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1、仪表检测元件一、温度测量的基本概念（T）1、温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随 温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值 的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温 度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄 氏温标、热力学温标和国际实用温标。摄氏温度（C）规定： 在标准大气压下，冰的熔点为0度，水的沸点为100 度，中 间划分100等分，每第分为报氏1度，符号为C。2、温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。2.1 接触式测温仪表测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高； 但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交换，需要一定的时 间才能
2、达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材 料的限制，不能应用于很高的温度测量。例如：热电阻、双金属 温度计等2.2 非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元 件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也 不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物 体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量 误差较大。例如：红外线测温仪3、热电阻热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点 是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最 高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准 仪。铂电阻：由于铂的稳定性好，又易可得到纯的铂
3、丝，所 以采用铂热电阻测温。一般测温范围-200-+850C,工业一般 用PtlOO分度号的铂热电阻，即0C时的阻值为100Q。国内 采用的铂电阻精度为A级和B级，A级的允许误差为土(0.15+0.002 t ),B 级允许误差为土 (0.3+0.005 t )。 空分上常用装配式和铠装式两种。装配式一般采用陶瓷骨架 以提高防振性，铠装式铂电阻在感温元件和保护管之间填充 了绝缘材料，因而能耐强振动和冲击，外形尺寸小；它们的 热相应时间分别为30s和10s。装配式热电阻结构有陶瓷骨架、 云母骨架、玻璃骨架波热电阻。3.1热电阻测温原理及材料热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加 这一
4、特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目 前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材 料制造热电阻。3.2热电阻的结构3.2.1 从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热 电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线 电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响同般 采用三线制或四线制。3.2.2 铠装热电阻 铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、 绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为申2 申8mm。与普通型热电阻相比，它有下列优点：体积小，内部 无空气隙，热惯性上，测量滞后小；机械性能好、耐振，抗冲 击；能弯曲，便于安
5、装使用寿命长。3.2.3 端面热电阻 端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材 绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确 和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件 的端面温度。3.2.4 隔爆型热电阻 隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把 其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的 爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。4热电阻测温系统的组成热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。 必须注意以下两点：4.1 热电阻和显示仪表的分度号必须一致4.2 为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接 法。常见故障：断路和短路。常见的断路，
6、因为热电阻丝较细 所致。短路进水或两根导线接触。5、 双金属温度计5.1 测温原理：利用两种热膨胀系数不同的金属焊接在一起做成 双金属片，当温度升高时，它会产生弯曲变形，温度愈高则弯曲 愈大，双金属片的自由端偏转角度将带动指针指示出相应的温 度。二、压力1、压力变送器测量原理（EJA）由单晶硅谐振式传感器上的两个H形的振动梁分别将差压、压力 信号转换为频率信号，送到脉冲计数器，再将两频率之差直接传 递到CPU （微处理器）经行数据处理，经D/A转换器转换为与输 入信号相对应的 420mA 直流的输出信号，并在模拟信号上叠加 一个BRAIN/HART （淮安工厂初了二期贮槽的变送器是BRAIN协
7、 议外，其余都是 HART 协议）数字信号经行通信。膜盒组件中内 置的特性修正存贮器存贮传感器的环境温度、静压及输入/输出 特性修正数据，经CPU运算可使变送器获得优良的温度特性和静 压特性及输入/输出特性。通过 I/O 口与外部设备（如手持智能 终端BT200或275以及DCS中的带通信功能的I/O卡）以数字通 信方式传递数据，即高频2.4KHz（BRAIN协议）或1.2KHz（HART 协议）数字信号叠加在 420mA 的信号线上。在经行通讯时，频 率信号对 420mA 信号不产生任何扰动影响。1.1变送器的任务是将各种工艺参数（压力，温度，流量，物位 等）转换成统一的标准信号（4-20m
8、ADC）,根据需要传送到有关 单元进行显示、控制、记录。1. 2压力表示方法：P表JP绝压-P大气压P真空度=p大气压-P绝压2、现场测压仪表2.1 弹簧管压力表应用最广范，结构简单，量程范围大，精度高对冲击，振 动敏感，弹簧管压力表：由C型弹簧管、扇形齿轮、中心齿轮、 表针、表盘和表壳等组成。为了保证弹性元件能在弹性变形的安全范围内可靠的工作， 必须根据被测压力的大小和压力变化的快慢，留有足够的余地， 因此，在测量稳定的压力时，最大工作压力不应超过测量上限值 的 2/3, 最小工作压力应不低于仪表测量值的 1/3.2.2 膜盒压力表用于测量无腐蚀性气体微压或负压三、流量3.1 孔板流量计孔板
9、流量计又称差压式流量计，是由一次检测件（节流件）和二 次装置（差压变送器和流量显示仪）组成，广泛应用于气体、蒸 汽和液体流量的测量。具有结构简单，维修方便 ，性能稳定， 使用可靠等特点。3.1.1 测量原理：充满管道的流体流经节流，流速在节流处局部 收缩使流速增加，静压力降低，于是在节流处前后产生静压力差， 流体流速越大，在节流前后产生的静压力越大，流量越大，所以 可以通过测量压差来衡量流体流经节流装置的流量大小。3.1.2 元件的安装：节流元件前后应严格保证直管段要求：一般可取前8D,后5D,或前10D,后5D。3.2 德尔塔巴 德尔塔巴流量计是一种插入式流量测量仪表。在管道中插入一根 德尔
10、塔巴传感器 , 当流体流过传感器时 , 在其前部迎流方向 产生一个高压分布区 , 在其后部产生一个低压分布区。 通常的均速管的压力损失比孔板要小得多,只有孔板的510；精确度高，由于压损小，使管道中的动力损失就小 通常意义上讲，均速管的运行成本只有孔板的十分之一。德 尔塔巴流量计更易于安装。主要用于FE101,FE102,FE103,FE1201的流量测量。3.3 阿牛巴用于空压机出口流量测量。3.4 金属浮子流量计金属管浮子流量计（又称金属转子流量计）具有结构简单、 工作可靠、适用范围广、精度较高、安装方便等特点。该系 列流量计与玻璃转子流量计比较，具有耐高压、高温、安全 感强、读数简明等特
11、点。并可适用于不透明介质和腐蚀性介 质的流量测量。3.4.1 测量原理金属管浮子流量计为变面积式流量计，即在流量计的垂直测 量管中，当流体向上流经管子时。浮子向上移动，在某一位 置浮子所受升力与浮子重力达到平衡，此时浮子与孔板（或 锥管）间的流通环隙面积保持一定。环隙面积与浮子的上升 高度成比例，即浮子的某一高度代表流量的大小。浮子上下 移动时，以磁耦合的形式将位置传递到外部指示器，使指示 器的指针跟随浮子移动，并借助凸轮板使指针线性地指示流 量值的大小。3.5 电磁流量计3.5.1测量原理根据法拉第电磁感应定律，当一导体在磁场中运动切割磁力 线时，在导体的两端即产生感生电势e，其方向由右手定
12、则确定, 其大小与磁场的磁感应强度B,导体在磁场内的长度L及导体的 运动速度u成正比，如果B， L，u三者互相垂直，则 e = Blu(1-1)与此相仿.在磁感应强度为B的均匀磁场中，垂直于磁场方 向放一个内径为D的不导磁管道，当导电液体在管道中以流速u 流动时，导电流体就切割磁力线.如果在管道截面上垂直于磁场 的直径两端安装一对电极(图317)则可以证明，只要管道内流 速分布为轴对称分布，两电极之间也特产生感生电动势：e = BD(1-2)式中，为管道截面上的平均流速.由此可得管道的体积流量为：qv=(1-3)由上式可见，体积流量qv与感应电动势e和测量管内径 D成线性关系，与磁场的磁感应强
13、度B成反比，与其它物理参数 无关这就是电磁流量计的测量原理.需要说明的是，要使式(337)严格成立，必须使测量条 件满足下列假定： 磁场是均匀分布的恒定磁场； 被测流体的流速轴对称分布； 被测液体是非磁性的； 被测液体的电导率均匀且各向同性。3.6 超声波流量计四、物位（振动和位移）常见的旋转机械有压缩机、汽轮机、电动机、发电机、泵 等。它们都是由转动部件和非转动部件构成的，转动部件包括转 子及与转子连接的联轴器、齿轮等；非转动部件包括各类轴承、 轴承座、机壳以及基座等。当设备发生异常或出现故障时，一般 情况下其振动情况都会发生变化，如振动幅值变化、振动频率变 化、振动相位变化等。因此表征旋转
14、机械的状态特征参量以振动 参数为主，同时还会有温度、压力等工艺参数及电压、电流等电 量参数。 在对转轴振动测量仪器中，电涡流传感器使用最广泛。世界上第一支电涡流传感器是由美国Doald E.Bently于1954年 研究并应用于工业生产的。4.1 工作原理电涡流传感器的工作原理是电涡流效应。当接通传感器系 统电源时，在前置器内会产生一个高频电流信号，该信号通过电 缆送到探头的头部，在头部周围产生的交变磁场H1。如果在磁 场 H1 的范围内没有金属导体材料靠近，则发射到这一范围内的 能量全部被释放；反之，如果有金属导体材料靠近探头头部，则交变磁场 H1 将在导体表面产生电涡流场，该电涡流场也会产
15、生 一个方向与Hl相反的交变磁场H2.由于H2的反作用，就会改变 探头头部线圈高频电流的幅度和相位，即改变了线圈的有效阻 抗。线圈的阻抗可用以下函数表示：Z=F （金属导体的磁导率，电导率，线圈尺寸r,线 圈与金属导体的距离d,线圈激励电流强度I,线圈激励电 流频率 f）Hl线圈金属导体对于特定的传感器，线圈尺寸r,线圈激励电流强度I, 线圈激励电流频率f恒定不变；对于的测试对象，比如说轴，金 属导体的磁导率，电导率恒定不变，那么线圈的阻抗Z就成为距 离 d 的单值函数。在实际应用中，通常将线圈封装在探头中，线圈阻抗的变化 通过封装在前置器中的电子线路处理成电压或电流的输出。从上图可以看出，该曲线呈S形，那在线性区中点do处 （对应输出电压U0）线性最好。通常我们在安装探头时, 也把这一点作为我们的安装电压。探头安装时一定要安装 在探头线性段的中间，电压值在6-9V之间。前置器的原理在此略去不提。42 系统构成典型的电涡流传感器系统主要包括传感器（也称探头）、延 伸电缆和前置器三大部分。根据使用场合不同，也有探头和 延伸电缆一体的。4.2.1 探头 一套典型的探头通常由线圈、头部、壳体、高频电缆、 高频接头组成。线圈是探头的核心，它是整个传感器系统的 敏感元件，线圈的物理尺寸和电气参数决定传感器系统的线 性量程以及探头的电气参数稳定性。传感器采用经过特殊处理
