第三章_检测仪表与传感器

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1、 1/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第三章 检测仪表与传感器第一节 概 述第二节 压力检测及仪表 第三节 流量检测及仪表 第四节 物位检测及仪表 第五节 温度检测及仪表 2/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第一节 概 述 1.测量过程被测参数检测元件连接件(导线放 大或变送)显示仪表(或控制器). 2.测量误差1)绝对误差:=x-x0x 测量值(被校表的读数值)；x0 标准值（标准表的读数值）。2)相对误差y：y = / xy 仪表在x0处的相对误差。过程与误差过程与误差性性 能能 指指 标标仪仪 表表 分分 类类3/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第一节

2、 概 述 1.精确度(或精度) 1)仪表的量程N: N = 测量上限值 测量下限值 2)相对百分误差：=max/N * 100% 3)允许相对百分误差允：允=允max/N * 100% 4)精度：将允去掉 “”号和 “”号 ，即可得到国家规定的精度等级。 常用的精度级有：0.005、0.02、0.05、0.1 、0.2、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等 。 常表示为: 1.5 1.0过程与误差过程与误差性性 能能 指指 标标仪仪 表表 分分 类类4/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第一节 概 述例1 某台测温仪表的测温范围为200 700，校验该表时得到的最大绝对

3、 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过程与误差过程与误差性性 能能 指指 标标仪仪 表表 分分 类类取掉“+”号和“%”,其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有 0.8级，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 仪表的精度等级为1.0级。5/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第一节 概 述 例2:某台测温仪表的测温范围为0 1000。根据工艺要求，温度指示值的误差 不允许超过7，试问应如何选择仪表的 精度等级才能满足以上要求？ 解:根据工艺上的要求,仪表的允许误差为过程与误差过程与误差性性 能能 指指 标标仪仪 表表

4、分分 类类取掉“”与“%”号,其数值节于0.5 1.0之间,如果选择精度等级为1.0级的仪 表，其允许的误差为1.0%,超过了工艺 上允许的数值,故应选择0.5级仪表才能 满足工艺要求。6/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第一节 概 述 结论： 1)定仪表精度级:允校 2)工艺选仪表精度级:仪表允工艺允许 max 2.变差: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。 仪 表 示 值最大绝对误差被测变量过程与误差过程与误差性性 能能 指指 标标仪仪 表表 分分 类类注意:变差允 测量仪表的

5、变差图 7/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第一节 概 述 3.灵敏度S与灵敏限 1)灵敏度 S=/x 指针的线位移或角位移； x 引起所需的被测参数变化量。 2)灵敏限:能引起仪表示值发生变化的最小 参数变化量。规定，灵敏限1/2允max 4.分辨力(针对数字式仪表) 分辨力:显示的最末位数字间隔所代表的 被 测参数变化量。 最高分辨力(灵敏度):相应于最低量程的分 辨力。 分辨率：最高分辨力/量程过程与误差过程与误差性性 能能 指指 标标仪仪 表表 分分 类类8/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第一节 概 述 5.线性度(非线性误差)f f =fmax /N*100

6、% 6.反应时间:被测参数变化时,仪表示值准确显示的反应时间。线性度示意图仪 表 示 值fmax被测变量过程与误差过程与误差性性 能能 指指 标标仪仪 表表 分分 类类9/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第一节 概 述 1.按仪表能源分类： (1)电动仪表:用电能作动力,电源为220VAC 或24VDC. (2)气动仪表:用压缩空气作动力,气源压力 为0.14MPa. 2.按功能分类： (1)检测仪表:被测参数位移或电(电压、 电流、电阻等)信号 (2)显示仪表:显示、记录、积算、电视等显 示值。 (3)集中控制装置:巡回检测仪、控制仪、操 作台等。过程与误差过程与误差性性 能能

7、指指 标标仪仪 表表 分分 类类10/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第一节 概 述 (4)控制仪表:对输入信号进行放大、 积分、微分运算等。 (5)执行器:根据控制器或人的指令， 操作生产过程。 3.按组成分类 (1)基地式仪表:将测量、显示、控制 等各部分集中组装在一个表壳里。 (2)单元组合仪表:将测量及变送、显 示、控制等各部分，分别制成独立单 元仪表。 过程与误差过程与误差性性 能能 指指 标标仪仪 表表 分分 类类11/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第二节 压力检测及仪表 压力单位及测压仪表1)单位换算：P.40 表3-1P表=P绝 P大P真=P大 P绝

8、单位及概述单位及概述电气压力计电气压力计弹性压力计弹性压力计选用及安装选用及安装智能变送器智能变送器其他压力表其他压力表其他变送器其他变送器P绝大气压力线P表 P真P绝绝对压力、表压、负压的关系12/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第二节 压力检测及仪表 测压仪表的分类:按其转换原理不同 分成四大类：1.液柱式压力计:是根据流体静力学原 理，将被测压力转换成液柱高度进行 测量的。按其结构形式不同有U型管压 力计、单管压力计和斜管压力计等。 结构简单，使用方便，但精度较差， 测量范围窄，用于测较低压力或真空 度等单位及概述单位及概述电气压力计电气压力计弹性压力计弹性压力计选用及安装选

9、用及安装智能变送器智能变送器其他压力表其他压力表其他变送器其他变送器13/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第二节 压力检测及仪表 2.弹性式压力计：结构简单，使用可靠，读数清晰等，使用较广。3.电气式压力计：将压力转变成电量，测量范围广，可远传。4.活塞式压力计：是根据水压机液体传送压力的原理。精度高，但结构复杂、价格贵，一般作为标准表。单位及概述单位及概述电气压力计电气压力计弹性压力计弹性压力计选用及安装选用及安装智能变送器智能变送器其他压力表其他压力表其他变送器其他变送器14/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第二节 压力检测及仪表 弹性式压力计：弹性式压力计是利用各

10、种形式的 弹性元件，在被测介质压力的作用下, 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。特点:1)结构简单、使用可靠、价格底 、 测量范围宽、有足够的精确度。2)若增加附加装置后可实现压力 记录、远传、信号报警、自动控制。单位及概述单位及概述电气压力计电气压力计弹性压力计弹性压力计选用及安装选用及安装智能变送器智能变送器其他压力表其他压力表其他变送器其他变送器15/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第二节 压力检测及仪表 1.弹性元件:三种弹性元件有弹簧管式、薄膜式、波纹管式。弹性元件：是一种简易可靠的测压敏感元件，它不仅是弹性式压力计的测压元件，也 可作为气动单元组合仪

11、表的基本组成元件。 弹性元件示意图单位及概述单位及概述电气压力计电气压力计弹性压力计弹性压力计选用及安装选用及安装智能变送器智能变送器其他压力表其他压力表其他变送器其他变送器16/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第二节 压力检测及仪表 1)弹簧管式: 测压范围宽,可测量 高达1000Mpa的压力。 2)薄膜式:分膜盒和膜片。 测压范围低于弹簧管式。膜盒单位及概述单位及概述电气压力计电气压力计弹性压力计弹性压力计选用及安装选用及安装智能变送器智能变送器其他压力表其他压力表其他变送器其他变送器17/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第二节 压力检测及仪表 3)波纹管式：是周围

12、为波纹状的薄壁金属筒 体。 弹簧管压力表还有单圈弹簧管压力表单位及概述单位及概述电气压力计电气压力计弹性压力计弹性压力计选用及安装选用及安装智能变送器智能变送器其他压力表其他压力表其他变送器其他变送器18/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第二节 压力检测及仪表 按其用途不同：除普通弹簧管压力表外还有:(1)耐腐蚀的(2)禁油的氧气压力表； 氨用压力表单位及概述单位及概述电气压力计电气压力计弹性压力计弹性压力计选用及安装选用及安装智能变送器智能变送器其他压力表其他压力表其他变送器其他变送器两者外形结构基本协相同，其所用材料不同。19/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第二节

13、 压力检测及仪表 (3)弹簧管压力表的测量原理：图中所示为 单圈弹簧管它是一根弯成270圆弧的椭圆 截面的空心金属管,管子的自由端B封口，管 子的另一端固定在接头9上.当通人被测的压 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 产生向外挺直的扩张变形。由于变形,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，这就是弹簧管压力表的基本测量原理 。 单位及概述单位及概述电气压力计电气压力计弹性压力计弹性压力计选用及安装选用及安装智能变送器智能变送器其

14、他压力表其他压力表其他变送器其他变送器20/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第二节 压力检测及仪表 (4)注意:(a)游丝; (b)放大机构;(c)调零点; (d)调量程; 另:在化工生产过程中,常常需要把压力控 制在某一范围内时,要采用电接点信号压力 表 还有单位及概述单位及概述电气压力计电气压力计弹性压力计弹性压力计选用及安装选用及安装智能变送器智能变送器其他压力表其他压力表其他变送器其他变送器 电接点接线图21/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第二节 压力检测及仪表 电气式压力计 1.霍尔片式压力传感器 (1)霍尔效应 UH=RHB IUH霍尔电势 RH霍尔常数

15、B 磁感应强度I 通过电流单位及概述单位及概述电气压力计电气压力计弹性压力计弹性压力计选用及安装选用及安装智能变送器智能变送器其他压力表其他压力表其他变送器其他变送器22/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第二节 压力检测及仪表 (2)霍尔片式压力传感器 价低并可远传。 2.应变片式压力传感器:用于快速变化的压 力测量。 3. 压阻式压力传感器:精度高、迟滞小、结 构简单等。扩散硅式压力传感器 单位及概述单位及概述电气压力计电气压力计弹性压力计弹性压力计选用及安装选用及安装智能变送器智能变送器其他压力表其他压力表其他变送器其他变送器23/165十十一二 三 四 五 六 七 八 九一第二节 压力检测及仪表 4.力矩平衡式压力变送器工作原理：以DDZ-III型系列为例，P作用在膜片上产生集中力Fi作用在主 杠杆,F1矢量机构分解为F2，F3副杠杆逆时 针转动改变差动变压器副边绕组输出电压 放大器电流I0 反馈线圈及磁钢同 时I0Ff， 在副杠杆产生的力矩与F2的力矩 相平衡，使杠杆稳定，有一确定的输出I0。还有