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1、测量仪表篇,仪表及自动化,主要内容,第一章 检测仪表基础知识 概述 仪表的性能指标 工业仪表的分类 第二章 压力检测及仪表 概述 弹性式压力计 电气式压力计 智能型压力变送器,第三章 流量检测及仪表 概述 差压式流量计 转子流量计 椭圆齿轮流量计 旋进流量计 涡轮流量计 电磁流量计 超声波流量计 质量流量计,第四章 物位检测及仪表 概述 直读式液位计 差压式液位变速器 电容式物位传感器 雷达式物位传感器 核辐射物位计 第五章 温度检测及仪表 温度检测方法 膨胀式温度计 压力式温度计 热电偶温度计 热电阻温度计,第六章 轴系检测仪表 概述 旋转机械基本参数的检测 监测器系统 第七章 在线分析仪表
2、 样品处理系统 工业色谱仪 在线氧含量分析仪 在线红外线分析仪 在线水质分析仪,第一章 检测仪表基础知识,检测元件：又称为敏感元件、传感器，它直接响应工艺变量，并转化成一个与之成对应关系的输出信号。,检测仪表 将检测元件、变送器及显示装置的统称，或者将检测元件称为一次仪表，将变送器和显示装置称为二次仪表。 信号传送：420mA(020mA、0-10mA)；20100kPa,1、概述,检测仪表的作用,执行器,工艺过程,检测仪表,控制仪表,给定值,偏差,被控变量,测量值,单回路调节系统方块图,检测仪表是化工自动化控制系统的重要环节。其作用就是获取生产过程中化工变量的信息。 检测参数包括：温度（T）
3、、 压力（P）、流量（F）、物位（L）、成分（A）,检测系统的组成,敏感元件,被检测量,自动检测系统图,电子测量电路,输出单元,标准信号,测量误差指由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。通常有两种 表示方法，即绝对误差和相对误差。 绝对误差是指仪表指示值x与被测量的真值x0之间的差值，即 = x一x0 相对误差即仪表引用误差，它是绝对误差与测量标尺范围之比. (XX0) = - 100 标尺上限一标尺下限,2、仪表的性能指标,(1). 精确度（简称精度）,说明 仪表的测量误差可以用绝对误差来表示。但是，仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值
4、max。,相对百分误差,允许误差,举例,某台测温仪表的测温范围为200700，校验该表时得到的最大绝对误差为4，试确定该仪表的精度等级。,解 该仪表的相对百分误差为,如果将该仪表的去掉“”号与“”号，其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为1.0级。,仪表的允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉“”号及“”号，便可以用来确定仪表的精确度等级。 目前常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0
5、，1.5，2.5，4.0等。,仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。,精度等级数值越小，就表征该仪表的精确度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。0.05级以上的仪表，常用来作为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多在0.5以下。,仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。,举例,1.5,1.0,如：,(2).变差,变差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。,测量仪表的变差,(3).灵敏度与灵敏限,仪表的灵敏度是指仪表指针的线位移或
6、角位移，与引起这个位移的被测参数变化量的比值。即,式中，S为仪表的灵敏度；为指针的线位移或角位移；x为引起所需的被测参数变化量。,仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。,注意：上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中，往往用分辨力表示。,(4).重复性,重复性表示检测仪表在被测参数按同一方向作全量程连续多次变动时所得标定特性曲线不一致的程度。若标定的特性曲线一致,重复性就好,重复性误差就小。,重复性示意图,(5).线性度,线性度是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。通常总是希望测量仪表
7、的输出与输入之间呈线性关系。,线性度示意图,式中，f为线性度（又称非线性误差）；fmax为校准曲线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。,3、工业仪表的分类,(1).按仪表使用的能源分类,气动仪表、电动仪表、液动仪表,电动仪表的优点 以电为能源，信号之间联系比较方便，适宜于远距离传送和集中控制；便于与计算机联用；现在电动仪表可以做到防火、防爆，更有利于电动仪表的安全使用。 电动仪表的缺点 一般结构较复杂；易受温度、湿度、电磁场、放射性等环境影响。,(2).按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类,检测仪表,作用是获取信息，并进行适当的转换。,显示仪表,作用是将由检测仪表获得的信息显示
8、出来。,集中控制装置,包括各种巡回检测仪、巡回控制仪等。,控制仪表,可以根据需要对输入信号进行各种运算。,执行器,可以接受控制仪表的输出信号或直接来自操作员的指令，对生产过程进行操作或控制。,各类仪表的作用,(3). 按仪表的组成形式分类,基地式仪表特点是将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个表壳里，形成一个整体。这种仪表比较适于在现场做就地检测和控制，但不能实现多种参数的集中显示与控制。这在一定程度上限制了基地式仪表的应用范围。,分为基地式仪表和单元组合仪表,单元组合仪表是将对参数的测量及其变送、显示、控制等各部分，分别制成能独立工作的单元仪表（简称单元，例如变送单元、显示单元、控制单元等
9、）。这些单元之间以统一的标准信号互相联系，可以根据不同要求，方便地将各单元任意组合成各种控制系统，适用性和灵活性都很好。,第二章 压力检测及仪表,1、概述,压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。,压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）,各种压力单位换算表,在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。,当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。,绝对压力、表压、负压（真空度）的关系,测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。,(1).液柱式压力计,它根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量。,按其结构形式的不同,有U形管压力计、单管压力计等,优点,这类压力
10、计结构简单、使用方便,缺点,其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测量较低压力、真空度或压力差。,(2).弹性式压力计,它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。,(3).电气式压力计,它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。,(4).活塞式压力计,它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。,优点,缺点,测量精度很高，允许误差可小到0.05%0.02%。,结构较复杂，价格较贵。,2、弹性式压力计,定义,弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下
11、，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。,优点,具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点。,可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。,(1).弹性元件,弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围不同时，所用的弹性元件也不一样。,弹性元件示意图,弹簧管式弹性元件如图(a)和(b)所示，波纹管式弹性元件如图(e)所示，薄膜式弹性元件如图(c)和(d)所示。,(2).弹簧管压力表,分类,使用的测压元件 单圈弹簧管压力表与多圈弹簧管压力表。,用途 普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。,1弹簧管；2 拉杆；3 扇形齿
12、轮；4 中心齿轮；5 指针；6 面板；7 游丝；8 调整螺丝；9 接头,弹簧压力表,基本测量原理,单圈弹簧管是一根弯成270圆弧的椭圆截面的空心金属管子。管子的自由端B封闭，另一端固定在接头上。当通入被测的压力p后，由于椭圆形截面在压力p的作用下，将趋于圆形，而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生扩张变形。同时，使弹簧管的自由端B产生位移。输入压力p越大，产生的变形也越大。由于输入压力与弹簧管自由端B的位移成正比，所以只要测得B点的位移量，就能反映压力p的大小。,在化工生产过程中，常需要把压力控制在某一范围内，即当压力低于或高于给定范围时，就会破坏正常工艺条件，甚至可能发生危险。这时就应采用带有报警或
13、控制触点的压力表。将普通弹簧管压力表稍加变化，便可成为电接点信号压力表，它能在压力偏离给定范围时，及时发出信号，以提醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。,(3)电接点式压力表,电接点信号压力表,1，4 静触点；2 动触点； 3 绿灯；5 红灯,压力表指针上有动触点2，表盘上另有两根可调节指针，上面分别有静触点1和4。当压力超过上限给定数值时，2和4接触，红色信号灯5的电路被接通，红灯发亮。若压力低到下限给定数值时，2与1接触，接通了绿色信号灯3的电路。1、4的位置可根据需要灵活调节。,3、电气式压力计,定义,电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。,优点,1.
14、 该仪表的测量范围较广，分别可测710-5Pa至5102MPa的压力，允许误差可至0.2；,2. 由于可以远距离传送信号，所以在工业生产过程中可以实现压力自动控制和报警，并可与工业控制机联用。,电气式压力计组成方框图,组成,一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。,几种常见的传感器或变送器：,(1).霍尔片式压力传感器,霍尔片式压力传感器是根据霍尔效应制成的，即利用霍尔元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测量。,将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧管压力传感器，如下图所示。,霍尔片式压力传感器
15、,1弹簧管；2 磁钢；3 霍尔片,当被测压力引入后，在被测压力作用下，弹簧管自由端产生位移，因而改变了霍尔片在非均匀磁场中的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例。,利用这一电势即可实现远距离显示和自动控制。,(2).应变片压力传感器,应变片式压力传感器利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。,应变片压力传感器示意图,1应变筒；2外壳；3密封膜片,(3).压阻式压力传感器,压阻式压力传感器利用单
16、晶硅的压阻效应而构成。 采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。 当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。,压阻式压力传感器,1基座；2单晶硅片；3导环；4螺母；5密封垫圈；6等效电阻,特点,精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单；便于实现显示数字化；,可以测量压力，稍加改变，还可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。,(4).电容式压力变送器,电容式压力变送器是一种开环检测仪表，具有结构简单、过载能力强、可靠性好、测量精度高等优点，其输出信号是标准的420mA（DC）电流信号。,工作原理,电容式差压变送器原理图,1隔离膜片；2，7固定电极；3硅油；
