常用傳感器和變送器PPT

第2章常用的傳感器和變送器2.1溫度傳感器和變送器2.2濕度傳感器和變送器2.3壓力傳感器和變送器2.4流量傳感器和變送器2.1溫度傳感器和變送器2.1.1溫度檢測的方法和傳感器的分類溫度是制冷空調(diào)系統(tǒng)中最重要的參數(shù)之一。溫度測量儀表分為接觸式和非接觸式兩大類。制冷空調(diào)系統(tǒng)多采用接觸式測溫。接觸式測溫就是利用冷熱程度不同的物體接觸，必然發(fā)生熱交換現(xiàn)象。熱量將由高溫物體傳給低溫物體，直到兩物體的冷熱程度相同，即達(dá)到熱平衡。非接觸式測溫時(shí)，利用物體的熱輻射（或其他特性），通過對輻射強(qiáng)度（或顏色等）的測量，得到被測物體的溫度。

按照測量方式分類：

2.1.2常用的溫度傳感器用熱電阻傳感器測量溫度是制冷空調(diào)系統(tǒng)中的主要測溫方法，它具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、靈敏度高、精度高、測量范圍廣等特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)和多點(diǎn)溫度的遠(yuǎn)傳、變送、顯示和自動控制。熱電阻溫度傳感器是根據(jù)金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理測溫的。在工程中常用的有鉑、鎳、銅、半導(dǎo)體熱敏電阻。

1.鉑熱電阻

（1）結(jié)構(gòu)：鉑熱電阻由感溫元件、云母支架、絕緣套管、引出線、夾持片和保護(hù)管等主要部件組成。（2）型號：鉑熱電阻的型號是根據(jù)0℃時(shí)的電阻值來區(qū)分的，用分度號來表示。我國現(xiàn)采用國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)，分度號為：Pt100（=100.00Ω）和Pt10（=10.00Ω）。

鉑熱電阻測溫元件精度高，性能可靠，易于提純，穩(wěn)定性好，在工業(yè)測溫及制冷、空調(diào)系統(tǒng)測溫中得到廣泛的應(yīng)用。

2.銅熱電阻（1）結(jié)構(gòu)：銅熱電阻是用0.13mm的漆包銅絲采用雙繞法繞在棒形塑料骨架上，然后，將整個元件經(jīng)過酚醛樹脂浸漬處理。（2）型號：銅熱電阻的分度號為Cu50（=50.00Ω）和Cu100（=100.00Ω）。銅熱電阻的缺點(diǎn)是精度不高，高溫時(shí)易氧化，化學(xué)穩(wěn)定性差，但價(jià)格便宜。因而廣泛用于測量精度要求不高的場合。

3.半導(dǎo)體熱敏電阻熱敏電阻是由半導(dǎo)體材料制成的。與金屬導(dǎo)體熱電阻相比，熱敏電阻測溫靈敏度高，體積小，熱慣性小，制造工藝比較簡單，價(jià)格也比較便宜。但其測溫范圍較窄，而且同一型號的熱敏電阻溫度特性分散性很大，互換性較差，給使用和維修帶來不便。在制冷空調(diào)系統(tǒng)中，常使用具有負(fù)電阻溫度系數(shù)的熱敏電阻，其阻值隨溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大。

2.1.3溫度變送器為了將溫度傳感器的信號進(jìn)行放大和轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號（4～20mA·DC、0～5V·DC等），以便于被模擬儀表或DDC控制器接受，使溫度變送器得到廣泛的應(yīng)用。

1.溫度變送器把溫度傳感器輸出信號變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電壓、電流信號的器件就稱為溫度變送器。它由溫度傳感器與兩線制溫度變送器模塊組成。顯示型產(chǎn)品使溫度的傳感、變送及顯示一體化，通常以數(shù)字顯示實(shí)測溫度值。變送器輸出4～20mA·DC抗干擾能力強(qiáng)的信號，可與二次儀表配套使用，也可直接輸入到DDC控制器等。

2.溫度變送器工作原理溫度變送器作用是把輸入的信號變送輸出4～20mA·DC信號，供現(xiàn)場控制器（DDC等）作為控制及顯示用。2.1.4熱電偶

1.熱電偶工作原理兩種不同的導(dǎo)體A和B連接成閉合回路時(shí)，設(shè)兩接點(diǎn)溫度為和,且設(shè)＞時(shí)，回路中就會出現(xiàn)熱電動勢（

,），這個現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。產(chǎn)生的熱電動勢由接觸電動勢和溫差電動勢兩部分組成。

兩種不同的導(dǎo)體相接觸時(shí)，由于兩者自由電子密度不同（設(shè)導(dǎo)體A的大于導(dǎo)體B的）。則在A和B兩個方向上自由電子擴(kuò)散的速率不同，當(dāng)A、B間電子轉(zhuǎn)移達(dá)到動態(tài)平衡時(shí)，在A、B的界面上便形成一個電位差稱之為接觸電動勢。其大小取決于兩種不同導(dǎo)體的性質(zhì)和接點(diǎn)處的溫度。溫差電動勢是同一導(dǎo)體兩端因溫度不同而產(chǎn)生的熱電動勢。即同一導(dǎo)體（A或B）兩端溫度不同（＞）時(shí)，在高低溫端之間便形成一個從高溫端指向低溫端的電場。該電場將阻止電子繼續(xù)從高溫端跑向低溫端，最后達(dá)到動態(tài)平衡。于是在導(dǎo)體上便產(chǎn)生一個相應(yīng)的電位差，稱之為溫差電動勢。如果冷端溫度恒定，即（常數(shù)），則

即回路總熱電動勢只與工作端溫度成單值函數(shù)關(guān)系。只要用儀表測出，就可得知被測溫度，這就是用熱電偶測溫的原理。

通常熱電偶的熱電動勢與溫度的關(guān)系，都是規(guī)定冷端溫度為0℃時(shí)，按熱電偶的類型分別制成表格，即熱電偶的分度表。

2.常用電熱偶的種類熱電偶的品種很多，其中國際上公認(rèn)性能優(yōu)良、產(chǎn)量最大的七種標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是：分度號S（鉑銠10-鉑）、分度號B（鉑銠30-鉑6）、分度號K（鎳鉻-鎳硅）、分度號T（銅-銅鎳）、分度號E（鎳鉻-銅鎳）、分度號J（鐵-銅鎳）和分度號R（鉑銠13-鉑）。我國根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)制定了我國常用熱電偶系列。

3.熱電偶的結(jié)構(gòu)形式（1）普通型熱電偶

普通型熱電偶由熱電極、絕緣套管、保護(hù)套管和接線盒等主要部分構(gòu)成。熱電極是組成熱電偶的兩根熱偶絲，有正負(fù)熱電極之分，熱電極直徑由材料的價(jià)格、機(jī)械強(qiáng)度、電導(dǎo)率、熱電偶的使用條件和測量范圍等決定，其長度由安裝條件及插入深度而定。絕緣套管也稱絕緣子，用于防止兩根熱電極短路。其結(jié)構(gòu)形式通常有單孔管、雙孔管及四孔的瓷管和氧化鋁管等。選用的材料可根據(jù)使用溫度范圍而定。

為了確保熱電偶的使用壽命和測溫的準(zhǔn)確性，通常將熱電極（包括絕緣子）用保護(hù)套管保護(hù)。接線盒用于連接熱電偶和顯示儀表。一般由鋁合金制成，接線盒的出線孔和蓋子均用墊片和墊圈加以密封。接線盒內(nèi)用于連接熱電極和導(dǎo)線的螺釘必須緊固，以免產(chǎn)生較大的接觸電阻而影響測量的準(zhǔn)確性。（2）鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶是將熱電偶絲、絕緣材料和金屬保護(hù)套管三者經(jīng)整體復(fù)合拉伸工藝加工而成的可彎曲的堅(jiān)實(shí)組合體。

鎧裝熱電偶的熱端有接殼、絕緣、露端等形式，其中以接殼及露端型的動態(tài)特性較好。接殼型是將熱電極與金屬套管焊接在一起，其反應(yīng)時(shí)間介于絕緣型和露端型之間。絕緣型將熱端封閉在完全焊合的套管內(nèi)，熱電偶與金屬套管之間互相絕緣，是最常用的一種形式。露端型的熱電偶熱端暴露在套管外面，僅在干燥的非腐蝕性介質(zhì)中使用。鎧裝熱電偶的突出優(yōu)點(diǎn)是動態(tài)特性好，結(jié)構(gòu)小型化，易于制成特殊用途的形式，撓性好，能彎曲，可安裝在狹窄或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的測量場合，已得到較為廣泛的使用。2.2濕度傳感器和變送器在空調(diào)自控系統(tǒng)中，被控的空氣濕度和溫度是兩個相關(guān)的參數(shù)。濕度控制也是空調(diào)工程中的核心控制環(huán)節(jié)?？諝獾南鄬穸纫话阌蓛蓚€參數(shù)決定。例如：空氣的干球溫度和濕球溫度；空氣的干球溫度和露點(diǎn)溫度；空氣的干球溫度和水蒸氣分壓力；空氣中水蒸氣分壓力和同溫度下空氣飽和水蒸氣壓力等。因此濕度傳感器應(yīng)同時(shí)測量空氣狀態(tài)的兩個參數(shù)。2.2.1干、濕球濕度傳感器干、濕球濕度傳感器是根據(jù)干濕球溫度差效應(yīng)原理制成的測濕傳感器。

1.干濕球電信號傳感器干、濕球電信號傳感器是一種將濕度參數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號的儀表。它與干、濕球濕度計(jì)的工作原理完全相同。主要差別是干球和濕球用兩支微型套管式鎳電阻所代替，為了減小空氣流速對測量的影響，還增加一個軸流風(fēng)扇。同時(shí)由于在鎳電阻周圍增加了氣流速度，使熱濕交換速度增大，因而也減小了儀表的時(shí)間常數(shù)。

2.TH型干濕球信號發(fā)送器該發(fā)送器是由干濕球各一支的微型套管式鎳電阻溫度計(jì)，微型軸流風(fēng)扇，并配以半透明塑料水杯和浸水脫脂紗布套管組成。在一支鎳電阻上包上紗布并使紗布浸入水杯中作為濕球溫度計(jì)，另一支鎳電阻作為干球溫度計(jì)，都垂直安裝在傳感器的中部，并正對側(cè)面的空氣吸入口。

當(dāng)電源接通后，軸流風(fēng)扇啟動，空氣從圓形空氣吸入口進(jìn)入信號發(fā)送器，通過鎳電阻周圍后被軸流風(fēng)扇排出去，當(dāng)濕球鎳電阻表面水分蒸發(fā)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，干濕球同時(shí)發(fā)送相對于干濕球溫度的信號，這些信號輸入顯示或調(diào)節(jié)儀表中，即可反映出所測量環(huán)境空氣的相對濕度，從而完成遠(yuǎn)距離測控和調(diào)節(jié)相對濕度的任務(wù)。

2.2.2氯化鋰電阻濕度傳感器和變送器氯化鋰吸濕量與空氣的相對濕度成一定關(guān)系，隨著空氣相對濕度的增減變化，氯化鋰吸濕量也隨之變化，只有當(dāng)蒸氣壓力等于周圍空氣的水蒸氣分壓力時(shí)才處于平衡狀態(tài)。所以空氣中相對濕度愈大，則氯化鋰吸收的水分也就越多，其電阻率愈小。當(dāng)氯化鋰的蒸氣壓力高于空氣中水蒸氣分壓力時(shí)，氯化鋰放出水分，導(dǎo)致電阻增大。氯化鋰電阻式感濕元件，即濕敏電阻就是利用氯化鋰這一特性制成的。由于氯化鋰感濕元件受環(huán)境影響較大，輸出電阻值也與檢測點(diǎn)的溫度有關(guān)，所以氯化鋰濕度變送器測量線路內(nèi)均加有熱敏電阻，用來進(jìn)行溫度補(bǔ)償。氯化鋰電阻式濕度傳感器性能穩(wěn)定，反應(yīng)靈敏，測量精度高，使用壽命較長，是應(yīng)用最為廣泛的濕度傳感器之一。其主要缺點(diǎn)是體積大，且不適宜在溫度變化激烈，易結(jié)露和污染的環(huán)境中應(yīng)用。

1.DWS-P系列溫、濕度傳感器

DWS-P型溫、濕度傳感器主要用片狀氯化鋰電阻式感濕元件和熱敏電阻感溫元件組成，可與DBWS-13、14溫濕度變送器或DIWS-23、24或SWS系列數(shù)顯溫、濕度儀配套使用，也可與JXC-07、WS-1A、1B溫、濕度巡檢儀配套使用。

2.DBWS-13型氯化鋰濕度變送器此變送器有兩套變送系統(tǒng)，接有兩個敏感元件，其一是氯化鋰相對濕度敏感元件，另一為熱敏電阻作為溫度敏感元件，與調(diào)節(jié)器（如DDZ-Ⅱ型等）配套使用時(shí)能同時(shí)進(jìn)行溫度和濕度的調(diào)節(jié)，變送器的變送范圍為：溫度10～40℃，相對濕度為35%～85%，調(diào)節(jié)精度：溫度誤差為±0.5℃，相對濕度誤差小于±2%。變送器可以將溫度、相對濕度信號分別轉(zhuǎn)換成0～10mA·DC信號輸入調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)溫、濕度的自動調(diào)節(jié)。此變送器具有靈敏度高、精度高、性能穩(wěn)定及體積小等優(yōu)點(diǎn)。2.3

壓力傳感器和變送器壓力、壓差傳感器、變送器按其作用原理可分為液柱式、彈性式、電氣式等。液柱式壓力傳感器是將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度，如U形管液柱壓力計(jì)、單管液柱壓力計(jì)和傾斜式微壓計(jì)等均屬此類。彈性式傳感器是將壓力信號轉(zhuǎn)變成彈性元件的形變，而電氣式壓力傳感器是將壓力（或壓差）轉(zhuǎn)換成某種電量進(jìn)行測量。2.3.1常用的壓力、壓差傳感器

1.彈性式壓力、壓差傳感器

彈性式壓力、壓差傳感器有彈簧管、波紋膜盒和波紋管等。利用各種彈性傳感器而制成的壓力計(jì)，其基本原理是建立在力平衡原理上，即彈性元件在被測壓力的作用下，產(chǎn)生的彈性變形力與被測壓力產(chǎn)生的力，量程彈簧的反力相平衡。當(dāng)力處于平衡狀態(tài)時(shí)，可以通過測量彈性式壓力傳感器的形變來測量壓力，傳感器與各種變送器相配合，可以指示壓力和遠(yuǎn)傳壓力值。YeiyYeiyYeiy彈簧管式測量范圍較廣，一般用于高、中、低壓力和真空度的測量；膜片式、膜盒式及波紋管式多用于低壓和微壓的測量。由于要適應(yīng)壓力、壓差信號的遠(yuǎn)傳、顯示、記錄和自動控制的需要，彈性形變須轉(zhuǎn)換成各種標(biāo)準(zhǔn)電量，這就是壓力、壓差變送器。

2.電阻式微壓差傳感器利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成的薄片，當(dāng)其受到壓力作用時(shí)，其材料的長度、截面積及電阻率將發(fā)生相應(yīng)的改變，因此其電阻值也隨著改變。在工程應(yīng)用中采用半導(dǎo)體材料單晶硅作為壓阻傳感器的材料。

2.3.2常用壓力、壓差變送器

1.電動壓力、壓差變送器電動壓力、壓差變送器的工作原理：被測壓力經(jīng)過波紋管轉(zhuǎn)換為力，作用于杠桿1左端A點(diǎn)，使杠桿繞支點(diǎn)作逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，但稍一偏轉(zhuǎn)，位于杠桿右端的位移檢測元件2，使電子放大器產(chǎn)生一定的輸出電流，此時(shí)電流通過反饋線圈3和變送器的負(fù)載電阻，并與永久磁鐵產(chǎn)生一定的電磁力，使杠桿B點(diǎn)受到一個反饋力，形成一個使杠桿順時(shí)針偏轉(zhuǎn)的力矩。由于位移檢測放大器極其靈敏，杠桿實(shí)際上只要產(chǎn)生極微小的位移，放大器便有足夠的輸出電流形成反力矩與作用力矩相平衡。當(dāng)杠桿處于平衡狀態(tài)時(shí)，輸出電流正比于被測壓力，以實(shí)現(xiàn)壓力的測量和傳輸。

2.其他壓力、壓差變送器位移式壓力、壓差變送器首先將彈性元件的位移量換成電容、電感、電勢等的變化，然后再經(jīng)過電路轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電量輸出。（1）電容式壓差傳感器及變送器

工作原理：被測壓力、分別加于左右兩個隔離膜片1上，通過硅油2將壓力傳到測量膜片3上。此測量膜片作為差動電容的活動電極。它在壓差作用下，可左右移動約0.1mm的距離。在膜片左右有兩個金屬固定電極4。因此當(dāng)測量膜片向一邊鼓起時(shí)，它與兩個固定電極間的電容量一個增大，一個減小，故稱差動電容。通過引線可測量兩個電容的變化，即可得出壓差值。（2）霍爾片式彈簧管壓力變送器

霍爾效應(yīng)：將一塊半導(dǎo)體基片（霍爾元件）放在磁場中，當(dāng)給半導(dǎo)體基片通以電流，且使電流的方向與磁力線的方向垂直時(shí)，在同時(shí)垂直于電流與磁力線的另一橫向側(cè)面上就會產(chǎn)生電壓，該電壓稱為霍爾電壓。此現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。結(jié)構(gòu)：被測壓力由彈簧管1的固定端引入，彈簧管的自由端與霍爾片3連接。在霍爾片的上、下方垂直設(shè)置兩對磁極，使霍爾片處于兩對磁極所形成的非均勻磁場中?；魻柶乃膫€端面引出四根導(dǎo)線，其中與磁鐵2相平行的兩根導(dǎo)線和直流穩(wěn)壓電源連接，另有兩根導(dǎo)線用來輸出信號。由于當(dāng)壓力改變時(shí)，連接在彈簧管端部的霍爾片也隨之改變其在空間的位置，其所處的磁感應(yīng)強(qiáng)度也隨之改變，這時(shí)的霍爾電勢值也作相應(yīng)的改變，因此霍爾片式彈簧管壓力傳感器實(shí)質(zhì)上是一種位移-電勢變換元件。如果將霍爾電勢經(jīng)電子線路處理成標(biāo)準(zhǔn)信號后，即成為壓力變送器。目前采用集成化技術(shù)將霍爾片、電源、輸出信號放大和處理等線路集中在一塊單晶片上，實(shí)現(xiàn)了變送器的微型化。（3）YSG-01型電感壓力變送器壓力變送器的作用是將壓力測量元件的輸出信號轉(zhuǎn)變成調(diào)節(jié)器所要求的輸入信號。

YSG-01型電感式壓力變送器是一種無觸點(diǎn)變送器，適用于檢測氣體、液體和蒸氣壓力。除可以對壓力進(jìn)行就地和遠(yuǎn)距離連續(xù)顯示外，還可以將所測壓力按比例轉(zhuǎn)變成0～10mA的直流信號輸出給調(diào)節(jié)器和二次顯示儀表。在制冷系統(tǒng)中，它主要與TDF-01型能量調(diào)節(jié)器配合，以蒸發(fā)壓力作能量調(diào)節(jié)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對制冷壓縮機(jī)能量的自動調(diào)節(jié)。

YSG-01型壓力變送器主要由壓力檢測和壓力-電變送兩部分組成。電路結(jié)構(gòu)：由電源變壓器、直流穩(wěn)壓電源、多諧振蕩器、差動變壓器、線性變換電路、差動整流、直流放大器和顯示儀表組成。電路工作原理：交流電源經(jīng)電源變壓器變壓，串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，其輸出直流電壓作為多諧振蕩器的電源。差動變壓器的兩個初級繞組分別作兩個振蕩管的負(fù)載。用多諧振蕩器作內(nèi)部振蕩電源，即可以使差動變壓器的輸出信號不受220V交流電源電壓波動的影響，又由于多諧振蕩器的振蕩頻率較高，而使差動變壓器的靈敏度提高。線性變換電路是在彈簧管自由端裝有一個短路環(huán)，短路環(huán)又套在由鐵淦氧磁芯的差動變壓器的線圈所組成的閉合磁路中。當(dāng)短路環(huán)隨彈簧管自由端移動時(shí)，改變了差動線圈的電感，隨即輸出一差動電壓。這個差動電壓經(jīng)兩個二極管和電阻整流后輸送給直流差動放大電路。直流差動放大器采用二級直接藕合式，將經(jīng)差動整流后的電流放大成0～10mA的直流信號，遠(yuǎn)傳給調(diào)節(jié)器和動圈式顯示儀表，對壓力進(jìn)行模擬顯示。電路中的電位器是用來調(diào)整儀表的電氣零點(diǎn)的。調(diào)整時(shí)管道或容器被測壓力為零（與大氣相通），調(diào)使指示儀表的指示值為零。電位器是調(diào)整當(dāng)輸入適當(dāng)壓力后，顯示儀表的指示是否在輸入壓力值上。2.4流量傳感器和變送器流量傳感器按原理可分為容積式、節(jié)流式、電磁式和渦輪式等。在管道內(nèi)連續(xù)流動的流體，當(dāng)遇到安裝在管道內(nèi)的節(jié)流裝置時(shí)，在節(jié)流裝置的前后產(chǎn)生壓差，由于此壓差與流體的流量有一定關(guān)系，所以可通過測量壓差間接測量流量，或者根據(jù)流體對節(jié)流元件的推力來測量流量。2.4.1壓差式流量傳感器