《测量元件与变换器!!课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《测量元件与变换器!!课件（102页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 检测仪表与传感器一、基本要求一、基本要求l1.掌握仪表精度的意义与测量误差的关系。l2.了解仪表的性能指标。l3.初步掌握各种压力检测仪表的基本原理及压 力表的选用方法。l4.了解各种流量计的测量原理。重点是差压式 流量计及转子流量计。l5.了解各种物位测量方法。初步掌握液位测量 中零点迁移的意义及计算方法。l6.掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理。熟悉热电偶温度测量中的冷端温 度补偿的作用及方法。l7.了解电动温度变送器的作用及原理。l1. 参数检测l2. 非电量的电测法l3. 准确度l4. 绝对误差l5. 实际相对误差l6. 示值相对误差l7. 引用相对误差l8. 允许误差l
2、9. 指示变差l10. 精密度l11. 仪表精度等级l12. 精确度l13. 灵敏度l14. 灵敏限l15. 分辨率l16. 线性度l17. 反应时间二、常用术语第三章 测量元件与传感器 3.1 概 述一、参数的测量l参数检测：将被测参数经过一次或多次能量的交换， 获得一种便于显示和传递的信号的过程。l根据信号的不同，参数检测仪表可以分为：气动检测 仪表和电动检测仪表两类。l非电量的电测法：将非电量工艺参数，如压力、温度、流量、物位等，转换为电流、电压等电路参数（信号）的检测方法。二、检测仪表的性能1. 准确度与误差l准确度：测量值与被测量真值的接近程度；l绝对误差：测量值与被测量真值之差；l
3、相对误差：绝对误差与被测量真值之比；l实际相对误差：绝对误差与被测量真值之比；l示值相对误差：绝对误差与仪表指示值之比；l引用相对误差：绝对误差与仪表满刻度值之比。l允许误差：最大引用相对误差。2.指示变差与精密度l变差：外界条件不变，同一仪表对被测量在 仪表全部测量范围内进行正、反行程测量时 ，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。变差最大绝对差值/（测量上限值测量下限值）l精确度（简称精度）：仪表精密而准确的程 度，表征仪表检测微小参数变化的能力。l仪表精度等级：用允许误差的绝对值表示：常用仪表等级有：0.005，0.02，0.05，0.1 ，0.2，0.4，0.5，1.
4、0，1.5，2.5，4.0，5.0 等。3. 灵敏度、灵敏限与分辨力l灵敏度：仪表的指示位移变化量与被测参 数变化量之比。l灵敏限：能引起仪表指针发生位移变化的 被测参数的最小变化量。灵敏限的大小应小余仪表允许绝对误差的一半.l分辨力：测试仪表数字显示器的最末位数 字间隔所代表的被测参数变化量。二、检测仪表的性能4. 线性度与反应时间l线性度：表征线性刻度仪表 的输入量与输出量的实际校 准曲线与理论直线的吻合程 度。f (f / /仪器量程)100l反应时间：显示值变化相对 于实际值变化的滞后时间。被测变量仪 表 显 示 值三、检测系统的构成被 测 参 数敏 感 元 件信 号 变 换信 号 传
5、 输信 号 测 量显示记录+ -A/DPLC控制3.2 压力的测量与变送 一、压力的表示与单位压力的表示：l绝对压力l单位面积所受到的力l相对压力（表压）l绝对压力与大气压之 差l真空度l大气压与绝对压力之 差绝对压力绝对 压力真空度表压标准大气压压力（压强）的单位l压强（俗称压力）：单位面积所受到的垂 直作用力。l工程上的“压力”与力学中的“压力”不表示 同一个概念。帕 PaN/m2毫米汞柱mmHg兆帕 MPa106N/m2水柱mH2O 工程大气 压压10mH2O巴dyn/cm2物理大气 压压20C海平面psilb/in2二、压力计的分类与工作原理工业压力计通常按敏感元件的类型进行分类：l液
6、柱式压力计l活塞式压力计l弹性式压力计l电气式压力计1. 液柱式压力计测量原理：P=h 所以 h=P/ 2. 活塞式压力计l测量原理：P=G/S 所以 G=PSl精确度高l常用作标准仪表 ，检验其它压力 计3、弹性式压力计与常用压力表l工作原理：采用弹性元件将压强大小转换为位 移量，再通过机械传动和放大，推动指针偏移 。l根据敏感元件形式的不同可以分为以下3类：l弹簧管式压力计：工作原理图l薄膜式压力计l波纹管式压力计4、电气式压力计与信号转换l电气式压力计，实际上是将弹性元件、液柱式 压力计所产生的微小位移或活塞式压力计所产 生的力转换为电信号输出的一类压力计。l电气式压力计通常两部分组成：
7、一次仪表（压力探头）：将压力转换为微弱电参数 ；二次仪表：将微弱电参数转换为标准电信号。(一) 电气式压力计一次探头l常用电参数有：电阻、电感、电容、电压等 。l常见压力变换器（压力探头）有：霍尔片式压力变换器应变式压力变换器；压电电阻式压力变换器；电感式压力变换器；电容式压力变换器力矩平衡式压力计（差压变送器） 霍尔式压力计一次探头l霍尔半导体在垂直电流和磁场的作用下， 会产生侧向电压：UH=RHBINS电阻应变式压力计一次探头l电线的电阻为：R=L/Sl当电线受到拉（应）力作用时，L变大，S变 小，R变大。l当粘一组串联平行细导线（电阻应变片）的 金属（弹性元件）因压力变化而发生微小变 形
8、（应变）时，细导线的电阻随之发生变化 。从而，将压力参数转化为电阻参数。电阻 变化压力 变化弹性 变形电感式压力计一次探头l磁路的磁阻与铁芯的间隙相关。所以，当衔铁或铁芯的位置发生变化时 ，其电感也随之发生变化。从而，可以将 位移量转化为电感量。电容式压力计一次探头l电容器的电容量：C=S/dl当S或d发生变化时，电容量发生变化。电气压力计前置放大器l传感元件的参量变化通常是非常微弱的，不能进 行远距离传送，需要进行初步放大。v电阻和电容传感器一般采用电桥放大，以电压方 式输出；v电感式传感器一般采用振荡电路放大，以频率方 式输出；v电压传感器一般采用直流放大器，以电压或电流 方式输出。电气压
9、力计前置放大器(二) 电气压力计二次仪表l作用：将传感器信号转换为标准通讯信号。lDDZ 型仪表标准通讯信号为：420mA。l智能型压力传感器在二次仪表中另外附加一 些功能，如：模/数转换与数据通讯，工程单位转换，信号（变化）阻尼，故障诊断等。三、压力计的选型l选型内容：1、类型选择l功能：显示、报警、记录、传送（数字、模拟）l介质条件：温度、腐蚀性、粘度、脏污程度等；如 ：氨气表防腐，氧气表禁油。l环境条件：温度、震动、电磁场等。2、量程与盘面大小；l工作压力不小于1/3量程，不大于2/3（1/2）量程。l盘面大小应方便安装和观察。3、精度等级：根据工艺需要确定。四、压力计的安装l安装事项：
10、l取压位置：由工艺条件确定；l尽量避免涡流影响；l避免流速影响；l避免导压管产生压差。l隔离：l温度隔离：采用铜管散热；l腐蚀性隔离：采用隔离箱（凝液管）；l脏污隔离：采用空气包。常见压力传感器外形工业压力变送器数字压力变送器通用压力变送器隔离压力变送器高温压力变送器隔离压差变送器常见压力传感器外形隔膜压力变送器隔离液位变送器微压变送器电容压力变送器绝压变送器双膜压差变送器常见压力传感器外形微型探针压力计OEM压力芯片OEM血压计本安压力变送器湿式压力变送器暖风空调压力计3.3 流量的测量与变送按测量途径分类：l速度式流量计l通过测量过流速度，用过流面积换算成流量。l容积式流量计l采用固定溶积
11、空间逐次衡量过流容积。l质量流量计- 计量可压缩流体的质量通过量。l电磁式流量计- 测量导电介质的流量。l声、光、热学流量计-超声波、激光、X射线、核磁共振流量测量方法与流量仪表的分类1. 流量测量方法 (1)利用伯努利方程原理，通过测量流体差压信号来 反映流量的差压式流量测量法； (2)通过直接测量流体流速来得出流量的速度式流量 测量法； (3)利用标准小容积来连续测量流量的容积式测量； (4)以测量流体质量流量为目的的质量流量测量法。2. 流量仪表的分类速度式流量计：通过测量过流速度，用过流面积换算 成流量容积式流量计：采用固定容积逐次衡量过流容积质量流量计：计量可压缩流体的质量通过量。一
12、、速度式流量计l根据测速方法可以分为以下几类：l压差流量计l转子流量计l电磁流量计l超声波流量计l涡轮流量计l堰式流量计1. 压差流量计l组成：节流装置 + 压差计l测量原理：由流体力学知识可知，流体通过孔板节 流装置后，会产生一定的压降。根据流速和压降的 关系可以推导出下列方程：l通过测量孔板前后压差即可计算出流速和流量。 p1p2流体流经节流件时 压力和流速变化情况=(1)测量原理及流量方程截面1和2上流体的静压压力； 截面1和2上流束直径；截面1和2上流体的平均流速； 、截面1和2上流体的密度 、求出：体积流量 质量流量 对对于可压缩压缩 流体，考虑虑到节节流过过程中流体 密度的变变化而
13、引入流束膨胀胀系数 进行修正采用节流件前的流体密度 ，由此流量公式可 更一般的表示为：a.流体必须是牛顿流体，在物理学和热力学上是均匀的、单相的，或者可认为是单相的流体 。b. 流体必须充满管道和节流装置且连续流动，流经节流件前流动应达到充分紊流，流束平行于管道 轴线且无旋转，流经节流件时不发生相变。a. c. 流动是稳定的或随时间缓变的。（2）节流装置标准节流装置的适用条件l1-节流元件 l2-引压管路l3-三阀组 l4-差压计 节流式流量计组成 标准节流元件的结构形式a. 标准孔板标准孔板是一块具有与管道同心圆形开孔的圆板，迎流一侧是有锐利 直角入口边缘的圆筒形孔，顺流的出 口呈扩散的锥形
14、。结构简单，加工方便，价格便宜。 压力损失较大，测量精度较低，只适 用于洁净流体介质，测量大管径高温 高压介质时，孔板易变形。 标准孔板 b. 标准喷嘴标准喷嘴是一种以管道轴线为中心线的旋转对 称体，主要由入口圆弧收缩部分与出口圆筒形喉 部组成，有ISAl932喷嘴和长径喷嘴两种型式。 ISA1932喷嘴长径喷嘴c. 文丘里管有两种标准型式：经典文丘里管与文丘里喷嘴。文丘里管压力损失最低，有较高的测量精度，对流体中的悬浮物不敏感，可用于污脏流 体介质的流量测量，在大管径流量测量方面应 用的较多。但尺寸大、笨重，加工困难，成本 高，一般用在有特殊要求的场合。 节流装置的取压方式根据节流装置取压口
15、位置，取压方式可分为： 理论取压、角接取压、法兰取压、径距取压与损失取 压等五种。节流装置的取压方式角接取压装置 法兰取压装置 目前广泛采用的是角接取压法，其次是法兰取压法。角接取压法比较简便，容易实现环室取压， 测量精度较高。法兰取压法结构较简单，容易装配 ，计算也方便，但精度较角接取压法低些。 （3）差压计差压计与节流装置配套组成节流式流量计。差压计经导压管与节流装置连接，接受被测流体 流过节流装置时所产生的差压信号，并根据生产的要 求，以不同信号形式把差压信号传递给显示仪表，从 而实现对流量参数的显示、记录和自动控制。差压计的种类很多，凡可测量差压的仪表均可作 为节流式流量计中的差压计使
16、用。目前工业生产中大多数采用差压变送器。它们可 将测得的差压信号转换为0.02-0.1 MPa的气压信号和 4-20mA的直流电流信号。（4）差压式流量计的测量误差l被测流体工作状态变动l节流装置安装不正确l孔板入口边缘的磨损l导压管安装不准确l压差计安装或使用不正确2. 转子流量计（浮子流量计）l垂直流道中的金属转子在 压差力和重力的共同作用 下平衡。l压差与流速有关；l流速取决于转子的位置。l由转子高度可直接读取通 过的流量；l测量转子位置可进一步获 得相应的电气信号。转子流量计结构玻璃管转子流量计主要由玻璃锥形管、转子和支撑结构组成。 转子根据不同的测量范围及不同介质(气体或液 体)可分别采用不同材料制成不同形状。流量示 值刻在锥形管上 .金属管转子流量计金属管转子流量计的锥形管采用金属材料制成 ，其流量检测原理与玻璃管转子流量计相同。金 属管转子流量计有就地指示型和电气信号远传型 两种. 转子流量计的刻度换算转子
