實現(xiàn)。絡來實現(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償；2）對鉑電阻需進行非線性校正(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 構成：直交直變換電路；集成運放；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構成的溫度變送器構成的溫度變送器 微型溫度變送器原理圖a) 溫度檢測元件 b) 變送器原理電路 552.TMP17構成溫度變送器構成溫度變送器 TMP17構成微型溫度變送器a) TMP17引腳功能 b) 原理電路563.TMP35系列構成微型溫度變送器系列構成微型溫度變

39、送器 TMP35構成微型溫度變送器a) TO-92封裝 b) 原理電路57TMP35系列構成頻率輸出型微型溫度變送器584TMP01系列構成溫度變送器系列構成溫度變送器TMP01構成溫度變送器a) 引腳功能 b) 原理電路練習1.設有某DDZ-型毫伏輸入變送器，其零點遷移值為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：被測信號為多少毫伏？2.某臺測溫儀表測量的上下限為1001000C，工藝要求該儀表指示值的誤差不得超過2C，應選精度等級為多少的儀表才能滿足工藝要求？3. 一臺溫度變送器，輸入變化范圍為，輸出變化范圍為，試求時的電流值。2.5 流量

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

41、位時間內排出流體的固定體積數(shù)）和速度法（管道內的平均流速乘以管道面積）（2）質量流量檢測法：間接法（體積流量乘以密度）和直接法（儀表直接測得）。類別儀表名稱體積流量計容積式流量計橢圓齒輪流量計、腰輪流量計、皮膜式流量計等差壓式流量計節(jié)流式流量計、均速管流量計、彎管流量計、靶式流量計、浮子流量計等速度式流量計渦輪流量計、渦街流量計、電磁流量計、超聲波流量計等質量流量計間接式質量流量計體積流量經密度補償或溫度、壓力補償求得質量流量等直接式質量流量計科里奧利流量計、熱式流量計、沖量式流量計等2.5.2 容積式流量計容積式流量計容積式流量計：采用固定的小容積來反復計量通過的流通體積。標準“計量空間”、

42、進出口壓差。橢圓齒輪流量計：nVqv4這一檢測過程是線性的，但計量液體不能含固體雜質，對流體粘度無要求，所以特別適用于高粘度流體的檢測。63節(jié)流式流量計的組成節(jié)流式流量計的組成2.5.3 節(jié)流式流量計節(jié)流式流量計 64孔板孔板噴嘴噴嘴文丘里管文丘里管65(a) 標準孔板(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)流式流量計的使用特點和要求70節(jié)流式流量計誤差產生的原因712.5.4 靶式流量計靶式流量計 在管道中垂直于流動方向安裝

43、一在管道中垂直于流動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”。流體流經靶時，由于受阻將對靶產流體流經靶時，由于受阻將對靶產生作用力生作用力F，F(xiàn)與流體流動速度的關與流體流動速度的關系為系為式中，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。 靶式流量計結構原理靶式流量計結構原理grKAFd22dA72可求出體積流量與靶上受力關系為：可求出體積流量與靶上受力關系為：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和差壓式流量計相似，流量和力是開方關系。和差壓式流量計相似，流量和力是開方關系。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、瀝青等的流量測量。青等的流量測量。v精度為精度為23%。732.5.5 轉子流量計轉子流量計 74流量方程