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1、仪表基础知识艾默生过程控制有限公司 仪表基础知识培训议程 1 压力知识培训2 温度知识培训3 流量知识培训4 液位知识培训5 控制理论知识培训 EmersonProcessManagementOverviewDate 20 Apr 01 Slide2 压力公式 压力是作用于一个确定面积上的力的大小 压力 力与面积之间的关系可以下面公式表示 其中 P F A P 压力 F 力 A 面积若力 由于物理接触 作用于一个面积上 则压力便产生作用 若力增加或力所作用的面积大小减小 则压力增加 压力单位 P95一体化体积流量计 压力单位可分成两类 面积上的力的单位与以液柱为基准的单位 面积上的力的单位下列
2、是一个确定面积上的力的单位 每平方英寸面积上的磅数 psi 每平方厘米面积上的公斤数 kg cm 每平方厘米面积上的克数 g cm 1g cm 1 1 000kg cm 帕 Pa或N m N代表牛顿 千帕 kPa 1kPa 1 000Pa 巴 1bar 100 000Pa 毫巴 mbar 1mbar 1 1 000bar 压力单位 以液柱为基准的单位下列是以液柱为基准的压力单位 英寸水柱 在68 F 20 C 下的inH2O 在美国最普遍使用的单位 英尺水柱 ftH2O 米水柱 mH2O 毫米水柱 mmH2O 英寸汞柱 inHg 毫米汞柱 mmHg 大气压 atm 在海平面处由地球大气压作用的
3、压力 基准压力 基准压力是同被测量的过程物料的压力相比较的压力测量 根据它们测量起始的基准压力 可将压力测量仪表分类 这三个基准压力是 绝压 表压 差压绝压与表压仪表测量过程流体的压力与基准压力之间的压差 差压仪表测量过程流体在不同点处的两个压力 并测量它们之间的压差 表压绝压示意图 压力单位换算 压力测量仪表的分类 压力传感器从其原理及结构来看可分为 液柱式 机械式及电气式测量压力的仪表 按信号原理不同 大致可分为四类 液柱式 根据流体静力学原理 把被测压力转换成液柱高度机械式 根据弹性元件受力变形的原理 将被测压力转换成位移电气式 将被测压力转换成各种电量 如电感 电容 电阻 电位差等 依
4、据电量的大小实现压力的间接测量活塞式 根据水压机液体传送压力的原理 将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量 机械式压力仪表 机械式压力仪表有两个基本部分 检测器件 机械刻度盘或指示器 连接到检测器件 给出压力读数 最普遍采用的压力检测器件是 布尔登管 波纹管与膜盒机械式压力计仍然广泛用于过程控制工业 弹性压力仪表原理 利用弹性元件在被测介质的压力作用下 产生弹性形变而制成 结构简单 牢固可靠 使用方便 价格低廉 精度很好 测量范围宽 几百帕 上千兆帕 可增加附加装置 如电气变换装置 控制元件等等 实现压力的远传 报警 自动控制等等 弹性式压力计 弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形 变形
5、大小与被测压力成正比关系 弹簧管压力表 1 弹簧管压力表结构简单 使用方便 价格低廉 使用范围广 测量范围宽可测负压 微压 低压 中压和高压精度有0 5 1 0 1 5 2 5等 波纹管与膜盒 1999ARCUnitStudy 1 膜片按剖面形状分为平膜片和波纹膜片常用材料可与其他转换元件合用电容式压力传感器光纤式压力传感器力矩平衡式压力变送器2 波纹管优点 灵敏高 可测较低压力缺点 迟滞误差较大 精度一般只有1 5级 电子压力变送器 电子变送器将输入压力转换成为数字的或电信号 电子变送器有两个基本的部分 传感器 电子线路 装置 传感器把实际的位移转换成为电气性质的变化 例如 电容 电压 电感
6、或磁阻 变送器的电子线路部分把传感器的输出信号改变成为一个标准的电子信号 在过程控制工业中最广泛采用的电子信号是 4 20mA 信号 电子传感器类型 用于电子压力变送器的若干类型的传感器列举如下 可变电容 压敏电阻 压电晶体 可变电感 可变磁阻 振动线 应变计 可变电容原理 可变电容电容是一种物质保持电荷的能力 电容器是由彼此对准中心但不接触的两个导电板组成的器件 两板之间的空间充满称为电介质的绝缘介质 在大多数压力变送器的可变电容传感器中 其电介质是油 有三个因素影响电容器的电容 电容器板的表面积 电介质的绝缘性质 板间的距离 可变电容结构图 压阻式压力传感器 压阻式压力传感器压阻元件是基于
7、压阻效应工作的一种压力敏感元件 它指在半导体材料的基片上用基成电路工艺制成的扩散电阻 当它受外力作用时 其阻值由于电阻率的变化而改变 扩散电阻正常工作需依附弹性元件 常用的是单晶体硅膜片 优点 体积小 结构简单 能直接反映微小的压力变化 动态响应好缺点 敏感元件易受温度的影响 从而影响压阻系数的大小 压电式压力传感器 压电式压力传感器压电效应原理 压电材料受压时会在其表面产生电荷 其电荷量与所受的压力成正比 压电材料 单晶体 多晶体特点 结构简单 紧凑 小巧轻便 工作可靠 线性度好 频率响应高 量程范围广 一 压力检测仪表的选择1 仪表量程的选择被测压力较稳定 最大工作压力不应超过仪表满量程的
8、3 4被测压力波动较大或测脉动压力 最大工作压力不应超过仪表满量程的2 3为保证测量准确度 最小工作压力不应低于满量程的1 3优先满足最大工作压力条件 压力检测仪表的选择与校验 2 仪表精度的选择压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误差来确定 即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差 3 仪表类型的选择从被测介质压力大小来考虑被测介质的性质对仪表输出信号的要求使用的环境 压力仪表的校验 校验就是将被校验压力表和标准压力表通以相同压力 比较它们的指示数值 如果被校表对于标准表的读数误差 不大于被校表规定的最大准许绝对误差时 则认为被校表合格 常用的校验仪器是活塞式压力计 它由
9、压力发生部分和测量部分组成 它的精度等级有0 02 0 05和0 2级 可用来校准0 25级精密压力表 也可校准各种工业用压力表 被校压力的最高值为60MPa 压力发生部分 测量部分 压力表的安装 1 取压口的选择在管道或烟道上取压测量流动介质的压力测量液体介质的管道上取压 2 导压管的铺设导压管是传递压力 压差信号的 导压管的铺设 3 压力 压差计的安装 压力 压差计的安装 19691980199019962001 罗斯蒙特压力变送器 四十年行业领袖 3051 经典的电容传感测量原理标准组件化结构双隔离室的外壳五百万台以上销售业绩 1151 共平面法兰平台 游离式 的传感器结构ASIC表面安
10、装技术一体化的全面测量解决方案三百万台以上销售业绩 3095 多变量DP P与T测量动态补偿的质量流量测量 工业首创技术 共平面 电容传感器 多变量 差压质量流量 智能低功耗 一体化的阀组 5年稳定性 总体性能 基于变送器的控制 双隔离室标准组件化的组装 3051S 规模可变设计平台2倍的性能改善2倍的稳定性提高一体化的全面测量解决方案 新型2051全系列产品 扩展协议HART现场总线低功率无线 FY09第3季 技术要求精度 0 075 量程比 100 1稳定性 2年选项P8 0 065 精度和5年稳定性 所有压力产品供应拓宽产品供应范围差压 DP 表压 GP 绝压 AP 通用系列产品单一型号
11、共平面型 2051C直接安装型 2051T液位测量型 2051L 提高易于使用性增强电子设备描述语言 EDDL 外部零点 量程调整 选项D4 2051C T L系列产品 3051系列共平面 直接安装设计 0 065 精度 0 04 可选项 5年稳定性100msec响应时间100 1量程比 3051C T 今日全球最畅销的压力变送器 主要特征工业领先的性能总体性能长期稳定性动态响应最好的可靠性提供FF和Profibus协议安装灵活超过3百万的安装量 SuperModuleTM 超级模块设计平台 3051S系列是以 SuperModuleTM 超级模块设计平台 差压液位系统介绍 法兰式过程连接螺纹
12、式过程连接卫生型过程连接 持续引领压力测量技术发展的罗斯蒙特压力变送器 模拟 智能 工厂管控网 P I 性能 下一价值曲线 Competition 技术引领者 1151 2051 3051 3051S三代压力变送器产品整体性能的改善与提升巩固了罗斯蒙特的全球技术领导地位 客户价值CAPEX OPEX Quality Uptime 没有最好 只有更好 仪表基础知识培训议程 1 压力知识培训2 温度知识培训3 流量知识培训4 液位知识培训5 控制理论知识培训 EmersonProcessManagementOverviewDate 20 Apr 01 Slide36 引言 温度是材料内部分子活动的
13、一种度量 当分子活动的程度上升时 物质的温度便上升 热的与冷的是主观定性地描述分子活动方面上升的情况 对描述温度要求有更一致与更精确的方法导致发明了温度测量器件或传感器 传感器采用标准的 全世界承认的温标 许多类型的传感器可用于家庭与工业两者的应用场合 现今在用的三种温标是 华氏 摄氏 也叫百分度 绝对 开尔文温标与兰金温标 温度测量温标 要将温度由摄氏转换成华氏 则用以下公式 F 1 8 C 32 温度传感器 在工业环境中 高的过程温度 压力与振动需要有强固的温度传感器 同时也需要有快速的响应时间 精度与稳定性 虽然可利用若干类型的温度传感器 工业过程测量中最常用的两种是 电阻式温度检测器
14、RTD 热电偶 T Cs 共同的结构特点 热电阻 RTDs 与热电偶 T Cs 有若干共同的结构特点 图4 2 检测元件 传感器铠装 护套 引线 螺纹式转换接头 任选 图4 2温度传感器共同的特点 什么是热电阻传感器 RTD 什么是RTD ResistanceTemperatureDetector工作特性由金属的固有特性决定 通常为铂电阻 当金属上温度发生变化 与电流相对应的电阻发生变化 如果能够测量金属的电阻 就可以知道温度 铂的电阻随温度而变化 两种常用RTD测量元件类型 线绕测量元件 薄膜测量元件 RTD常用材料 制造RTD最常用的三种金属电阻是铂 铜与镍 铂铂热电阻元件是用于过程工业最
15、常见的热电阻类型的元件 铂元件具有高的精度 高的重复性及温度每变化一度时高的电阻变化率 铜铜热电阻在其整个温度范围内是高度线性的 但精度有限 而且温度范围比铂电阻元件窄 镍镍热电阻元件温度每变化一度具有高的电阻变化值 但线性度差 精度有限 并且温度范围相对较窄 红 红 白 白 RTD热电阻传感器 2 3 和4 线RTD 4 线RTD 为什么使用2 3 或4 线RTD 2 线 成本最低 使用极少 因为引线电阻的误差很大3 线 成本 性能比适中 引线补偿良好 4 线 理论上最好的引线补偿方法 完全补偿 精度最高 成本最高 一般从传感器伸出的导线为铜导线 测量元件 如 线绕 薄膜 RTD分类级别 A
16、级和B级 A级热电阻A级热电阻被定义为精确到IEC751标准理想值 0 15 C 0 002xT C 其中T是以 C为单位的工艺过程温度 A级热电阻要比B级热电阻贵 B级热电阻B级热电阻被定义为精确到IEC751标准理想值 0 3 C 0 005xT C 其中T是以 C为单位的工艺过程温度 虽然比A级热电阻精度差些 但对大多数工业应用是足够的 热电阻传感器如何转换温度 电阻转换成温度一旦确定了电阻的测量值 它就被转换成温度测量值 变送器用两个转换方法中的其中一个 电阻式温度检测器标准 例如IEC751标准 Callendar VanDusen 卡伦德 公式 RTD热电阻传感器 电阻变化具有重复性 什么是RTD ResistanceTemperatureDetector铂线电阻的变化近于理想曲线 IEC751 电阻 欧姆 温度 oC 电阻与温度国际通用关系图 IEC751 Page3 2 SensorsPDS V 1 IEC751 IEC751曲线 IEC751标准 已编程在我们的所有变送器中 描述了Pt100a385热电阻的理想的电阻与温度的关系 温度传感器及附件 热电阻校验 温度 o
