自動化儀表設(shè)備工作原理

熱工儀表工作原理

（塔里木輸油氣分公司）

劉鹍熱工儀表工作原理

主要內(nèi)容測量與誤差溫度測量和儀表壓力測量和儀表流量測量和儀表§1測量與誤差一、測量的基本概念與測量方法測量：從客觀事物中提取有關(guān)信息的認(rèn)識過程，經(jīng)整理后成為數(shù)據(jù)。三要素：比值、單位、誤差測量方法按測量和被測量的差值大小非零法：彈簧壓力表零位法：天平微差法：測量壓力的U形管靜態(tài)和動態(tài)靜態(tài)：被測對象處于穩(wěn)定狀態(tài)下的測量動態(tài)：被測對象處于不穩(wěn)定狀態(tài)下的測量點(diǎn)測量和場測量點(diǎn)參數(shù)測量：測量某點(diǎn)的被測量場參數(shù)測量：測量多點(diǎn)的被測量直接測量和間接測量直接測量：無需對被測量與其它實(shí)測的量進(jìn)行函數(shù)關(guān)系的輔助計(jì)算而直接得到的被測量的值間接測量：直接測量的量與被測量之間有已知函數(shù)關(guān)系，而得到的被測量的值。二、測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)：為完成測量任務(wù)而組合在一起的總體測量設(shè)備：測量中使用的一切設(shè)備傳感器：測量系統(tǒng)與測量對象發(fā)生直接關(guān)系的部分準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性靈敏性負(fù)載小經(jīng)濟(jì)性和耐腐蝕性中間變換器：將傳感器的輸出信號進(jìn)行遠(yuǎn)距離的發(fā)送、放大、線性化和轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一信號的裝置準(zhǔn)確地傳輸、放大、和轉(zhuǎn)換信號，信號損失小，顯示裝置（測量終端）：向觀察者顯示被測參數(shù)的數(shù)值和量值的裝置三、測量誤差測量誤差：測量結(jié)果與被測量的真值之差絕對誤差：相對誤差：真值無法測定，測量結(jié)果、誤差系統(tǒng)誤差：在偏離規(guī)定條件時(shí)或由于測量方法所引入的因素，按某確定規(guī)律所引起的誤差在同一條件下，多次測量同一被測量時(shí)，誤差的絕對值和符號或者保持不變，或者在條件變化時(shí)按某種確定規(guī)律變化的誤差測量實(shí)際值＝測量讀數(shù)＋修正值修正值＝標(biāo)準(zhǔn)表讀書值－儀表讀數(shù)隨機(jī)誤差：在測量條件下，多次測量同一量時(shí)，誤差的絕對值和符號可以不可預(yù)定的方式變化的誤差疏忽誤差：系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、疏忽誤差系統(tǒng)誤差大、隨即誤差小隨機(jī)誤差大、系統(tǒng)誤差小隨機(jī)誤差小、系統(tǒng)誤差小，有疏忽誤差隨機(jī)誤差的特性及處理當(dāng)系統(tǒng)誤差消除后，對一被測量進(jìn)行無數(shù)次測量時(shí)，同一方法、同一儀表，測量次數(shù)無窮多時(shí)，總的算術(shù)平均就是被測參數(shù)的真值最佳值（最優(yōu)概值）：工程中n（測量次數(shù)）的數(shù)值不可能無窮大，所得的結(jié)果只是真值的近似。測量結(jié)果的正態(tài)分布概率密度為：分布函數(shù)為：正態(tài)分布概率密度圖測量值均勻地分布在真值的兩邊，差別越大的點(diǎn)，出現(xiàn)的可能性越低每個(gè)曲線下的面積為100%標(biāo)準(zhǔn)偏差作為單次測得值不可靠性的評定標(biāo)準(zhǔn)越大，分散范圍大在一定條件下，測量列中隨機(jī)誤差的概率分布情況對稱性：絕對值相等的正負(fù)誤差，在多次測量中出現(xiàn)的概率大致相等，以D＝0對稱在實(shí)際測量條件下，對同一量進(jìn)行多次測量，其誤差的算術(shù)平均值隨著測量次數(shù)n的無限增大而趨于0單峰性：絕對值小的誤差出現(xiàn)的次數(shù)比絕對值大的出現(xiàn)次數(shù)多可以舍去出現(xiàn)概論為0的誤差值四、測量儀表的特性儀表特性：包括靜態(tài)特性和動態(tài)特性靜態(tài)特性：被測量在不隨時(shí)間變換或變化極慢的情況下，用一組與時(shí)間無關(guān)的參數(shù)來描述測量儀表的特性動態(tài)特性：被測量在隨時(shí)間變化的情況下，用微分方程來描述測量儀表的輸入、輸出的動態(tài)關(guān)系負(fù)載效應(yīng)：被測量受到儀表干擾而產(chǎn)生的偏離靜態(tài)特性：測量范圍：在允許的誤差限內(nèi)，測量儀表的被測量值的范圍，上限、下限之差為量程準(zhǔn)確度等級根據(jù)測量儀表準(zhǔn)確度大小所劃分的等級和范圍引用誤差基本誤差允許誤差穩(wěn)定度靈敏度和靈敏閾線性度和變差溫度誤差動態(tài)特性動態(tài)特性：儀表對隨時(shí)間變化的被測參數(shù)的響應(yīng)特性輸出量隨時(shí)間的變化曲線與被測參數(shù)隨同一時(shí)間變化的曲線一致或比較接近階躍響應(yīng)：儀表在輸入階躍信號時(shí)，輸出信號能否立即跟隨輸入信號變化的能力頻率相應(yīng)：由儀表的固有頻率決定，固有頻率高，頻率特性好五、熱工儀表的質(zhì)量指標(biāo)儀表的準(zhǔn)確度儀表的非線性誤差變差重復(fù)性不靈敏區(qū)漂移§2溫度測量及儀表一、溫度測量的基本概念溫度的定義：表征分子熱運(yùn)動的程度的物理量溫標(biāo)：衡量溫度大小的標(biāo)尺攝氏：℃熱力學(xué)：K華氏：℉溫度計(jì)的分類和形式膨脹式溫度計(jì)玻璃溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì)輻射式溫度計(jì)二、膨脹式溫度計(jì)玻璃溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)1、玻璃液體溫度計(jì)是膨脹式溫度計(jì)之一種,利用液體受熱膨脹的性質(zhì)制成,常用的液體有水銀和酒精。廣泛用于測量-200-500攝氏度范圍內(nèi)的溫度。（1）優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

玻璃液體溫度計(jì)是最常用,也是最簡單,最便宜的溫度計(jì)。這種溫度計(jì)主要優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單,使用方便,精度高和價(jià)格低廉。缺點(diǎn)是惰性大,能見度低,不能自動記錄及遠(yuǎn)距離傳送。玻璃管溫度計(jì)（2）注意事項(xiàng)(1)溫度計(jì)不宜平放和平裝,保存與安裝時(shí)都應(yīng)使玻璃溫度計(jì)直立,而且測溫泡在下部。如果傾斜安裝也應(yīng)使測溫泡在下部。(2)使用時(shí)應(yīng)檢查液柱是否脫離,測溫泡內(nèi)是否含有氣泡,如果液柱脫離可以緩慢加熱或微振動起來消除。(3)對于全浸式溫度計(jì),安裝深度應(yīng)滿足要求,對于工業(yè)用玻璃管溫度計(jì),則應(yīng)將尾部全部插入被測介質(zhì)中。注意事項(xiàng)(4)被測介質(zhì)具有一定壓力時(shí),應(yīng)在測溫處焊上(或用螺絲旋緊)測溫套管為減少熱阻,測溫套管壁不宜太厚(一般為1-2mm)。(5)測量流體溫度時(shí),溫度計(jì)不能順向安置,應(yīng)逆向安放,或與流向垂直或有一定傾斜角,而且測溫套管的插入深度要超過中心線。使測溫泡剛好位于中心線上。玻璃溫度計(jì)2、壓力式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)的工作原理是當(dāng)溫度變化時(shí),工質(zhì)的體積或壓力相應(yīng)發(fā)生變化,以此制成溫度計(jì)這種溫度計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單,防震可以遠(yuǎn)距離測量,并可制成自動記錄式。主要缺點(diǎn)是損壞后很難修理,不能測點(diǎn)溫和表面溫度。國產(chǎn)WTQ型式氣體壓力溫度計(jì),可用來指示貨記錄工業(yè)設(shè)備中氣體,蒸汽貨液體的溫度。測量范圍:0-120,0-160,0-200,0-3009(單位攝氏度)工作壓力:60kgf/cm^2,精度1.5與2.5級。壓力式溫度計(jì)3、雙金屬溫度計(jì)(一)雙金屬溫度計(jì)的工作原理：雙金屬溫度計(jì)是利用兩種不同膨脹系數(shù)的金屬片A和B將其焊接在一起并將一端固定。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí),膨脹悉數(shù)較大的金屬片B伸長較多,故其未固定端(自由端)必然向膨脹系數(shù)較小的金屬A一方彎曲變形。利用彎曲變形的大小不同,從而可表示出溫度的高低不同。雙金屬溫度計(jì)(二).雙金屬片溫度計(jì)按指示部分與保護(hù)管連接方式不同,分為下列三種類型:(1)軸項(xiàng)型

(2)徑向型

(3)135度角型雙金屬溫度計(jì)三、熱電偶1、熱電偶的測溫原理熱電勢：兩種不同的導(dǎo)體材料（或半導(dǎo)體）A，B組成的閉合回路。相接觸時(shí)，存在電子的遷移，達(dá)到平衡時(shí)，在接觸的兩端形成電勢可用于點(diǎn)溫度的測量只與材料和溫度有關(guān)，與熱電偶的長度、直徑無關(guān)接觸電勢和溫差電勢組成mV(1)接觸電勢在一定溫度下，如果從金屬A擴(kuò)散到金屬B去的電子數(shù)等于從金屬B吸向金屬A的電子數(shù)時(shí)，就達(dá)到了動態(tài)平衡。這時(shí)金屬A，B之間形成的電位差稱為接觸電勢。接觸電勢的大小與接頭溫度的高低和金屬的種類有關(guān)，溫度越高，兩金屬的自由電子密度差越大，則接觸電勢越大。(2)溫差電勢溫差電勢：同一金屬導(dǎo)體兩端溫度不同而產(chǎn)生的。高溫端流向低溫端的自由電子與低溫端被電場吸引流向高溫端的自由電子達(dá)到了動態(tài)平衡，這時(shí)的電位差稱為溫差電勢e，大小僅與金屬材料及兩端溫差有關(guān)，而與幾何尺寸及金屬（導(dǎo)體）溫度分布無關(guān)。e(t,t0)可用下面的函數(shù)差來表示

eA(t,t0)=eA(t)-eA(t0)(1)熱電偶基本定律的內(nèi)容兩種均質(zhì)金屬組成的熱電偶，其電勢大小與熱電級直徑，長度和沿?zé)犭娂夐L度上的溫度分布無關(guān)，只與熱電級材料和兩端溫度有關(guān)；熱電勢大小是兩端溫度的函數(shù)差，如果兩端溫度相等，則熱電勢為零。(2)熱電偶基本定律的推論（1）熱電偶必須用兩種性質(zhì)不同的熱電級構(gòu)成。（2）若熱電級材料的性質(zhì)不均勻，即當(dāng)熱電級溫度分布不同時(shí)，則熱電偶將產(chǎn)生附加電勢。所以根據(jù)附加熱電勢檢查熱電極材料是否均勻，從而衡量熱電偶質(zhì)量的高低。(3)中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種均質(zhì)導(dǎo)體后，只要保證所接入導(dǎo)體兩端溫度相同，就不會影響熱電偶的熱電勢。金屬mV液態(tài)金屬mV(4)中間溫度定律與連接導(dǎo)體定律（1）已知熱電偶在某一給定冷端溫度下進(jìn)行分度，只要引入適當(dāng)修正，就可以在另外的冷端溫度下使用。這就為制訂熱電偶的熱電勢－溫度關(guān)系溫度表奠定了理論基礎(chǔ)。（2）和熱電偶具有同樣熱電性質(zhì)的補(bǔ)償導(dǎo)線可以引入熱電偶的回路中，相當(dāng)于把熱電偶延長而不影響熱電偶的熱電勢。這就為工業(yè)測溫中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。三.標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶1.鉑銠10-鉑熱電偶(LB-3)2.鉑銠30-鉑銠6(EU-2)熱電偶3.鎳鉻-鎳硅(EU-2)熱電偶4.鎳鉻-考銅熱電偶(EA-2)5.銅-康銅熱電偶(CK)序號

計(jì)

量

器

具

名

稱

準(zhǔn)

確

度

等

級

測

量

范

圍

R-001-304標(biāo)準(zhǔn)組鉑銠10-鉑熱電偶

標(biāo)準(zhǔn)組標(biāo)準(zhǔn)組300～1300℃R-002-305標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶

一等300～1300℃二等300～1300℃工作鉑銠10-鉑熱電偶

0級0～1600℃0級0～1600℃R-003-306標(biāo)準(zhǔn)鉑銠30-鉑銠6熱電偶

一等1200～1600℃二等1200～1600℃工作用鉑銠30-鉑銠6熱電偶

0級1200～1600℃R-004-307工作用鎳鉻-鎳硅熱電偶

0級0～1300℃R-005-308標(biāo)準(zhǔn)銅-康銅熱電偶±2℃0級0～200℃工作用銅-康銅熱電偶

0級0～200℃

熱工計(jì)量器具（R）

耐腐熱電偶和耐磨熱電偶壓著式鎧裝熱電偶耐高溫耐腐蝕熱電偶以特殊金屬陶瓷材料作為外保護(hù)套管，采用復(fù)合型結(jié)構(gòu)，使用溫度1600°C，具有良好的耐高溫、抗氣流沖擊、抗氧化性能。主要用于高溫加熱爐、裂解爐、尾氣焚燒爐、焦化爐等裝置的測溫。吹氣型熱電偶吹氣型熱電偶的結(jié)構(gòu)原理：鎧裝熱電偶感溫元件和外保護(hù)管之間構(gòu)成一定的氣路，在氣路中，通入一定壓力的惰性氣體，以排除或減少熱電偶在高溫、高壓條件下還原氣體的滲入WR系列隔爆熱電偶熱電偶溫度計(jì)四.熱電偶的構(gòu)造1.熱電偶的作用原理2.普通型熱電偶的構(gòu)造3.鎧裝熱電偶的構(gòu)造熱電偶的工作原理2.普通型熱電偶的構(gòu)造

(1)熱電極

(2)絕緣材料

(3)保護(hù)套管

(4)接線盒3.鎧裝熱電偶的構(gòu)造鎧裝熱電偶是由熱電極,絕緣材料和金屬套管三者組合而成的堅(jiān)實(shí)結(jié)合體。鎧裝熱電偶的套管材料為銅,不銹鋼或鎳基高溫合金等。在熱電偶與套管之間填滿氧化粉末絕緣材料,套管中的熱電極有單絲的,雙絲的和四絲的,互不接觸。熱電偶的種類有鉑銠10-鉑,鉑銠30-鉑銠6,鎳鉻-鎳硅和鎳鉻-考銅等.目前生產(chǎn)的鎧裝熱電偶,其外徑為12-25mm,長度可達(dá)100m以上。鎧裝熱電偶的結(jié)構(gòu)(1)熱電極熱電偶的熱電極直徑由材料的機(jī)械強(qiáng)度,電導(dǎo)率,價(jià)格及熱電偶的用途和測量范圍等決定。用貴金屬時(shí)直徑很細(xì),為0.35-0.65mm,用廉價(jià)金屬時(shí),其直徑為1-2mm.熱電偶的長度可根據(jù)實(shí)際需要來決定。普通插入式熱電偶的長度可在300mm-2150mm之間。(2)絕緣材料在熱電偶的兩根電極上套有絕緣材料,其作用是防止兩根電極之間和電極與保護(hù)套管之間發(fā)生短路。常用絕緣材料橡皮,塑料等,最常用的絕緣材料是瓷管和高溫瓷管,其結(jié)構(gòu)有單孔,雙孔,四孔,孔的大小根據(jù)熱電極的直徑而定(3)保護(hù)套管熱電偶的熱電極(包括絕緣管)裝在保護(hù)套管中。使熱電極避免遭受有害氣體的腐蝕,玷污及機(jī)械損傷,防止或減小火焰與氣流的沖刷和輻射,保護(hù)熱電極.對保護(hù)套管材料的要求是耐腐蝕,不滲透氣體,不與氧化性和還原性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng),耐酸堿腐蝕,熱慣性小,能承受溫度劇變,價(jià)格低。常用的保護(hù)套管材料有:銅,20號碳鋼,鎳鉻合金。(4)接線盒主要作用是防止灰塵和水,汽的侵入,便于熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線或?qū)Ь€連接。接線盒用侶合金材料制成,裝在保護(hù)套管的尾部,接線盒的上部有墊片或墊圈加以密封。五.熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶的熱電勢是兩個(gè)接點(diǎn)溫度的函數(shù)表,只有當(dāng)冷端溫度不變時(shí),熱電勢才是熱端溫度的單值函數(shù)。實(shí)際應(yīng)用中,熱電偶冷端所處環(huán)境溫度總有波動,從而使測量得不到正確結(jié)果,必須采取補(bǔ)償措施.冷端溫度處理辦法有以下幾種:1.計(jì)算修正法

2.儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法

3.恒溫法

4.補(bǔ)償法

5.多點(diǎn)測量的熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的外形圖1.計(jì)算修正法若溫度顯示儀表分度時(shí)規(guī)定熱電偶冷端溫度為零攝氏度,而在使用中冷端溫度不為零攝氏度時(shí),根據(jù)熱電偶的中間溫度定律,得知在這種情況下產(chǎn)生的熱電勢為:EAB(t,0)=EAB(t,t0)+EAB(t0,0)

式中:EAB(t,0)-冷端為0,熱端為t時(shí)的熱電勢；

EAB(t,t0)-冷端為t0,熱端為t時(shí)的熱電勢,即實(shí)測值；

EAB(t0,0)-冷端為t0,時(shí)的應(yīng)加校正值。將t0攝氏度的儀表實(shí)測讀數(shù)與相應(yīng)的校正值代數(shù)相加得EAB(t,0),然后從分度表查得被測溫度t值。這種方法只適用于實(shí)驗(yàn)室。2.儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法儀表的機(jī)械零點(diǎn)為儀表輸入電勢為零時(shí),指針停留的刻度點(diǎn),也就是儀表的起始點(diǎn)。若預(yù)知熱電偶冷端溫度為t0,在此時(shí)相當(dāng)于人為給儀表輸入熱電勢EAB(t0,0),在接通測溫回路后,輸入儀表的熱電勢為：

EAB(t,t0)+EAB(t0,0)=EAB(t,0)

使儀表指針指示熱端溫度t值。儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法比較簡單,如熱電偶冷端溫度波動頻繁,變化較大,不宜采用此法3.恒溫法在精密測溫中,一般要求熱電偶溫度保持為0攝氏度,通常采用冰點(diǎn)槽。用清潔的水制成冰屑與清潔的水相混合盛于冰點(diǎn)槽的保溫瓶內(nèi),并使其達(dá)到平衡而保持恒定的0攝氏度,使用時(shí)將熱電偶冷端放在插入冰點(diǎn)槽的試管底部恒溫法是準(zhǔn)確度很高的冷端處理方法,然而使用比較麻煩,需要保持冰,水兩相。4.補(bǔ)償法補(bǔ)償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電壓來補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化所引起的熱電勢的變化。由熱電勢計(jì)算修正法可知,當(dāng)熱電偶冷端溫度tn偏離規(guī)定值t0時(shí),熱電勢的修正值為EAB(tn,t0),如果在熱電偶測量回路中串接一個(gè)等于EAB(tn,t0)的直流電壓U,則回路的總電勢為：

EAB(t,tn)+U=EAB(t,tn)+EAB(tn,t0)=EAB(t,t0)5、多點(diǎn)測量的熱電偶冷端溫度補(bǔ)償在工業(yè)生產(chǎn)中為了有效利用控制盤和節(jié)省顯示儀表，常通過多點(diǎn)切換開關(guān)把幾只甚至幾十只同一分度號的熱電偶接到一塊表上.這時(shí)可將各熱電偶的冷端用補(bǔ)償導(dǎo)線引至溫度變化比較小的地方，然后共用一個(gè)橋式補(bǔ)償器進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償.補(bǔ)償方法有以下兩種.補(bǔ)償方法有以下兩種:(1)利用一塊顯示儀表和一個(gè)冷端溫度補(bǔ)償器的多點(diǎn)測量線路.(2)用一只輔助熱電偶對多只同型號熱電偶冷端進(jìn)行補(bǔ)償?shù)木€路.5、多點(diǎn)測量的熱電偶冷端溫度補(bǔ)償6、熱電偶的校驗(yàn)和誤差分析熱電偶的誤差來源主要有以下一些:(1)分度誤差:由于熱電極材料成分不符要求和材料均勻性等原因,使熱電偶的熱電性質(zhì)與統(tǒng)一的分度表之間產(chǎn)生分度誤差。(2)補(bǔ)償導(dǎo)線誤差:由于補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電極材料在1000C以下的熱電性質(zhì)不同將產(chǎn)生誤差。(3)參比端溫度變化引起的誤差:在利用補(bǔ)償電橋進(jìn)行參比溫度補(bǔ)償時(shí),由于不能完全補(bǔ)償而產(chǎn)生誤差。(4)由于熱電極變質(zhì),使熱電性質(zhì)變化而產(chǎn)生誤差。6、熱電偶的校驗(yàn)和誤差分析四、熱電阻溫度計(jì)一.熱電阻測溫原理二.工業(yè)常用熱電阻三.熱電阻構(gòu)造四.測量誤差分析一.熱電阻測溫原理物理學(xué)指出:各種材料的電阻率都隨溫度變化。若忽略物體的長度和截面隨溫度的變化,則在參比溫度t0下的電阻值Rt0和電阻率的溫度系數(shù)(簡稱電阻溫度系數(shù))a已知物體,可以通過測量此物體的電阻來反映其溫度。二.工業(yè)常用熱電阻在我國,標(biāo)準(zhǔn)化的熱電阻現(xiàn)有鉑的和銅的兩種工業(yè)熱電阻的品種與性能:1.分度號

2.R0電阻與比阻W1003.使用特點(diǎn)1.分度號根據(jù)IEC規(guī)定,鉑電阻有Pt10和Pt100兩種分度號銅熱電阻按WZC標(biāo)準(zhǔn),代號有Cu50和Cu100兩種。2.R0電阻與比阻W100零攝氏度熱電阻值因分度號而異.比阻W100=R100/R0表示阻絲材料的存度.比阻W100越大,存度越高,同時(shí)靈敏度也越高.存度高,則復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性也好。若比阻W100相同,R0不同時(shí),則Rt值也不同.Pt100的Rt值是Pt10值的10倍;Cu100\的Rt值是Cu50的Rt值的兩倍。3.使用特點(diǎn)鉑熱電阻用于－２００－＋６５０攝氏度范圍內(nèi)測溫，銅熱電阻因在高溫下易氧化而適用于５０－＋１５０攝氏度范圍內(nèi)測溫。前者穩(wěn)定性好，準(zhǔn)確度高；后者價(jià)格便宜，電阻與溫度關(guān)系的線性度較好。三.熱電阻構(gòu)造與熱電偶一樣，工業(yè)熱電阻有普通基型結(jié)構(gòu)和鎧裝結(jié)構(gòu)兩種。它們都由感溫元件，引出線，保護(hù)套管，接線盒，絕緣材料等組成，熱電阻的結(jié)構(gòu)電廠專用熱電阻和隔爆型熱電阻套管式熱電阻套管式熱電阻作為溫度測量和控制的傳感器與顯示儀表配套，以直接測量和控制生產(chǎn)過程中氣體，液體和蒸汽的溫度。不僅用于發(fā)電廠管道測溫，同時(shí)也用于其他工業(yè)部門的測溫。裝配式熱電阻工業(yè)用鉑電阻作為溫度測量的傳感器，通常用來和顯示儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。耐腐型、耐磨型熱電阻但在某些特殊場合，如化工廠、冶煉廠、火電廠等，用普通熱電偶，熱電阻就極易損壞。因此，在這些場合必須采用特殊材料及機(jī)構(gòu)的熱電偶熱電阻。熱敏電阻體溫表原理輻射式溫度計(jì)§3壓力測量和儀表概述結(jié)構(gòu)形式

彈性式壓力計(jì)一概述1、法定的定義和單位在靜止的真實(shí)流體或在理想流體中,作用在一個(gè)給定點(diǎn)上的壓力P單位:Pa(帕斯卡).1牛頓的力作用在1平方米平面上造成的壓力等于是1Pa.常用的單位有MPa,KPa。2、壓力的不同型式環(huán)境壓力或大氣壓力-這是用氣壓計(jì)測定的壓力它是隨大氣條件和地點(diǎn)而變化的.確定為"標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)"的大氣壓力參考值等于是101325Pa。相對壓力或有效壓力-這是相對于環(huán)境壓力測定的壓力。如果環(huán)境壓力是可變的,那末在某些時(shí)間間隔中測定的壓力的相對值或有效值。真空或負(fù)壓-這是負(fù)的相對壓力，因此它低于環(huán)境壓。過壓--這是正的相對壓力。差壓--這是兩個(gè)壓力的差值。絕對壓力--相對于真空測量的壓力。絕對壓力動畫演示3、壓力測量A．壓力探頭和靜壓測量（1）靜止流體（2）運(yùn)動流體B.總壓和動壓測量（1）總壓測量-單畢托管（2）動壓測量-雙畢托管（1）靜止流體靜止流體--在靜止流體情況下,一個(gè)正確的取壓口應(yīng)該保證經(jīng)受壓力的空間與測量儀表之間的傳遞連續(xù)性?？梢越柚谌魏沃睆降目?然而相對于區(qū)域尺寸來說是足夠小的)取壓。（2）運(yùn)動流體運(yùn)動流體--具有各種各樣的儀表(或探頭)用來測量流體內(nèi)部的靜壓然而應(yīng)該謹(jǐn)慎用使用這些探頭必須以知被測點(diǎn)流線方向?yàn)榍疤嵊商筋^定向不佳造成的測量誤差一般和局部速度的平方成正比,因此用隨想流向與探頭之間的入射角而變化的比值來表示這種誤差是合理的。常用的探測原件有塞爾(SER)原盤,雙孔葉片,普朗特(PRANDOT)管,吉勒德(Girerd)-吉也納(Guiennu)探頭.（1）總壓測量-單畢托管假定一個(gè)靜止的障礙物位于運(yùn)動的理想流體內(nèi)部.有一條流線在障礙物的R點(diǎn)滯止,沿著這條流線我們可以應(yīng)用伯努力方程。在滯止點(diǎn)R上速度等于零因此令h=ZM-ZR,可以得到表達(dá)式PR=PM+pgh+um2/2(1.8)

滯止壓力PR就代表總壓。畢托管畢托管是由一個(gè)垂直裝在支桿上的圓筒形測量頭組成的管狀裝置，通過測試點(diǎn)的動壓和靜壓差值求出該點(diǎn)流速或某截面的流量。

測速管示意圖（2）動壓測量-雙畢拖管測定動壓或者測定一個(gè)點(diǎn)上的流速這都是一回事它裝有與壓差表相連的總壓取壓口R及靜壓取壓口M.當(dāng)忽略重力項(xiàng)時(shí)我們從方程(1.8)可以得到U=(2(PR-Pm)/p)0.5。4、計(jì)量特性（1）特性規(guī)范（2）準(zhǔn)確度規(guī)范（3）環(huán)境參數(shù)的影響（4）壓力計(jì)的分類（5）有關(guān)壓力計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)（1）特性規(guī)范量程對儀表來說可適用的被測量終端值之間的代數(shù)差值,而且在該范圍內(nèi)別處確定的傳感器的計(jì)量特性是受保證的。量程的選擇是一項(xiàng)重要的工作.例如要用一只量程為0-50bar,準(zhǔn)確度為1%滿刻度的傳感器測量0.1bar的壓力,這是十分可笑的。為了得到儀表的最佳特性,以工作在滿量程為好,但也不要超過儀表的量程.后者可能損壞傳感器。（2）準(zhǔn)確度規(guī)范遷移誤差-定義為造成傳感器指示值發(fā)生可覺察變化的被測量的最大變化量。它是由于摩擦間隙及引伸到所有那些造成傳感器輸出信號不連續(xù)性的現(xiàn)象造成的。在大多數(shù)壓力傳感器中,這種誤差是覺察不到的或者非常小。（3）環(huán)境參數(shù)的影響環(huán)境參數(shù)是指所有那些對于測量儀器的隨便那一元件起作用的量它可能造成錯(cuò)誤的指示值。然而這些參數(shù)的物理效應(yīng)一般被很好地定量說明往往有可能通過簡單的計(jì)算或特殊的校驗(yàn)加以修正。當(dāng)然我們這里說的是影響量的慢變化而不是熱沖擊(熱沖擊或機(jī)械沖擊),后者可能具有破壞作用。

a.溫度

b.其它參數(shù)a.溫度溫度使得構(gòu)成壓力傳感器的材料的尺寸和物理性質(zhì)發(fā)生變化。最受影響的特性是:電阻率與應(yīng)變計(jì)系數(shù)有關(guān)的壓阻系數(shù),電容式傳感器的介電常數(shù)壓電系數(shù)以及可使感受體壓力-變形關(guān)系發(fā)生變化的楊氏模量。由此引入了零點(diǎn)誤差和靈敏誤差以量程的百分?jǐn)?shù)來表示。b.其它參數(shù)在可變電容式傳感器情況下,大氣濕度影響它的介電常數(shù);大氣壓力的影響可容易地通過加減加以修正在運(yùn)動情況下加速度在感受件上造成一個(gè)附力并改變了它的影響。對于振動來說它導(dǎo)致背景噪聲,而且,如果傳感器的可動部件在它的諧振頻率附近被激勵(lì),那么,這種振動可能是特別有害的。（4）壓力計(jì)的分類

a.壓力計(jì)按感壓元件分類

b.按被測壓力的種類分類

c.按壓力計(jì)的性能分類

d.按壓力計(jì)的用途分類

E.按壓力計(jì)的形狀,精度分類a.壓力計(jì)按感壓元件分類(1)液柱式壓力計(jì)├─U形管壓力計(jì)├──單管壓力計(jì)├──斜管壓力計(jì)├──鐘罩壓力計(jì)├──C字形壓力計(jì)├──盤旋形壓力計(jì)(2)彈性壓力計(jì)├───波紋管壓力計(jì)├──螺旋形壓力計(jì)├───膜片式壓力計(jì)├───波紋管壓力計(jì)├───膜盒式壓力計(jì)b.按被測壓力的種類分類(1)表壓力計(jì)├────真空計(jì)├────壓力真空計(jì)├────壓力計(jì)(2)絕對壓力計(jì)(3)差壓計(jì)c.按壓力計(jì)的性能分類├─指示式壓力計(jì)──┐┌─帶警報(bào)器壓力計(jì)1現(xiàn)場顯示型-┤├─┤│──┘└─帶調(diào)節(jié)器壓力計(jì)├─記錄式壓力計(jì)

┌──電動壓力變送器2遠(yuǎn)距離顯示型──┤└──氣動壓力變送器d.按壓力計(jì)的用途分類普通型,耐熱型,耐振型,耐熱耐振型,密封型,安全型,蒸氣型,禁油型,法蘭連結(jié)型,帶隔膜封入液型。E.按壓力計(jì)的形狀,精度分類

外部形狀指示形狀,同心,偏心型,單針型,雙針型,多針型,刻度形狀,圓形刻度型,扇形刻度型,直線刻度型。精度:0.2級-0.3級圓型方型一般壓力表袖珍數(shù)字壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì)1.金屬彈簧管2.指針3-連桿4.扇型齒輪5.彈簧6-底座7.測壓接頭8.小齒輪9.外殼耐高溫壓力表彈簧管壓力計(jì)（5）有關(guān)壓力計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)1:(1)JIS標(biāo)準(zhǔn),NEC電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn),NEMA標(biāo)準(zhǔn)。

(2)工廠電氣設(shè)備防爆指南。

(3)一般高壓氣體的安全保障規(guī)則,液化石油氣的安全保障規(guī)則,勞動安全衛(wèi)生法。2:液柱式壓力計(jì)液柱式壓力計(jì)是由液柱的高度產(chǎn)生的壓力和被測量的壓力平衡,并用液柱高度表示相應(yīng)壓力的一次壓力計(jì).用液體壓力計(jì)測量壓力也是測量差壓。常用的工作液體是水和水銀。二、結(jié)構(gòu)形式

1U形管壓力計(jì)

2單管壓力計(jì)

3斜管壓力計(jì)

4絕對壓力計(jì)

5壓力計(jì)的組成

6使用注意事項(xiàng)1U形管壓力計(jì)U形管壓力計(jì)一般用水銀或水做工作介質(zhì),測量范圍分別為0-2000mmH2o或mmHg.用水作工作介質(zhì)時(shí)不能測量絕對壓力但是可以測量表壓力和差壓壓力。用水銀做工作介質(zhì)時(shí)能測表壓力絕對壓力和差壓壓力。U形管壓力計(jì)多用做工業(yè)測量用的標(biāo)準(zhǔn)器。U形管壓力計(jì)2單管壓力計(jì)單管壓力計(jì)是把U形管壓力計(jì)的一側(cè)管徑作得很大,只在細(xì)管一側(cè)單邊取讀數(shù)。如圖3.3所示。因此標(biāo)尺采用修正過大容器液面高度變化的刻度測量修正能以0.1mmH2o或0.1mmHg的精度測量.公式如下:h=h'(1+a/A)

式中:h-液面的高度差(壓力差)h‘-細(xì)管一側(cè)的液面移動高度

a-細(xì)管的內(nèi)截面積

A-大容器的截面熟積

3斜管壓力計(jì)斜管壓力計(jì)是細(xì)管傾斜的單管壓力計(jì)。細(xì)管的傾斜使液面的位移距離加長從而放大指示液柱高度的刻度,測量范圍在0-50mmH2o(或0-50mmHg)。能以0.01mmH2或0.01mmHg的精度進(jìn)行測量,在工業(yè)測量中用作微壓測量的標(biāo)準(zhǔn)器。4絕對壓力計(jì)把U形管一側(cè)的水銀面上部分抽真在U形管的一側(cè)就能得到絕對壓力。這種一側(cè)封閉真空的壓力計(jì)叫絕對壓力計(jì).其測量范圍是小于760mmHg的。5壓力計(jì)的組成

壓力計(jì)一般由三個(gè)部分組成:(1)感壓部分:接受要測的壓力并把被測壓力變換成位移或;感壓部分元件有:U形管,單管,斜管,波紋管,膜片,膜盒等(2)傳送部分:把來自感壓部分的位移或者力的信號通過放大或者變換成統(tǒng)一的電信號或空氣壓信號傳送到指示部分;傳送部分有:直接傳動式傳送部分,電動變送式傳送部分等(3)指示部分:接收來自傳送部分的信號并指示,記錄被測壓力。指示部分有:現(xiàn)場顯示型壓力計(jì),遠(yuǎn)距離顯示型壓力顯示部分。6使用注意事項(xiàng)測壓液體和管子應(yīng)是干凈的,臟東西的存在同時(shí)使密度和表面張力發(fā)生變化這兩種效應(yīng)難以定量說明,它們表現(xiàn)為彎月面形狀不規(guī)則,其截面各異。上升帶有跳動,管子應(yīng)常用硫代鉻酸的混合物清結(jié)用酒精洗滌并在存靜空氣中干燥,測壓液體應(yīng)該定期更換或再生處理。管子應(yīng)該是圓形的。截面的變化造成容積式壓力計(jì)的截面修正誤差和毛細(xì)效應(yīng)誤差。確安裝測量裝置,保持系統(tǒng)的密封性。連接管內(nèi)不應(yīng)該含有寄生流體玻璃管內(nèi)在更換或清洗時(shí)經(jīng)常由于碰,摔而碎或出現(xiàn)裂紋,所以操作要十分注意。三、彈性式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)便于安裝,帶有標(biāo)準(zhǔn)化螺紋接點(diǎn)(NFE-15-012).讀數(shù)方便和價(jià)格低廉使之成為非常有用的工業(yè)儀表這些壓力計(jì)對于那些影響材料彈性的量是敏感的。如溫,脈動,振動,腐蝕性流體等原因。

1波紋管壓力計(jì)

2膜片壓力計(jì)1波紋管壓力計(jì)波紋管壓力外圓沿軸向有深槽形波紋狀縐摺,并沿軸向能夠伸縮.因?yàn)槟蛪簭?qiáng)度有限.所以多用作低壓壓力的感壓原件。波紋管的壽命是使波紋管在一定的循環(huán)壓力作用下,循環(huán)伸縮,用直到破壞的循環(huán)次數(shù)表示波紋管的壽命。雙波紋管壓差計(jì)2膜片壓力計(jì)膜片壓力計(jì)有兩類:一類是利用膜片彈性制成的彈性膜片壓力計(jì)另一類是用膜片把被測流體和壓力計(jì)的其它部分分隔,即所謂非彈性膜片壓力計(jì)。彈性壓力計(jì)構(gòu)造不太復(fù)雜,無須特殊管理.但應(yīng)經(jīng)常接受檢定計(jì)量法對其修理有嚴(yán)格的限制,不受限制的修理項(xiàng)目,只有更換表蒙玻璃一項(xiàng),其它修理工作,必須由專門的修理工或是計(jì)量管理部門指定的工廠承擔(dān)。四、壓力變送器

一.變送器的概念二.電阻應(yīng)變片式

三.力平衡式傳感器

四.電容式壓力傳感器

五、單晶硅諧振式壓力傳感器

六.壓力表的選擇和安裝一.變送器的概念

變送器(傳感器)這一詞是指將被測的某一物理量按照一定轉(zhuǎn)換規(guī)律轉(zhuǎn)換成另一種已知的物理量的一種轉(zhuǎn)換裝置。它是一個(gè)用于檢測控制變量(信息)的器件,它具有檢測,轉(zhuǎn)換,傳輸信息的功能。近來把傳感器直接定義為:能感知,并檢測出被測對象之信息的機(jī)器。也就是說,傳感器能夠代替人的五官(視、聽、嗅、味、觸)來完成某些功能的機(jī)器。同時(shí),即使人的五官不能感知的現(xiàn)象(例如紅外線、電磁波、超聲波等)也能感知。工作原理：YSZK-100系列壓力變送是一種固態(tài)壓力變送器。用先進(jìn)工藝制成的壓阻式敏器件，在激勵(lì)電壓的作下，將作用在膜片上的被惻力所性趁形成的應(yīng)力轉(zhuǎn)換電壓信號。YSZK-100系列壓力變送器

144LD，144LVD智能型電動浮筒液位變送器是根據(jù)阿基米德浮力原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的，利用微小的金屬膜片應(yīng)變傳感技術(shù)，用于測量液體的液位、界位或密度?？赏ㄟ^現(xiàn)場組態(tài)進(jìn)行常規(guī)設(shè)定操作，也可通過PC機(jī)軟件或終端進(jìn)行遠(yuǎn)程組態(tài)和監(jiān)控。可用于各類危險(xiǎn)場合。

智能型電動浮筒液位變送器

144LD，144LVD智能型電動浮筒液位變送器，

引進(jìn)福克斯波羅的技術(shù)和原裝組件生產(chǎn)的智能型液位、界位或密度測量變送器。具有極的高精度和良好的穩(wěn)定性。智能型電動浮筒液位變送器智能式變送器擴(kuò)散硅壓力變送器變送器外型尺寸電感式液位變送器壓力變送器BUS液位變送器氣動差壓變送器主要用來連續(xù)測量生產(chǎn)過程中液體、蒸汽及氣體的壓力，并將壓力轉(zhuǎn)換成20-100KPa的壓力訊號。帶法蘭差壓變送器QBF帶法蘭差壓變送器系法蘭的形式和被測量對象相聯(lián)系的差壓變送器，可用來連續(xù)測量粘興流體、腐蝕性、沉淀性、結(jié)晶性流體的液位、分界面和流量等。電感壓力變送器氣動絕對壓力變送器DBY-型氣動壓力變送器，主要用來連續(xù)測量生產(chǎn)過程中液體或氣體的絕對壓力，并將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一信號。本變送器可以在有爆炸危險(xiǎn)的場合工作。氣動帶法蘭壓力變送器QBYF型氣動帶法蘭壓力變送器，系以法蘭形式與被測介質(zhì)聯(lián)接，用隔離膜片測量的壓力變送器，可用來測量粘性，腐蝕性、沉淀性、結(jié)晶性流體的壓力。陶瓷壓力變送器差壓變送器氣動溫度變送器QBW型氣動溫度壓力變送器與相應(yīng)的敏感元件配套，用來測量工業(yè)生產(chǎn)過程中的各種介質(zhì)的溫度，將溫度比例地轉(zhuǎn)換成20-100kPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號輸出。法蘭安裝差壓變送器壓力（表壓）變送器二.電阻應(yīng)變片式電阻式壓力傳感器是目前用得最多的一種壓力傳感器,其作用原理是根據(jù)導(dǎo)體在外界壓力作用下電阻發(fā)生變化,而電阻的變化△R與作用的壓力P成比例,即△R=f(P)。根據(jù)壓力式傳感器的發(fā)展情況。大體經(jīng)歷了以下的變化過程:電位計(jì)式→非粘帖式→粘帖式→薄膜應(yīng)變式→擴(kuò)散半導(dǎo)體和粘帖梁半導(dǎo)體應(yīng)變式等多種類型.除電位計(jì)式外,其它統(tǒng)稱為應(yīng)變式。

1.電位式壓力傳感器

2.非粘帖應(yīng)變式壓力傳感器

3.

紅外線光電傳感器有什么特別？1.電位式壓力傳感器電位式壓力傳感器實(shí)質(zhì)上是壓力儀表中彈性敏感元件受壓后的位移,推動一個(gè)電位器的滑動電刷,從而改變電位器電阻比產(chǎn)生輸出信號,其輸出信號可以是電壓或電流,從而進(jìn)行壓力測量的傳感器.所以這種傳感器實(shí)際上是一個(gè)變阻器。這種傳感器的結(jié)構(gòu)簡單,成本低,有較大的信號輸出,適用于交直流,精度一般在±1%左右。但是不能適用于振動,動態(tài)和精密測試。2.非粘帖應(yīng)變式壓力傳感器金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變(應(yīng)變)時(shí),其電阻也發(fā)生相應(yīng)的變化的現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng).利用應(yīng)變效應(yīng)制作的傳感器稱為應(yīng)變式傳感器.在應(yīng)變式壓力傳感器中,直接利用電阻絲或片,當(dāng)壓力作用下其電阻隨之相應(yīng)變化來測量壓力的傳感器.3.紅外線光電傳感器紅外傳感器工作原理三.力平衡式傳感器力平衡式是一種伺服機(jī)構(gòu),其中利用探測器信號來生產(chǎn)一個(gè)fr,這個(gè)力與由被測壓力作用在感受體上的力fP相對抗。控制感受體的位置,伺服裝置限制了它的位移,保持很小的位移量(0.1-10um).因此機(jī)械缺陷(例如,感受體變形的非線性)不可逆性(間隙,滯后作用)以及熱膨脹的影響可以被消除或者至少可以顯著減小。電動式驅(qū)動器-施加在感受體上的由一只布置在永久磁鐵的磁極之間并通入控制電流I的可動線圈產(chǎn)生的力相抵消。靜電驅(qū)動器-用一只剛性可忽略的膜片作為雙電容器的中心極片。

四.電容式壓力傳感器利用兩平行板電容可以測量壓力的傳感器稱為電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器可分為三種類型:改變面積式,變介電質(zhì)的變間隙式(可以用空氣,固體介質(zhì)如云母等)和變極間距離等三類.1.差動電容式

2.可動板電容式

3.霍爾式壓力傳感器

傳感器結(jié)構(gòu)1.差動電容式

被測壓力通過敏感元件—膜盒傳到膜片上,使膜片產(chǎn)生位移。由于極板構(gòu)成差動式,從而使位于膜片上下兩部分的電容變化。所以膜片作為可動極板,其位移量與被測壓力成比例。當(dāng)接入交流電橋或其它分壓電路便可檢測出被測壓力的大小。工作原理工作時(shí)，高、低壓側(cè)的隔離膜片和灌充液將過程壓力傳遞給中心的灌充液，中心的灌充液將壓力傳遞到－室傳感器中心的傳感膜片上。傳感膜片是一個(gè)張緊的彈性元件，其位移隨所受差壓而變化(對于GP表壓變送器，大氣壓力如同施加在傳感膜片的低壓側(cè)一樣)。AP絕壓變送器，低壓側(cè)始終保持一個(gè)參考壓力。傳感膜片的最大位移量為0.004英寸（0.10毫米），且位移量與壓力成正比。兩側(cè)的電容極板檢測傳感膜片的位置。傳感膜片和電容極板之間的電容差值被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流，電壓或數(shù)字HAPT?(高速可尋址遠(yuǎn)程發(fā)送器數(shù)據(jù)公路)輸出信號。2.可動板電容式傳感器由外殼以及夾在外殼中的金屬膜片,緊固在調(diào)節(jié)桿上的金屬盤,以及壓力引入管等部件組成。通過移動調(diào)節(jié)桿可以使金屬盤改變與膜片之間的距離,從而可以改變金屬盤與膜片間的初始極間距離。在安裝時(shí)應(yīng)使金屬調(diào)節(jié)桿與外殼絕緣。金屬膜片在壓力作用下改變了初始極間的距離,從而使電容發(fā)生變化,經(jīng)測試電路便可測得被測的壓力值。3.霍爾式壓力傳感器位于磁場中的靜止載流體,當(dāng)其電流I的方向與磁場強(qiáng)度的方向之間有夾角α?xí)r,則在載流體中平行于H,I的兩側(cè)面之間將產(chǎn)生電動勢,這一物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。霍爾壓力傳感器一般由兩部分組成,一部分是彈性元件,用它來感受壓力并把壓力轉(zhuǎn)換成位移量,另一部分是霍爾元件和磁路系統(tǒng).通常把霍爾元件固定在彈性元件上,這樣當(dāng)彈性元件在壓力作用下產(chǎn)生位移時(shí),就帶動霍爾元件在均勻梯度的磁場中移動,從而產(chǎn)生霍爾電勢.所用彈性元件可以是彈簧觀或膜盒等.l、各種集成霍爾元件2．1霍爾效應(yīng)簡述如圖1所示，如果將一塊載流導(dǎo)電板放入垂直于它的磁場中，當(dāng)有電流通過導(dǎo)電板時(shí)，將在它的上、下兩側(cè)產(chǎn)生一個(gè)電位差。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在磁場不太強(qiáng)的情況下，該電位差與電流強(qiáng)渡，和磁感應(yīng)曰成正比，與導(dǎo)電板的厚度d成反比，即VH=(，·B／d)式中：為霍爾電勢或電壓；克為霍爾(靈敏度)系數(shù)，V／AT?；魻栯妱菪纬傻臋C(jī)理是，帶電粒子在磁場中運(yùn)動時(shí)，將受到洛倫茲力的作用，使帶電粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一個(gè)垂直于其運(yùn)動方向的電動勢，即霍爾電勢。圖1霍爾效應(yīng)原理2、雙極平行元件圖2是采用標(biāo)準(zhǔn)雙極(bipolar)工藝制成的霍爾元件，由于電流在外延層內(nèi)平行于芯片表面流動，因此又稱為平行霍爾元件。它在P型硅芯片上分別外延生長出平行于芯片表面的2個(gè)n型電流電極和霍爾電極，芯片垂直于磁場B。當(dāng)外延層內(nèi)的主電流通過芯片表面時(shí)，它的靈敏度與垂直于它的磁場相關(guān)。同時(shí)，外延層的雜質(zhì)濃度與厚度相關(guān)。這種霍爾元件的特點(diǎn)是靈敏度較高，一般為300V／AT且與雙極集成電路兼容，因此廣泛用于霍爾集成電路中。采用雙極工藝還可以制成垂直霍爾(vH)元件．但。其產(chǎn)生霍爾電壓的電流路徑長度受到約lOgm厚外延層的限制，服從“短”霍爾元件規(guī)律，即幾何效應(yīng)不能忽略，因此該霍爾元件的靈敏度較低，它與元件的長度Z(外延層厚度)成正比，與電流路徑b成反比。為了提高靈敏度而減少電流路徑，又研制了擴(kuò)散型(DvH)和溝道型(rvH)兩種垂直霍爾元件圖3的DVH元件具有扁電流路徑，受n型硅外延膜中P擴(kuò)散層的限制，靈敏度為47V／AT，與CMOS元件比較，較低。圖4的rrvH元件靈敏度較高，為縮短電流路徑它的溝道圍繞著電流路徑定位。2．3M0S垂直元件圖6CMOS垂直霍爾元件圖5是采用MOS工藝制成的另一種垂直霍爾元件，它的薄MOS溝道作為霍爾元件的激勵(lì)區(qū)，雖然該溝道內(nèi)的霍爾遷移率比體型霍爾元件低，但因元件厚度在0．1nm以內(nèi)，因此可獲得1000V／AT的靈敏度。3、應(yīng)力、力和壓力傳感器圖24是一種霍爾法向應(yīng)力傳感器，它由外殼、雙頭螺栓、傳感器、2個(gè)磁鐵、中心膜片和剛性環(huán)等部分組成。為了減少非線性和遲滯，該膜片和環(huán)加工成一個(gè)整體。圖25是一種霍爾效應(yīng)邊界剪切應(yīng)力傳感器，它由支撐塊及其兩對磁鐵，磁鐵上的傳感器，上、下支持塊和兩側(cè)的蓋等部分組成。被測剪切應(yīng)力沿上支撐塊方向。它的測量原理是檢測受力的兩個(gè)懸臂梁的彎曲和位移程度。該線性輸出式霍爾傳感器被粘到一個(gè)小鋼條上，然后再粘到一塊支撐板上。另一對磁鐵連接到極性相反的支承板上。圖26是一種由2個(gè)霍爾元件和4塊磁鐵構(gòu)成的1個(gè)壓力或測力傳感器。在這種結(jié)構(gòu)中，每個(gè)霍爾元件均在一對磁鐵間從一極運(yùn)動到另一極。每個(gè)霍爾元件產(chǎn)生的位移S與輸出電壓呈線性關(guān)系。將磁鐵與霍爾元件之間的距離減至0．1mm，傳感器的靈敏度達(dá)15mV／btmI-。五、單晶硅諧振式傳感器

傳感器

硅片電子顕微鏡寫真受壓部份構(gòu)造

振動子勵(lì)振端子検出端子ダイアフラムチップ真空室シェルダイアフラムチップ振動子中心膜片（マル鋼）傳感器SUS316ＬＬ側(cè)BODＹＳＵＳ３１６鍛造ＲＩＮＧ驅(qū)動板傳感器ＡＳＳＹシリコーンオイル封入液信號SUS316LＬ鍛造Ｈ側(cè)BODY18Cr-12Ni-2.5Mo-低C密封膜片哈氏合金Ｃ-276）Ni=BAL60%Cr=15.5%Mo=16%W=3.5%Fe=5.5%ets3.在無壓力時(shí)諧振頻率為90kHz2.涂附在硅層上的H形諧振梁1.硅層諧振式傳感器單晶硅諧振式壓力傳感器的構(gòu)成4.壓力引起硅層發(fā)生應(yīng)變

5.來自硅層的應(yīng)變線性地改變諧振梁的頻率輸出壓力Si諧振傳感器結(jié)構(gòu)2個(gè)Si諧振傳感器H型

諧振器H

型Si諧振器Si片

傳感器的構(gòu)造原理力磁界力磁界電流電壓法拉第左手原理法拉第右手原理硅片振子永久磁石NSSi諧振傳感器起振原理永久磁鐵激勵(lì)電路電磁力方向頻率輸出SiH型諧振傳感器Si片磁場Si傳感器壓縮擴(kuò)張諧振式傳感器單晶硅諧振式傳感器的原理2.作用在硅層上的壓力1.兩塊頻率為90kHz的共振被固定在硅層上3.由于位置和深度的變化一塊被擴(kuò)張而另一塊被壓縮

4.壓力使得被擴(kuò)張的諧振梁頻率由90到110kHz而被壓縮的一塊由90到70kHz變化

5.而微處理器只需簡單的對頻率計(jì)數(shù)1109070深度kHz壓縮拉伸過程壓力隔離墊片H型諧振器基體Si諧振傳感器壓力轉(zhuǎn)換傳感器

40kHz

被壓縮的諧振梁頻率降低

被張緊的諧振梁頻率升高諧振式傳感器諧振式傳感器的頻率輸出壓力頻率

壓力諧振式傳感器變送器成品的精度上下行程比例輸出電容式EJA系列緊湊&輕量

易于安裝19.8cm3.9kgEJA110差壓變送器玻璃層芯片頭部高壓側(cè)流動壓力低壓側(cè)流動壓力膜盒體高壓低壓熱孤立的傳感器結(jié)構(gòu)與過程壓力分開

1.傳感器被分離置于膜盒體頸部隔離膜片

2.高低壓力通過內(nèi)部硅油以液體壓力的方式作用于傳感器

與現(xiàn)場溫度隔離與現(xiàn)場震動隔離數(shù)字精度的本地調(diào)節(jié)

零點(diǎn)/量程的數(shù)字微調(diào)

0.01%改變分辨率易于調(diào)整無模擬電位器溫度穩(wěn)定傳統(tǒng)變送器的便利手動自由調(diào)節(jié)滿度上升/抑制承受力

工程單位4.5位

范圍設(shè)置開關(guān)（零點(diǎn)/量程）

輸出改變方向指示增強(qiáng)的LCD顯示交替式

交替(每3秒.)或固定

14種可選工程單位錯(cuò)誤代碼信息本地零點(diǎn)/量程開關(guān)可旋轉(zhuǎn)安裝改良的規(guī)格特性為所有應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)而設(shè)計(jì)零點(diǎn)/量程數(shù)碼調(diào)節(jié)0.01%調(diào)整精度數(shù)字LCD哈氏C-276隔離膜片側(cè)面排氣螺釘傳統(tǒng)托架配置不銹鋼螺釘不銹鋼容室法蘭不銹鋼位號牌多國防爆認(rèn)證EJA—外特性低銅鑄鋁SCS14ASUS316L(本體)接液膜片哈氏合金C-276高/底壓側(cè)可互換表頭/上部差壓下的諧振頻率變化1101009080705,00010,000

差壓(mmH2O)頻率(kHz)傳感器硅諧振傳感器的復(fù)合傳感特性R..f1f2f1

-f2 =與差壓成正比f1

+f2

=與靜壓成正比

R

=與溫度成正比傳感器傳感技術(shù)比較一覽表原理結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)電容式壓阻式單晶硅諧振式

結(jié)構(gòu)簡單歷史悠久

滯后小復(fù)合傳感

滯后小溫度影響小靜壓影響小復(fù)合傳感

差壓靜壓溫度缺點(diǎn)

滯后大重復(fù)性差溫度誤差大(未補(bǔ)償前)電極中心膜片傳感器硅諧振傳感器與電容式傳感器的比較諧振器基片壓力真空罩y磁場固定電極可動電極固定電極DD

初始間距d

位移C1C2

電容C1=

電容C2=SD+dSD-dC1-C2C1+C2

計(jì)算公式c=dD=電極位移初始間距()感應(yīng)膜片位移最大值

mm(100μm)

微小位移就能導(dǎo)致誤差

1μm形變=1%誤差感器組件

硅油中心膜片接液膜片低壓側(cè)高壓側(cè)接液膜片沖灌液感應(yīng)膜片膜盒體f

L傳感器硅諧振傳感器與壓阻式傳感器的比較差壓引起的信號變化壓阻式傳感器溫度變化所引起的信號變化0.25%/50oC靜壓所引起的信號變化0.1%/100kgfcm24%15%硅諧振傳感器0.01%4倍靈敏度高高精度量程寬環(huán)境變化影響小長期穩(wěn)定性0.03%傳感器

單晶硅諧振傳感器性能靈敏度高量程比高滯后小高精度抗環(huán)境變化能力強(qiáng)溫度影響小長期穩(wěn)定性靜壓影響小復(fù)合傳感器高精度

差壓靈活多用

靜壓性價(jià)比高

溫度 現(xiàn)場運(yùn)行總誤差現(xiàn)場運(yùn)行總精度穩(wěn)定性輸入/輸出特性(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)溫度影響(現(xiàn)場工作狀態(tài)下)靜壓影響(現(xiàn)場工作狀態(tài)下)過壓影響(現(xiàn)場工作狀態(tài)下)

輸入/輸出特性型號:EJA110-M量程:10000mmH20型號:EJA110-H量程:5kgf/cm223(oC)No.223(oC)No.10.10.050-0.05-0.1誤差(%)23(oC)輸入(%)-100050100-50No.20.10.050-0.05-0.1誤差(%)輸入(%)No.10.10.050-0.05-0.1誤差(%)-100050100-50輸入(%)-100050100-5023(oC)0.10.050-0.05-0.1誤差(%)輸入(%)-100050100-50EJA變送器溫度影響型號:EJA110-M量程:10000mmH20型號:EJA110-H量程:5kgf/cm2No.2SPANZEROSPANZERONo.1No.2SPANZERO-0.20.2

0.1

0-0.1

誤差(%)No.1溫度0C-50050100SPANZERO0.2

0.1

0-0.1

誤差(%)-0.20.2

0.1

0-0.1

誤差(%)-0.2溫度0C-50050100溫度0C-50050100溫度0C-500501000.2

0.1

0-0.1

誤差(%)-0.2EJA變送器性能對比溫度變化［零點(diǎn)漂移］溫度影響諧振頻率

輸入壓力室溫fc

室溫fr

高溫fr1

高溫fc1Iout(0):室溫時(shí)輸出

Iout(p):高溫時(shí)輸出

Iout(0)=fr-fcIout(p)=(fr-fr)-(fc-fc)=(fr-fc)-(fr-fc)=Iout(0)-(fr-fc)∵fr=fc∴Iout(p)=Iout(0)故：溫度對輸出沒有影響EJA變送器靜壓影響S.Pkg/cm2050100150-0.1

0.10.050-0.05

零點(diǎn)誤差%No.1No.2No.2No.1型號:EJA110A-XM量程:10000mmH20型號:EJA110A-XH量程:5kgf/cm2-0.1

0.10.050-0.05

零點(diǎn)誤差%-0.1

0.10.050-0.05

零點(diǎn)誤差%S.Pkg/cm20501001５0S.Pkg/cm2050100150-0.1

0.10.050-0.05

零點(diǎn)誤差%S.Pkg/cm2050100150EJA變送器性能對比EJAvs.其它智能式變送器0.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8誤差(%)03570105140靜壓(Kgf/cm2)1.21.00.80.60.40.20-0.2誤差(%)03570105140靜壓(Kgf/cm2)

EJA110A-XM

量程：0～1000mmH2O其它智能式變送器量程：0～1000mmH2O靜壓變化［零點(diǎn)漂移］性能對比EJAvs.其它智能式變送器

靜壓變化［零點(diǎn)漂移］誤差(%)靜壓(Kgf/cm2)3051c智能式變送器1/100量程比(100mmH2O)0204060801001201401050-5

-10誤差(%)0204060801001201401050-5

-10靜壓(Kgf/cm2)EJA110A-XM1/100量程比(100mmH2O)靜壓影響諧振頻率輸入壓力大氣壓fc大氣壓fr高靜壓fr1

高靜壓fc1Iout(0):大氣壓時(shí)輸出

Iout(p):高靜壓時(shí)輸出

Iout(0)=fr-fcIout(p)=(fr-fr)-(fc-fc)=(fr-fc)-(fr-fc)=Iout(0)-(fr-fc)∵fr=fc∴Iout(p)=Iout(0)

故：靜壓對輸出沒有響EJA變送器過壓影響型號:EJA110A-XM量程:1000mmH20(1/10ofMaxSpan)壓力:1６0kgf/cm2型號:EJA110A-XM量程:1000mmH20(1/10ofMaxSpan)壓力:1６0kgf/cm2過壓長期穩(wěn)定性Error(%)+0.1-0.1

過壓零點(diǎn)漂移LLLLHHHHError(%)+0.1-0.120406080100120x1000TimesEJA變送器

出色的過壓性能

EJA系列vs.電容式電容式EJA系列零點(diǎn)漂移上下行程比例輸出性能對比EJAvs.其它智能式變送器2.01.51.00.50-0.5-1.0-1.5-2.0誤差(%)03570105140過壓(Kgf/cm2)2.01.51.00.50-0.5-1.0-1.5-2.0誤差(%)03570105140過壓(Kgf/cm2)EJA110A-XM量程：0～1000mmH2O其它智能式變送器量程：0～1000mmH2O過壓滯后性性能對比EJAvs.其它智能式變送器2.01.51.00.50-0.5-1.0-1.5-2.0誤差(%)03570105140過壓(Kgf/cm2)0.50-0.5-1.0-1.5-2.0-2.5-3.0-3.5誤差(%)03570105140過壓(Kgf/cm2)EJA110A-XM

量程：0～1000mmH2O3051c智能式變送器量程：0～1000mmH2O過壓滯后性無3閥組安裝方式常規(guī)安裝方式

EJA

其他無3閥組安裝方式

用戶為何需要3閥組？1.單向過壓損壞變送器2.單向過壓的零點(diǎn)飄移3.靜壓下的零點(diǎn)漂移4.長期零點(diǎn)漂移EJA變送器無3閥組安裝方式［安全性］3閥組

其他常規(guī)安裝

EJA無3閥組安裝密封點(diǎn)（7處）NoPossibilityofLeakagefrom3ValveManifold無3閥組無操作危險(xiǎn)區(qū)維護(hù)/維修減少EJA變送器無三閥組安裝方式［低成本］常規(guī)安裝EJA無3閥組安裝安裝成本降低1)無需購買3閥組2)引壓管直接安裝維護(hù)/維修成本低1)無需維護(hù)3閥組2)泄漏檢查點(diǎn)減小3閥組

其他EJA變送器

無3閥組安裝方式無需3閥組安裝1.靜壓下的零點(diǎn)調(diào)整靜壓影響=小投運(yùn)前的零點(diǎn)調(diào)整2.運(yùn)行中的零點(diǎn)檢測長期零點(diǎn)漂移=小 停機(jī)時(shí)檢測零點(diǎn)3.過壓后的零點(diǎn)調(diào)整過壓滯后=小過壓后無須零點(diǎn)調(diào)整

用戶為何需要3閥組非特殊運(yùn)用，無需3閥組五.壓力表的選擇和安裝1一般的選擇條件首先在明確所要求的規(guī)格,使所用壓力計(jì)與所要求的規(guī)格完全相符,編制規(guī)格說明書。

(1)儀器種類的選擇

(2)儀器規(guī)格的選擇

(3)性能規(guī)格的選定

五.壓力表的選擇和安裝2環(huán)境與被測對象的選擇條件。

(1)環(huán)境的選擇條件

(2)測量對象的選擇

壓力計(jì)的安裝在壓力測量中,通常采用的方式是先選定測壓點(diǎn),再選一個(gè)位置放壓力控制部分,然后用導(dǎo)壓管把測壓點(diǎn)和檢測部分連接起來進(jìn)行測量。(1)儀器種類的選擇需要有現(xiàn)場指示或現(xiàn)場報(bào)警的場合,選用有指針的直接傳動式壓力計(jì)。關(guān)于氣動或電動壓力變送器的選用應(yīng)有效地利用其各自的特點(diǎn)。關(guān)于氣動壓力變送器,不需要考慮防爆,防噪聲等問題。缺點(diǎn)是傳送的距璃受限制。電動壓力變送器,對傳送距璃沒有限制。但是必須根據(jù)要求考慮防爆問題和采取防雷電,防噪聲的比要措施。(2)儀器規(guī)格的選擇a.測量范圍:壓力計(jì)一般采用系列化的幾種型號的儀器,可測量很寬的壓力范圍。b.材料:在材料的選擇方面,對于感壓元件安裝法蘭盤部分和指示變換部分有具體要求,按要求選擇標(biāo)準(zhǔn)材料或特殊材料。在進(jìn)行材料選擇時(shí),要考慮被測流體和設(shè)置的環(huán)境等。c.輸出指示部分:選擇壓力計(jì)時(shí)即要符合工業(yè)要求,還要遵守有關(guān)壓力規(guī)格的法規(guī).例如在高壓氣體管理法和勞動安全衛(wèi)生規(guī)則適用的場合使用壓力計(jì)時(shí),必須遵守相應(yīng)的規(guī)定。(3)性能規(guī)格的選定a.測量精度:

測量儀器的精度一般指相對于儀器滿量程的百分比,通常用包括直線性,遲滯和重復(fù)性的綜合精度表示。機(jī)械式壓力計(jì)的測量精度一般在正負(fù)1-3%,氣動和電動壓力變送器的精度一般為正負(fù)0.5-0.2%.應(yīng)根據(jù)所要求的規(guī)格,選擇必要精度的壓力計(jì)。b.溫度變化范圍和靜壓選擇范圍：關(guān)于這些特性,有工廠發(fā)表的數(shù)據(jù).在選擇壓力計(jì)時(shí),特別是在這些特性對產(chǎn)品質(zhì)量有影響時(shí),要全面研究選擇壓力計(jì)的條件。(1)環(huán)境的選擇條件a.在受機(jī)械振動與沖擊時(shí),選用具有耐振結(jié)構(gòu)的壓力計(jì)。b.裝設(shè)壓力計(jì)的場所,如環(huán)境溫度是高溫時(shí),要選用結(jié)構(gòu)上耐高溫,行能上具有溫度補(bǔ)償?shù)膲毫τ?jì)。c.在腐蝕性環(huán)境或爆炸性環(huán)境中不得不裝設(shè)壓力計(jì)。要采用防腐措施,防止損壞儀表。選用的壓力計(jì)符合工廠防爆安全結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。(2)測量對象的選擇a.測量高溫或低溫流體時(shí),最好的方法,一般是對導(dǎo)壓管采取散熱,冷卻或加熱等措施,使得被測流體的溫度在到達(dá)感壓元件之前就變成常溫,盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的溫度計(jì)。b.當(dāng)被測對象是高粘度流體或固體細(xì)粒的流體時(shí),最好選用接觸面積大的帶隔膜的壓力計(jì)。對于常溫下粘度大的流體,要用蒸氣進(jìn)行保溫。c.當(dāng)被測流體具有腐蝕性時(shí),可以選擇采用耐腐蝕材料感壓元件的壓力計(jì)或選用帶腐蝕材料隔膜的壓力計(jì)。(2)測量對象的選擇d.對于養(yǎng)氣或食品之類的被測對象,如果所用壓力計(jì)內(nèi)存有油,則可能發(fā)生危險(xiǎn)或造成污染.因此必須使用禁油標(biāo)記的壓力計(jì)。e.當(dāng)被測壓力急劇變化時(shí),不僅難以準(zhǔn)確測量,而且由于指示機(jī)構(gòu)磨損和感壓元件疲勞,壓力計(jì)的主要部分會受到損害。在這樣場合,最好使用帶有緩沖裝置的壓力計(jì)或感壓元件,帶有緩沖用阻尼閥的壓力計(jì)。此外,壓力計(jì)應(yīng)做到安全防護(hù),如加防護(hù)罩,新購進(jìn)的壓力計(jì)儀器要很好地驗(yàn)收和保管。1、速度測量儀表畢托管激光測速熱線風(fēng)速儀§4流速和流量測量及儀表節(jié)流式流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量儀表（速度）渦輪流量計(jì)靶式流量計(jì)羅茨流量計(jì)其它流量測量儀表2、流量儀表的分類差壓流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)速度式流量計(jì)容積式流量計(jì)靶式流量計(jì)電磁流量計(jì)漩渦流量計(jì)超聲波流量計(jì)量熱式流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)其它流量計(jì)按測量方法分類流量儀表的主要技術(shù)參數(shù)公稱直徑：公稱直徑指進(jìn)入管道的公稱通徑測