過程控制-第3章

3.1概述3.2差壓變送器3.3溫度變送器3.4流量變送器3.5液位變送器3.6成分分析儀3.7智能變送器第3章檢測變送儀表調(diào)節(jié)器(控制器)被控對象測量變送環(huán)節(jié)(傳感器、變送器)+－x執(zhí)行器zeuqyf變送器是首要環(huán)節(jié)和重要組成部分檢測變送單元包括兩部分內(nèi)容:

首先是將被控參數(shù)檢測出來;

然后變送器將其變換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。系列DDZ-ⅡDDZ-Ⅲ信號(hào)、傳輸方式、供電信號(hào)DC0～10mADC4～20mA、DC1～5V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二線制供電AC220V單獨(dú)供電DC24V集中供電并有斷電備用電源防爆型式和電氣元件開關(guān)

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(jié)構(gòu)、線路設(shè)計(jì)和功能差壓變送器雙杠桿機(jī)構(gòu)①矢量機(jī)構(gòu)溫度變送器無線性化電路有線性化電路調(diào)節(jié)器偏差指示硬手動(dòng)手動(dòng)－自動(dòng)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(dòng)和軟手動(dòng)軟手動(dòng)－自動(dòng)切換可直接切換有保持電路功能多樣系統(tǒng)構(gòu)成一般靈活多樣與計(jì)算機(jī)聯(lián)用兼容性差兼容性好表3-1DDZ-Ⅱ型與DDZ-Ⅲ型儀表的性能比較量程調(diào)整，或稱滿度調(diào)整：使變送器輸出信號(hào)的上限值與輸入測量信號(hào)上限值相對應(yīng)。量程調(diào)整相當(dāng)于改變變送器的靈敏度，即輸入輸出特性的斜率。變送器零點(diǎn)調(diào)整：使其輸出信號(hào)的下限值與輸入信號(hào)的下限值相對應(yīng)，見圖a)。零點(diǎn)遷移：將變送器的測量起始點(diǎn)由零點(diǎn)遷移到某一正值或負(fù)值，見圖b)和c)。例：某DDZ-Ⅲ溫度變送器的測量范圍是0～800℃。若將零點(diǎn)遷移到400℃。求遷移前后的靈敏度。已知，測量溫度為0～800℃時(shí)，變送器輸出為4～20mA.DC，則其靈敏度為：若將零點(diǎn)遷移至400℃，則測量范圍為400～800℃，而變送器的輸出電流仍然是4～20mA.DC。零點(diǎn)遷移后靈敏度為3.2差壓（壓力）變送器1變送器的輸出電流I0和輸入信號(hào)ΔP之間呈線性關(guān)系

。2調(diào)整調(diào)零彈簧可以使變送器輸出電流I0在輸入信號(hào)范圍下限時(shí)為4mA。3改變tanθ或Kf可以調(diào)整變送器的量程。4零點(diǎn)和量程要反復(fù)調(diào)整?！鱌膜盒Fi杠桿系統(tǒng)△M位移檢測放大器電磁反饋機(jī)構(gòu)FfIo差動(dòng)變壓器副杠桿的位移檢測片的微小位移，利用低頻位移檢測放大器檢測，并轉(zhuǎn)換成DC4～20mA輸出。見下圖1）當(dāng)△P=0時(shí)，Io＝4mA，Ro=5.75KΩ2）當(dāng)△P=MAX時(shí)，Io=20mA，Ro=950Ω3）當(dāng)△P=MAX/2時(shí)，Io=12mA，Ro=1.75KΩ故：△P增加，Io增加，Ro減小，反之依然，從而實(shí)現(xiàn)了兩線制，它是Ⅲ型變送器的重要特點(diǎn)。安全火花防爆也是DDZ-Ⅲ變送器的主要特點(diǎn)之一。采取了以下措施：首先是采用低壓24V直流集中供電，限制了打火能量；其次是盡可能少用L、C儲(chǔ)能元件;

第三是采取限壓限流措施，以限制打火能量。因此，DDZ-Ⅲ變送器與安全柵配合，可用于任何易燃易爆場所，擴(kuò)大了變送器的適用范圍。3.2.2差動(dòng)電容差壓變送器差動(dòng)電容差壓變送器的轉(zhuǎn)換放大電路的作用就是將電容比提取出來，并轉(zhuǎn)變成DC4～20mA輸出。1151型電容式差壓變送器是該類變送器的典型產(chǎn)品，轉(zhuǎn)換電路的方框圖見下圖。3.2溫度變送器組成部分：由量程單元和放大單元組成。特點(diǎn)：1）采用低漂移、高增益的運(yùn)算放大器作為主要放大器，因此線路簡單、可靠性好；2）采用線性化電路，線性度好，測量精度高；3）二線制接線方式；4）可用于易燃易爆場合。分類：1）直流毫伏變送器2）熱電偶溫度變送器3）熱電阻溫度變送器3.3.1.1直流毫伏變送器的量程單元3.3.1.2熱電偶溫度變送器的量程單元冷端溫度補(bǔ)償線性化電路1）Vf=200mV,Vc<Vf1,對應(yīng)變送器零點(diǎn)，I0=4mA;2)Vf增大,Vf1<Vc<Vf2,Vs1~Vs3截止，斜率為a1；3)Vf增大,Vf2<Vc<Vf3,Vs1通,Vs2~Vs3截止，斜率為a2；4)Vf增大,Vf3<Vc<Vf4,Vs1,Vs2通,Vs3截止，斜率為a3和a4；3.3.1.3熱電阻溫度變送器的量程單元Rt測溫?zé)犭娮枰€電阻限壓穩(wěn)壓管線性化圖3-22熱電阻的特性及其線性化曲線a)熱電阻的特性b)線性化曲線3.3.1.4溫度變送器的放大單元圖3-23電壓放大器（1）電壓放大器圖3-24功率放大器（2）功率放大器把電壓放大器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有一定負(fù)載能力的電流信號(hào)圖3-25隔離輸出與隔離反饋電路（3）隔離輸出與隔離反饋3.4流量檢測與變送3.4.1概述瞬時(shí)流量：單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道某截面的流體的數(shù)量；累積流量：一段時(shí)間內(nèi)流過流體的總和。

體積流量以體積表示的瞬時(shí)流量用qv表示，單位為m3/s以體積表示的累積流量用Qv表示，單位為m3質(zhì)量流量以質(zhì)量表示的瞬時(shí)流量用qm表示，單位為kg/s以質(zhì)量表示的累積流量用Qm表示，單位為kg標(biāo)態(tài)下的體積流量由于氣體是可壓縮的，流體的體積會(huì)受工況的影響，為了便于比較，工程上通常把工作狀態(tài)下測得的體積流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（溫度為20℃，壓力為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）下的體積流量。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量用qvn表示，單位為Nm3/s。

表3-2流量儀表的分類類別儀表名稱體積流量計(jì)容積式流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、皮膜式流量計(jì)等差壓式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)、均速管流量計(jì)、彎管流量計(jì)、靶式流量計(jì)、浮子流量計(jì)等速度式流量計(jì)渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等質(zhì)量流量計(jì)推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)體積流量經(jīng)密度補(bǔ)償或溫度、壓力補(bǔ)償求得質(zhì)量流量等直接式質(zhì)量流量計(jì)科里奧利流量計(jì)、熱式流量計(jì)、沖量式流量計(jì)等3.4.2差壓式流量計(jì)圖3-31節(jié)流式流量計(jì)的組成在流通管道上設(shè)置流動(dòng)阻力件，流體通過阻力件時(shí)將產(chǎn)生差壓，此差壓與流體流量之間有確定的數(shù)值關(guān)系。差壓式流量計(jì)由產(chǎn)生差壓的裝置和差壓計(jì)兩部分組成，結(jié)構(gòu)簡單，可靠。如果在管道中安置一個(gè)固定的阻力件，它的中間開一個(gè)比管道截面小的孔，當(dāng)流體流過該阻力件時(shí)，由于流體流束的收縮而使流速加快、靜壓力降低，其結(jié)果是在阻力件前后產(chǎn)生一個(gè)較大的壓差。把流體流過阻力件使流束收縮造成壓力變化的過程稱節(jié)流過程，其中的阻力件稱為節(jié)流件。1231.節(jié)流式流量測量原理流動(dòng)流體的能量有兩種形式：靜壓能和動(dòng)能。流體由于有壓力而具有靜壓能，又由于有流動(dòng)速度而具有動(dòng)能，這兩種形式的能量在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。流速靜壓123流速靜壓3.4.3靶式流量計(jì)

圖3-35靶式流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理流體流經(jīng)靶時(shí)，由于受阻將對靶產(chǎn)生作用力F，F(xiàn)與流體流動(dòng)速度的關(guān)系為3.4.4浮子流量計(jì)當(dāng)流體流過的時(shí)候，位于錐形管中的轉(zhuǎn)子受到向上的一個(gè)力，使其浮起。當(dāng)這個(gè)力正好等于轉(zhuǎn)子重量減去流體對轉(zhuǎn)子的浮力，此時(shí)轉(zhuǎn)子就停浮在一定的高度上。也是根據(jù)節(jié)流原理測量流體流量?？装辶髁坑?jì)：節(jié)流面積不變流量變化壓差發(fā)生變化轉(zhuǎn)子流量計(jì)：壓差不變流量變化節(jié)流面積發(fā)生變化（1）當(dāng)被測介質(zhì)的密度變化時(shí)（2）采用不同材料的浮子改變量程（3）溫度和壓力的修正——轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn)①轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要適合于檢測中小管徑、較低雷諾數(shù)的中小流量；②流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，工作可靠，儀表前直管段長度要求不高；③流量計(jì)的基本誤差約為儀表量程的土2％，量程比可達(dá)10：1④流量計(jì)的測量精度易受被測介質(zhì)密度、粘度、溫度、壓力、純凈度、安裝質(zhì)量等的影響。3.4.5容積式流量計(jì)基本工作原理“一碗一碗”計(jì)量轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，就排出四個(gè)由橢圓齒輪與外殼圍成的半月形空腔的流體體積(4V)。在V一定的情況下，只要測出流量計(jì)的轉(zhuǎn)速n就可以計(jì)算出被測流體的流量流量方程3.4.6渦輪流量計(jì)基本工作原理流體沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化，通過渦輪外的磁電轉(zhuǎn)換裝置可將渦輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成電脈沖。流量方程3.4.7渦街流量計(jì)基本工作原理流體繞過漩渦發(fā)生體時(shí)會(huì)在其左右兩側(cè)后方交替產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反的漩渦，形成渦列；當(dāng)每兩個(gè)漩渦間的縱向距離L與橫向距離h滿足h／l＝0.281時(shí)，形成穩(wěn)定的卡門渦街。流量方程3.4.8電磁流量計(jì)基本工作原理導(dǎo)體切割磁力線，會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢流量公式3.5液位變送器根據(jù)阿基米德原理工作3.5.1浮力式液位變送器1．恒浮力式液位變送器

2．變浮力式液位變送器

3.5.2靜壓力式液位變送器基本工作原理零點(diǎn)遷移無遷移例已知ρ1=1200kg/m3，ρ2=950kg/m3，h1=1m，h2=5m，液位變化范圍0—2.5米，求：變送器的量程和遷移量。解