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1、3.1 概述 3.2 差压变送器 3.3 温度变送器 3.4 流量变送器 3.5 液位变送器 3.6 成分分析仪 3.7 智能变送器,第3章 检测变送仪表,“1”,“1”,3.1 概述,过程控制系统由检测变送器、调节器、执行器和被控过程组成。 检测变送器将被控参数如温度、压力、流量、液位、PH值以及成分量、状态量等检测出来，并变换成相应的统一标准信号，供系统显示、记录或进行下一步的调整控制作用。 在任何系统的自动控制中变送器都是首要环节和重要组成部分，只有获得精确和可靠的被控参数，才能进行准确的数据处理，进而才能获得高质量的控制效果。,3.1 概述,检测变送单元实际上包括两部分内容，首先是将被
2、控参数检测出来，然后变送器将其变换成统一标准信号。 由于利用单元组合仪表能方便灵活地组成各种难易程度的过程控制系统，因此，它在过程控制系统中应用极为广泛。单元组合仪表有气动单元组合仪表和电动单元组合仪表两大系列。 表3-1是DDZ-型和DDZ-型仪表的性能比较。,表3-1 DDZ-型与DDZ-型仪表的性能比较,3.1 概述,本章主要介绍DDZ-型变送器及各种微型化、智能化变送器的原理及主要工作特性。 从使用的角度来说，变送器量程调整、零点调整和零点迁移的概念是很重要的。,图3-1 变送器的量程调整,量程调整或称满度调整，其目的是使变送器输出信号的上限值（或满度值） 与输入测量信号上限值 相对应
3、。量程调整相当于改变变送器的灵敏度，即输入输出特性的斜率，见图3-1。,3.1 概述,变送器零点调整的目的是使其输出信号的下限值与输入信号的下限值相对应，见图3-2a。 将变送器的测量起始点由零点迁移到某一正值或负值，称为零点迁移。,图3-2 变送器的零点调整与零点迁移 a)零点调整 b)正零点迁移 c)负零点迁移,零点迁移有正迁移和负迁移，见图3-2 b和图3-2 c。,3.2 差压（压力）变送器,差压（压力）变送器作为过程控制系统的检测变送部分，将液体、气体或蒸汽的差压（压力）、流量、液位等工艺参数，转换成统一标准信号，作为显示记录仪、运算器和调节器的输入信号，以实现生产过程的连续的检测和
4、自动控制。,3.2.1 DDZ-差压变送器,图3-3 DDZ-型差压（压力）变送器工作原理示意图 1-高压室 2-低压室 3-膜片或膜盒 4-密封膜片 5-主杠杆 6-过载保护簧片 7-静压调整螺钉 8-矢量机构 9-零点迁移弹簧 10-平衡锤 11-量程调整螺钉12-检测片 13-差动变压器 14-副杠杆 15-放大器 16-反馈线圈 17-永久磁钢 18-调零弹簧,3.2.1 DDZ-差压变送器,图3-4 杠杆、矢量机构受力图,差动变压器副杠杆的位移检测片的微小位移，利用低频位移检测放大器检测，并转换成DC 420mA输出。低频位移检测放大器的组成框图见图3-5。,图3-5 位移检测放大器
5、组成框图,3.2.1 DDZ-差压变送器,图3-6 型变送器二线制示意图,其次是尽可能少用L、C储能元件，如确实需要采用储能元件，断电时给储能元件一个放电的通路，并限制储能元件两端的电压；第三，采取限压限流措施，以限制打火能量，以免超过安全火花的能量。因此，DDZ-变送器与安全栅配合，可用于任何易燃易爆场所，扩大了变送器的适用范围。,二线制系统见图3-6。 安全火花防爆也是DDZ-变送器的主要特点之一。实现安全火花性能主要是采取了如下措施，首先是采用低压24V直流集中供电，限制了打火能量；,3.2.2 差动电容差压变送器,图3-7 差动电容结构示意图,图3-7示出了差动电容差压变送器差动电容结
6、构示意图。,基于力矩平衡原理的差压（压力）变送器，由于有力矩传动机构，其体积和重量均较大，且零点和量程调整相互干扰。而基于差动电容式差压（压力）变送器，由于没有机械传动机构，仅由差动电容和电子放大电路两部分组成，因此其体积小，重量轻，零点和量程调整互不干扰，其性能较为优越，应用广泛。,3.2.2 差动电容差压变送器,图3-8 转换电路原理框图,差动电容差压变送器的转换放大电路的作用就是将电容比提取出来，并转变成DC 420mA输出。 1151型电容式差压变送器是该类变送器的典型产品，转换电路的方框图见图3-8。,3.2.3 微型化压力变送器,图3-9 扩散硅压力变送器结构图,1扩散硅差压变送器
7、,图3-10 扩散硅压力变送器电原理图,3.2.3 微型化压力变送器,图3-11 X型检测元件结构及接线,2MPX7000系列压力变送器,图3-12 MPX7000系列压力变送器原理图,3.2.3 微型化压力变送器,图3-13 数字式变送器结构框图,3数字式变送器,图3-14 变送器内部组成原理框图,3.2.3 微型化压力变送器,图3-15 传感器芯片横截面结构图,3数字式变送器,图3-16 C/f转换电路的原理,3.2 温度变送器,温度变送器将温度、温差以及与温度有关的工艺参数和直流毫伏信号变换成DC 420mA 或DC 15V的统一标准信号。,3.2.1 DDZ-温度变送器,图3-17 型
8、温度变送器原理框图,3.3 温度变送器,DDZ-变送器有三种品种： 1）直流毫伏变送器 其输入信号是直流毫伏信号。 2）热电偶温度变送器。 3）热电阻温度变送器。,3.3.1 DDZ-温度变送器,三种变送器在线路结构上都由量程单元和放大单元两部分组成。其中放大单元是通用的，而量程单元则随品种、测量范围的不同而异。,3.3 温度变送器,3.3.1.1 直流毫伏变送器的量程单元 直流毫伏变送器的量程单元由信号输入电路，零点调整桥路和反馈电路等部分组成。,3.3.1 DDZ-温度变送器,图3-18 直流毫伏变送器量程单元,3.3 温度变送器,3.3.1.2 热电偶温度变送器的量程单元,3.3.1 D
9、DZ-温度变送器,图3-19 热电偶温度变送器量程单元原理图,3.3 温度变送器,3.3.1.2 热电偶温度变送器的量程单元,3.3.1 DDZ-温度变送器,图3-20 折线逼近法线性化原理 a)折线逼近原理 b)电路原理图,3.3 温度变送器,3.3.1.3 热电阻温度变送器的量程单元,3.3.1 DDZ-温度变送器,图3-21 热电阻温度变送器量程单元原理图,3.3 温度变送器,3.3.1.3 热电阻温度变送器的量程单元,3.3.1 DDZ-温度变送器,图3-22 热电阻的特性及其线性化曲线 a)热电阻的特性 b)线性化曲线,3.3 温度变送器,3.3.1.4 温度变送器的放大单元,3.3
10、.1 DDZ-温度变送器,图3-23 电压放大器,图3-24 功率放大器,3.3 温度变送器,3.3.1.4 温度变送器的放大单元,3.3.1 DDZ-温度变送器,图3-25 隔离输出与隔离反馈电路,3.3 温度变送器,1.AD590构成的温度变送器,3.3.2 微型化温度变送器,图3-26 微型温度变送器原理图 a) 温度检测元件 b) 变送器原理电路,3.3 温度变送器,2.TMP17构成温度变送器,3.3.2 微型化温度变送器,图3-27 TMP17构成微型温度变送器 a) TMP17引脚功能 b) 原理电路,3.3 温度变送器,3.TMP35系列构成微型温度变送器,3.3.2 微型化温
11、度变送器,图3-28 TMP35构成微型温度变送器 a) TO-92封装 b) 原理电路,3.3 温度变送器,3.TMP35系列构成微型温度变送器,3.3.2 微型化温度变送器,图3-29 频率输出型微型温度变送器,3.3 温度变送器,4TMP01系列构成温度变送器,3.3.2 微型化温度变送器,图3-30 TMP01构成温度变送器 a) 引脚功能 b) 原理电路,3.4 流量检测与变送,3.4.1 概述,流量通常是指单位时间内流经管道某截面的流体的数量，也就是所谓的瞬时流量；在某一段时间内流过流体的总和，称为总量或累积流量。,体积流量,以体积表示的瞬时流量用 qv 表示，单位为 m3/s 以
12、体积表示的累积流量用 Qv 表示，单位为 m3,质量流量,以质量表示的瞬时流量用 qm 表示，单位为 kg/s 以质量表示的累积流量用 Qm 表示，单位为 kg,标态下的体积流量,由于气体是可压缩的，流体的体积会受工况的影响，为了便于比较，工程上通常把工作状态下测得的体积流量换算成标准状态（温度为20，压力为一个标准大气压）下的体积流量。 标准状态下的体积流量用qvn表示，单位为Nm3/s。,3.4 流量检测与变送,3.4.1 概述,表3-2 流量仪表的分类,流量测量仪表也称为流量计。它通常由一次仪表和二次仪表组成。一次仪表亦称为传感器，二次仪表称为显示装置或变送器。 流量测量仪表的种类繁多，
13、各适用于不同场合，其分类见表3-2。,3.4 流量检测与变送,3.4.2 差压式流量计,图3-31 节流式流量计的组成,差压式流量计基于在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生差压，此差压与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量差压值便可求得流体流量，并转换成电信号输出，因此，差压式流量计由产生差压的装置和差压计两部分组成，其结构简单，可靠。见图3-31。,3.4.2 节流式流量计,节流式流量计也称为差压式流量计，它是目前工业生产过程中流量测量最成熟、最常用的方法之一。 如果在管道中安置一个固定的阻力件，它的中间开一个比管道截面小的孔，当流体流过该阻力件时，由于流体流束的收缩而使流速
14、加快、静压力降低，其结果是在阻力件前后产生一个较大的压差。 压差的大小与流体流速的大小有关，流速愈大，差压也愈大，因此只要测出差压就可以推算出流速，进而可以计算出流体的流量。,(a) 标准孔板,(b) 喷嘴,(c) 文丘里管,把流体流过阻力件使流束收缩造成压力变化的过程称节流过程，其中的阻力件称为节流件。 作为流量检测用的节流件有标准的和特殊的两种。 标准节流件包括标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管。 对于标准化的节流件，在设计计算时都有统一标准的规定、要求和计算所需的有关数据及程序，可直接按照标准制造；安装和使用时不必进行标定。 特殊节流件主要用于特殊介质或特殊工况条件的流量检测，它必须用实验
15、方法单独标定。,相比而言，标准孔板制作最简单，使用也最广泛，以下只介绍标准孔板，,节流原理,流动流体的能量有两种形式：静压能和动能。流体由于有压力而具有静压能，又由于有流动速度而具有动能，这两种形式的能量在一定条件下是可以相互转化的。,流量方程,根据流体力学中的伯努利方程，可以推导得出节流式流量计的流量方程，也就是差压和流量之间的定量关系式：,为流量系数 为可膨胀性系数 A0为节流件的开孔面积 为节流装置前的流体密度 P节流装置前后实际测得的压差,主要与节流装置的型式、取压方式、流体的流动状态（如雷诺数）和管道条件等因素有关。因此，是一个影响因素复杂的综合性参数，也是节流式流量计能否准确测量流
16、量的关键所在，雷诺数大于某一数值（界限雷诺数）时，值可认为是一常数。对于标准节流装置，可以从有关手册中查出；对于非标准节流装置，其值要由实验方法确定。,可膨胀性系数用来校正流体的可压缩性，它与节流件前后压力的相对变化量、流体的等熵指数等因素有关，其取值范围小于等于1。对于不可压缩性流体，1；对于可压缩性流体，则1。应用时可以查阅有关手册而得,标准节流件(孔板),节流装置包括节流件、取压装置和符合要求的前后直管段 标准节流装置是指节流件、取压装置都标准化，前后直管段符合规定要求，可以直接投入使用,标准孔板，要求： d/D 应在0.20.75之间 d不小于12.5mm 直孔厚度h应在0.005D到0.02D之间 孔板的总厚度H应在h和0.05D之间 圆锥面的斜角
