工業(yè)過程控制_第2章

1、第二章 過程參數的檢測與變送本章主要內容2.1 過程參數檢測與變送概述2.2 溫度的檢測與變送2.3 壓力的檢測與變送2.4 流量的檢測與變送2.5 物位的檢測與變送2.6 成分的檢測與變送第二章 過程參數的檢測與變送2.1 概述 過程參數（或稱過程變量）檢測：過程參數（或稱過程變量）檢測： 主要指連續(xù)生產過程中的溫度、壓力、流量、液位和成分等參數的測量。（1）傳感器）傳感器（2）變送器）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： 420mA、15V。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 輸出量對傳感器的三個要求對傳感器

2、的三個要求，測量值能正確反映被測量的大小，即傳感器的輸出信號與被測參數成嚴格的單值函數關系。，能迅速反映被測量的變化，即被測參數微小變化時，輸出量迅速有明顯變化。 ，長期在工作環(huán)境下工作，即不受時間或環(huán)境溫度變化等因素的影響。2.1 概述測量誤差測量誤差l系統(tǒng)誤差l儀表本身的示值、零值、結構誤差等l理論誤差：理論公式的近似性和測量方法的不合理等l實驗者本人生理、心理原因造成的個人誤差l偶然誤差2.1 概述2.1 概述 檢測誤差 檢測誤差是指檢測儀表的測量值與被測物理量的真值（實際值）之間的差值，它反映了測量結果的可靠程度。（1）真值真值：被測物理量的真實（或客觀）取值。（2）絕對誤差絕對誤差：

3、儀表實測值（指示值）與真值之差。（3）相對誤差相對誤差：絕對誤差與被測變量的真值之比的百分數。常見三種表示方式： 測量實質：測量實質：是將被測參數與其相應的測量單位進行比是將被測參數與其相應的測量單位進行比較的過程。較的過程。 2.1 概述（A）實際相對誤差：絕對誤差與被測量的真值（實際值）之比的百分數。（B）標稱相對誤差：絕對誤差與儀表指示值（測量值）之比的百分數。（C）引用相對誤差：絕對誤差與儀表的量程之比的百分數。 100%ax100%x%100minmaxxx2.1 概述（4）系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差：對同一被測參數進行多次重復測量時，按一定規(guī)律出現的誤差。（5）隨機（統(tǒng)計）誤差隨機（統(tǒng)計）誤

4、差：測量中出現的沒有一定規(guī)律的誤差，若總體有一定統(tǒng)計規(guī)律，稱為統(tǒng)計誤差。（6）疏忽（粗大）誤差疏忽（粗大）誤差：指測量者誤讀或不正確使用儀器與測量方法等人為因素引起的誤差。（7）基本誤差基本誤差：儀表在國家規(guī)定的正常工作條件下具有的誤差。使用標準:220V5、（502）Hz、（205）、655（8）附加誤差：附加誤差：儀表超出規(guī)定的正常工作條件所增加的誤差。（溫度附加、頻率附加、電源電壓附加） 2.1 概述2. 檢測儀表的性能指標（1）精度等級精度等級：任何自動化儀表均有一定誤差，使用儀表時首先需要知道儀表的精確程度，以便估計測量結果與真實值的差距。 最大引用誤差（最大相對百分誤差、允許誤差最

5、大引用誤差（最大相對百分誤差、允許誤差）=（絕對誤差的最大值（絕對誤差的最大值/儀表量程）儀表量程）100% max：允許誤差 x：被測變量的測量值 x0：被測變量真實值 (xx0)max：最大絕對誤差標尺上限標尺下限100)(max0maxxx測量精度等級標準測量精度等級標準l又稱準確度級，是按國家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小劃分成的等級。l我國儀表精度等級有：0.001、0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等。精度等級就是最大相對百分誤差去掉正負號和%。 l級數越小，精度（準確度）就越高。l科學實驗用的儀表精度等級在0.05級以上；工業(yè)檢

6、測用儀表多在0.14.0級，其中校驗用的標準表多為0.1或0.2級，現場用多為0.54.0級。2.1 概述檢測儀表的品質指標檢測儀表的品質指標儀表的精度（準確度）等級儀表的精度（準確度）等級是衡量儀表質量優(yōu)劣的重要指是衡量儀表質量優(yōu)劣的重要指標之一。標之一。 準確度等級數值越小，就表征該儀表的準確度等級越高，準確度等級數值越小，就表征該儀表的準確度等級越高，儀表的準確度越高。工業(yè)現場用的測量儀表，其準確度大多儀表的準確度越高。工業(yè)現場用的測量儀表，其準確度大多在在0.50.5級以下。級以下。 儀表的精度等級一般可用不同的符號形式標志在儀表面板儀表的精度等級一般可用不同的符號形式標志在儀表面板上

7、。上。舉例舉例1.51.0如：如：檢測儀表的品質指標檢測儀表的品質指標%100max標尺下限值標尺上限值%100標尺下限值標尺上限值差值儀表允許的最大絕對誤允 儀表的儀表的允允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的的允允越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對百分誤差去掉百分誤差去掉“”號及號及“”號，便可以用來確定儀表號，便可以用來確定儀表的精確度等級。目前常用的精確度等級有的精確度等級。目前常用的精確度等級有0.0050.005，0.020.02，0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.40.4，

8、0.50.5，1.01.0，1.51.5，2.52.5，4.04.0等。等。小結小結精度要求是儀表選擇的重要依據精度要求是儀表選擇的重要依據l例1：某壓力容器工作壓力為6MPa，要求測量誤差不大于0.18MPa，選擇合適的儀表。解：儀表最佳工作范圍一般在2/3量程處，所以，首先選擇儀表的量程為6(2/3)=9，量程范圍取0-9MPa，由于現行儀表沒有9MPa的規(guī)格，所以選擇量程范圍：0-10MPa再根據精度要求選擇儀表精度等級：0.18(10-0) * 100% = 1.8%故而：選擇1.5級的儀表2.1 概述例2.2.1 概述精度要求是儀表選擇的重要依據精度要求是儀表選擇的重要依據%8 .0

9、%1002007004例3某臺測溫儀表的測溫范圍為200700，校驗該表時得到的最大絕對誤差為4，試確定該儀表的相對百分誤差與準確度等級。 解解 該儀表的相對百分誤差為該儀表的相對百分誤差為 如果將該儀表的如果將該儀表的去掉去掉“”號與號與“”號，其數值為號，其數值為0.80.8。由于國家規(guī)定的精度等級中沒有由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.80.8級儀表，同時，該儀表的誤級儀表，同時，該儀表的誤差超過了差超過了0.50.5級儀表所允許的最大誤差，所以，這臺測溫儀表的級儀表所允許的最大誤差，所以，這臺測溫儀表的精度等級為精度等級為1.01.0級。級。 檢測儀表的品質指標檢測儀表的品質指標注意注意

10、 在工業(yè)上應用時在工業(yè)上應用時, ,對檢測儀表準確度的要求對檢測儀表準確度的要求, ,應根據生產操作的實際情況和該參數對整個工藝應根據生產操作的實際情況和該參數對整個工藝過程的影響程度所提供的誤差允許范圍來確定過程的影響程度所提供的誤差允許范圍來確定, ,這樣才能保證生產的經濟性和合理性。這樣才能保證生產的經濟性和合理性。 例4.儀表量程是6001100，工藝要求該儀表指示值的誤差不得超過4，應選精度等級為多少的儀表才能滿足工藝要求？解：儀表相對百分誤差的最大值：max4/(1100-600)1000.8。 如果選擇1.0，則其精度等級應為1.0級，量程為6001100，可能產生的最大絕對誤差

11、為5，超過了工藝的要求。只能選擇允許誤差為0.5，即精度等級為0.5級的儀表，才能滿足工藝要求。例5.某臺測溫儀表的量程是6001100，儀表的最大絕對誤差為4，試確定該儀表的允許誤差與精度等級。解： 相對百分誤差最大值：max4/(1100-600)1000.8 儀表的精度等級應定為1.0級l校驗儀表時確定儀表的精度等級與根據工藝要求來選擇儀表的精度等級意義不一樣：例4，儀表的允許誤差工藝要求計算出的相對百分誤差的最大值；例5，儀表的允許誤差儀表的相對百分誤差的最大值；l標準表0.05級以上的儀表l工業(yè)現場采用的表精度0.5級以下練習：2.1 概述2. 檢測儀表的性能指標（2）靈敏度與靈敏限

12、靈敏度與靈敏限：靈敏度：儀表指針的線位移或角位移與引起此位移的 參數變化量之比。靈敏限（分辨力）：儀表能感受并發(fā)生動作的輸入量的最小值。儀表輸出能響應和分辨輸入的最小變化量。ysx注意：上述指標僅適用于指針式儀表。在數字式儀表中，注意：上述指標僅適用于指針式儀表。在數字式儀表中，往往用分辨率表示。往往用分辨率表示。 例6. DDZIII壓力變送器，量程0200kpa，工藝要求被控壓力為1502kpa，現將該變送器量程調到100200kpa，求零點遷移后，該壓力變送器的靈敏度。解：調整前靈敏度s1=（20-4）/（200-0）=0.08mA/kpa調整后靈敏度s1=（20-4）/（200-100

13、）=0.16mA/kpa儀表的靈敏度提高了。2.1 概述2. 檢測儀表的性能指標（3）變差變差：在外界條件不變的情況下，用同一儀表對同一變量進行正、反行程測量時的最大差值與量程之比的百分數 a-b：儀表量程 x1 ：正行程測量的示值 x2 ：反行程測量的示值 12max()100%xxab變差2.1 概述2. 檢測儀表的性能指標（4）線性度（非線性誤差）線性度（非線性誤差）： 表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實際校準曲線與理論直線的吻合程度。通?？偸窍Ｍ麥y量儀表的輸出與輸入之間呈線性關系。 f為線性度（又稱非線性誤差）；fmax為校準曲線對于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計算）。 %1

14、00max儀表量程ff2.1 概述2. 檢測儀表的性能指標（5）漂移漂移： 輸入信號保持不變，輸出信號會隨時間或溫度的變化而出現漂移。 時漂隨時間變化出現的漂移 溫漂隨環(huán)境溫度變化而出現的漂移2.1 概述2. 檢測儀表的工作特性（1）理想工作特性理想工作特性：xmin 和xmax 分別為被測參數的下、上限值；ymin和ymax分別為檢測儀表輸出信號的下、上限值。 maxminminminmaxmin()yyyx xyxx儀表的理想工作特性2.1 概述2. 檢測儀表的工作特性（2）零點調整和零點遷移零點調整和零點遷移： 零點：指被測參數的下限值xmin ，或者說對應于儀表輸出下限值ymin 的被

15、測參數最小值。 零點調整和零點遷移的目的零點調整和零點遷移的目的使變送器輸出信號的下限值ymin與測量范圍的下限值xmin相對應。 使xmin 0的過程零點調整 使xmin 0的過程零點遷移零點遷移xmin 0零點遷移后檢測儀表的輸入-輸出特性沿x坐標向右或向左平移了一段距離，其斜率并沒有改變，即量程不變。若采用零點遷若采用零點遷移，再輔以量程壓縮，可以提高儀表的測量精移，再輔以量程壓縮，可以提高儀表的測量精確度和靈敏度。確度和靈敏度。2.1 概述2. 檢測儀表的工作特性（3）量程調整量程調整： 改變檢測儀表的輸入輸出特性的斜率（零點不變的情況下將檢測儀表的輸出信號上限制ymax與被測參數上限

16、值xmax相對應）例7 某DDZ-III直流毫伏變送器，其零點遷移到Vio=5mV，求該變送器輸出Io=10mADC時的輸入是多少毫伏？解：零點遷移后510mV對應的輸出為420mA，例5.習題：習題：1. 1. 某臺具有線性關系的溫度變送器某臺具有線性關系的溫度變送器, ,其測溫范圍為其測溫范圍為 0 0200,200,變送器的輸出為變送器的輸出為 4 420mA20mA。對這臺溫度變送器進行。對這臺溫度變送器進行校驗校驗, ,得到下列數據得到下列數據: : 輸入信號標準溫度/050100150200輸出信號/mA正行程讀數x正正行程讀數x反44.0288.1012.0112.1016.01

17、16.092020.01試根據以上校驗數據確定該儀表的變差、準確度等級與線性度。試根據以上校驗數據確定該儀表的變差、準確度等級與線性度。4輸入下限值輸入上限值輸出下限值）溫度值（輸出上限值I)(840200)420(50mAI解解: :該題的解題步驟如下。該題的解題步驟如下。 (1)(1)根據儀表的輸出范圍確定在各溫度測試點的輸出標根據儀表的輸出范圍確定在各溫度測試點的輸出標準值準值x。任一溫度值的標準輸出信號。任一溫度值的標準輸出信號(mA)(mA)為為 例如例如, ,當溫度為當溫度為5050時時, ,對應的輸出應為對應的輸出應為 其余類推。其余類推。 (2)(2)算出各測試點正、反行程時的

18、絕對誤差算出各測試點正、反行程時的絕對誤差正正與與反反 , ,并并算出正、反行程之差算出正、反行程之差變變 , ,分別填入下表內分別填入下表內( (計算計算變變時可時可不考慮符號不考慮符號, ,取正值取正值) )。 輸入信號/050100150200輸出信號/mA正行程讀數x正反行程讀數x反標準值44.02488.10812.0112.101216.0116.09162020.0120絕對誤差/mA正行程正反行程反 00.0200.100.010.100.010.0900.01正反行程之差變 0.020.100.090.080.01 (3)(3)由上表找出最大的絕對誤差由上表找出最大的絕對誤差

19、maxmax , ,并計算最并計算最大的相對百分誤差大的相對百分誤差maxmax。由上表可知。由上表可知 )(10. 0maxmA%625.0%10042010.0max 去掉去掉maxmax的的“”號及號及“%”%”號后號后, ,其數值為其數值為0.625 ,0.625 ,數數值在值在0.50.51.01.0之間之間, ,由于該表的由于該表的maxmax已超過已超過0.50.5級表所允許的級表所允許的允允, ,故該表的準確度等級為故該表的準確度等級為1.01.0級。級。 %625. 0%100420max變變(4)(4)計算變差計算變差 由于該變差數值在由于該變差數值在1.01.0級表允許的

20、誤差范圍內級表允許的誤差范圍內, ,故不影響表的準確度等級。注意若變差數值故不影響表的準確度等級。注意若變差數值變變maxmax超過了絕對誤差超過了絕對誤差maxmax , ,則應以則應以變變maxmax來確定儀表的來確定儀表的準確度等級。準確度等級。 (5)5)由計算結果可知由計算結果可知, ,非線性誤差的最大值非線性誤差的最大值fmax = 0.10 , = 0.10 ,故線性度故線性度f為為 %625. 0%10042010. 0%100max儀表量程ff注意注意 在具體校驗儀表時,為了可靠起見,應適當增加測試點與實驗次數,本例題只是簡單列舉幾個數據說明問題罷了。 2. 2. 某臺測溫儀

21、表的測溫范圍為某臺測溫儀表的測溫范圍為2002001000,1000,工藝上要求工藝上要求測溫誤差不能大于測溫誤差不能大于5,5,試確定應選儀表的準確度等級。試確定應選儀表的準確度等級。 工藝上允許的相對百分誤差為工藝上允許的相對百分誤差為 %625. 0%10020010005允 要求所選的儀表的相對百分誤差不能大于工藝上的要求所選的儀表的相對百分誤差不能大于工藝上的允允, ,才能保證測溫誤差不大于才能保證測溫誤差不大于5,5,所以所選儀表的準確度等所以所選儀表的準確度等級應為級應為0.50.5級級。當然儀表的準確度等級越高當然儀表的準確度等級越高, ,能使測溫誤差能使測溫誤差越小越小, ,

22、但為了不增加投資費用但為了不增加投資費用, ,不宜選過高準確度的儀表。不宜選過高準確度的儀表。 溫度不能直接測量，只能借助于冷熱不同物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質隨冷熱程度不同而變化的特性來加以間接測量。 2.2 溫度的檢測與變送l接觸式測溫接觸式測溫接觸測量，簡單、可靠、精度高；測溫元件有時可能破壞被測介質的溫度場或與被測介質發(fā)生化學反應；因受到耐高溫材料的限制，測溫上限有界。 非接觸式測溫非接觸式測溫通過熱輻射來測溫，不會破壞被測介質的溫度場，誤差小，反應速度快；測溫上限原則上不受限制；易受被測物體熱輻射率及環(huán)境因素（物體與儀表間的距離、煙塵和水汽等）的影響。2.2 溫度的檢測與

23、變送一、測溫儀表的分類WZ系列裝配式熱電阻系列裝配式熱電阻 sz-22熱電阻信號輸入數字面板表熱電阻信號輸入數字面板表 溫度變送器溫度變送器 WSSX 電接點雙金屬溫度計電接點雙金屬溫度計 二、熱電偶是以熱電效應為基礎的測溫儀表。熱電偶溫度計測溫系統(tǒng)示意圖1熱電偶；2導線；3測量儀表由三部分組成：熱電偶；測量儀表；連接熱電偶和測量儀表的導線。 熱電偶示意圖鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶 法國法國KIMO TK102S精密型熱電偶溫度儀精密型熱電偶溫度儀 熱電效應接觸電勢形成的過程EAB(t,t0) = EAB(t) -EAB(t0)+ EB(t,t0) -EA(t,t0)EAB(t,t0) = EAB(

24、t) -EAB(t0) 由于熱電極的材料不同,所產生的接觸熱電勢亦不同,因此不同熱電極材料制成的熱電偶在相同溫度下產生的熱電勢是不同的。 熱電偶一般都是在自由端溫度為0時進行分度的,因此,若自由端溫度不為0而為t0時,則熱電勢與溫度之間的關系可用下式進行計算。 EAB(t,t0) = EAB(t,0) -EAB(t0,0) 2.2.常用熱電偶的種類常用熱電偶的種類在測溫范圍內其熱電性質要穩(wěn)定在測溫范圍內其熱電性質要穩(wěn)定, ,不隨時間變化不隨時間變化; ;在測溫范圍內要有足夠物理、化學穩(wěn)定性在測溫范圍內要有足夠物理、化學穩(wěn)定性, ,不易被不易被氧化或腐蝕氧化或腐蝕; ;電阻溫度系數要小電阻溫度系

25、數要小, ,電導率要高電導率要高, ,組成熱電偶后產組成熱電偶后產生的熱電勢要大生的熱電勢要大, ,其值與溫度成線性關系或有簡單其值與溫度成線性關系或有簡單的函數關系的函數關系; ;復現性要好復現性要好, ,這樣便于成批生產這樣便于成批生產, ,而且在應用上也而且在應用上也可保證良好的互換性可保證良好的互換性; ; 材料組織均勻、要有韌性材料組織均勻、要有韌性, ,便于加工成絲。便于加工成絲。 l工業(yè)常用熱電偶（1）標準型熱電偶：按國家規(guī)定定型生產、有標準化分度表的熱電偶。 主要有： 鉑銠30-鉑銠6熱電偶（也稱雙鉑銠熱電偶，分度號B）； 鉑銠10-鉑電偶（分度號S）； 鎳鉻-鎳硅（鎳鉻-鎳鋁

26、，分度號K）熱電偶； 鎳鉻-康銅（鎳鉻-銅鎳，分度號E）熱電偶l工業(yè)常用熱電偶（2）鎧裝熱電偶 將熱電極、絕緣材料和金屬保護套管加工成一個堅實的整體，經復合拉伸后形成的熱電偶； 細：一般直徑為18mm； 長：長度一般為120m； 具有體積小、精度高、動態(tài)響應快、可靠性高、可撓性好、通常不用補償導線等特點，特別適合于溫度控制系統(tǒng)。熱電偶名稱分度號熱電極材料測溫范圍/新 舊正熱電極負熱電極長期使用短期使用鉑銠30-鉑銠6鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳鐵-銅鎳銅-銅鎳BSKEJTLL-2LB-3EU-2-CK鉑銠30合金鉑銠10合金鎳鉻合金鎳鉻合金鐵銅鉑銠6合金純鉑鎳硅合金銅鎳合金銅鎳合金銅鎳合金

27、3001600-201300-501000-40800-40700-400300180016001200900750350例例1 1 今用一只鎳鉻今用一只鎳鉻- -鎳硅熱電偶鎳硅熱電偶, ,測量小氮肥廠中轉化爐的溫測量小氮肥廠中轉化爐的溫度度, ,已知熱電偶工作端溫度為已知熱電偶工作端溫度為800,800,自由端自由端( (冷端冷端) )溫度為溫度為30,30,求熱電偶產生的熱電勢求熱電偶產生的熱電勢 E(800,30)(800,30)。 解：由K型分度表可以查得 E(800,0)=33.277(mV) E(30,0)=1.203(mV)將上述數據代入EAB(t,t0) = EAB(t,0)

28、-EAB(t0,0) ,即得E(800,30)=E(800,0) -E(30,0)=32.074 (mV)例2 某支鉑銠10-鉑熱電偶在工作時，自由端溫度t0= 30,測得熱電勢 E(t,t0) =14.195mV，求被測介質的實際溫度。解:由附錄可以查得 E(30,0)=0.173(mV) 代入得： E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=0.173+14.195=14.368(mV)再由附錄可以查得14.368mV對應的溫度t為1400。注意：注意：由于熱電偶所產生的熱電勢與溫度的由于熱電偶所產生的熱電勢與溫度的關系都是非線性的關系都是非線性的 ( (當然各種熱電偶的非線當然各種熱電

29、偶的非線性程度不同性程度不同),),因此在因此在自由端溫度不為零時自由端溫度不為零時, ,將將所測熱電勢對應的溫度值所測熱電勢對應的溫度值加上加上自由端溫度自由端溫度, ,并不等于實際的被測溫度。并不等于實際的被測溫度。l如組成熱電偶回路的兩種金屬材料相同，則不論熱電偶兩端溫度是否相同，回路中總電動勢為零；l若熱電偶兩端溫度相同，則熱電偶回路中總電動勢為零；l熱電偶回路中接入第三種金屬，只要該導線兩端溫度相同，熱電動勢不變。3.3.熱電偶性質熱電偶性質利用熱電偶測量溫度時，必須要用某些儀表來測量熱電勢利用熱電偶測量溫度時，必須要用某些儀表來測量熱電勢的數值。的數值。 000( , )ABCAB

30、BCCAEt tEtEtEt總的熱電勢（1） 000ABBCCAEtEtEt 若熱電偶兩端溫度相同，總電動勢為零。 000( , )( , )ABCABABABEt tEtEtEt t（2）將式（2）代入式（1）熱電偶測溫系統(tǒng)連接圖熱電偶測溫系統(tǒng)連接圖 00000(, )0ABCABBCCAEttEtEtEt說明：說明：在熱電偶回路中接入第三種金屬導線對原熱電偶在熱電偶回路中接入第三種金屬導線對原熱電偶所產生的熱電勢數值并無影響。不過必須保證引入線兩所產生的熱電勢數值并無影響。不過必須保證引入線兩端的溫度相同。端的溫度相同。 熱電動勢與溫度在小范圍內基本上呈單值、線性關系；穩(wěn)定性和復現性較好；

31、響應時間較快；測溫范圍寬，高溫熱電偶測溫上限可達2800；測溫精度高；使用范圍廣。 采用一種專用導線，將熱電偶的冷端延伸出來，這采用一種專用導線，將熱電偶的冷端延伸出來，這既能保證熱電偶冷端溫度保持不變，又經濟。既能保證熱電偶冷端溫度保持不變，又經濟。 它也是由兩種不同性質的金屬材料制成，在一定溫度范圍內（0100）與所連接的熱電偶具有相同的熱電特性，其材料又是廉價金屬。見左圖。 補償導線接線圖EAB(t,t0) = EAB(t) -EAB(t0)注意 使用補償導線時,應當注意補償導線的正、負極必須與熱電偶的正、負極各端對應相接。此外,正、負兩極的接點溫度t1應保持相同,延伸后的冷端溫度 t0

32、應比較恒定且比較低。對于鎳鉻-銅鎳等一類用廉價金屬制成的熱電偶,則可用其本身材料作補償導線,將冷端延伸到環(huán)境溫度較恒定的地方。 在應用熱電偶測溫時，只有將冷端溫度保持為，或者是進行一定的修正才能得出準確的測量結果。這樣做，就稱為。一般采用下述幾種方法。圖10 熱電偶冷端溫度保持的方法（1 1）熱電勢查表修正方法）熱電勢查表修正方法 在實際生產中，冷端溫度往往不是0，而是某一溫度t0，這就引起測量誤差。因此，必須對冷端溫度進行修正。 0 ,0 ,00tEtEttEABABAB實際生產中，其冷端溫度為實際生產中，其冷端溫度為t0 0，即有，即有 0 ,0 ,00tEttEtEABABAB或或 由此

33、可知，由此可知，熱電勢的修正方法熱電勢的修正方法是把測得的熱電勢是把測得的熱電勢 EAB（t，t0），加上熱端為室溫，加上熱端為室溫t0，冷端為，冷端為00時的熱電偶時的熱電偶的熱電勢的熱電勢EAB（t0，0），才能得到實際溫度下的熱電勢，才能得到實際溫度下的熱電勢EAB（t，0）。 例例3 3 用鉑銠用鉑銠1010- -鉑熱電偶進行溫度檢測鉑熱電偶進行溫度檢測, ,熱電偶的冷端溫度熱電偶的冷端溫度t0=30，顯示儀表的溫度讀數顯示儀表的溫度讀數 ( (假定此儀表是不帶冷端溫假定此儀表是不帶冷端溫度自動補償且是以溫度刻度的度自動補償且是以溫度刻度的) )為為985985，試求被測溫度的，試求被

34、測溫度的實際值。實際值。 解解：由分度號為S的鉑銠10-鉑熱電偶分度表 (附錄)查出985時的熱電勢值為9.414mV。也就是E(t,t0)=9.414mV,又從分度表中查得 E(t0 ,0) = E(30 ,0) = 0.173mV。將此兩個數值代入,得 E(t,0)=9.414mV+0.173mV=9.587(mV) 再查分度表可知,對應于9.587mV的溫度t=1000,這就是該支鉑銠10-鉑熱電偶所測得的溫度實際值。 （2 2）補償電橋法）補償電橋法 利用不平衡電橋產生的電勢，來補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值。 例例4.4.下圖中所示的兩種測溫方法，問下圖中所示的兩種測溫

35、方法，問A A表和表和B B表的指示值表的指示值哪個高哪個高? ?為什么為什么? ?答：A表指示與B表指示值一樣高。 圖中熱電偶的熱端溫度為300，冷端溫度為30； 圖中熱電偶熱端溫度也為300，冷端由于接了補償導線，其熱電特性與熱電偶相同，相當于延伸到了30的地方， 故二者輸入顯示儀表的熱電勢完全相同，因此A表與B表的指示值一樣高。 例例5.5.現用一只分度號為現用一只分度號為K K的熱電偶測量某爐溫，已的熱電偶測量某爐溫，已知熱電偶冷端溫度為知熱電偶冷端溫度為2020，顯示儀表，顯示儀表( (本身不帶冷本身不帶冷端溫度補償裝置端溫度補償裝置) )讀數為讀數為400400，(1)(1)若沒有

36、進行冷端溫度補償，試求實際爐溫為多若沒有進行冷端溫度補償，試求實際爐溫為多少少? ? (2)(2)若利用補償電橋若利用補償電橋(0(0時平衡時平衡) )進行了冷端溫度補進行了冷端溫度補償，實際爐溫又為多少償，實際爐溫又為多少? ?為什么為什么? ? 解：由K分度號熱電偶的分度表可知：E(400,0)=16.395mV ,E(20,0)=0.798mV(1)設實際爐溫為T，若沒有進行冷端溫度補償，則輸入顯示儀表的電勢為熱電偶所產生的熱電勢。即：E入=E(T，20)=E(T，0)-E(20，0)由顯示表讀數為400可知：E入=E(400，0)，于是E(T,0)=E(400, 0)+E(20,0)=

37、17.193mV查K熱電偶分度表可知：T=418.9(2)設實際爐溫為T，若進行冷端溫度補償，則輸入顯示儀表的電勢為熱電偶所產生的熱電勢E(T，20)加上加上補償電橋的輸出電勢E補。即：E入=E(T，20) +E補。由補償原理可知輸出電勢E補=E(20，0)由顯示儀表讀數為400可知補償電橋的E入= E(400，0)故E(T，20)+E(20，0)= E(400，0)即E(T，0)= E(400，0)因此，對應的實際溫度T=400 例例6. 6. 用分度號為用分度號為K K的熱電偶進行測溫，誤用了分度號的熱電偶進行測溫，誤用了分度號為為E E的補償導線接配在型號為的補償導線接配在型號為K K的

38、電子電位差計的電子電位差計( (本身帶本身帶冷端溫度補償冷端溫度補償) )上，見下圖。已知電子電位差計讀數為上，見下圖。已知電子電位差計讀數為650650，問被測實際溫度值為多少，問被測實際溫度值為多少? ?解：由電子電位差計的讀數為650可知，輸入電子電位差計的電勢為:E入=EK(650，20)+EK(20，0)設被測實際值為T，由外接線路知：E入=Ek(T，40)+EE(40，20)+EK(20，0)所以EK(T，40)+EE(40，20)=EK (650，20)又因為 EK(T,40)= EK(T,0)- EK(40,0)EK( T , 0 ) = EK( 4 0 , 0 ) -EE(4

39、0,20)+EK(650,20)=1.611-1.227(1.35)+26.224=26.608mV查表可的：T=640.2三、熱電阻溫度計001ttRRt 線性變化的熱電阻，其電阻值與溫度關系如下式 熱電阻溫度計適用于測量熱電阻溫度計適用于測量-200-200+500+500范圍內液體、范圍內液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。氣體、蒸汽及固體表面的溫度。 1. 1. 測溫原理測溫原理 利用熱電阻的電阻值隨溫度變化而變化的特性來利用熱電阻的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進行溫度測量。進行溫度測量。 （熱阻效應）（熱阻效應） 一般把由金屬導體鉑，銅、鎳等制成的測溫元件一般把由金屬導體鉑，銅、鎳等

40、制成的測溫元件稱為稱為熱電阻熱電阻，把由半導體材料制成的測溫元件稱為，把由半導體材料制成的測溫元件稱為熱熱敏電阻。敏電阻。 熱電阻測溫的優(yōu)點是信號可以遠傳、靈敏度高、熱電阻測溫的優(yōu)點是信號可以遠傳、靈敏度高、無需參比溫度。金屬熱電阻穩(wěn)定性高、互換性好、準無需參比溫度。金屬熱電阻穩(wěn)定性高、互換性好、準確度高，可以用作基準儀表。其缺點是需要電源激勵確度高，可以用作基準儀表。其缺點是需要電源激勵、有自熱現象，影響測量精度。、有自熱現象，影響測量精度。 2. 2. 工業(yè)常用熱電阻工業(yè)常用熱電阻作為熱電阻的材料一般要求是：作為熱電阻的材料一般要求是： 電阻溫度系數、電阻率要大； 熱容量要小； 在整個測溫

41、范圍內，應具有穩(wěn)定的物理、化學性質和良好的復制性； 電阻值隨溫度的變化關系，最好呈線性； 價格便宜。 3.3.鉑電阻鉑電阻 金屬鉑容易提純,在氧化性介質中具有很高的物理化學穩(wěn)定性,有良好的復制性。但價格較貴。 要確定 Rtt的關系,首先要確定 R0的大小。R0不同, Rtt的關系也不同。這種Rtt的關系稱為分度表,用分度號來表示。 工業(yè)上使用的鉑電阻主要有分度號為 Pt100 ,它的 R0 = 100,其分度表見附錄。 4.4.銅電阻銅電阻 金屬銅易加工提純，價格便宜；它的電阻溫度系數很大，且電阻與溫度呈線性關系；在測溫范圍為-50+150內，具有很好的穩(wěn)定性。 tRRt10 在-50+150

42、的范圍內，銅電阻與溫度的關系是線性的。即 工業(yè)上常用的銅電阻有兩種，一種是R050，對應的分度號為Cu50。另一種是R0100，對應的分度號為Cu100。連接方式P285.5.熱敏電阻熱敏電阻熱敏電阻器是敏感元件的一類，按照溫度系數不同分為正溫度系數熱敏電阻器（PTC），負溫度系數熱敏電阻器（NTC）和臨界溫度系數（CTR）。熱敏電阻器的典型特點是對溫度敏感，不同的溫度下表現出不同的電阻值。正溫度系數熱敏電阻器（PTC）在溫度越高時電阻值越大，負溫度系數熱敏電阻器（NTC）在溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導體器件。l儀表的精度等級應根據生產工藝對參數允許偏差的大小確定。 l儀表選型應力求操

43、作方便、運行可靠、經濟、合理等。l在同一工程中，應盡量減小儀表的品種和規(guī)格。 l一般取實測最高溫度為儀表上限值的90%，而30%以下的刻度原則上最好不用，最常測量的溫度應該在儀表的60%處左右。四、溫度儀表的選用l熱電偶測溫反應速度快、適于遠距離傳送、便于與計算機聯接、價廉，故只在測量范圍低于150時才選用熱電阻。l熱電偶、補償導線及顯示儀表的分度號要一致。 l保護套管的耐壓等級應不低于所在管線或設備的耐壓等級。l材料應根據最高使用溫度及被測介質的特性來選擇。 五、五、 溫度變送器溫度變送器變送器：是借助檢測元件接受被測變量，并將它轉換成標準輸出信號的儀表。1. 電動溫度變送器 電動溫度變送器

44、是工業(yè)生產過程中應用最廣泛的一種模擬式溫度變送器,它能與常用的各種熱電偶和熱電阻配合使用,將某點的溫度或某兩點的溫差轉換成相應的標準直流電流信號輸出。 DDZ-熱電偶溫度變送器熱電偶溫度變送器 我國生產的電動單元組合儀表，到目前為止已有了三代產品，它們分別為：（1）60年代中期生產的以電子管和磁放大器為主要放大元件的DDZ-I型儀表；（2）70年代初開始生產的以晶體管作為主要放大元件的DDZ-II型儀表；（3）以及80年代初開始生產的以線性集成電路為主要放大元件、具有安全火花防爆性能的DDZ-III型儀表。這三代產品雖然電路形式和信號標準不同，性能指標和單元劃分的方法也不完全一樣，但它們實現的

45、控制功能和基本的設計思想是相同的，只要掌握其中一種，其它產品便不難分析。因此，本課程將主要對較先進和較有代表性的DDZ-III型電動單元組合儀表進行討論。 DDZ-型溫度 (溫差)變送器是電動單元組合儀表中的一個變送單元。 根據輸入信號的不同，DDZ-型溫度變送器主要有熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器和直流毫伏變送器三種類型。 DDZ-型熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器的結構大體上可以分為溫度檢測元件、輸入電路、放大電路和反饋電路,其原理框圖如圖12所示。溫度檢測元件溫度檢測元件輸入電路輸入電路放大電路放大電路反饋電路反饋電路被測溫度被測溫度輸出電流輸出電流I0 0 圖12 溫度變送器原理

46、框圖習題習題1.1.用分度號為用分度號為K的鎳鉻的鎳鉻- -鎳硅熱電偶測量溫度鎳硅熱電偶測量溫度, ,在沒有采取冷端在沒有采取冷端溫度補償的情況下溫度補償的情況下, ,顯示儀表指示值為顯示儀表指示值為500,500,而這時冷端溫度而這時冷端溫度為為60,60,試問實際溫度應為多少試問實際溫度應為多少? ?如果熱端溫度不變如果熱端溫度不變, ,設法使冷設法使冷端溫度保持在端溫度保持在20,20,此時顯示儀表的指示值應為多少此時顯示儀表的指示值應為多少? ? 顯示儀表指示值為500時,由附錄可以查得這時顯示儀表的實際輸入電勢為20.64mV,由于這個電勢是由熱電偶產生的,即 E(t,t0) = 2

47、0.64 (mV) 由附錄同樣可以查得 E(t0 ,0) = E(60,0) = 2.463 (mV) E(t,0) = E(t,t0) + E(t0 ,0) = 20.64 + 2.463 = 23.103 (mV) 由23.103mV,查附錄,可得 t558 即被測實際溫度為558。 當熱端為558,冷端為20時,由于E(20 ,0) = 0.798mV,故有 E(t,t0) = E(t,0) - E(t0 ,0) = 23.103 - 0.798 = 22.305 (mV) 由此電勢,查附錄,可得顯示儀表指示值約為539。 由此可見,當冷端溫度降低時,顯示儀表的指示值更接近于被測溫度實際

48、值。 2.3 壓力的檢測與變送332/1522NHNHMPaMPa合成氨的反應中合成氨的反應中:保證反應的進行必須保證反應的進行必須對壓力進行控制對壓力進行控制概述概述 在化工生產中在化工生產中, , 壓力壓力是指由氣體或液體均勻垂直地是指由氣體或液體均勻垂直地作用于單位面積上的力。作用于單位面積上的力。 在工業(yè)生產過程中在工業(yè)生產過程中, ,壓力往往是重要的操作參數之一壓力往往是重要的操作參數之一。 壓力的壓力的檢測與控制檢測與控制, ,對保證生產過程正常進行對保證生產過程正常進行, ,達到達到高產、優(yōu)質、低消耗和安全是十分重要的。高產、優(yōu)質、低消耗和安全是十分重要的。 一、一、 壓力單位及

49、測壓儀表壓力單位及測壓儀表表示受力面積。表示垂直作用力；表示壓力；式中，SFpSFp 是指均勻垂直地作用在單位面積上的力。是指均勻垂直地作用在單位面積上的力。的單位為帕斯卡，簡稱帕（的單位為帕斯卡，簡稱帕（Pa）211mNPa PaMPa61011一、一、 壓力單位及測壓儀表壓力單位及測壓儀表大氣壓力絕對壓力表壓ppp在壓力測量中，常有在壓力測量中，常有表壓、絕對壓力、負壓或真空度表壓、絕對壓力、負壓或真空度之分。之分。 絕對壓力大氣壓力真空度ppp當被測壓力低于大氣壓力時，一般用當被測壓力低于大氣壓力時，一般用負壓或真空度來表示。負壓或真空度來表示。p表P真P絕P絕大氣壓力線大氣壓力線 零線

50、零線絕對壓力、表壓、負壓（真空度）的關系一、壓力單位及測壓儀表一、壓力單位及測壓儀表測量壓力或真空度的儀表按照其轉換原理的不同，分為四類。測量壓力或真空度的儀表按照其轉換原理的不同，分為四類。 它根據流體靜力學原理，將被測壓力轉換成液柱高度進行測量。它根據流體靜力學原理，將被測壓力轉換成液柱高度進行測量。 有有U形管壓力計、單管壓力計等形管壓力計、單管壓力計等 優(yōu)點優(yōu)點這類壓力計結構簡單、使用方便這類壓力計結構簡單、使用方便 缺點缺點 其精度受工作液的毛細管作用、密度及視其精度受工作液的毛細管作用、密度及視差等因素的影響，測量范圍較窄，一般用來測差等因素的影響，測量范圍較窄，一般用來測量較低壓

51、力、真空度或壓力差。量較低壓力、真空度或壓力差。 一、壓力單位及測壓儀表一、壓力單位及測壓儀表 它是將被測壓力轉換成彈性元件變形的位移（力）進行測量的。 種類種類 彈簧管壓力計、彈簧管壓力計、波紋管壓力計及膜式壓波紋管壓力計及膜式壓力計等。力計等。種類種類 電容式、電阻式、電感式、應變片式和霍爾片式等電容式、電阻式、電感式、應變片式和霍爾片式等壓力計。壓力計。 它是通過機械和電氣元件將被測壓力轉換成電量（如電壓、電流、頻率等）來進行測量的儀表。 一、壓力單位及測壓儀表一、壓力單位及測壓儀表 它是根據液壓傳遞的原理，將被測壓力轉換成活塞上所加平衡砝碼的質量來進行測量的。 測量精度很高（壓力天平）

52、，允許誤差可小到0.05%0.02%。 結構較復雜，價格較貴。 二、二、 彈性式壓力計彈性式壓力計 是利用各種形式的彈性元件，在被測介質壓力的作用下，使彈性元件受壓后產生彈性變形的原理而制成的測壓儀表。 具有結構簡單、使用可靠、讀數清晰、牢固可靠、價格低廉、測量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點。 可用來測量幾百帕到數千兆帕范圍內的壓力。 二、二、 彈性式壓力計彈性式壓力計 彈性元件彈性元件 彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件。當測壓范圍不同時，所用的彈性元件也不一樣。 圖2彈性元件示意圖彈簧管式彈性元件波紋管式彈性元件薄膜式彈性元件單圈彈簧管是彎成單圈彈簧管是彎成270270度圓弧的空心金度圓弧

53、的空心金屬管，其截面為扁屬管，其截面為扁圓形或橢圓形等。圓形或橢圓形等。膜片膜盒膜片、膜盒膜片、膜盒l(wèi)一個周圍為波紋狀的薄壁金屬筒體波紋管波紋管彈簧管壓力表彈簧管壓力表 l應變片應變電阻：R=L / S，為電阻率。應變片受壓產生變形，導致電阻變化； 應變半導體：半導體材料的導電率也隨其變形而發(fā)生改變。 三、三、 電氣式壓力計電氣式壓力計l壓電式 ：壓電效應。晶體受壓產生極化現象，在其表面累計了電荷，產生電勢，外力消失，電荷也消失。電荷量與所受的外力成比例。材料主要有壓電晶體（單晶體）、壓電陶瓷（多晶體）、有機電材料（新一代材料）。目前被廣泛使用的材料有石英、鈦酸鋇 三、三、 電氣式壓力計電氣式

54、壓力計l電容式 ：兩個極板間的電容C=A / d。介電常數，A面積，d極板間距。受力后間距發(fā)生變化，導致電容變化。 l電感式：間隙d的變化， 導致磁阻變化，使得電 感變化，最終產生電流 的變化 三、三、 電氣式壓力計電氣式壓力計l導電橡膠：阻值隨壓力的產生而發(fā)生劇烈變化，可以從幾十兆歐變?yōu)閹资畾W姆，所以，常用作壓電開關、觸壓開關。 三、三、 電氣式壓力計電氣式壓力計壓力表的選型壓力表的選型l量程：最大工作壓力不超過示值的2/3；常態(tài)壓力值不小于示值的1/3l精度：根據允許的最大測量誤差l類型：根據溫度、粘度、臟污程度、易燃易爆、腐蝕性、振動、電磁干擾等因素綜合考慮例題分析例題分析1. 1. 如

55、果某反應器最大壓力為如果某反應器最大壓力為0.60.6MPa，允許最大絕對誤，允許最大絕對誤差為差為0.020.02MPa?，F用一臺測量范圍為?，F用一臺測量范圍為0 01.61.6MPa，精，精度等級為度等級為1.51.5級的壓力表來進行測量，問能否符合工藝上級的壓力表來進行測量，問能否符合工藝上的誤差要求？若采用一臺測量范圍為的誤差要求？若采用一臺測量范圍為0 01.01.0MPa，準確，準確度為度為1.51.5級的壓力表，問能符合誤差要求嗎？試說明其理級的壓力表，問能符合誤差要求嗎？試說明其理由。由。 解：解：對于測量范圍為對于測量范圍為0 01.61.6MPa，準確度為，準確度為1.51

56、.5級的壓級的壓力表，允許的最大絕對誤差為力表，允許的最大絕對誤差為 1.61.61.5% = 0.024(1.5% = 0.024(MPa) )例題分析例題分析 因為此數值超過了工藝上允許的最大絕對誤差數值因為此數值超過了工藝上允許的最大絕對誤差數值, ,所以是不合格的。所以是不合格的。 對于測量范圍為對于測量范圍為0 01.01.0MPa，準確度亦為，準確度亦為1.51.5級的級的壓力表壓力表, ,允許的最大絕對誤差為允許的最大絕對誤差為 1.01.01.5% = 0.015(1.5% = 0.015(MPa) ) 因為此數值小于工藝上允許的最大絕對誤差因為此數值小于工藝上允許的最大絕對誤

57、差, ,故符合故符合對測量準確度的要求對測量準確度的要求, ,可以采用?？梢圆捎?。 該例說明了選一臺量程很大的儀表來測量很小的參該例說明了選一臺量程很大的儀表來測量很小的參數值是不適宜的。數值是不適宜的。 是控制生產過程達到優(yōu)質高產和安全生產以是控制生產過程達到優(yōu)質高產和安全生產以及進行經濟核算所必需的一個重要參數。及進行經濟核算所必需的一個重要參數。 單位時間內流過管道某一截面的流體單位時間內流過管道某一截面的流體數量的大小，即瞬時流量數量的大小，即瞬時流量。 在某一段時間內流過管道的流體流量的總在某一段時間內流過管道的流體流量的總和，即瞬時流量在某一段時間內的累計值。和，即瞬時流量在某一段

58、時間內的累計值。2.4 流量的檢測與變送MQQM或如以如以 t 表示時間，則流量和總量之間的關系是表示時間，則流量和總量之間的關系是 ttMdtMQdtQ00,總總測量流體流量的儀表。測量流體流量的儀表。：測量流體總量的儀表。測量流體總量的儀表。 1.1.速度式流量計速度式流量計 以測量流體在管道內的流速作為測量依據來計以測量流體在管道內的流速作為測量依據來計算流量的儀表算流量的儀表2.2.容積式流量計容積式流量計 以單位時間內所排出的流體的固定容積的數目以單位時間內所排出的流體的固定容積的數目作為測量依據來計算流量的儀表。作為測量依據來計算流量的儀表。 3.質量流量計質量流量計 以測量流體流

59、過的質量以測量流體流過的質量M為依據的流量計。質為依據的流量計。質量流量計分直接式和間接式兩種。量流量計分直接式和間接式兩種。 分類：分類：孔板流量計孔板流量計 渦輪流量計渦輪流量計 玻璃轉子流量計玻璃轉子流量計 橢圓齒輪流量計、活塞式流量計等。橢圓齒輪流量計、活塞式流量計等。 橢圓齒輪流量計橢圓齒輪流量計 一、一、 差壓式流量計差壓式流量計 是基于流體流動是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經節(jié)流裝置時產生的壓力差而的節(jié)流原理，利用流體流經節(jié)流裝置時產生的壓力差而實現流量測量的。實現流量測量的。 通常是由能將被測流量轉換成壓差信號的節(jié)流裝置通常是由能將被測流量轉換成壓差信號的節(jié)流裝置和能將此

60、壓差轉換成對應的流量值顯示出來的差壓計以和能將此壓差轉換成對應的流量值顯示出來的差壓計以及顯示儀表所組成。及顯示儀表所組成。 差差壓壓流流量量計計 流體在有節(jié)流裝置的管道中流動時，在節(jié)流裝置前流體在有節(jié)流裝置的管道中流動時，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產生差異的現象稱為后的管壁處，流體的靜壓力產生差異的現象稱為節(jié)流現節(jié)流現象象。一、一、 差壓式流量計差壓式流量計 國內外把最常用的節(jié)流裝置、孔板、噴嘴、文丘里國內外把最常用的節(jié)流裝置、孔板、噴嘴、文丘里管等標準化，并稱為管等標準化，并稱為“標準節(jié)流裝置標準節(jié)流裝置”。 采用標準節(jié)流裝置進行設計計算時都有統(tǒng)一標準的采用標準節(jié)流裝置進行設計計