化工仪表及自动化第3章1

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1、化工仪表及自动化第三章 检测仪表与传感器 1内容提要v概述 测量过程与测量误差 仪表的性能指标 工业仪表的分类v压力检测及仪表 压力单位及测压仪表 弹性式压力计 电气式压力计 智能型压力变送器 压力计的选用及安装2内容提要v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 涡轮流量计 电磁流量计 漩涡流量计 质量流量计 流量测量仪表的选型3内容提要v物位检测及仪表 概述 差压式液位变速器 电容式物位传感器 核辐射物位计 磁致伸缩式液位仪 光纤式液位仪 称重式液罐计量仪 物位流量测量仪表的选型4内容提要v温度检测及仪表 温度检测方法 热电偶温度计 热电阻温度计 光纤温度传感器 电动

2、温度变送器 一体化温度变送器 智能式温度变送器 测温元件的选用及安装5v模拟式显示仪表 自动电子电位差计 自动电子平衡电桥v数字式显示仪表 数字式显示仪表的特点及分类 数字式显示仪表的基本组成v新型显示仪表 无笔、无纸记录仪 虚拟显示仪表内容提要6第一节 概述用来检测这些参数的技术工具称为检测仪表。用来将这些参数转换为一定的便于传送的信号的仪表通常称为传感器。当传感器的输出为单元组合仪表中规定的标准信号时，通常称为变送器。7v一、测量过程与测量误差测量过程在实质上都是将被测参数与其相应的测量单位 进行比较的过程，而测量仪表就是实现这种比较的工具。 测量误差指由仪表读得的被测值与被测量真值之间的

3、差 距。通常有两种表示方法，即绝对误差和相对误差。 第一节 概述8绝对误差xi：仪表指示值, xt：被测量的真值由于真值无法得到 x：被校表的读数值，x0 ：标准表的读数值 相对误差第一节 概述9v二、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max。两大影响因素 绝对误差和仪表的测量范围相对百分误差允许误差第一节 概述10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

4、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， 0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。小结第一节 概述1.0, 1.5, 2.5, 4.0高低级标准表级标准表工业用表0.005, 0.002, 0.050.1, 0. 2, 0.4, 0.511举例例1 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

5、测温仪表的精度等级为 1.0级。 第一节 概述12例2 某台测温仪表的测温范围为01000。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 如果将仪表的允许误差去掉“”号与“”号，其数值介 于0.51.0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。第一节 概述13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；

6、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1.51.0如：第一节 概述14根据仪表校验数据来确定仪表精度等级和根据工艺要求来 选择仪表精度等级，情况是不一样的。根据仪表校验数据来 确定仪表精度等级时，仪表的允许误差应该大于（至少等于 ）仪表校验所得的相对百分误差；根据工艺要求来选择仪表 精度等级时，仪表的允许误差应该小于（至多等于）工艺上 所允许的最大相对百分误差。 小结第一节 概述152.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

7、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。 图3-1 测量仪表的变差第一节 概述163.灵敏度与灵敏限仪表的灵敏度是指仪表指针的线位移或角位移，与引 起这个位移的被测参数变化量的比值。即第一节 概述式中，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。 174.分辨力对于数字式仪表，分辨力是指数字显示器的最末位数字 间隔所代表的被测参数变化量。 不同量程的分辨力是不同

8、的，相应于最低量程的分辨力称 为该表的最高分辨力，也叫灵敏度。通常以最高分辨力作 为数字电压表的分辨力指标。分辨率与仪表的有效数字位 数有关。第一节 概述五位半表头185.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 表的输出与输入之间呈线性关系。 图3-2 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）。 第一节 概述196.反应时间反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化 的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能给 出准确的指示值，那就不宜用来测量

9、变化频繁的参数。 仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。 仪表的 反应时 间有不 同的表 示方法当输入信号突然变化一个数值后，输出信 号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。 仪表的输出信号由开始变化到新稳态值 的63.2（95）所用的时间，可用来表示 反应时间。第一节 概述20v三、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。 一般结构较复杂；易受温度、湿度、电磁场、 放射性等环境影响。 优点缺点常用常用第一节 概述

10、电动仪表的特点212. 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。 第一节 概述22图3-3 各类仪表的作用第一节 概述233. 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

11、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 第一节 概述24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） 。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。 第一节 概述25第一节 概述化工生产中的单元组合仪表有电动单元组合仪表和气 动单元组合仪表两种。国产的电动单元组合仪表简称 DDZ仪表；气动单元组合仪表简称QDZ仪表。注意气动单元组合仪表 电动单元组合仪表Q D Z 组合 单元气动D D Z 组合 单元

12、电动标准信号：0.02-0.1MPa (20-100 kPa)DDZ- ：0-10 mA,0-2 V DDZ-: 4-20 mA ,1-5 V26第二节 压力检测及仪表v一、压力单位及测量仪表压力压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。压力压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）27为了使大家了解国际单位制中的压力单位（Pa或MPa ）与过去的单位之间的关系，下面给出几种单位之间 的换算关系表。 第二节 压力检测及仪表28114.5010.197750.10.98691.01970.11105巴0.0689 510.703151.710.068050.070316.8951 0-36.895103（

13、磅/ 英寸2 ）0.0980 61.422173.550.096780.10009.8061 0-39.806103水柱1.3332 10-31.93410-20.013611.315810-31.359510-31.3332 10-41.3332102汞柱1.013314.7010.3376011.03320.101331.0133105物理大 气压0.980714.2210.00735.60.967819.807 10-29.807104工程大 气压101.4501021.0197 1027.501 1039.86910.19711106兆帕110-51.45010-41.0197 10-

14、47.501 10-39.86910-61.019710-511061帕巴/bar（磅/英寸2）/ （lb/in2）水柱/ mH2O汞柱/ mmHg物理大气压/ atm工程大气压/ (kgf/cm2)兆帕/ MPa帕/Pa压力单 位表3-1 各种压力单位换算表29p表P真P绝P绝大气压力线绝对压力的零线在压力测量中，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。图3-4 绝对压力、表压、负 压（真空度）的关系第二节 压力检测及仪表301. 1.液柱式压力计液柱式压力计 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按其

15、结构形式的不同 有U形管压力计、单管压力计等 优点优点这类压力计结构简单、使用方便 缺点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。 第二节 压力检测及仪表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。312. 2.弹性式压力计弹性式压力计 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. 3.电气式压力计电气式压力计 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。 第二节 压力检测及仪表324. 4.活塞式压力计活塞式压力计 它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力

16、转换 成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。 优点优点缺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。 第二节 压力检测及仪表33v二、弹性式压力计定义定义弹性式压力计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，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。 第二节 压力检测及仪表341. 1.弹性元件弹性元件 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。 图3-5 弹性元件示意图弹簧管式弹性元件如图如图(a)(a)和和(b)(b)所示所示，波纹管