第三章過程參數(shù)檢測(cè)與變送

第三章過程參數(shù)檢測(cè)與變送1第1頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)過程參數(shù)檢測(cè)概述過控系統(tǒng)被控過程（被控的對(duì)象）檢測(cè)儀表(含傳感器和變送器)控制器(調(diào)節(jié)器)單元儀表執(zhí)行器單元儀表檢測(cè)儀表部分是負(fù)反饋控制系統(tǒng)不可或缺的一部分，而且是整個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)重要部分。調(diào)節(jié)器檢測(cè)變送

干擾過程調(diào)節(jié)閥R(s)E(S)U(S)Q(S)C(S)Y(S)-F(S)第2頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.敏感元件(Sensor)2.傳感器與變送器傳感器：將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的部件。變送器：將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)氣、電信號(hào)的部件,也即輸出信號(hào)符合標(biāo)準(zhǔn)化要求的傳感器。氣動(dòng)單元組合儀表：輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)壓力信號(hào)。電動(dòng)單元組合儀表：輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)：20～100Kpa標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)：4～20mA，DC（遠(yuǎn)距離）；1～5V，DC（柜內(nèi)傳輸）3.信號(hào)轉(zhuǎn)換器氣電轉(zhuǎn)換器和電氣轉(zhuǎn)換器不同標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換一.基本概念第3頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

１.儀表的職能（１）基本傳遞特性,即儀表的工作原理（２）儀表的工作特性,即儀表在系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其運(yùn)行中可發(fā)揮的潛在能力,是應(yīng)用特性,是基本知識(shí)二.自動(dòng)化儀表工作特性第4頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三ByyupyinfKmK’myxB’xBxxinfxup量程：與儀表規(guī)定輸出范圍相對(duì)應(yīng)的被測(cè)物理量范圍。Δy=yup-yinfΔx=xup-xinfBx=xup-xinf稱為量程，亦即被測(cè)物理量的上限與下限代數(shù)差，它是有物理量綱的，如壓力或溫度等。用By代替Δy,是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的物理量。２.量程及其調(diào)整另外，令km=By/Bx，為測(cè)量?jī)x表的傳遞特性。一般來說，在單元儀表的實(shí)體構(gòu)造中，都具有針對(duì)量程調(diào)整的量程調(diào)整機(jī)構(gòu)。實(shí)際上，調(diào)整量程就是改變儀表傳遞特性。第5頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三是儀表和變送單元另一個(gè)重要的工作特性，使儀表在應(yīng)用中具有更大的靈活性和更強(qiáng)的適應(yīng)能力。BxB’xBxBxyinfyupykmk’mkmkmxqxqXq=0+-XinfXupx03.零點(diǎn)及其遷移零點(diǎn)：檢測(cè)的起始點(diǎn)，即與檢測(cè)儀表輸出下限值yinf相對(duì)應(yīng)的被測(cè)物理量的最小值，用xq表示。一般來說，在檢測(cè)變送單元儀表的實(shí)體結(jié)構(gòu)中，有零點(diǎn)大小和方向的調(diào)整機(jī)構(gòu)，即零點(diǎn)遷移機(jī)構(gòu)。第6頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三.誤差概念１.測(cè)量誤差與真值測(cè)量誤差：測(cè)量值與真實(shí)值之間存在的差別。真值：一個(gè)變量本身所具有的真實(shí)值，它是一個(gè)理想的概念，一般是無法得到的。在計(jì)算誤差時(shí)，一般用約定真值或相對(duì)真值來代替。2.約定真值與相對(duì)真值約定真值：一個(gè)接近真值的值，它與真值之差可忽略不計(jì)。實(shí)際測(cè)量中以在沒有系統(tǒng)誤差的情況下，足夠多次的測(cè)量值之平均值作為約定真值。相對(duì)真值：指當(dāng)高一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器的誤差僅為低一級(jí)的1/3以下時(shí)，可認(rèn)為高一級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)器或儀表示值為低一級(jí)的相對(duì)真值。第7頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.儀表讀數(shù)誤差讀數(shù)誤差的實(shí)質(zhì)，是儀表讀數(shù)與被測(cè)參數(shù)真實(shí)值之差。儀表的讀數(shù)誤差只能是讀數(shù)與約定真值或相對(duì)真值之差?！?M-A△——讀數(shù)絕對(duì)誤差；M——儀表讀數(shù)；A——約定真值或相對(duì)真值。4.儀表絕對(duì)誤差與相對(duì)誤差絕對(duì)誤差：在測(cè)量范圍內(nèi)，各讀數(shù)誤差的最大值。相對(duì)誤差：儀表的絕對(duì)誤差與真值的百分比。引用誤差：絕對(duì)誤差與儀表量程的百分比。第8頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.儀表基本誤差這是指在儀表制造廠保證的條件下儀表的相對(duì)誤差值，即規(guī)定使用條件下的相對(duì)誤差。規(guī)定使用條件：包括溫度、相對(duì)濕度、電源電壓、安裝方式等。6.儀表的附加誤差附加誤差是儀表在非規(guī)定的參比工作條件下使用時(shí)另外產(chǎn)生的誤差。如電源波動(dòng)附加誤差，溫度附加誤差等。第9頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三7.儀表精度等級(jí)又稱準(zhǔn)確度級(jí)，是按國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小劃分成的等級(jí)。我國(guó)儀表精度等級(jí)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。級(jí)數(shù)越小，精度（準(zhǔn)確度）就越高?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)用的儀表精度等級(jí)在0.05級(jí)以上；工業(yè)檢測(cè)用儀表多在0.1～4.0級(jí)，其中校驗(yàn)用的標(biāo)準(zhǔn)表多為0.1或0.2級(jí)，現(xiàn)場(chǎng)用多為0.5～4.0級(jí)。第10頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三8.儀表的靈敏度儀表的靈敏度是表達(dá)儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。它是指儀表在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)以后，儀表輸出信號(hào)變化△α與引起此輸出信號(hào)變化的被測(cè)參數(shù)（輸入信號(hào)）變化量△x之比，用S表示靈敏度。9.儀表的靈敏限指能夠引起儀表指示值（輸出信號(hào)）發(fā)出變化（動(dòng)作）的被測(cè)參數(shù)（輸入信號(hào)）的最?。O限）變化量。與靈敏度是不同的概念。第11頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三測(cè)量變送中的幾個(gè)主要問題純滯后問題由于測(cè)量元件安裝位置不當(dāng)及測(cè)量?jī)x表本身特性等容易引入純滯后。測(cè)量滯后問題主要由測(cè)量元件本身的特性造成。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可選用快速測(cè)量元件。信號(hào)傳送滯后問題主要是指QDZ儀表氣壓信號(hào)在管路傳送過程中所造成的滯后。第12頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三測(cè)量信號(hào)的處理測(cè)量信號(hào)噪聲（干擾）的濾波測(cè)量信號(hào)的校正對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行線性化處理數(shù)字濾波數(shù)字濾波即程序?yàn)V波，通過計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)算與判斷）濾去干擾信號(hào)，提高信號(hào)的真實(shí)性。在計(jì)算機(jī)中常采用數(shù)字濾波消除低頻干擾常用的數(shù)字濾波有如下幾種：算術(shù)平均值濾波、程序判斷濾波、中位值法濾波和一階慣性濾波等。第13頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.算術(shù)平均值濾波又稱為遞推平均濾波，對(duì)周期性等幅振蕩的干擾有較明顯的濾波效果。2.程序判斷濾波當(dāng)時(shí)，則Xi為輸入計(jì)算機(jī)的采樣值。當(dāng)時(shí)，應(yīng)將Xi-1采樣值作為第i次采樣值輸入計(jì)算機(jī)。B值的選擇主要決定于對(duì)象的被測(cè)參數(shù)的變化速度3.中位值法濾波連續(xù)采樣三次以上的被測(cè)值，從中選擇大小居中的那個(gè)值作為有效的測(cè)量信號(hào)。適用場(chǎng)合：對(duì)變化速度不太快的參數(shù)，去掉其干擾脈沖。4.一階慣性濾波實(shí)質(zhì)上是通過計(jì)算機(jī)的算式來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的RC低通濾波。第14頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三智能儀表自動(dòng)化儀表及裝置向著智能化、數(shù)字化、模塊化、高精度化和小型化的方向發(fā)展，智能化是最重要的特點(diǎn)。與常規(guī)儀表相比，智能儀表：測(cè)量精度高自動(dòng)校準(zhǔn)自動(dòng)修正誤差自診斷的能力允許靈活地改變功能，實(shí)現(xiàn)高級(jí)控制。第15頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三例題1下圖是乙烯裂解氣溫度控制系統(tǒng)。采用液態(tài)丙烯，使其汽化吸收熱量以冷卻乙烯裂解氣。調(diào)節(jié)氣態(tài)丙烯流量使溫度控制在（15±1.5）℃。第16頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三指出系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控變量和操縱變量各是什么？試畫出該控制系統(tǒng)的組成方塊圖。試比較示意圖和方塊圖，說明操縱變量的信號(hào)流向與物料的實(shí)際流動(dòng)方向有什么不同。第17頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三被控對(duì)象為丙烯冷卻器；被控變量為乙烯裂解氣的出口溫度；操縱變量為氣態(tài)丙烯的流量。在示意圖中，氣態(tài)丙烯的流向是由丙烯冷卻器流出。而在方塊圖中，氣態(tài)丙烯作為操縱變量，其信號(hào)的流向是指向丙烯冷卻器的。第18頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三例題2某換熱器的溫度控制系統(tǒng)方塊圖如下圖。系統(tǒng)的被控變量為出口物料溫度，要求保持在（200±20）℃，操縱變量為加熱蒸汽的流量。說明圖中R、E、Q、C、F所代表的專業(yè)術(shù)語內(nèi)容。說明Z、I、P的信號(hào)范圍。氣動(dòng)執(zhí)行器的輸入、輸出各是什么物理量？第19頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三R為給定值，E為偏差（E=R-Z），Q為操縱變量，C為被控變量，F(xiàn)為干擾變量。Z的信號(hào)范圍為4～20mADC，I的信號(hào)范圍亦為4～20mADC，P的信號(hào)范圍為20～100kPa。氣動(dòng)執(zhí)行器的輸入信號(hào)為20～100kPa的氣壓信號(hào)，輸出信號(hào)為加熱蒸汽的流量。第20頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)溫度檢測(cè)與變送溫度：表征物體冷熱程度的一個(gè)物理量。溫標(biāo)：將溫度數(shù)值化的一套規(guī)則和方法，溫標(biāo)有起點(diǎn)、單位和方向。溫標(biāo)有華氏、攝氏及開氏溫標(biāo)（熱力學(xué)溫標(biāo)）。

攝氏(Celsius)：℃,水的冰點(diǎn)0度,沸點(diǎn)100度,間隔100等分,每等分為1度。華氏(Fahrenheit)：oF,水、冰、鹽的混合物為0度,人類體溫為100度,水的冰點(diǎn)為12度,水的沸點(diǎn)為212度,其間隔180等分,每等分為1度。開氏(Kelwen)：oK,攝氏-273.15度為絕對(duì)0度,水沸點(diǎn)373.15度,間隔100等分,每等分為1度。華氏與攝氏溫標(biāo)換算公式一.溫度傳感器1、關(guān)于溫度第21頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.非電參數(shù)溫度傳感器(1)液體感溫膨脹原理

如水銀和酒精溫度計(jì)，一般可就地刻度顯示，也可做成簡(jiǎn)單位式溫度傳感輸出。(2)固體感溫膨脹原理如雙金屬片測(cè)溫儀，一般也是就地刻度顯示或者做成簡(jiǎn)單位式溫度傳感輸出。(3)壓力式溫度傳感器一般是指氣、液態(tài)物質(zhì)受熱后，體積膨脹引起壓力升高再轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移輸出或顯示。其原理是基于機(jī)械膨脹。第22頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三壓力敏感元件彈簧管、膜盒、膜片、波紋管，可應(yīng)用于位式輸出，典型應(yīng)用是在電冰箱的溫度控制。特點(diǎn)精度較低響應(yīng)慢簡(jiǎn)單可靠?jī)r(jià)廉是本質(zhì)安全型儀表，在生產(chǎn)部門大量生產(chǎn)和使用第23頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三103245彈簧管溫包連桿及扇齒游絲刻度盤感溫材料彈簧管溫度傳感器圖第24頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三這一變送器是根據(jù)力反饋平衡原理工作的，這也是過程控制自動(dòng)化儀表的基本工作原理，特點(diǎn)是氣動(dòng)和本安防爆。但此裝置的各部件的機(jī)械加工要求比較困難。量程調(diào)整零點(diǎn)遷移支點(diǎn)膜片測(cè)量波紋管反饋波紋管氣動(dòng)功率放大器氣源氣動(dòng)輸出信號(hào)20---100Kpa溫包噴嘴擋板杠桿毛細(xì)管氣動(dòng)壓力式溫度變送器第25頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.電參數(shù)溫度傳感器熱電動(dòng)勢(shì)與溫度在小范圍內(nèi)基本上呈單值、線性關(guān)系；穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性較好；響應(yīng)時(shí)間較快；測(cè)溫范圍寬，高溫?zé)犭娕紲y(cè)溫上限可達(dá)2800℃；測(cè)溫精度高，使用范圍廣。（1）熱電偶特點(diǎn)第26頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三EAB(t,t0)=eAB(t)+eBA(t0)≠0t≠t0在t0為常數(shù)時(shí)(及冷端溫度穩(wěn)定不變),溫度t與熱電勢(shì)是一個(gè)單值對(duì)應(yīng)關(guān)系熱電勢(shì)熱電偶傳感器電路工作特性在實(shí)際工作中,存在影響被測(cè)溫度正確傳感的物理特性,要采取必要的技術(shù)措施,即冷端補(bǔ)償和延長(zhǎng)導(dǎo)線，設(shè)在冷端引進(jìn)一個(gè)參考溫度t0(比如0℃),則有下述表示:EAB(t,t0)=EAB(t,t0)+EAB(t0,t0)即EAB(t,0)=EAB(t,t0)+EAB(t0,0)EAB(t,0)為標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì),由此求得t才是真實(shí)的被測(cè)溫度^^^mVt熱端ABt0t0C冷端熱電偶是將兩種材質(zhì)不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體在其端點(diǎn)實(shí)現(xiàn)物理接觸構(gòu)成回路,當(dāng)回路兩端點(diǎn)溫度不同時(shí),回路中就會(huì)出現(xiàn)熱電勢(shì)第27頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三熱電偶冷端補(bǔ)償只有當(dāng)熱電偶冷端溫度保持不變時(shí)，熱電勢(shì)才是被測(cè)溫度的單值函數(shù)：E（T，0）=E（T，Tn）+E（Tn，0）熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償：只有將冷端溫度保持為0℃，或者進(jìn)行一定的修正才能得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。熱電偶冷端補(bǔ)償方法冷端溫度保持為0℃；冷端溫度修正法，包括溫度修正法T=T‘+kT和熱電勢(shì)修正法（查表法）；冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法，包括補(bǔ)償電橋法和pn結(jié)補(bǔ)償法；補(bǔ)償導(dǎo)線法。第28頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三冷端處理：以冷端溫度t0固定不變?yōu)槟繕?biāo)的措施冷端補(bǔ)償：以輸出為標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì)EAB（t，t0）或EAB（t，0）的技術(shù)∧mVt+-ABA’補(bǔ)償導(dǎo)線B’t0冰水液銅導(dǎo)線.A’補(bǔ)償導(dǎo)線B’A+B-tRCURPR’E銅導(dǎo)線abt0rru測(cè)量較低溫度的熱電偶,材質(zhì)低廉,可用與熱電偶同材質(zhì)導(dǎo)線來延長(zhǎng),測(cè)量較高溫度的熱電偶,材質(zhì)昂貴,則要根據(jù)熱電偶材料A和B的熱電特性選配特制的廉價(jià)合金導(dǎo)線來實(shí)現(xiàn)冷端的延長(zhǎng),稱為補(bǔ)償導(dǎo)線關(guān)于冷端延長(zhǎng)和冷端補(bǔ)償?shù)?9頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三.A’補(bǔ)償導(dǎo)線B’A+B-tRCURPR’E銅導(dǎo)線abt0rru設(shè)R’遠(yuǎn)大于任何其它電阻,E和R’形成恒流電橋,I’=E/R’,若r>>RCU、RP,電壓uab為Uab=1/2*I’(RCU-R’P)而RCU=R0(1+α(t0-t0))=R0(1+αt0)^t0=0(℃)^(0≤t0≤150)RCU(t0)=R0t0=0α為銅電阻的溫度系數(shù),銅電阻適合于環(huán)境溫度的傳感Uab=1/2*I’[R0(1+αt0)-R’P]令RP0=R0ΔRP=R’P-RP0=R’P-R0則uab=1/2*I’[R0（1+αt0）-（R0+ΔRP）]=1/2*I’（R0αt0-ΔRP）=1/2*I’R0αt0（R’P=R0,或ΔRP=0

）=uab（t0，R0）=uab,c

即為銅電阻

對(duì)t0的傳感

第30頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三E.A’補(bǔ)償導(dǎo)線B’A+B-tRCURPR’銅導(dǎo)線abt0rruu=EAB(t,t0)+uab（t0，R0）=EAB(t,t0)+1/2*I’R0αt0

為了實(shí)現(xiàn)冷端補(bǔ)償,應(yīng)該滿足下式:1/2*I’R0αt0=EAB(t0.m,0).t0這樣一來,R0=＾2αEAB(t0.m,0)＾＾I’按此配置銅熱電阻,就能實(shí)現(xiàn):u=EAB(t,t0)+EAB(t0,0)=EAB(t,0)亦即u為標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì)＾一般制造商隨產(chǎn)品附送熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)溫度—熱電勢(shì)數(shù)據(jù)亦即EAB(t,0)，而在環(huán)境t0下為EAB(t0,0),可表示成:EAB(t0,0)=E0·m·t0且E0·m=EAB(t0,0)=EAB(t0.m,0)＾＾＾＾＾＾＾t0=maxt0＾于是EAB(t0,0)=EAB(t0.m,0).t0第31頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三Uab=1/2(I’R0αt0)-1/2(I’ΔRP)uq=1/2(I’ΔRP)＾在冷端補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)后,有下式:Uab=uab,c-uq=EAB(t0,0)-uquq稱為零點(diǎn)電壓,也為毫伏級(jí)調(diào)整ΔRP的大小，可實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)遷移整個(gè)輸出信號(hào)u=EAB(t,0)-uq＾當(dāng)ΔRP>0(即R’P>R0)時(shí),uq>0稱為正遷移,用uq+表示當(dāng)ΔRP<0(即R’P<R0)時(shí),uq<0稱為負(fù)遷移,用uq-表示當(dāng)ΔRP=0,uq=0,則為無遷移紅線條為熱電偶標(biāo)準(zhǔn)特性曲線零點(diǎn)遷移在其他單元儀表中也有相應(yīng)技術(shù)措施產(chǎn)生類似特性u(píng)(mV)t(℃)EAB(t,0)＾Uq-Uq+QQ-Q+tq講電路實(shí)現(xiàn)方法,電橋電路利用R0的設(shè)計(jì)和R’P配合(R’P=RP0=R0)實(shí)現(xiàn)冷端補(bǔ)償,還可調(diào)整R’P使R’P-RP0=ΔRP≠0來實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)設(shè)置或遷移,前已得:零點(diǎn)遷移第32頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三由圖可見，熱電偶有上翹的非線性特性，且測(cè)溫范圍也各不相同5040302010EAB（mv）t(102℃)246810121416180-5-2鉑銠30

-鉑銠6鉑銠10-鉑

鎳鉻-鎳硅(鎳鋁)銅-康銅生產(chǎn)廠以分度表形式給出，嚴(yán)格保證冷端溫度為攝氏零度的EAB(t,0),由分度表繪制的EAB(t,0)---t曲線如下圖：常用熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì)---溫度曲線第33頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工業(yè)常用熱電偶標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶：按國(guó)家規(guī)定定型生產(chǎn)、有標(biāo)準(zhǔn)化分度表的熱電偶。鉑銠30-鉑銠6熱電偶（也稱雙鉑銠熱電偶，分度號(hào)B）；鉑銠10-鉑電偶（分度號(hào)S）；鎳鉻-鎳硅（鎳鉻-鎳鋁，分度號(hào)K）熱電偶；鎳鉻-康銅（鎳鉻-銅鎳，分度號(hào)E）熱電偶。鎧裝熱電偶將熱電極、絕緣材料和金屬保護(hù)套管加工成一個(gè)堅(jiān)實(shí)的整體，經(jīng)復(fù)合拉伸后形成的熱電偶；細(xì)：一般直徑為1～8mm；長(zhǎng)：長(zhǎng)度一般為1～20m；具有體積小、精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、可靠性高、可撓性好、通常不用補(bǔ)償導(dǎo)線等特點(diǎn)，特別適合于溫度控制系統(tǒng)。第34頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）熱電阻在中、低溫區(qū)，熱電偶輸出的熱電動(dòng)勢(shì)很??；而在中、低溫區(qū)，用熱電阻比用熱電偶做為測(cè)溫元件時(shí)的測(cè)量精確度更高；熱電阻特點(diǎn)：性能穩(wěn)定、測(cè)量精度高，一般可在-270～900℃范圍內(nèi)使用（推薦在150℃以下時(shí)選用）。特點(diǎn)第35頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三熱電阻的材料要求一般要求工業(yè)熱電阻的材料應(yīng)具有：電阻溫度系數(shù)大；電阻率大；熱容量小；在測(cè)溫范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能；良好的復(fù)制性；電阻隨溫度的變化呈線性關(guān)系等。常用熱電阻材料目前世界上用作熱電阻的材料主要有鉑、銅及鎳；我國(guó)鎳儲(chǔ)量較少，故只采用鉑、銅兩種金屬熱電阻。第36頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三熱電阻溫度傳感器導(dǎo)體型(金屬或合金)電阻溫度傳感器半導(dǎo)體型電阻溫度傳感器特點(diǎn):靈敏度高,測(cè)溫范圍比熱電偶小,有分度表,表中W100=R100/R0是重要參數(shù)材質(zhì)分度號(hào)0℃時(shí)的電阻值R0(Ω)名義值允許誤差測(cè)溫范圍電阻比W100

名義值

允許誤差銅Cu5050±0.05Cu100100±0.1-50--150℃1.428±0.002鉑Pt10Pt10010A級(jí):±0.006

10B級(jí):±0.012100A級(jí):±0.06

100B級(jí):±0.121.385±0.001鎳Ni100100±0.1Ni300300±0.3Ni500500±0.5-60--0℃1.6170--180℃±0.003工作原理及特性參數(shù)-200--850℃第37頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三01234-2000200400600800t(℃)Rt/R0PtCuNi銅質(zhì)熱電阻計(jì)算公式Rcu(t)=R0(1+At+Bt2+Ct3)R0:0℃時(shí)的銅電阻值(Ω)A=4.28899×10-3/℃B=-2.133×10-7/℃C=1.233×10-9/℃近似為:Rcu(t)≈R0(1+αt)α≈A=4.29×10-3/℃鉑熱電阻計(jì)算公式當(dāng)在-200---0℃范圍內(nèi):RPt(t)=R0[1+At+Bt2+Ct3(t-100)]當(dāng)在0---850℃范圍內(nèi):RPt(t)=R0(1+At+Bt2)R0也是0℃時(shí)的電阻值A(chǔ)=3.90802×10-3/℃B=-5.802×10-7/℃2C=-4.2735×10-12/℃3鎳質(zhì)熱電阻尚無分度表和計(jì)算公式繪制溫度---電阻

特性曲線如右圖:第38頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三電位差計(jì)rWrWrWrWR(t)電流源Gu熱電阻四線接法rWrWrWR(t)熱電阻三線接法=E連線電阻rw電源顯示儀表R(t)二線接法熱電阻I連線結(jié)構(gòu)rWrWrW熱電阻rrR’ERP’u三線法接入電橋R(t)第39頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三I=ER(t)+rw=ER(t).R(t)R(t)+rw=I＾.R(t)R(t)+rw＾I為回路電流的方法真值,則電流的相對(duì)誤差:此即為由rw引起誤差的定量表示Δu是熱電阻的實(shí)際傳感工作信號(hào),而δ(u)為電流源波動(dòng)引起的誤差,Δu為熱電阻的傳感理想輸出信號(hào),可以看出,保持I的穩(wěn)定是重要條件

四線接法中,設(shè)電位差計(jì)的輸入阻抗足夠高,則:u=IR(t)設(shè)電流源是理想的,即是衡流源I,則:u=IR(t)＾＾＾＾＾u0=IR0Δu=u-u0＾＾＾＾＾=I[R(t)-R0]=IΔR(t)＾若考慮電流源也存在誤差,即I=I±δIΔuu0＾=δΙΙ＾Ι＾＋ΔR(t)R0則亦即:Δu=R0δI+ΔR(t)=δ(u)+Δu＾＾＾＾γ(I)=(I-I)/I=1/[1+R(t)/rw]兩線接法中,rW給測(cè)量結(jié)果造成影響:在三線制接法中,兩條引線接入相鄰兩橋臂,影響抵消,

R’P和r的作用與前述相同,三線制是自動(dòng)化儀表常用接法。第40頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三半導(dǎo)體熱敏電阻的特性主要參數(shù)有:標(biāo)稱阻值RH(25℃,Ω)溫度系數(shù)α(20℃,℃-1)散熱系數(shù)H(W.℃-1)時(shí)間常數(shù)τ04080120160180t(℃)101102103104105106107108NTCPTCCTR半導(dǎo)體熱敏電阻集成溫度傳感器負(fù)溫度系數(shù)(NTC)正溫度系數(shù)(PTC)臨界型(CTR)半導(dǎo)體溫度傳感器3.其他溫度傳感器半導(dǎo)體溫度傳感器,它目前在自動(dòng)化儀表中不是測(cè)溫主流器件,而是作電路的溫度補(bǔ)償或小范圍溫度測(cè)量。第41頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三集成溫度傳感器利用pn結(jié)的伏安特性與溫度之間的關(guān)系研制的一種固態(tài)傳感器。特點(diǎn)：體積?。粺釕T性小、反應(yīng)快；測(cè)溫精度高；穩(wěn)定性好；價(jià)格低等。分電壓型和電流型兩種，電壓型溫度系數(shù)約10mV/0C；電流型溫度系數(shù)約1μA/0C。AD590兩端元件；供電電壓：直流（+4~+30V），1.5mW(+5V)；高阻抗（710MΩ）輸出；00C時(shí)輸出273.2μA；溫度系數(shù)1μA/0C；測(cè)溫范圍-55~+15000C；使用范圍廣泛。第42頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三溫度變送器是自動(dòng)化儀表的重要單元儀表,屬于電動(dòng)溫度變送器。它可與熱電偶或熱電阻傳感器配接,輸出信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)毫安級(jí)電流,電動(dòng)溫度變送器輸出有0--10mA(國(guó)產(chǎn)DDZ-Ⅱ)和4--20mA(DDZ-Ⅲ)兩種標(biāo)準(zhǔn)形式。二.溫度變送器第43頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三輸出為4-20mADC(DDZ-Ⅲ)溫度變送器介紹a.電路采用集成運(yùn)算放大器,可靠性高,穩(wěn)定性好,體積小b.采用單元體系的設(shè)計(jì)方法,提供了通用和專用的靈活性,放大器為通用;而熱電偶,熱電阻和直流毫伏型為專用接入量程單元。c.在熱電偶和熱電阻的接入模塊中,采用了線性化電路,變送器輸出信號(hào)與被測(cè)溫度呈線性關(guān)系,方便了應(yīng)用和與系統(tǒng)的配接。d.儀表采用了統(tǒng)一的直流24VDC集中供電,變送器內(nèi)無電源。e.采取了安全火花(火花能量抑制)防爆措施,可以在具有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)合進(jìn)行溫度或直流毫伏信號(hào)的檢測(cè)。（1）變送器構(gòu)成（2）量程單元（3）放大單元a.直流毫伏量程單元b.熱電偶電勢(shì)量程單元c.熱電阻量程單元第44頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1、變送器構(gòu)成原理量程單元:在輸入回路中有針對(duì)熱電偶、熱電阻和毫伏輸入形式專用電路,能實(shí)現(xiàn)熱電偶的冷端補(bǔ)償、熱電阻三線接入及零點(diǎn)遷移、量程調(diào)整在反饋回路中有熱電偶和熱電阻非線性校正的線性化電路。放大單元:主要功能是信號(hào)放大,采用高性能集成運(yùn)算放大器,隔離輸出是為了防爆性能的實(shí)現(xiàn)。另外,放大單元接受24VDC外部供電,經(jīng)直-交-直變換、濾波,向輸入回路、集成運(yùn)放和功率放大電路提供直流電源。輸入回路反饋回路整流濾波集成運(yùn)放DC/AC/DC功率放大隔離輸出量程單元放大單元Vi+-VfVzIu24V第45頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三C1C2R1R2R3R4R5R6R7RP1VD1VD2RP’1uzRf2Rf1RP’fRP”fRPf+-uiu’zu’fuf量程單元放大單元+-uFuT輸入電路零點(diǎn)遷移電路反饋電路A2ui由任何傳感器或敏感元件提供,電阻R1、R2和VD1、VD2起限流作用,R1、R2和C1也起濾波作用。uf是由放大單元輸出經(jīng)隔離提供，RPf用于量程調(diào)整，即調(diào)反饋大小。電橋部分還是為了零點(diǎn)遷移。2、量程單元工作原理a.直流毫伏量程單元第46頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三R’P1+R3R5=μR6+Rf2+RP’fR6+Rf2+RPf+Rf1=βR6R5=γ且A2是理想,即滿足虛短和虛斷,uT=uFuf=β[ui+(μ-γ)uZ]則在放大單元電路中已經(jīng)設(shè)計(jì)為u0=5uf這樣一來,u0=5β[ui+(μ-γ)uZ]由標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的規(guī)定,當(dāng)ui=0V時(shí),u0=1VDC可配合調(diào)整RP1和RPf來實(shí)現(xiàn)R5＞＞R3+(RP1∥R4)R5=R7R7＞＞R6R1＞＞R2+RPf條件則有:uT=ui+R’P1+R3R5uZuF=R6+Rf2+RP’fR6+Rf2+RPf+Rf1uf+R6R5uZ對(duì)反饋部分作一推導(dǎo)：第47頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三設(shè)KA=∞，則要y=x,即電信號(hào)大小代表測(cè)量的溫度（Iout=t℃),須xfa(·)=yfb(·)及fa(·)=fb(·),需在反饋回路中設(shè)計(jì)與熱電偶非線性特性(由分度表決定)相等或近似功能電路實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償。下圖分四段實(shí)現(xiàn)fa（·）x熱電偶特性KAfb（·）+-yufEi線性化校正b熱電偶電勢(shì)量程單元非線性校正原理：第48頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三RCuR1R2R3R4R5R6R7uZRP1Rf23RPfRf22Rf21Rf20Rf2Rf19VD1VD2C1C2VD5VD4VD3VD67891011121314151617VD7Rf6+-A2+-A1Rf3Rf4Rf5VTuf+-EiUauRf18第49頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三★當(dāng)uf=0時(shí),ua=0,在uf↑時(shí),ua↑但VD3,VD4,VD5未導(dǎo)通時(shí),A1為比例放大Ua=Rf20+R’f21Rf20+R’f21+Rf19Rf8+Rf18+Rf7Rf8uf其中R’f21為Rf21與Rf22,RPf,Rf23,RP1,R6,R5,R7的并聯(lián)阻值非線性校正電路分析+-u11918782ufRf20Rf21Rf22A1ua在反饋回路復(fù)制的特性u(píng)fua第50頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三★當(dāng)uf增加使ua大于基準(zhǔn)電壓和VD3穩(wěn)壓起點(diǎn),VD3導(dǎo)通,此時(shí)相當(dāng)電路為:+-u119189782ufRf20Rf21Rf22A1uaufuf

Rf7Rf8Rf9+uf+ufRf8=u1-uf

Rf7R

f8+ufR

f18由圖得出:第51頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三由此解出u1與uf的關(guān)系,再得出ua與uf的式子:ua=Rf20+R’f21Rf20

+R’f21+Rf191+Rf18Rf9Rf7+Rf8

+Rf18Rf8uf在反饋回路復(fù)制的特性u(píng)fuaUa=Rf20+R’f21Rf20+R’f21+Rf19Rf8+Rf18+Rf7Rf8uf第52頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三★當(dāng)uf繼續(xù)增加,VD4導(dǎo)通,則使其斜率更高★當(dāng)uf繼續(xù)增加,VD5導(dǎo)通,此時(shí)與前述不同,因本支路與負(fù)載并聯(lián),Rf19上壓降增加,使斜率降低在反饋回路復(fù)制的特性u(píng)fua第53頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三線接入,線性化tRtR0-200020040060080001234鉑電阻的溫度電阻特性：由于隨t↑，uf↑送入Rt使得IRt↑則A2同相端電壓增加，則校正了熱電阻的類飽和特性Rt+-R2R4R5RP1R3A2Rf3RPfRf2ufRf4uzVD1---VD4測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)C.熱電阻量程單元第54頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三+-+-A2Ra1VTa1VTa2Ra2Rf1Cf1Tr2VDO1--VDO4VDf1--VDf4Tr3RO1CO1VDO5VDO6VDO7RO2+-+-1--5V4--20mAVDS11VDS12RS8RS9RS7RS6CS2CS3VDS5VDS10VDS9VDS8VDS7VDS6Tr1VT1VT2RS3RS2RS5RS4RS1VDS1--VDS4CS124VDC/AC/DC變換電路運(yùn)放功放反饋回路輸出回路????3、放大單元第55頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.儀表精度等級(jí)應(yīng)符合工藝誤差要求2.選型應(yīng)操作方便,可靠,經(jīng)濟(jì),合理考慮,在同一工程中減少儀表品種規(guī)格。3.儀表的測(cè)溫上下限值應(yīng)大于實(shí)際測(cè)溫范圍(10%),但不能太大，30%以下的刻度原則上最好不用。4.熱電偶是較常用的測(cè)溫元件,但要注意補(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)與熱電偶一致。5.測(cè)溫元件的保護(hù)套管的選用應(yīng)根據(jù)使用溫度以及被測(cè)介質(zhì)的特性確定。三.測(cè)溫儀表工程應(yīng)用選型原則第56頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三溫度儀表操作條件指示地點(diǎn)測(cè)量范圍液體溫度計(jì)操作要求測(cè)量范圍測(cè)量范圍壓力表式溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)銅電阻鉑電阻銅----康銅鎳鉻--康銅鎳鉻--鎳硅鉑銠--鉑鉑銠--鉑銠一般現(xiàn)場(chǎng)＜50℃精度高就地集中一般熱電偶熱電阻-200---+150℃-50---+150℃-200---+150℃＞2000℃0---1600℃0---1400℃0---600℃0---1100℃0---1600℃-200---+650℃0---300℃輻射溫度計(jì)特殊熱電偶吹氣熱電偶耐磨熱電偶多點(diǎn)(支)熱電偶鎧纜熱電偶特殊熱電阻室溫?zé)犭娮韪邏簾犭娮栉⑿蜔犭娮栌凸奁骄鶞囟扔?jì)振動(dòng)及腐蝕場(chǎng)合反應(yīng)器等煤層溫度磨損強(qiáng)場(chǎng)合H2濃度＞5%(＞870℃)恒溫室冷庫(kù)等高壓管道設(shè)備軸瓦表面溫度油品平均溫度特殊遠(yuǎn)傳0---1600℃第57頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三吹氣熱電偶：通過吹進(jìn)氮?dú)饣蚱渌鼩怏w，將有害氣體送出保護(hù)管外，從而提高熱電偶?jí)勖?。?0萬噸合成氨裝置中不可缺少的測(cè)溫裝置。

第58頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三耐磨熱電偶：適合于電廠球磨機(jī)及磨煤機(jī)等對(duì)保護(hù)管磨損嚴(yán)重的場(chǎng)合。

第59頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三多點(diǎn)熱電偶：適用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)存在溫度梯度不顯著，須同時(shí)測(cè)量多個(gè)位置或位置的多處測(cè)量。廣泛應(yīng)用于大化肥合成塔、存儲(chǔ)罐等裝置中。

第60頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三鎧裝熱電偶：通常和顯示儀表、記錄儀表、電子計(jì)算機(jī)等配套使用。直接測(cè)量各種生產(chǎn)過程中的0°C~1300°C范圍內(nèi)液體，蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面溫度。

第61頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三防爆熱電阻：隔爆產(chǎn)品接線盒（外殼）在設(shè)計(jì)上采用高強(qiáng)度鋁合金壓鑄而成，并具有足夠的內(nèi)部空間，壁厚和機(jī)械強(qiáng)度，橡膠密封圈的熱穩(wěn)定性均符合國(guó)家防爆標(biāo)準(zhǔn)。所以當(dāng)接線盒內(nèi)部的爆炸性混合氣體發(fā)生爆炸時(shí)，其內(nèi)壓不會(huì)破壞接線盒，而由此產(chǎn)生的熱能不能向外擴(kuò)散--傳爆。

第62頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三接觸測(cè)溫元件的安裝原則測(cè)量流動(dòng)介質(zhì)（管道內(nèi)）溫度時(shí)，應(yīng)保證傳感器與介質(zhì)充分接觸，與被測(cè)介質(zhì)成逆流狀態(tài)（至少呈正交式）安裝。

感溫點(diǎn)應(yīng)處于管道中流速最大的地方。

盡可能增大傳感器的插入深度，溫度計(jì)應(yīng)斜插或在管道彎頭處插入。

當(dāng)測(cè)溫管道過細(xì)（直徑小于80㎜）時(shí)，安裝測(cè)溫元件需加裝擴(kuò)充管。

熱電偶及熱電阻在安裝時(shí)，應(yīng)使其接線盒的面蓋向下，以免雨水或其他污物滲漏。

安裝在負(fù)壓管道上的溫度計(jì)，必須要保證良好的密封性，以防外界冷空氣進(jìn)入。

用熱電偶測(cè)量爐膛溫度時(shí)，應(yīng)避免與火焰直接接觸；避免把熱電偶安裝在爐門旁或與熱物體距離過近之處。接線盒不應(yīng)碰到被測(cè)介質(zhì)的器壁，以免熱電偶冷端溫度過高。第63頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)壓力檢測(cè)與變送1、壓力壓力指均勻、垂直地作用在單位面積上的力。

壓力的表示方式有三種，即：絕對(duì)壓力、表壓力、負(fù)壓或真空度。

絕對(duì)壓力是物體所承受的實(shí)際壓力，其零點(diǎn)為絕對(duì)真空。

表壓力指高于大氣壓力時(shí)的絕對(duì)壓力與大氣壓力之差。

真空度（負(fù)壓）是大氣壓力與低于大氣壓力時(shí)的絕對(duì)壓力之差。

壓力的單位是帕斯卡（Pascal），簡(jiǎn)稱帕（Pa）。

一.壓力概念與測(cè)壓原理第64頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三壓力入口固定端端面形狀壓力入口硬中心固定端壓力入口固定端硬中心它們的基本原理都是基于機(jī)械彈性變形原理。2、測(cè)壓原理傳統(tǒng)彈性敏感元件：彈簧管,膜盒,波紋管。第65頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三基于單晶硅的壓阻效應(yīng)而工作精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

壓阻式壓力傳感器(變送器)

新型測(cè)壓敏感元件:另外還有振動(dòng)筒(弦,膜等)測(cè)壓元件電容式壓力傳感器(變送器)第66頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三※噴嘴擋板結(jié)構(gòu)與特性當(dāng)δa≤δ≤δb時(shí)，近似為直線：防爆場(chǎng)合,將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為0.2---1.0kgf/cm2氣動(dòng)信號(hào)pB(δ)=PBb-PBaδb-δa+pBb(δ-δa)pBppBbpBaδδbδaab1、氣動(dòng)壓力變送器δpBpS二.力平衡式壓力變送器第67頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三※氣動(dòng)放大器pBpS輸出pO大氣氣源00.20.40.60.81.0Po(kg/cm2)pBbpBapBpBδδbδaab0幾個(gè)名詞:節(jié)流孔、錐閥、球閥、膜片第68頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三變送器系統(tǒng)框圖pK1K2

PS氣源壓力δδ噴嘴擋板氣動(dòng)放大PBa遷移機(jī)構(gòu)L1L2L3L4A1A2彈性支撐POPO測(cè)量元件杠桿反饋元件滑塊kqA1L3L11L41kK1K2A2L2apfqffMqM1+-Mi+-Mff4fBδpBpO※傳感與壓力變送器的整體結(jié)構(gòu)和工作原理第69頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三pK1K2

PS氣源壓力δδ噴嘴擋板氣動(dòng)放大PBa遷移機(jī)構(gòu)L1L2L3L4A1A2彈性支撐POPO測(cè)量元件杠桿反饋元件滑塊是一個(gè)典型單杠桿力矩平衡式儀表,忽略由擋板微小位移而引起的彈性元件彈力變化后,杠桿上力矩平衡方程式為:ΔpA1L1=POA2L2-F彈L3或PO=(A1L1/A2L2)ΔP+(F彈L3/A2L2)ΔpA1L1----測(cè)量力矩,N.mPOA2L2----反饋力矩,N.mF彈L3-----零點(diǎn)彈簧力矩,N.m等號(hào)后第一項(xiàng)是輸入ΔP和輸出PO的比例變換也即儀表的量程項(xiàng),第二項(xiàng)是零點(diǎn)項(xiàng),量程調(diào)整是改變反饋波紋管的位置,即改變L1和L2的比例關(guān)系,而零點(diǎn)調(diào)整是改變彈簧的彈力F彈,由于上式兩項(xiàng)都含有L2,所以調(diào)量程時(shí)其零點(diǎn)受影響,但調(diào)零點(diǎn)時(shí)因F彈只包含在第二項(xiàng),理論上不影響儀表量程第70頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三PO=KA1+KAKB(Kip-Kqa)KA=K1K2kL4KB=L2A2Ki=L1A1Kq=L3kqPO與P和a都有關(guān)系,操作a等效于某個(gè)Pq的人為輸入即遷移量設(shè)M1-Mq=0即Kipq=Kqa或a=(Ki/Kq)PqkqA1L3L11L41kK1K2A2L2apfqffMqM1+-Mi+-Mff4fBδpBpOPO=KA1+KAKB(Kip-KiPq)=KA1+KAKBKi(p-pq)=KG(p-pq)第71頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三maxpo=KG(maxp-pq)minpo=KG(minp-pq)max△po=KG(maxp-minp)=KGBDp(量程)po是標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)0.2---1.0kgf/cm2,則BDp=亦即操作滑塊位置L2就可改變量程;Po又可寫成:0.8KGPo=max△poBDp(p-pq)或P=BDpmax△poPo+Pq當(dāng)KAKB＞＞1時(shí),Po≈(Ki/KB)(P-Pq)=(A1/A2)(L1/L2)(P-Pq)BDp≈maxΔPo(A2/A1)(L2/L1)=kdL2也即量程與L2成正比例BD1BD1BD2Pq1Pq2Po(kgf/cm2)1.00.80.20.60.40P(kgf/cm2)氣動(dòng)壓力變送器工作特性PO=KA1+KAKB(Kip-KiPq)=KA1+KAKBKi(p-pq)=KG(p-pq)KA=K1K2kL4KB=L2A2Ki=L1A1Kq=L3kq第72頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(1)概述氣動(dòng)的或電動(dòng)的變送器,都將傳感器輸出的非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)。即氣動(dòng)的0.2---1.0kgf/cm2,或電動(dòng)的4---20mADC。DDZ---Ⅲ型壓力變送器直流24V供電，采用兩線制，輸出4---20mADC線路結(jié)構(gòu)為本質(zhì)安全防爆，作為本節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行介紹。2、電動(dòng)壓力變送器第73頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三W1W’1W2W’2銜鐵上鐵下鐵ABu～iCDu～Oδ．．ABCDC4R2C2VD1VD2+-VT1★位移傳感器：采用差動(dòng)變壓器并由此構(gòu)成振蕩電路(2)DDZ---Ⅲ型壓力變送器電路原理及力平衡矢量機(jī)構(gòu)和杠桿系統(tǒng)第74頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三．．ABCDC4R2C2VD1VD2+-VT1W1W’1W2W’2銜鐵上鐵下鐵ABu～iCDu～OδSS=0.76mm當(dāng)δ=S/2時(shí),其上下兩部分磁阻相等,初、次級(jí)繞組之間的互感也相等,上下兩部分的感應(yīng)電勢(shì)也相等,變壓器無輸出。當(dāng)δ＜S/2時(shí),上半部分磁路磁阻減小,互感增大,上半部分感應(yīng)電勢(shì)大于下半部分感應(yīng)電勢(shì),此時(shí)VCD和VAB同相。當(dāng)δ＞S/2時(shí),上半部分的磁路磁阻增大,互感下降,于是上半部分的感應(yīng)電勢(shì)小于下半部分的感應(yīng)電勢(shì),此時(shí)VCD和VAB反相當(dāng)δ大于、等于和小于S/2,銜鐵由遠(yuǎn)及近靠近磁芯時(shí)，次級(jí)線圈的電勢(shì),由和初級(jí)電壓反相漸變?yōu)橥唷７聪喾惦SS減小而減小,同相幅值隨S減小而增大第75頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三它是一個(gè)用變壓器耦合的諧振回路,LAB和C4構(gòu)成諧振回路，為VT1的集電極負(fù)載，VCD是反饋耦合信號(hào)，R6和VD1、VD2構(gòu)成分壓式偏置電路,R2為穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的電流負(fù)反饋電阻,C2為旁路電容。振蕩器要產(chǎn)生自激振蕩，反饋信號(hào)必須和輸入信號(hào)同相,即正反饋，且反饋系數(shù)β（互感系數(shù)）和放大器的放大系數(shù)K的乘積等于或大1,βK≥1也就是說,位移δ只要小于S/2，VAB和VCD就同相,又由于K和β都較大，只要參數(shù)選擇合適βK≥1也可滿足,位移δ和振蕩器的輸出電壓關(guān)系是：當(dāng)δ減小時(shí),β增大，電壓VAB也增大。

．．ABCDC4R2C2VD1VD2+-VT1R6+..起振：電源投入瞬間，IC增加，C端電位高于D端使IB增加，進(jìn)一步使IC增加直至飽和，則IC不再變化，基極VCD消失，集電極電流下降，使C端為負(fù)，則IC進(jìn)一步下降，形成往復(fù)振蕩，振蕩頻率由LAB和C4并聯(lián)諧振決定，振蕩幅度取決于AB和CD的耦合程度，即δ的大小，即位移δ決定振蕩器的輸出幅度，電信號(hào)大小。第76頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三．．ABCDC4R2C2VD1VD2+VT1++反饋線圈★位移檢測(cè)變壓器的初、次級(jí)線圈在電路中的接法：第77頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三NS銅環(huán)永久磁鋼磁鋼底磁分路調(diào)整鏍釘磁鋼罩反饋線圈（動(dòng)圈）副杠桿軟鐵芯IOIO當(dāng)儀表輸出電流IO流過動(dòng)圈（反饋線圈）時(shí)，在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生推力F，推動(dòng)副杠桿向外移動(dòng)，推力和電流的關(guān)系為：F=πBD0WI0B：磁鋼的磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)

D0:動(dòng)圈平均直徑(m)W:動(dòng)圈匝數(shù)IO:變送器輸出電流(A)磁分路調(diào)整鏍釘為細(xì)調(diào)儀表量程，即改變磁鋼氣隙中的磁感強(qiáng)度?！镫姶欧答佈b置：第78頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三F3不起作用，F(xiàn)2垂直向上，由叉形簧片傳給副杠桿F2=F1tgθ儀表在高量程時(shí),F1較大,為達(dá)平衡,θ應(yīng)調(diào)在較小位置,儀表在低量程時(shí),F2較小,為達(dá)平衡,θ應(yīng)調(diào)在較大位置F1F2F3θ受力分析θ的調(diào)整范圍為40---150，tg150:tg40=3.83:1

故用矢量角改變量程,一般只能達(dá)

1:4

左右,范圍變化更大則可改變反饋線圈的匝數(shù)矢量機(jī)構(gòu)是一個(gè)調(diào)整傳動(dòng)比的調(diào)整機(jī)構(gòu)量程調(diào)整推板F1F3F2舌板●○矢量板叉形簧片結(jié)構(gòu)圖★矢量機(jī)構(gòu)的原理第79頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三65312424VW1W2R11在DDZ---Ⅲ中,動(dòng)圈的匝數(shù)是可變的以此來調(diào)整儀表的測(cè)量范圍,即量程W1為725匝,W2為1450匝,另有一個(gè)R11和W2的直流電阻相等(1)用于測(cè)量低量程時(shí),將1和3短接,2和4短接,W1和R11串接,反饋力較小(2)用于測(cè)量高量程時(shí),將1和2短接,則W1和W2串接,反饋力較大因?yàn)?W1+W2)/W1=(725+1450)/725=3即可實(shí)現(xiàn)3:1量程調(diào)整前已敘述矢式量機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)3.83:1的量程調(diào)整,二者組合,可以實(shí)現(xiàn)最大和最小量程之比為3×3.83=11.49的調(diào)整范圍★反饋強(qiáng)弱的調(diào)節(jié)第80頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三A..sNs+-IOθ測(cè)量膜片杠桿彈性支撐矢量機(jī)構(gòu)支點(diǎn)連桿副杠桿差動(dòng)變壓器振蕩放大器調(diào)節(jié)彈簧動(dòng)圈繞組F3F2F1螺釘1螺釘2L1L2L3L4L5●輸入輸出靜態(tài)方程式:IO=S1tgθL1L3ΔP+L2L4K1F彈L5KfL4L12345---杠桿長(zhǎng)度(m)S1---膜盒膜片有效面積(m2)IO:輸出電流(mA)F彈---彈簧彈力(N)Kf---電磁反饋機(jī)構(gòu)反饋系數(shù)(N/mA)θ---矢量角θ調(diào)量程F彈調(diào)零點(diǎn)互不影響★電動(dòng)力平衡壓力變送器矢量機(jī)構(gòu)和杠桿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第81頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三IO=AKqKmKAKfpfi+-+-MqMiαβδMfIOKAKAKf1+(Km·A·p-Kqα)(Km·A·pq-Kqα)=0令α=Km·A·pqKq即IO=KBP(P-Pq)KBP=KAKmA1+KAKfIO是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),最大為20mA,最小為4mA其差值為16mA,都是確定的maxΔIO=KBP(Pmax-Pmin)令BDp=Pmax-Pmin則BDp就是量程P=BDpmaxΔIOIO+pq上式是關(guān)于壓力變送器

被測(cè)物理的量全面描述即在BDp和Pq已知的情況下,由對(duì)輸出電流Io的采樣值唯一確定被測(cè)物理量P,在上式可見,零點(diǎn)遷移和量程調(diào)節(jié)互不干擾,是一個(gè)優(yōu)點(diǎn),其工作特性如右圖所示BD1BD1BD2Pq1Pq2maxIOIOminIOP第82頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三VT1的集電集電壓(即振蕩器的輸出)經(jīng)VD4整流及R4和C5濾波,再經(jīng)VT2和VT3功放輸出4---20mADC電流IO,此電流是由VT1,VT2和VT3共同提供的。輸出電流是由24V直流電源電壓在同一回路給出的,這就是兩線制供電變送結(jié)構(gòu)。A.B.C.D.R10C1SR1R2C2VD3C4VD4VT1C5RBVD10--VD13R4R3VT2VT3R5R6VD9VD5VD6VD7VD8N1N2VD1VD2Io=4---20mA24VR11RLR7C3C6★DDZ---Ⅲ型壓力變送器電路原理圖第83頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三R6,VD1,VD2為VT1的偏置電路,VD3,VD10---VD13用于限制C2,C5兩端的電壓,防止電容放電或短路時(shí)產(chǎn)生非安全火花,VD5---VD8是為在儀表斷電時(shí)給線圈儲(chǔ)存能量一個(gè)泄放回路，是本安防爆。另外，S接入R10可改變放大器的靈敏度,在同樣被測(cè)壓力下的電流大小,與是否串入N2一起粗調(diào)量程。細(xì)調(diào)則是由杠桿系統(tǒng)的矢量機(jī)構(gòu)來完成。R3為電流負(fù)反饋穩(wěn)定工作點(diǎn),R5為VT1VT2穿透電流提供旁路,R1C1削滅高頻寄生振蕩R7為負(fù)載平衡電阻,使次級(jí)繞組的負(fù)載在正負(fù)半周相等,C3C6為高頻旁路,VD9在電源反接時(shí)保護(hù)電路。第84頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三氣動(dòng):1.反饋力靠反饋波紋管產(chǎn)生,其彈性模數(shù)易受溫度影響,故有溫度誤差2.調(diào)零和調(diào)量程互相干擾,要反復(fù)調(diào)整3.量程比小,約5.5但氣動(dòng)的也有雙杠桿和帶矢量機(jī)構(gòu)的電動(dòng):1.反饋力靠電磁反饋裝置產(chǎn)生,彈性元件位移量很小,其面積幾乎不變故線性度好2.調(diào)零點(diǎn)和調(diào)量程互不干擾3.矢量機(jī)構(gòu)的使用,使得其量程調(diào)整范圍較寬4.體積小重量輕★氣動(dòng)力平衡式與電動(dòng)力衡式壓力變送器比較第85頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三………………………………隔離膜片測(cè)量膜片電容極板P1P2絕緣玻璃硅油電極高壓室低壓室1、差壓電容傳感器三.電容式壓力(差壓)變送器第86頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.全部采用熔焊技術(shù),無機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu),體積小重量輕2.固定電極設(shè)計(jì)成球形凹面,提高了線性度且保證單向過載的保護(hù)3.中心測(cè)量膜片應(yīng)用了周向張緊技術(shù),使其成為一個(gè)有張力的彈性片,保證初始位置的穩(wěn)定性,位移和壓力線性好,遲滯誤差小,提高了共振頻率,抗震性能好4.改變中心膜片厚度,就可改變儀表的量程,使得通用零件增多,不同規(guī)格的變送器外形大小一樣5.對(duì)稱結(jié)構(gòu),受靜壓、溫度影響小,儀表性能穩(wěn)定6.制造工藝復(fù)雜,加工難度大特點(diǎn)第87頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三設(shè)差壓ΔP=P2-P1

，在ΔP的作用下，測(cè)量膜片移動(dòng)Δd,近似認(rèn)為,Δd=K1ΔP，則左右固定極板與測(cè)量膜片的距離變?yōu)閐0+Δd以及d0-Δd,設(shè)高壓室電容為CH，低壓室電容為CL,則:CH=K2/(d0+Δd),CL=K2/(d0-Δd)由前式知,電容式壓力變送器的任務(wù)是將(CL-CH)對(duì)(CL+CH)的比轉(zhuǎn)換為電壓或電流。其方法很多,測(cè)量充放電電流的方法用的較多,后圖是其一種方法的電原理圖:平膜片壓力---位移線性的條件:1.位移小于膜片厚度2.大量程用厚膜片，位移小于0.1mm3.小量程用薄膜片,采用張緊技術(shù)由上面幾個(gè)式子可得:(CL-CH)/(CL+CH)=Δd/d0=(K1/d0)ΔP=K3ΔP★差壓---膜片位移轉(zhuǎn)換第88頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三正弦波E加于CH和CL上,如r1及r’,r2,r3比C1,C2的阻抗小的多,則:∽CHCLVD1VD’1VD2VD’2r1r2r’C’C’1C’2r3EI1I2I0CLCHI1=I0CL

(+CLCHCH1+1)=I0CLCLCHCHCH

(I2=I01+1)=I0CL+★差動(dòng)電容式變送器的基本原理圖:第89頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三CL-CHCL+CH=K3P前得到:這樣:V2-V1V3=K3PΔΔV1-V2V3=CHr1-CL

r2(CL+CH)r3V1-V2V3=CH-CL

CL+CH

如r1=r2=r3則=CL-CH

(CL+CH)-如令V1、V2、V3為r1、r2、r3上的壓降,即V1=I1r1、V2=I2r2、V3=I0r3那么：第90頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三前面已經(jīng)得到:（V2-V1）/V3=K3ΔP在實(shí)際的電路中,用反饋的方法保證總電流I0不變,即V3不變,則差壓ΔP正比于V2-V1,測(cè)量r1、r2上的電壓差即可得知ΔP····+恒流源R’C’R1R2K1+-R4R3R10R8R7R9R5R6Wr3r1r2r’C’VD’1VD1VD2VD’2C’1C’2R11+-K2VT+-EIO2、差動(dòng)電容式變送器線路原理圖第91頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)流量檢測(cè)儀表一.基本概念單位時(shí)間內(nèi)流過管道橫截面的流體數(shù)量，稱為瞬時(shí)流量。

當(dāng)流體的數(shù)量以體積表示時(shí)，稱“體積流量”，記作qv。

當(dāng)流體的數(shù)量以質(zhì)量表示時(shí)，稱“質(zhì)量流量”，記作qm。

在某一段時(shí)間內(nèi)流過管道橫截面的流體總和稱為總（流）量或累積流量，記為qΣ。

通常指用來測(cè)量瞬時(shí)流量的儀表叫流量計(jì)，而用來計(jì)總量的儀表稱為計(jì)量表。1、流量第92頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、伯努利方程流速為υ，密度為ρ，靜壓力為p，則當(dāng)流體充滿水平管道流動(dòng)時(shí)，其能量方程為第一項(xiàng)為靜壓能，第二項(xiàng)為動(dòng)壓能（動(dòng)能）。在同一管道的任一橫截面上，流體動(dòng)能及其靜壓能的總和不變。在一定條件下，這兩種形式的能量可以在總能量不變的前提下相互轉(zhuǎn)換。

第93頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、差壓流量計(jì)節(jié)流現(xiàn)象：流體在有節(jié)流裝置的管道中流動(dòng)時(shí)，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象。最常用的節(jié)流件：孔板、噴嘴及文丘利管。差壓式流量計(jì)：應(yīng)用節(jié)流變壓降原理測(cè)量流量的儀表。整套儀表由節(jié)流裝置、導(dǎo)壓管及差壓檢測(cè)儀表組成。差壓式流量計(jì)的流量基本方程式是根據(jù)流體力學(xué)中伯努力方程和流動(dòng)連續(xù)性方程推導(dǎo)出來的。第94頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，星期三vv1v2v3xxpp’1p1p2p’2p’3理論分析及實(shí)驗(yàn)表明:Δp=p1-p2與qm的關(guān)系為:qm=Cs√2ρΔp1-β4=k√Δp上式說明，流量qm與差壓ΔP的平方根成正比。Ρ為流體密度，β與S為孔板的尺寸參數(shù)，C為實(shí)驗(yàn)確定的系數(shù)。測(cè)得差壓信號(hào)后需經(jīng)開方運(yùn)算后才能得到流量信號(hào)1、流量孔板儀表將流體瞬時(shí)流量由節(jié)流裝置轉(zhuǎn)換為壓力差,變?yōu)闇y(cè)壓差,進(jìn)而產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)4---20mADC或1---5VDC或氣動(dòng)信號(hào)0.2---1.0kgf/cm2二.基于差壓原理的流量測(cè)量第95頁(yè)，共108頁(yè)，2023年，2月20日，