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1、第三章 检测变送本章的主要内容本章的主要内容概述概述温度检测温度检测流量检测流量检测压力检测压力检测液位检测液位检测变送器变送器3.1 概述在过程自动化中要通过检测元件获取生产在过程自动化中要通过检测元件获取生产工艺变量，最常见变量是工艺变量，最常见变量是温度、压力、流温度、压力、流量、物位（四大参数）量、物位（四大参数）。检测元件又称为检测元件又称为敏感元件敏感元件、传感器传感器，它直，它直接响应工艺变量，并转化成一个与之成对接响应工艺变量，并转化成一个与之成对应关系的输出信号（应关系的输出信号（位移、电压、电流、位移、电压、电流、电阻、频率、气压等电阻、频率、气压等）。）。 检测元件的输出
2、信号种类多，信号弱，一检测元件的输出信号种类多，信号弱，一般都需要将其经过般都需要将其经过变送器变送器处理，转换成标处理，转换成标准统一的电气信号（如准统一的电气信号（如4 42020mA mA 或或 0 01010mAmA直流电流信号直流电流信号 ,20 ,20100100kPakPa气压信号）气压信号）送往显示仪表或控制器。送往显示仪表或控制器。 有时将检测元件、变送器及显示装置有时将检测元件、变送器及显示装置统称为统称为检测仪表检测仪表, , 或者将检测元件称为或者将检测元件称为一一次仪表次仪表，将变送器和显示装置称为，将变送器和显示装置称为二次仪二次仪表表。3.1.1 测量误差测量误差
3、测量误差：检测仪表获得的被测值与实际测量误差：检测仪表获得的被测值与实际被测变量真实值之差被测变量真实值之差绝对误差：仪表的指示值与被测量的真值绝对误差：仪表的指示值与被测量的真值之间的差值之间的差值相对误差（仪表引用误差）：绝对误差与相对误差（仪表引用误差）：绝对误差与仪表的量程之比仪表的量程之比允许误差允许误差3.1.2 仪表性能指标仪表性能指标(1)(1)精确度（精度）精确度（精度） 表示仪表测量结果的可靠程度。表示仪表测量结果的可靠程度。 仪表的精度等级是按国家统一规定的允许仪表的精度等级是按国家统一规定的允许误差大小来划分成若干等级的。仪表精度等级数误差大小来划分成若干等级的。仪表精
4、度等级数值越小，说明仪表测量准确度越高。值越小，说明仪表测量准确度越高。 精度等级：允许误差去掉精度等级：允许误差去掉“”号及号及“%”“%”后，后，系列化圆整后的数值。系列化圆整后的数值。目前我国生产的仪表的精度等级有：目前我国生产的仪表的精度等级有：0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.00.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等等仪表的精度等级以一定的符号形式表示在仪表的精度等级以一定的符号形式表示在仪表标尺板上，如仪表标尺板上，如1.01.0外加一个圆圈或三角外加一个圆圈或三角形
5、。形。精度等级精度等级1.01.0，说明该仪表允许误差为，说明该仪表允许误差为1.0%1.0%。 例例1 1 某台测温仪表的量程是某台测温仪表的量程是600600-11001100，其最大绝对误差为，其最大绝对误差为4 4 ，试确，试确定该仪表的精度等级。定该仪表的精度等级。解解 仪表的最大允许误差为仪表的最大允许误差为这台仪表的精度等级应定为这台仪表的精度等级应定为1.01.0级。级。 例例2 2 某台测温仪表的量程是某台测温仪表的量程是600600-11001100，工艺要求该仪表指示值的误差不，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过得超过4 4 ，应选精度等级为多少的仪，应选精度等级为多少的
6、仪表才能满足工艺要求。表才能满足工艺要求。只只能能选选择择一一台台允允许许误误差差为为0.5%0.5%，即即精精确确度度等等级级为为0.50.5级的仪表，才能满足工艺要求。级的仪表，才能满足工艺要求。解解 根据工艺要求，仪表的最大允许误差为根据工艺要求，仪表的最大允许误差为 仪表精度与量程有关，量程是根据所要测量的工仪表精度与量程有关，量程是根据所要测量的工艺变量来确定的。艺变量来确定的。 在仪表精度等级一定的前提下适当缩小量程，可在仪表精度等级一定的前提下适当缩小量程，可以减小测量误差，提高测量准确性。以减小测量误差，提高测量准确性。仪表量程的上限：仪表量程的上限：Ymax: 4/33/2倍
7、（被测变量）倍（被测变量） 波动较大时：波动较大时：3/22倍（被测变量）倍（被测变量）下限：下限：被测变量的值不低于全量程的被测变量的值不低于全量程的1/3 (2) (2) 变差变差 在外界条件不变的情况下，使用同一台仪表在外界条件不变的情况下，使用同一台仪表对某一变量进行对某一变量进行正反行程测量正反行程测量时对应于同一测量值时对应于同一测量值所得的仪表读数之间的差异。所得的仪表读数之间的差异。 注意：仪表的变差不能超出仪表的允许误差。注意：仪表的变差不能超出仪表的允许误差。(3) (3) 线性度线性度 衡量仪表实际特衡量仪表实际特性偏离线性程度的指性偏离线性程度的指标。标。 线性度差就要
8、降低仪线性度差就要降低仪表精度。表精度。(4) (4) 灵敏度和分辨率灵敏度和分辨率灵敏度：仪表的输出变化量与引起此变化灵敏度：仪表的输出变化量与引起此变化的输入变化量的比值，即的输入变化量的比值，即 灵敏度灵敏度= =Y/X对于模拟式仪表而言，对于模拟式仪表而言，Y是仪表指针的角是仪表指针的角位移或线位移。位移或线位移。灵敏度反映了仪表对被测量变化的灵敏程灵敏度反映了仪表对被测量变化的灵敏程度。度。分辨率（仪表灵敏限）：仪表输出能分辨分辨率（仪表灵敏限）：仪表输出能分辨和响应的最小输入变化量。和响应的最小输入变化量。分辨率是灵敏度的一种反映。分辨率是灵敏度的一种反映。对于数字式仪表而言，分辨
9、率就是数字显对于数字式仪表而言，分辨率就是数字显示器最末位数字间隔代表被测量的变化与示器最末位数字间隔代表被测量的变化与量程的比值。量程的比值。(5) (5) 动态误差动态误差 由于仪表动作的惯性延迟和测量传递由于仪表动作的惯性延迟和测量传递滞后，当被测量突然变化后必须经过一段滞后，当被测量突然变化后必须经过一段时间才能准确显示出来而造成的误差。时间才能准确显示出来而造成的误差。3.2 3.2 温度检测温度检测3.2.1 3.2.1 温度检测方法温度检测方法3.2.2 3.2.2 热电偶热电偶3.2.3 3.2.3 热电阻热电阻3.2.4 3.2.4 热电偶、热电阻的选用热电偶、热电阻的选用3
10、.2.1 3.2.1 温度检测方法温度检测方法按测温元件是否与被测对象接触分为：按测温元件是否与被测对象接触分为： 接触式：接触式：非接触式：非接触式：接触式：测温元件与被测对象接触，依靠传热和对流进行接触式：测温元件与被测对象接触，依靠传热和对流进行热交换。热交换。优点：结构简单、可靠，测温精度较高。优点：结构简单、可靠，测温精度较高。缺点：由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且缺点：由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到平衡后才能测量，这样容易破坏被测对象的温度场，达到平衡后才能测量，这样容易破坏被测对象的温度场，同时带来测温过程的延迟现象，不适于测量热容量小的对同时带来测
11、温过程的延迟现象，不适于测量热容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象。象、极高温的对象、处于运动中的对象。不适于直接对腐蚀性介质测量。不适于直接对腐蚀性介质测量。非接触式：测温元件不与被测对象接触，而是通过热辐射非接触式：测温元件不与被测对象接触，而是通过热辐射进行热交换，或测温元件接收被测对象的部分热辐射能，进行热交换，或测温元件接收被测对象的部分热辐射能，由热辐射能大小推出被测对象的温度。由热辐射能大小推出被测对象的温度。优点：从原理上讲测量范围从超低温到极高温，不破坏被优点：从原理上讲测量范围从超低温到极高温，不破坏被测对象温度场。非接触式测温响应快，对被测对象干扰小，测对象温度场
12、。非接触式测温响应快，对被测对象干扰小，可用于测量运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场可用于测量运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场合。合。缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大，且结构缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大，且结构复杂，价格比较昂贵。复杂，价格比较昂贵。 3.2.2 3.2.2 热电偶热电偶(1) (1) 测温原理测温原理热电效应热电效应热电偶的热电偶的“中间导体定律中间导体定律”热电偶回路中接入第三种导体后，热电偶回路中接入第三种导体后，只要该导体两端温度相同，热电只要该导体两端温度相同，热电偶回路中所产生的总热电势与没偶回路中所产生的总热电势与没有接入第三
13、种导体时热电偶所产有接入第三种导体时热电偶所产生的总热电势相同；生的总热电势相同；如果回路中接入更多种导体时，如果回路中接入更多种导体时，只要同一导体两端温度相同，也只要同一导体两端温度相同，也不影响热电偶所产生的热电势值。不影响热电偶所产生的热电势值。因此热电偶回路可以接入各种显因此热电偶回路可以接入各种显示仪表、变送器、连接导线。示仪表、变送器、连接导线。分度表：当分度表：当0 0= =00时，时， 与温度与温度对应的数值表。（非线性）对应的数值表。（非线性）分度号：与分度表所对应的热电偶的代号。分度号：与分度表所对应的热电偶的代号。常用工业热电偶常用工业热电偶(2) (2) 补偿导线补偿
14、导线 解决参比端温度的恒定问题。解决参比端温度的恒定问题。补偿导线要求：价格便宜，补偿导线要求：价格便宜，01000100范围内的热电范围内的热电性质与要补偿的热电偶的热电性质几乎完全一样性质与要补偿的热电偶的热电性质几乎完全一样(3) 热电偶参比端温度补偿热电偶参比端温度补偿补偿原理：工作端温度补偿原理：工作端温度，参比端参比端0，热电势为热电势为因此因此参比端温度补偿方法：参比端温度补偿方法： 计算法计算法冰浴法冰浴法机械调零法（动圈表调零法），等级机械调零法（动圈表调零法），等级1.0以上以上补偿电桥法：利用参比端温度补偿器补偿电桥法：利用参比端温度补偿器 用镍铬用镍铬- -镍硅（镍硅（
15、K）热电偶测温，热电偶热电偶测温，热电偶参比端温度参比端温度o =20，测得的热电势测得的热电势E（，o）=32.479mV。由由K分度表中查得分度表中查得E（20，0）=0.798mV, 则则E（，0）= E（，20）+ E（20，0） =32.479 + 0.798=33.277 mV再反查再反查K分度表，得实际温度是分度表，得实际温度是800800。计算法举例：计算法举例：3.2.3 3.2.3 热电阻热电阻金属热电阻金属热电阻测温原理是基于导体的测温原理是基于导体的电阻会随温度的变化而变化的特性。电阻会随温度的变化而变化的特性。 常用热电阻：常用热电阻： 铜电阻和铂电阻铜电阻和铂电阻热
16、电阻热电阻通常和显示仪表、记录仪表、电子通常和显示仪表、记录仪表、电子计算机等配套使用。直接测量各种生产过计算机等配套使用。直接测量各种生产过程中的程中的-200-200C C500500C C范围内液体、蒸汽范围内液体、蒸汽和气体介质以及固体表面温度。和气体介质以及固体表面温度。半导体热敏电阻半导体热敏电阻测温原理是基于某测温原理是基于某些半导体材料的电阻值随温度的变化而变些半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的特性。化的特性。NTCNTC型：型：负负温度系数热敏电阻，多数是此类温度系数热敏电阻，多数是此类 PTCPTC型：型：正正温度系数热敏电阻，用于位式温温度系数热敏电阻，用于位式温度检
17、测度检测 特点：特点：结构简单、灵敏度高、体积小、热惯性小。结构简单、灵敏度高、体积小、热惯性小。缺点：缺点：非线性严重、互换性差、测温范围窄非线性严重、互换性差、测温范围窄3.2.4 热电偶、热电阻的选用热电偶、热电阻的选用(1)(1)选用原则：较高温度选用原则：较高温度热电偶热电偶 中低温区中低温区热电阻热电阻一般以一般以500500为分界，但不绝对为分界，但不绝对在中低温区，热电偶输出的热电势很小，对测量仪表放大器和抗在中低温区，热电偶输出的热电势很小，对测量仪表放大器和抗干扰要求很高。干扰要求很高。由于参比端温度变化不易得到完全补偿，在较低温度区内引起的由于参比端温度变化不易得到完全补
18、偿，在较低温度区内引起的相对误差就很突出。相对误差就很突出。另外，还应注意工作环境，如环境温度、介质性质（氧化另外，还应注意工作环境，如环境温度、介质性质（氧化性、还原性、腐蚀性）等，选择适当的保护套管、连接导性、还原性、腐蚀性）等，选择适当的保护套管、连接导线等。线等。(2)(2)安装安装(1)(1)选择有代表性的测温点位置，测温元件有足够的插入选择有代表性的测温点位置，测温元件有足够的插入深度深度(2)(2)热电偶或热电阻的接线盒的出线孔应朝下，以免积水热电偶或热电阻的接线盒的出线孔应朝下，以免积水及灰尘等造成接触不良，防止引入干扰信号。及灰尘等造成接触不良，防止引入干扰信号。(3)(3)
19、检测元件应避开热辐射强烈影响处。要密封安装孔，检测元件应避开热辐射强烈影响处。要密封安装孔，避免被测介质溢出或冷空气吸入而引入误差。避免被测介质溢出或冷空气吸入而引入误差。(3)(3)使用使用热电偶：热电偶：参比端温度补偿参比端温度补偿补偿导线的极性不能接反补偿导线的极性不能接反分度号应与配接的变送、显示仪表分度号一致分度号应与配接的变送、显示仪表分度号一致在与采用补偿电桥法进行参比端温度补偿的仪表（如在与采用补偿电桥法进行参比端温度补偿的仪表（如电子电位差计、温度变送器等）配套测温时，热电偶电子电位差计、温度变送器等）配套测温时，热电偶的参比端要与补偿电阻感受相同温度。的参比端要与补偿电阻感
20、受相同温度。热电阻：热电阻：分度号应与配接的变送、显示仪表分度号一致分度号应与配接的变送、显示仪表分度号一致金属热电阻采用三线制接法金属热电阻采用三线制接法 所谓三线制接法，就是从现所谓三线制接法，就是从现场的金属热电阻两端引出三场的金属热电阻两端引出三根材质、长短、粗细均相同根材质、长短、粗细均相同的连接导线，其中两根导线的连接导线，其中两根导线被接入相邻两对抗桥臂中，被接入相邻两对抗桥臂中，另一根与测量桥路电源负极另一根与测量桥路电源负极相连。相连。由于流过两桥臂的电流相等，因此当环境温由于流过两桥臂的电流相等，因此当环境温度变化时，两根连接导线因阻值变化而引起度变化时，两根连接导线因阻值
21、变化而引起的压降变化相互抵消，不影响测量桥路输出的压降变化相互抵消，不影响测量桥路输出电压的大小。电压的大小。3.3 流量检测流量检测瞬时流量：单位时间内流过管道某一截面的流体的数量累积流量（总流量）：在某一时段内流过流体的总和，即瞬时流量在某一时段的累积量流量表示方法质量流量质量流量qm 单位时间内流过某截面的流体的质量，其单位为kg/s工作状态下的体积流量工作状态下的体积流量qv 单位时间内流过某截面的流体的体积，其单位为m3/s qm=qv或qv=qm/ 是流体密度标准状态下的体积流量标准状态下的体积流量qvn 气体是可压缩的，qvn就是折算到标准的压力和温度状态下的体积流量。在仪表计量
22、上多数以20及1个物理大气压为标准状态。3.3.1流量检测的主要方法流量检测的主要方法（1）测体积流量）测体积流量（2）测质量流量）测质量流量测体积流量的方法容积法容积法（又称直接法）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，以排出流体的固定容积数来计算流量。容积法受流体流动状态影响较小，适用于测量高粘度、低雷诺数的流体。基于容积法的流量检测仪表椭圆齿轮流量计腰轮流量计皮膜式流量计。速度法（又称间接法）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。速度法可用于各种工况下的流体的流量检测，但由于是利用平均流速计算流量，因此受管路条件影响较大，流动产生的涡流以及截面上流
23、速分布不对称等都会影响测量精度。差压式 （节流式）利用节流件前后的差压和流速关系，通过差压值获得流体的流速；电磁式 导电流体在磁场中运动产生感应电势，感应电势大小与流体的平均流速成正比；旋涡式 流体在流动中遇到一定形状的物体会在其周围产生有规则的旋涡，旋涡释放的频率与流速成正比；涡轮式 流体作用在置于管道内部的涡轮上使涡轮转动，其转动速度在一定流速范围内与管道内流体的流速成正比；声学式 根据声波在流体中传播速度的变化得到流体的流速；热学式 利用加热体被流体的冷却程度与流速的关系来检测流速。 基于速度法的流量检测仪表节流式流量计靶式流量计弯管流量计转子流量计电磁流量计旋涡流量计涡轮流量计超声流量
24、计。测质量流量方法测质量流量方法直接法 直接测量质量流量，如科里奥利力式流量计、量热式流量计、角动量式流量计等间接法测出流体的体积流量，以及密度（或温度和压力），经过运算求得质量流量。主要有压力温度补偿式质量流量计。质量流量计具有精度不受流体的温度、压力、密度、粘度等变化影响的优点3.3.2速度式流量计速度式流量计（1）节流装置）节流装置应用最广泛结构简单，使用寿命长，适应性较广，能测量各种工况下的流体流量，且已标准化而不需要单独标定。但是量程比小，即范围狭窄，最大流量与最小流量之比为3:1，压力损耗较大，刻度为非线性。节流装置包括孔板、喷嘴和文丘里管孔板流体在管内流动，经过节流孔时，通道截面
25、积突然变小，流速加大，由于在总的能量中动能增大，势必导致静压力的下降。流量越大，压力降低得越多，再经过一段距离后，流速又回到原来的数值，压力也有所回升，但因有阻力损失，所以恢复不到原来的数值。当节流装置形状一定，测压点位置也一定时，根据测得的压差就可以求出流量。孔板的测压点选取有两种标准方式：一种是紧邻着孔板，称为角接法；另一种是离开孔板上下游各一英寸，称为一英寸法兰接法。压差p=p1-p2与qv或qm有如下关系流量的检测是通过检测节流装置前后压差p，其压差经导压管接到差压变送器，同时配有显示仪表将流量指示出来要使仪表的指示值与实际流量相符：差压变送器的压差和显示仪表的流量标尺有若干种规格，选
26、择时应与节流装置孔径匹配。在测量蒸汽和气体流量时，常遇到工作条件的密度与设计时的密度c不相同，这时必须对示数进行修正显示仪表刻度通常是线性的，差压信号要经过开方运算进行线性化处理后再送显示仪表节流装置应正确安装正确安装差压信号管路（2）靶式流量计）靶式流量计在流体通过的管道中，垂直于流动方向插上一块圆盘形的靶。流体通过时对靶片产生推力，经杠杆系统产生力矩与流量的平方近似成正比。靶式流量计适用于测量粘稠性及含少量悬浮固体的液体。 （3）转子流量计）转子流量计根据转子在锥形管内的高度来测量流量。利用流体通过转子和管壁之间的 间隙时产生的压差来平衡转子的重量，流量越大，转子被托得越高，使其具有更大的
27、环隙面积，也即环隙面积随流量变化，所以一般称为面积法。它较多地利用于中、小流量的测量，有配以电远传或气远传发信器的类型。 （4）涡轮流量计）涡轮流量计根据涡轮的旋转速度随流量变化来测量流量。当涡轮受到流体冲击而旋转时，在感应线圈内产生脉动电势，获得与流量成正比的脉冲频率信号作为流量测量信息，再根据脉冲累计数可得知总量。精度高，动态响应好，压力损失较小，但是流体必须不含污物及固体杂质，以减少磨损和防止涡轮被卡。适宜于测量比较洁净而粘度又低的液体流量。（5）电磁流量计）电磁流量计基于电磁感应定律。导电液体在磁场中作垂直方向流动切割磁力线时，会产生感应电势E 。感应电势与流速成正比。感应电势由管道两
28、侧的两根电极引出。特点：测量管内无活动及节流部件，是一段光滑直管，因此阻力损失极小。被测介质必须是导电性液体，最低导电率大于20s/cm，而且被测介质中不应有较多的铁磁性物质及气泡。（6）旋涡流量计（）旋涡流量计（涡街流量计）基于流体力学中的卡门涡街原理 f = St v / d 在一定的雷诺数Re范围内，体积流量qv与旋涡的频率f成线性关系。只要测出旋涡的频率f就能求得流过流量计管道流体的体积流量 qv = f / K 量程比宽，结构简单，无运动件，检测元件不接触被测流体，具有测量精度高、应用范围广、使用寿命长等特点。（7）超声波流量计）超声波流量计根据声波在静止流体中的传播速度与流动流体中
29、的传播速度不同而工作的。当声速和传播距离L已知时，测出时差就能测出流体流速，进而求出流量。 特点是不接触测量，超声波换能器可以安装在管道外壁。特别适合于大口径管道的液体流量检测。但是流速沿管道的分布情况将影响测量结果，而且与雷诺数有关，因此测量结果还需要修正。 3.3.3容积式流量计容积式流量计椭圆齿轮流量计液体通过时利用进出口压差产生力矩使两个椭圆齿轮转动，每转一周排出一定量液体，测得旋转频率就可求出体积流量，其累计数即为总量。适用于测量高粘度液体介质，它对掺有机械物的杂质非常敏感，因为这些杂质易磨损齿轮，故需安装过滤器。3.3.4 质量流量计质量流量计（1）科里奥利质量流量计）科里奥利质量
30、流量计测量原理基于流体在振动管中流动时将产生与质量流量成正比的科里奥利力（2）量热式质量流量计）量热式质量流量计测量原理基于流体中热传递和热转移与流体质量流量的关系。（3）间接式质量流量计）间接式质量流量计在测量体积流量的同时测量被测流体密度，再将体积流量和密度结合起来求得质量流量。3.3.5 流量仪表的选用流量仪表的选用仪表选型步骤如下 ：明确是否真有必要安装流量仪表。如果只是希望知道流体是否在管道中流动和大致的数量值，则选用廉价的流量指示器即可。 确定要安装流量测量仪表进行初选。对候选仪表，从仪表性能、流体特性、安装条件、环境条件和经济因素方面进行综合比较分析。逐步淘汰不合适的候选仪表，直
31、至最终留下一种合适的仪表作为选中仪表。 流量计选型考虑因素流量计选型考虑因素 仪表性能方面精确度，重复性，线性度，范围度，压力损失，上、下限流量，信号输出特性，响应时间流体特性方面流体压力，温度，密度，粘度，润滑性，化学性质，磨损，腐蚀，结垢，脏污，气体压缩系数，等熵指数，比热容，热导率，声速，导热系数，多相流，脉动流安装条件方面管道布置方向，流动方向，上下游管道长度，管道口径，维护空间，管道振动，接地，电源，气源，辅属设备（过滤，消气），防爆环境条件方面环境温度，湿度，安全性，电磁干扰，维护空间经济因素方面购置费，安装费，维修费，校验费，使用寿命，运行费（能耗），备品备件3.4压力检测压力检
32、测3.4.1 压力单位和压力检测方法压力单位和压力检测方法压力的单位压力的单位在工程上，压力定义为垂直均匀地作用于单位面积上的力，用符号p表示。在国际单位制中定义1牛顿力垂直作用于1平方米面积上所形成的压力为1帕斯卡（简称“帕”，符号Pa）。目前虽然规定帕斯卡为法定计量单位，但其他一些压力单位还在普遍使用。压力的表示方法压力的表示方法压力有三种表示方法，即绝对压力、表压力、负压或真空度绝对压力是指物体所受的实际压力。表压力是指一般压力仪表所测得的压力，它是高于大气压力的绝对压力与大气压力之差，即p表压=p绝对压力 - p大气压力 真空度是指大气压与低于大气压的绝对压力之差，是负的表压（负压），
33、即 p真空度= p大气压力 - p绝对压力 组成部件一览FMB70与S型压力仪表一样，为模块化设计:主电子模块显示模块传感器 (p, dp & CONTITE)端子板3.4.1.3 压力的检测方法压力的检测方法（1）弹性力平衡方法）弹性力平衡方法基于弹性元件的弹性变形特性进行测量。弹性元件受到被测压力作用而产生变形，而因弹性变形产生的弹性力与被测压力相平衡。测出弹性元件变形的位移就可测出弹性力。此类压力计有弹簧管压力计、波纹管压力计、膜式压力计等。（2）重力平衡方法）重力平衡方法主要有活塞式和液柱式。活塞式压力计将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的，测量精度高，测量范围宽，性能
34、稳定可靠，一般作为标准型压力检测仪表来校验其他类型的测压仪表。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，最典型的是U型管压力计，结构简单且读数直观。（3）机械力平衡方法）机械力平衡方法 其原理是将被测压力变换成一个集中力，用外力与之平衡，通过测量平衡时的外力来得到被测压力。机械力平衡方法较多用于压力或差压变送器中，精度较高，但结构复杂。（4）物性测量方法）物性测量方法基于在压力作用下测压元件的某些物理特性发生变化的原理，如电气式压力计、振频式压力计、光纤压力计、集成式压力计等。3.4.2常用压力检测仪表常用压力检测仪表3.4.2.1 弹性式压力表弹性式压力表根据弹性
35、元件受压后产生的变形与压力大小有确定关系的原理工作。其结构简单，测压范围广（0103MPa），是目前生产过程中使用最广泛的压力表。常见的测压用弹性元件主要是膜片、波纹管和弹簧管。3.4.2.2 压力传感器压力传感器压力传感器是指能够检测压力并提供远传信号的装置，能够满足自动化系统集中检测显示和控制的要求。当压力传感器输出的电信号进一部变换成标准统一信号时，又将它称为压力变送器。应变片式：压电式：压阻式：电容式：集成式：（1）应变片式压力传感器）应变片式压力传感器应变片是由金属导体或半导体材料制成的电阻体, 基于应变效应工作。在电阻体受到外力作用时，其电阻阻值发生变化，相对变化量为半导体材料应变
36、片的灵敏度比金属应变片的灵敏度大，但受温度影响较大。 应变片一般要和弹性元件结合在一起使用，将应变片粘贴在弹性元件上，在弹性元件受压变形的同时应变片也发生应变，其电阻值发生变化，通过测量电桥输出测量信号。应变片式压力传感器测量精度较高，测量范围可达几百兆帕。（2）压电式压力传感器）压电式压力传感器当某些材料受到某一方向的压力作用而发生变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上就产生符号相反的电荷；当压力去掉后，又重新恢复不带电状态。这种现象称为压电效应。压电材料种类较多，有石英晶体、人工制造的压电陶瓷，还有高分子压电薄膜等。1-绝缘体绝缘体 2-压电元件压电元件3-壳体壳体 4-膜片膜片
37、（3）压阻式压力传感器）压阻式压力传感器压阻元件是指在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻。它是基于压阻效应工作的，即当它受压时，其电阻值随电阻率的改变而变化。常用的压阻元件有单晶硅膜片以及在N型单晶硅膜片上扩散P型杂质的扩散硅等，也是依附于弹性元件而工作。（4）电容式压力传感器）电容式压力传感器其测量原理是将弹性元件的位移转换为电容量的变化。将测压膜片作为电容器的可动极板，它与固定极板组成可变电容器。当被测压力变化时，由于测压膜片的弹性变形产生位移改变了两块极板之间的距离，造成电容量发生变化。（5）集成式压力传感器）集成式压力传感器它是将微机械加工技术和微电子集成工艺相结合的一类新
38、型传感器，有压阻式、微电容式、微谐振式等形式。将差压、静压和温度同时测出，再送入微机系统经过运算处理后就可以得到修正后的被测差压值、静压值和温度值。3.4.3 压力表的选用压力表的选用压压力力表表的的选选用用主主要要包包括括仪仪表表型型式式、量量程程范范围围、精精度度和和灵灵敏敏度度、外外形形尺尺寸寸以以及及是是否否还还需需要要远远传传和和其其他功能，如指示、记录、报警、控制等。他功能，如指示、记录、报警、控制等。选用的依据如下：选用的依据如下：(1) (1) 必须满足工艺生产过程要求，包括量程和精度；必须满足工艺生产过程要求，包括量程和精度；(2) (2) 考考虑虑被被测测介介质质的的性性质
39、质，如如温温度度、压压力力、粘粘度度、腐蚀性、易燃易爆程度等；腐蚀性、易燃易爆程度等；(3) (3) 注注意意仪仪表表安安装装使使用用时时所所处处的的现现场场环环境境条条件件，如如环境温度、电磁场、振动等。环境温度、电磁场、振动等。 3.5物位检测物位检测物位包括三个方面：（1）液位，指设备或容器中液体介质液面高低；（2）料位，指设备或容器中块状、颗粒状或粉末状固体堆积高度；（3）界位，指两种液体（或液体与固体）分界面的高低。生产过程中经常需要对物位检测，主要目的是监控生产的正常和安全运行，保证物料平衡。物位仪表物位仪表 Level Measurement电容式物位仪表Capacitive L
40、evel Measurement音叉式限位开关Vibration Level Limit Switches超声波物位仪Ultrasonic Level Measurement微波式物位仪Microwave Level Measurement静压式液位计Hydrostatic Level Measurement伽玛射线Radiometric Level Measurement重锤式物位仪Elec.-Mech. Level Measurement差压式物位仪Differential-Pressure Level Transmitter3.5.1物位检测方法物位检测方法（1）直读式）直读式 这种方法
41、最简单也最常见。在生产现场经常可以发现在设备容器上开一些窗口或接旁通玻璃管液位计，用于直接观察液位的高低。该方法准确可靠，但只能就地指示，容器压力不能太高。（2）静压式）静压式 根据流体静力学原理，静止介质内某一点的静压力与介质上方自由空间压力之差同该点上方的介质高度成正比。因此通过压差来测量液体的液位高度。基于这种方法的液位计有差压式、吹气式等。（3）浮力式）浮力式 利用浮子高度随液位变化而改变，或液体对沉浸于液体中的沉筒的浮力随液位高度而变化的原理而工作。前者称恒浮力法，后者称变浮力法。基于这种方法的液位计有浮子式、浮筒式、磁翻转式等。（4）机械接触式）机械接触式 通过测量物位探头与物料面
42、接触时的机械力实现物位的测量。主要有重锤式、音叉式、旋翼式等。（5）电气式）电气式 将敏感元件置于被测介质中，当物位变化时，其电气性质如电阻、电容、磁场等会相应改变。这种方法既适用于测量液位，又适用于测量料位。主要有电接点式、磁致伸缩式、电容式、射频导纳式等。（6）声学式）声学式 利用超声波在介质中的传播速度及在不同相界面之间的反射特性来检测物位，可以检测液位和料位。（7）射线式）射线式 放射线同位素所放出的射线（如射线等）穿过被测介质时会被介质吸收而减弱，吸收程度与物位有关。（8）光学式）光学式 利用物位对光波的遮断和反射原理工作，光源有激光等。（9）微波式）微波式 利用高频脉冲电磁波反射原
43、理进行测量，相应有雷达液位计。在物位检测中，有时需要对物位进行连续测量，时刻关注物位的变化；而有时仅需要测量物位是否达到上限、下限或某个特定的位置，这种定点测量用的仪表被称为物位开关，常用来监视、报警及输出控制信号。物位开关有浮球式、电学式、超声波式、射线式、振动式等，其工作原理与相应的物位计工作原理相同。3.5.2常用物位检测仪表常用物位检测仪表（1）差压式液位计）差压式液位计利用静压原理来测量 : P= PB - PA =hg在使用差压式液位计实际测量时，要注意零液位与检测仪表取压口（差压式液位计的正压室）保持同一水平高度，否则会产生附加的静压误差。但是现场往往由于客观条件的限制不能做到这
44、一点，因此必须进行量程迁移和零点迁移。液位测量的正迁移液位测量的正迁移为了使液位的满量程和起始值为了使液位的满量程和起始值仍能与差压变送器的输出上限仍能与差压变送器的输出上限和下限相对应，就必须克服固和下限相对应，就必须克服固定差压定差压gh0的影响，采用零点的影响，采用零点迁移就可实现。迁移就可实现。取压口低于容器底部取压口低于容器底部所以：所以： 在在无无迁迁移移情情况况下下，实实际际测测量量范范围围是是0 0（h0g +hmaxg） 当当h=0时，时，P= h0g，因此因此P020KPa 。 为为了了迁迁移移掉掉h0g，即即在在h=0时时仍仍然然使使P0=20KPa ，可可以以调调整整仪
45、仪表表的的迁迁移移弹弹簧簧张张力力。迁迁移移弹弹簧簧张张力力抵抵消了消了h0g在正压室内产生的力，达到在正压室内产生的力，达到正迁移正迁移的目的。的目的。 由于由于gh00，所以称为正迁移。所以称为正迁移。 量量程程迁迁移移后后，测测量量范范围围为为0 0hmaxg，再再通通过过零零点点迁迁移移，使使差差压压式式液液位位计计的的测测量量范范围围调调整整为为h0g（h0g +hmaxg）。）。 液位测量的负迁移液位测量的负迁移当被测介质有腐蚀性时，差当被测介质有腐蚀性时，差压变送器的正、负压室之间压变送器的正、负压室之间就需要装隔离罐，如果隔离就需要装隔离罐，如果隔离液的密度为液的密度为1 (1
46、 )，则则介质有腐蚀性时介质有腐蚀性时所以：所以：对对比比无无迁迁移移情情况况，P多多了了一一项项压压力力- -（h1- h0）1g，它它作作用用在负压室上，称之为在负压室上，称之为负迁移负迁移量。量。当当h=0时时，P= -(h1- h0)1g ，因因此此P01时，时，3.8.1变送器量程迁移和零点迁移变送器量程迁移和零点迁移在实际使用中由于测量要求或测量条件发生变化，需要根据输入信号的下限值和上限值调整变送器的零点和量程。（1）量程迁移）量程迁移量程迁移目的是使变送器输出信号的上限值Ymax（即标准统一信号上限值，输出满度值）与测量范围的上限值Xmax相对应。（2）零点迁移）零点迁移使变送
47、器输出信号的下限值Ymin（即标准统一信号下限值）与测量范围的下限值Xmin相对应。在Xmin=0时又称为零点调整；在Xmin0时为零点迁移。将仪表的量程迁移和零点迁移相结合可以提高仪表的将仪表的量程迁移和零点迁移相结合可以提高仪表的测量精度和灵敏度，扩大仪表的适用范围，增加其通测量精度和灵敏度，扩大仪表的适用范围，增加其通用性和灵活性。用性和灵活性。例例：利用差压法测量液位，理想：利用差压法测量液位，理想：05000500mm， 实际：实际：2502505050mm调整方法：先量程迁移，再零点迁移调整方法：先量程迁移，再零点迁移3.8.2温度变送器温度变送器其作用是将热电偶、热电阻的检测信号
48、转换成标准统一信号，如010mA直流电流，420mA直流电流，15V直流电压，输出给显示仪表或控制器实现对温度的显示、记录或自动控制。温度变送器还可以作为直流毫伏转换器来使用，以将其它能够转换成直流毫伏信号的工艺参数也变成标准统一信号输出。热电偶温度变送器量程单元热电偶温度变送器量程单元 (1) (1) 具有热电偶参比端温度补偿功能具有热电偶参比端温度补偿功能(2) (2) 具有零点迁移、调整及量程迁移功能具有零点迁移、调整及量程迁移功能(3) (3) 具有线性化功能具有线性化功能热电阻温度变送器量程单元热电阻温度变送器量程单元 (1)(1)三线制接法三线制接法(2)(2)线性化功能线性化功能
49、直流毫伏变送器量程单元直流毫伏变送器量程单元 输入信号为直流毫伏输入信号为直流毫伏使用温度变送器时应注意的问题：使用温度变送器时应注意的问题：(1) (1) 使用前都要进行量程迁移和零点迁移使用前都要进行量程迁移和零点迁移(2) (2) 温度变送器要与输入信号类型相符，分度号的匹温度变送器要与输入信号类型相符，分度号的匹配、接线等配、接线等热电偶温度变送器：热电偶温度变送器： (1) (1) 分度号一致分度号一致 (2) (2) 热电偶的参比端要与变送器上的补偿电阻感受热电偶的参比端要与变送器上的补偿电阻感受相同温度相同温度热电阻温度变送器：热电阻温度变送器： (1) (1)分度号一致；分度号
50、一致；(2)(2)金属热电阻采用三线制接法金属热电阻采用三线制接法3.8.3差压变送器差压变送器差压变送器通用性强，可用于连续测量差压、正压、负压、液位、重度等变量，与节流装置配合，还可以连续测量液体（或气体）流量。差压变送器主要有力平衡式差压变送器、电容式差压变送器和扩散硅式差压变送器。气动力平衡式差压变送器根据力矩平衡原理进行工作。3.8.4智能变送器智能变送器为适应现场总线控制系统的要求，近年来出现了采用微处理器和先进传感器技术的智能变送器，有智能温度变送器、智能压力变送器、智能差压变送器等。智能变送器可以输出数字和模拟两种信号，其精度、稳定性和可靠性均比模拟式变送器优越，并且可以通过现
51、场总线网络与上位计算机相连。智能变送器具有以下特点：测量精度高，基本误差仅为0.1%，而且性能稳定、可靠。具有较宽的零点迁移范围和较大的量程比。具有温度、静压补偿功能（差压变送器）和非线性校正能力（温度变送器），以保证仪表精度。具有数字、模拟两种输出方式，能够实现双向数据通讯。通过现场通讯器能对变送器进行远程组态调零、调量程和自诊断，维护和使用十分方便。3.9现代传感器技术的发展现代传感器技术的发展现代传感器技术发展的显著特征是：研究新材料，开发利用新功能，使传感器多功能化、微型化、集成化、数字化、智能化。（1）新材料、新功能的开发，新加工技术的使）新材料、新功能的开发，新加工技术的使用用（2）多维、多功能化的传感器）多维、多功能化的传感器（3）微型化、集成化、数值化和智能化）微型化、集成化、数值化和智能化本章小结
