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1、,第二章 过程参数的检测与仪表,压力检测方法及仪表,本章内容,概 述,物位检测方法及仪表,流量检测方法及仪表,温度检测方法及仪表,绝对误差-指检测仪表的指示值X与被测量的真值Xt之差。 =X-Xt通常用精度高一等级的标准表所测得的量值X0代替真值Xt (实际值)。 =X-X0 相对误差-指绝对误差与真值或测量值之百分比。常见有如下三种表示方式：实际相对误差-是指绝对误差与标准表在这一点的指示值之比。引用相对误差-是指绝对误差与仪表的量程(测量上限-测量下限)之比。基本误差是一种简化的相对误差,仪表精度(仪表准确度)将仪表的基本误差去掉“”号及“”号，即可套入国家统一的仪表精度等级系列。我国过程
2、检测控制仪表的精度等级有0.005、0.02、0.1、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4 等,例1：某台测温仪表的测温范围为100700，校验该表时测得全量程内最大绝对误差为+5，试确定该仪表的精度等级。解： 该仪表的基本误差为对应国家规定的精密等级1.0级。,例2：某台测压仪表的测压范围为08MPa，根据工艺要求，测压示值的误差不允许超过0.05MPa，试问应如何选择仪表的精密等级才符合要求。解： 根据工艺要求，仪表的允许基本误差为应选对应国家规定的精密等级0.5级的仪表。,小结：在确定一个仪表的精度等级时，要求仪表的允许误差应该大于或等于仪表校验时所得到的最大引用误差；而根据工艺
3、要求来选择仪表的精度等级时，仪表的允许误差应该小于或等于工艺上所允许的最大引用误差。,灵敏度-表示测量仪表对被测参数变化的灵敏程度。通常用仪表的输出变化量，如指针的线位移或角位移与引起此位移的被测参数变化量之比来表示，即灵敏限（仪表死区）-指在量程起点处，能引起仪表示值发生变化的最小被测参数变化量。通常其值应不大于仪表允许误差的一半。,变差-在外界条件不变的情况下，用同一仪表对同一个量进行正、反行程(即逐渐由小到大或逐渐由大到小)测量时，正反行程示值校验曲线间的最大偏差与量程的比值。变差=最大绝对差值/量程响应时间-被测量突然变化以后，到仪表给出有效测量值的时间。,接触式测温 温度敏感元件与被
4、测对象接触，经过换热后两者温度相等。(1) 膨胀式温度计 (2) 热电阻温度计(3)热电偶温度计 (4)其他原理的温度计,直观、可靠，测量仪表也比较简单，热惯性问题,特点,非接触测温温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射能的大小来推算被测物体的温度。(1) 辐射式温度计 (2) 红外式温度计：,特点,不与被测物体接触，不破坏原有的温度场。测温速度快，精度一般不高。,应用热膨胀原理测温,测量原理,物体受热时产生膨胀,液体膨胀式温度计,固体膨胀式温度计,玻璃管温度计,双金属温度计,应用热电效应测温,测量原理,两种不同的金属A和B构成闭合回路 当两个接触端 T T0时，回路
5、中会产生热电势,热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定,热电极,闭和回路总电势,A,B,分 度 表,如果能使冷端温度t0 固定，则总电势就只与温度t成单值函数关系,分度表-冷端温度为度时，热电势与热端温度之间 关系列成表格,注：热电势与热端温度之间 关系是非线性,补偿导线,不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同 连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的正负极一一对应 补偿导线连接端的工作温度不能超出（0100），否则会给测量带来误差。,使用补偿导线注意问题,冷端温度补偿,0恒温法,冷端温度修正法,仪表机械零点调整法,补偿电桥法,0恒温法,适用于实验室中的精确测量和检定热电偶
6、时使用,冷端温度修正法,设：冷端温度恒为t0（t00）被测温度为 t,修正公式,冷端 t0的热电势,测量得出的热电势,被测温度 t 的热电势,仪表机械零点调整法,将显示仪表的机械零点调至t0处，相当于在输入热电偶热电势之前就给显示仪表输入了电势E(t0, 0),由分度表查得 E (20,0 ) = 0.113 mv 则 E (t, 0) = E (t, t0)+E (t0, 0) = 7.32 + 0.113 = 7.434 mv再查分度表得其对应的被测温度t = 808,例,用S型热电偶测温，热电偶的冷端温度t0=20，测得热电势为7.32 mv，求被测对象的实际温度t 。,解,使用补偿电桥
7、注意问题,根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥,注意补偿温度的起点在20平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到20 在0平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到0,补偿是相对的，以此有一定误差,+,-,为保证热电偶的正常工作，热电偶的两极之间以及与保护套管之间都需要良好的电绝缘，而且耐高温、耐腐蚀和冲击的外保护套管也是必不可少的。1. 普通型装配式结构2. 柔性安装型铠装结构,热电偶结构,应用热电阻原理测温,导体或半导体的电阻值随温度变化,测量原理,在0630.74范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为,在-50180范围内，金属铜的电阻值与温度的关系为,温度0时的电阻值,温度t时的电阻值,热电
8、阻温度计,应用于-200600范围内的温度测量,热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒,热电阻的材料要求：电阻温度系数要大；电阻率尽可能大，热容量要小，在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最好接近于线性； 应有良好的可加工性，且价格便宜。,热电阻结构,常用热电阻,测温元件安装注意事项,插入深度要求 测量端应有足够的插入深度，应使保护套管的测量端超过管道中心线510mm。,插入方向要求 保证测温元件与流体充分接触，最好是迎着被测介质流向插入，正交90也可，但切勿与被测介质形成顺流。,热电阻的三线制接法,电压输出型： （LM135/ LM235/ LM335）可以看作是温度
9、系数为10mV/K的电压源电流输出型： AD590可以看作是温度系数为1uA/K的电压源数字输出型： DS18B20同一条但总线可以挂接多个DS18B20，每个有惟一的序列号,集成温度传感器,检测信号要进入系统，必须符合控制系统的信号标准。变送器的任务就是将各种不同的检测信号转换成标准信号输出。模拟温度变送器（420mA、15V）,输入电路：实现热电偶的冷端补偿和测量零点调整。 放大电路：放大电信号（毫伏级）采取抗干扰措施 反馈电路：量程调整和非线性校正,温度变送器,测温范围：01000,设备温度变化范围：5001000,希望420mA表示5001000，对500 以下的温度不予显示,零点迁移
10、,量程调整,提高灵敏度,e,Vf,Io,e Vf = 0,令 Vf = KIo，则,Io 1/K e,e Vf = 0,令 Vf = f(Io)，则,f(Io) f(T),e = f(T),Io T,压力检测方法与仪表,液柱式压力计 弹性式压力计 电气式压力计 活塞式压力计,压力计种类,压力的基本概念,垂直而均匀地作用在单位面积上的力,式中 压力（Pa）均匀垂直作用力（N）受力面积（m2）,1Pa = 1*10-3KPa = 1*10-6MPa,单位: 牛顿/米2（N/m2），简称“帕”，用符号“Pa”,压力的几种表示形式,被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压（或真空度）,P表 P绝 P大
11、,P真 P大 P绝,压力检测方法及仪表,液柱测压法,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,常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、斜管压力表和活塞式压力表等。,测量原理,弹性变形法,压力检测方法及仪表,将被测压力转换成弹性元件变形的位移,测量原理,弹性元件结构和特点,压力检测方法及仪表,弹簧管压力表,压力检测方法及仪表,电测压力法,利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被测压力变换为电信号来进行测量的。,压力检测方法及仪表,测量原理,1. 弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换成相应的电信号，如电阻式、电感式、电容式、霍尔片式、应变式、振弦式等；,2. 非弹
12、性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物理性质与压力有关，如压电式、压阻式、压磁式等。,压力检测方法及仪表,电容式压差变送器,采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量，然后通过测量电容量C便可以知道被测压力的大小，从而实现压力-电容转换的。,定极板,弹性元件,动极板,被测压力,测量原理,压力检测方法及仪表,I0,（1）测量部分,测量部分包括电容膜盒、高低压室及法兰组件等.测量原理: 将被测压力的变化转换成电容量的变化。,填充液（硅油）,（2）信号处理,R2,R1,R4,I1,I2,I0,C1,C2,C1和C2阻抗相对较大，并联电容的压降,当R1R2R4时,应变片式
13、压力传感器,压力检测方法及仪表,1敏感栅 2基片 3粘合剂 4引线5覆盖片,敏感栅 直径为0.025mm左右的合金电阻丝 基 底 绝缘 覆盖层 保护,组成,r1,r2,r1,r2,压力测量仪表的选用,压力检测方法及仪表,仪表种类和型号的选择工艺要求 现场指示、远传指示、自动记录、自动调节或信号报警 介质性质 温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性 现场环境 温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性,仪表量程的确定 化工自控设计技术规定 被测压力较稳定的情况，最大压力值应不超过满量程的2/3；被测压力波动较大的情况，最大压力值应不超过满量程的1/2被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3,仪表精度等级的选
14、择,压力检测方法及仪表,有一台空压机的缓冲罐，其工作压力变化范围为13.516 MPa ，工艺要求最大测量误差为0.8 MPa，并可就地观察及高低限报警。试选一合适的压力表（包括测量范围、精度等级）。,例题,解,空压机的缓冲罐的压力视为脉动压力,根据就地观察及能进行高低报警的要求，可选用YX-150型电接点压力表，测量范围为0 40MPa。,检验量程下限,被测压力的最小值不低于满量程的1/3，符合要求。,仪表量程选择,最大引用误差,所以选择测量范围为0 40 Mpa，精度等级为1.5级的YX-150型电接点压力表。,流量检测方法及仪表,流量检测的基本概念,累积体积流量,流量计量对在一定通道内流
15、动流体的流量进行测量。,累积质量流量,流量测量的任务：根据测量目的，被测流体的种类、状态、测量场所等条件，研究各种相应的测量方法，并保证流量值的正确传递。,流量检测方法及仪表,流量检测方法及仪表,应用容积法检测流量（腰轮流量计） 应用动、静压能转换原理检测流量（差压式流量计) 应用改变流通面积的方法检测流量(转子流量计) 应用电磁感应原理检测流量(电磁流量计) 应用超声波检测流量(超声波流量计),本节主要内容,体积流量的测量方法,（1）容积法：在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量，以排出流体固定容积数来计算流量。椭圆齿轮流量计、旋转活塞式流量计和刮板流量计。受流体的流动状态影响小，适用于测量高粘度、低雷诺数的流体。,（2）速度法：这种方法是先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积求得流体的体积流量。较宽的使用条件，可用于各种工况下的流体的流量检测，利用平均流速计算流量，管路条件的影响大，流动产生涡流以及截面上流速分布不对称等都会给测量带来误差。,
