配套课件-自动化仪表与过程控制.ppt

1、智能仪表与过程控制 一 自动化仪表的基本知识 1 自动化仪表的基本知识自动化仪表的基本知识 1.31.3控制仪表的基本知识控制仪表的基本知识1.11.1自动化仪表概述自动化仪表概述1.21.2检测技术的基本知识检测技术的基本知识 热工测量系统热工测量系统：温度、压力、流量：温度、压力、流量 机械量：位移、速度、加速度机械量：位移、速度、加速度 环境量：环境量：PM2.5、气体浓度、气体浓度、PH 1.11.1自动化仪表概述自动化仪表概述PH计计电导率仪电导率仪热值仪热值仪浓度计浓度计氧化锆氧量计氧化锆氧量计位移检测仪表位移检测仪表厚度检测仪表厚度检测仪表力检测仪表力检测仪表转速传感器转速传感器

2、加速度检测仪表加速度检测仪表模拟调节器模拟调节器数字（智能）调节器数字（智能）调节器电动执行器电动执行器 气动执行器气动执行器 液动执行器液动执行器1 1、构成、构成敏感元件转换元件转换电路被测量电量1.1 传感器组成框图检测仪表：检测生产过程参数的仪表传感器：将参数转换为便于传送的信号变送器：将参数转换为便于传送的标准信号1.21.2检测技术的基本知识检测技术的基本知识2、标准信号 1）DDZ-：420mADC、15VDC 2）DDZ-：020mA DC、010vDC。3）气压信号，20-100KPa（0.02-0.1MPa）现场仪表可实现两线制 电气零点为4mA.DC，不与机械零点重合，这

3、种“活零点”有利于识别断电和断线等故障 3 3、性能指标性能指标 精确度精确度（简称精度）允许误差允许误差%100测量范围下限值测量范围上限值差值仪表允许的最大绝对误允 仪表的仪表的允允越大，表示它的精确度越低；反之，仪越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的表的允允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉许相对百分误差去掉“”号及号及“”号，便可以用号，便可以用来确定仪表的精确度等级。来确定仪表的精确度等级。目前常用的精确度等级目前常用的精确度等级有有0.0050.005，0.020.02，0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.

4、40.4，0.50.5，1.01.0，1.51.5，2.52.5，4.04.0等。等。1.51.0 变差%100测量范围下限值测量范围上限值最大绝对差值变差 灵敏度与分辨率dxdyK 数字仪表：AD转换器的位数，16位，8位 重复性与稳定性 重复性，多次测量结果的一致性 稳定性，长时间测量结果的一致性 漂移漂移l零点漂移：温度漂移、时间漂移l灵敏度漂移：温度漂移、时间漂移1.3 控制仪表的基本知识 1）DDZ-：420mADC、15VDC 2）DDZ-：020mA DC、010vDC。3）气压信号，20-100KPa（0.02-0.1MPa）现场仪表可实现两线制 电气零点为4mA.DC，不与机

5、械零点重合，这种“活零点”有利于识别断电和断线等故障 1 1、信号标准、信号标准2、仪表的型号命名 ID表示电动单元组合仪表系列产品。以汉语拼音字母表示产品大类其意义如下：B变送单元类 Z转换单元类 J计算单元类 X显示单元类 G给定单元类 T调节单元类 F辅助单元类 K执行单元类汉语拼音字母，表示各大类中的产品小类，同一字母在不同大类中有不同的含义。变送单元类中：W温度和温差；Y压力；C差压；L流量；F液位。转换单元类中：J交流毫伏；z直流毫伏；P频率；Q气电。计算单元类中：J加减；S乘除；K开方；显示单元类中：Z批示；J记录；B报警；S积算。给定单元类中：A恒流；F分流。调节单元类中：L连

6、续；D断续。辅助单元类中：D电动操作；Q气动操作：Z阴尼；F限幅；C选择。执行单元类中：J角行程；Z直行程。智能仪表与过程控制二 工业生产过程的变量检测 2.1 压力的检测及仪表2.1 2.1 压力的检测及仪表压力的检测及仪表2.1.1 压力的单位及测压仪表2.1.2 弹性式压力计2.1.3 电气式压力计2.1.4 压力计的选用及安装2.1.1 压力单位及测压仪表表示受力面积。表示垂直作用力；表示压力；式中，SFpSFp 是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。的单位为帕斯卡，简称帕（的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）211mNPa PaMPa61011 为了使大家

7、了解国际单位制中的压力单位（为了使大家了解国际单位制中的压力单位（Pa或或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。系表。压力压力单位单位帕帕/Pa兆帕兆帕/MPa工程大气压工程大气压/(kgf/cm2)物理大气压物理大气压/atm汞柱汞柱/mmHg水柱水柱/mH2O（磅（磅/英寸英寸2）/（1b/in2）巴巴/bar帕帕1110106 61.01971010-5-59.8691010-6 67.5011010-3-31.01971010-4-41.4501010-4-411010-5 5兆帕兆帕110106 61 1

8、10.1979.8697.50110103 31.019710102 21.45010102 210工程工程大气大气压压9.80710104 49.8071010-2-210.9678735.610.0014.220.9807物理物理大气大气压压1.013310105 50.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱汞柱1.333210102 21.33321010-4-41.35951010-3-31.31581010-3-310.01361.9341010-2-21.33321010-3-3水柱水柱9.80610103 39.8061010-3-30.10000.0

9、967873.5511.4220.09806（磅（磅/英寸英寸2）6.89510103 36.8951010-3-30.070310.0680551.710.703110.06895巴巴110105 50.11.01970.9869750.110.19714.501表表3-1 各种压力单位换算表各种压力单位换算表大气压力绝对压力表压pppp表P真P绝P绝大气压力线大气压力线绝对压力的零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。在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。绝对压力大气压力真空度ppp当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。当被测压力低

10、于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。图图3-43-4绝对压力、表压、负绝对压力、表压、负压（真空度）的关系压（真空度）的关系测压仪表液柱式压力计重力与压力平衡，P=ghU形管压力计、斜管压力计弹性式压力计弹性力与被测压力平衡，形变反应力大小弹簧管压力计、波纹管压力计电气式压力计物质的物理特性与压力有关电阻应变片式、电容式、压电式、电感式、霍尔式活塞式压力计被测压力与活塞上砝码质量平衡标准表测压仪表按其转换原理的不同可分为四类。测压仪表按其转换原理的不同可分为四类。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。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。U形管压力计形管

11、压力计单管压力计单管压力计 这类压力计结构简单、使用方便这类压力计结构简单、使用方便 其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响，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。测量范围较窄，一般用来测量较低压力、真空度或压力差。它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如电压、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。电流、频率等）来进行测量的仪表。它是根据水压机液体传送压力的原理，将被

12、测压力转换它是根据水压机液体传送压力的原理，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。成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。测量精度很高，允许误差可小到测量精度很高，允许误差可小到0.05%0.02%。结构较复杂，价格较贵。结构较复杂，价格较贵。2.1.2 2.1.2 弹性式压力计弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件，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。产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、价格低廉

13、、测量范围宽以及有足够的固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点。精度等优点。可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。力。弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围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。不同时，所用的弹性元件也不一样。图图3-5 弹性元件示意图弹性元件示意图 弹簧管式弹性元件弹簧管式弹性元件波纹管式弹性元波纹管式弹性元件件薄膜式弹性元件薄膜式弹性元件 使用的测压元件使用的测压元件 单圈弹簧管压力表与多圈单圈弹簧管压力表与多圈弹簧管压力表。弹簧管压力表。用途用途 普通弹簧管压力表，耐腐蚀

14、的氨用普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。压力表、禁油的氧气压力表等。1弹簧管；弹簧管；2 拉拉杆；杆；3 扇形齿轮；扇形齿轮；4 中心齿轮；中心齿轮；5 指针；指针；6 面板；面板；7 游丝；游丝；8 调整调整螺丝；螺丝；9 接头接头 在化工生产过程中，常需要把压力控在化工生产过程中，常需要把压力控制在某一范围内，即当压力低于或高于给制在某一范围内，即当压力低于或高于给定范围时，就会破坏正常工艺条件，甚至定范围时，就会破坏正常工艺条件，甚至可能发生危险。这时就应采用带有报警或可能发生危险。这时就应采用带有报警或控制触点的压力表。将普通弹簧管压力表控制触点的压力表。将普通

15、弹簧管压力表稍加变化，便可成为电接点信号压力表，稍加变化，便可成为电接点信号压力表，它能在压力偏离给定范围时，及时发出信它能在压力偏离给定范围时，及时发出信号，以提醒操作人员注意或通过中间继电号，以提醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。器实现压力的自动控制。图图3-7 电接点信号压力表电接点信号压力表1，4 静触点；静触点；2 动触点；动触点；3 绿灯；绿灯；5 红灯红灯 压力表指针上有动压力表指针上有动触点触点2 2，表盘上另有两根，表盘上另有两根可调节指针，上面分别可调节指针，上面分别有静触点有静触点1 1和和4 4。当压力。当压力超过上限给定数值时，超过上限给定数值时，2

16、2和和4 4接触，红色信号灯接触，红色信号灯5 5的电路被接通，红灯发的电路被接通，红灯发亮。若压力低到下限给亮。若压力低到下限给定数值时，定数值时，2 2与与1 1接触，接触，接通了绿色信号灯接通了绿色信号灯3 3的电的电路。路。1 1、4 4的位置可根据的位置可根据需要灵活调节。需要灵活调节。2.1.3 电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。1.该仪表的该仪表的，分别可测，分别可测710-5Pa至至5102MPa的的压力，允许误差可至压力，允许误差可至0.2；2.由于可以远距离传送信号，所以在工业生产过程中可以由于可以远

17、距离传送信号，所以在工业生产过程中可以实现压力自动控制和报警，并可与工业控制机联用。实现压力自动控制和报警，并可与工业控制机联用。图图3-8 电气式压力计组成方框图电气式压力计组成方框图 一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用的信号处理一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。是根据霍尔效应制成的，即利用霍尔元件将由压是根据霍尔效应制成的，即利用霍尔元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测量。力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测

18、量。图图3-93-9 霍尔效应霍尔效应 可用下式表示可用下式表示 BIRUHH 式中，式中，U UH H为霍尔电势；为霍尔电势；R RH H为霍尔常为霍尔常数，与霍尔片材料、几何形状有关；数，与霍尔片材料、几何形状有关；B B为磁感应强度；为磁感应强度；I I为控制电流的大小。为控制电流的大小。一般一般I I为为3 320mA20mA，B B约为几千高斯，所得的霍尔电势约为几千高斯，所得的霍尔电势U UH H约为几十毫伏约为几十毫伏数量级。数量级。导体也有霍尔效应，不过它们的霍尔电势远比半导体的霍尔电势小导体也有霍尔效应，不过它们的霍尔电势远比半导体的霍尔电势小得多。得多。将霍尔元件与弹簧管配

19、合，就组成了霍尔片式弹簧将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧管压力传感器，如图管压力传感器，如图3-103-10所示。所示。图图3-10 霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器1弹簧管；弹簧管；2 磁钢；磁钢；3 霍尔片霍尔片 当被测压力引入后，在当被测压力引入后，在被测压力作用下，弹簧管被测压力作用下，弹簧管自由端产生位移，因而改自由端产生位移，因而改变了霍尔片在非均匀磁场变了霍尔片在非均匀磁场中的位置，使所产生的霍中的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例。尔电势与被测压力成比例。利用这一电势即可实利用这一电势即可实现远距离显示和自动控制。现远距离显示和自动控制。利用电阻应变原理构

20、成。电阻应变利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。片有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），当应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。图图3-11 应变片压力传感器示意图应变片压力传感器示意图1应变筒；应变筒；2 外 壳；外 壳；3密封膜片密封膜片 利用单晶硅的压阻效应而

21、构成。利用单晶硅的压阻效应而构成。采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。传感器腔内。当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。图图3-12 3-12 压阻式压力传感器压阻式

22、压力传感器1基座；基座；2单晶硅片；单晶硅片；3导环；导环；4螺母；螺母；5密封垫圈；密封垫圈；6等效电阻等效电阻 精度高、工作可靠、频率响应高、精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单；迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单；便于实现显示数字化；便于实现显示数字化；可以测量压力，稍加改变，还可以可以测量压力，稍加改变，还可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。测量差压、高度、速度、加速度等参数。4.压电式压力传感器 形变极化压电效应5.5.力矩平衡压力变送器力矩平衡压力变送器l力矩平衡原理 是一种开环检测仪表，具有结构简单、过载能力是一种开环检测仪表，具有结构简单、过载能力强

23、、可靠性好、测量精度高等优点，其输出信号是标准的强、可靠性好、测量精度高等优点，其输出信号是标准的420mA（DC）电流信号。电流信号。图图3-13 电容式差压变送器原理图电容式差压变送器原理图11隔离膜片；隔离膜片；2 2，77固定电极；固定电极；33硅油；硅油；44测量测量膜片；膜片；55玻璃层；玻璃层；66底座；底座；88引线引线先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。电容式压力传感器电容式压力传感器11110iAACSSS 22220iAACSSS21002210001/()1/()1/()1/()iiiiCCASSSSSKSCC

24、ASSSSS1iSKP2121221iiiiiCCKSK KPCC结论结论：1212iiiiCCCC(1)相对变化值 与被测差压 成线性关系。iP(2)与介电常数 无关,可大大减小温度对变送器的影响。(3)与 有关。愈小，灵敏度越高。0S0S2.1.4 2.1.4 压力计的选用及安装压力计的选用及安装 压力计的选用压力计的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要应根据工艺生产过程对压力测量的要求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的分析，分析，一般考虑以下几个问题。一般考虑以下几个问题。例例3 3 某台往复式压缩机的出口压力范围为某台往复式压

25、缩机的出口压力范围为25252828MPa，测量误差不得大于，测量误差不得大于1 1MPa。工艺上。工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围。台压力表，指出型号、精度与测量范围。解解由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以选择仪表的上限值为选择仪表的上限值为 根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由本根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由本章附录一，可查得选用章附录一，可查得选用YX-150-150型电接点压力表，测型电接点压力表，测量范围为量范围为0 06060MPa

26、。MPapp562282max1316025 由于由于 ，故被测压力的最小值不低于满量程的，故被测压力的最小值不低于满量程的 1/31/3，这是允许的。另外，根据测量误差的要求，可，这是允许的。另外，根据测量误差的要求，可算得允许误差为算得允许误差为 所以，精度等级为所以，精度等级为1.51.5级的仪表完全可以满足误级的仪表完全可以满足误差要求。至此，可以确定，选择的压力表为差要求。至此，可以确定，选择的压力表为YX-150YX-150型电接点压力表，测量范围为型电接点压力表，测量范围为0 060MPa60MPa，精度等级，精度等级为为1.51.5级。级。%67.1%100601 (应能反映被

27、测压力的真实大小应能反映被测压力的真实大小)要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐路拐 弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂直，取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，直，取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，不应有凸出物或毛刺。不应有凸出物或毛刺。测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）部，使导压管内不积存气（液）体。部，使导压管内不积存气（液）体。导

28、压管粗细要合适，一般内径为导压管粗细要合适，一般内径为6 61010mm，长度应尽可，长度应尽可能短，最长不得超过能短，最长不得超过5050m，以减少压力指示的迟缓。如超过，以减少压力指示的迟缓。如超过5050m，应选用能远距离传送的压力计。应选用能远距离传送的压力计。导压管水平安装时应保证有导压管水平安装时应保证有1:101:101:201:20的倾斜度，以利的倾斜度，以利于积存于其中之液体（或气体）的排出。于积存于其中之液体（或气体）的排出。当被测介质易冷凝或冻结时，必须加设保温伴热管线。当被测介质易冷凝或冻结时，必须加设保温伴热管线。取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时取压口

29、到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。测量蒸汽压力时，应测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触汽直接与测压元件接触 图图3-3-1717（a）；对于有腐蚀性介）；对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有中质的压力测量，应加装有中性介质的隔离罐，右图（性介质的隔离罐，右图（b）表示了被测介质密度表示了被测介质密度2 2大于大于和小于隔离液密度和小于隔离液密度1 1的两种的两种情况。情况。图图3-17 压力计安装示意图压力计安装示意图压力计；压力计；切断阀门；切断阀门；凝液管

30、；凝液管；取压容器取压容器 压力计应安装在易观察和检修的地方。压力计应安装在易观察和检修的地方。安装地点应力求避免振动和高温影响。安装地点应力求避免振动和高温影响。压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，对由此高度而引起的测量误差应按高度时，对由此高度而引起的测量误差应按pHg进进行修正。式中行修正。式中H为高度差，为高度差，为导压管中介质的密度，为导压管中介质的密度，

31、g为为重力加速度。重力加速度。为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。外。智能仪表与过程控制智能仪表与过程控制二二 工业生产过程的变量检测工业生产过程的变量检测 2.22.2物位的物位的检测及仪表检测及仪表2.2 物位的检测及仪表2.2.1 2.2.1 物位检测主要方法物位检测主要方法2.2.2 2.2.2 静压式液位变送器静压式液位变送器2.2.3 2.2.3 浮力式液位计浮力式液位计2.2.4 2.2.4 电气式物位传感器电气式物位传感器2.2

32、.5 2.2.5 核辐射物位计核辐射物位计2.2.6 2.2.6 声学式物位计声学式物位计2.2.1 2.2.1 物位检测主要方法物位检测主要方法液位液位 料位料位 界面界面液位计液位计 料位计料位计 界面计界面计直读式物位仪表直读式物位仪表 静压式物位仪表静压式物位仪表浮力式物位仪表浮力式物位仪表 电气式物位仪表电气式物位仪表声学式物位仪表声学式物位仪表 射线式物位仪表射线式物位仪表光学式物位仪表光学式物位仪表 2.2.2 2.2.2 静压式液位变送器静压式液位变送器图图3-37 3-37 静压液位变送器原理图静压液位变送器原理图图图3-38 3-38 压力表式液位计压力表式液位计ppgHp

33、p21将静压变送器的一端接液相，另一端接气相将静压变送器的一端接液相，另一端接气相因此因此gHppp21敞口容器敞口容器gHp01211pgHghp0222pghpghghgHpp2221121ghhgHp2121图图3-39 3-39 负迁移示意图负迁移示意图在使用静压变送器测量液位时，一般来说在使用静压变送器测量液位时，一般来说实际应用中，正、负室压力实际应用中，正、负室压力p p1 1、p p2 2分别为分别为则则 都是使变送器输出的起始值与被测量起始点都是使变送器输出的起始值与被测量起始点(可能为零，也可可能为零，也可能不为零能不为零)相对应。相对应。同时改变了测量范围的上、下限，相当

34、于测量范围的平移，它不改同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。变量程的大小。图图3-40 3-40 正负迁移示意图正负迁移示意图图图3-41 3-41 正迁移示意图正迁移示意图 某差压变送器的测量范围为某差压变送器的测量范围为0 05000Pa5000Pa，当压差由，当压差由0 0变化到变化到5000Pa5000Pa时，时，变送器的输出将由变送器的输出将由4mA4mA变化到变化到20mA20mA，这是无迁移的情况，如图，这是无迁移的情况，如图3-403-40中曲线中曲线a a所示。负迁移如曲线所示。负迁移如曲线b b所示，正迁移如曲线所示，正迁移如曲线c c所

35、示。所示。图图3-42 3-42 法兰式差压变送器测量液位示意图法兰式差压变送器测量液位示意图11法兰式测量头；法兰式测量头；22毛细管；毛细管；33变送器变送器 单法兰式单法兰式 双法兰式双法兰式 为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被黏度大、易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，应使用在导压管入口处加隔离膜盒的堵塞的问题，应使用在导压管入口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器，如下图所示。法兰式差压变送器，如下图所示。2.2.3 2.2.3 浮力式液位计浮力式液位计 恒浮力物位检测包括浮标式、浮球式和

36、翻板式等。恒浮力物位检测包括浮标式、浮球式和翻板式等。磁翻转式液位计可替代玻璃式液位计，用于测量敞口容器或密闭磁翻转式液位计可替代玻璃式液位计，用于测量敞口容器或密闭容器内的液位。容器内的液位。UNS(UGS)UNS(UGS)系列彩色石英管液位计：系列彩色石英管液位计：浮球式液位开关浮球式液位开关变浮力式物位检测2.2.4 2.2.4 电气式物位传感器电气式物位传感器dDLCln2图图3-43 3-43 电容器的组成电容器的组成11内电极；内电极；22外电极外电极 利用敏感元件直接把物位转换为电参数的变化。利用敏感元件直接把物位转换为电参数的变化。电容式、电阻式、电感式电容式、电阻式、电感式d

37、DLCln200dDHLdDHCln2ln2011内电极；内电极；22外外电极；电极；33绝缘套；绝缘套；44流通小孔流通小孔 当液位为零时，仪表调整零点，其当液位为零时，仪表调整零点，其零点的电容为零点的电容为 HKdDHCCCiXln200非导电介质液位测量非导电介质液位测量当液位上升为当液位上升为H时，电容量变为时，电容量变为电容量的变化为电容量的变化为导电液体液位测量导电液体液位测量1-内电极；内电极；2-绝缘套管；绝缘套管；3-容器容器 内电极为直径内电极为直径为为d的不锈钢或紫铜的不锈钢或紫铜棒。棒。外套聚四氟乙外套聚四氟乙烯塑料绝缘管或涂烯塑料绝缘管或涂以搪瓷绝缘层。以搪瓷绝缘层

38、。当被测液体的当被测液体的液面上升时，引起液面上升时，引起棒状电极与导电液棒状电极与导电液体之间的电容变大。体之间的电容变大。导电介质液位测量 当液位高当液位高H=0时，传感器时，传感器的起始电容为的起始电容为C0：)d/Dln(L2C0000等效介电系数。等效介电系数。0绝缘导管或陶瓷涂层的介电系数绝缘导管或陶瓷涂层的介电系数当液位高为当液位高为H 时，电容传感时，电容传感器的电容量器的电容量C为：为：)/ln()(2)/ln(200dDHLdDHC 上两式相减，便得液位高为上两式相减，便得液位高为H 的的电容变化量电容变化量Cx：)/ln(2)/ln(2000dDHdDHCCCx 用电容法

39、可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于固体用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于固体间磨损较大，容易间磨损较大，容易“滞留滞留”，可用电极棒及容器壁组成电容器的，可用电极棒及容器壁组成电容器的两极来测量非导电固体料位。两极来测量非导电固体料位。dDHCXln2011金属电极棒；金属电极棒；22容器壁容器壁 左图所示为用金属电极棒插入容器左图所示为用金属电极棒插入容器来测量料位的示意图。来测量料位的示意图。电容量变化与料位升降的关系为电容量变化与料位升降的关系为图图3-47 3-47 料位检测料位检测 电容物位计的传电容物位计的传感部分结构简单、感部分结构简单、使用方便。使用方便。需

40、借助较复杂的电子线路。需借助较复杂的电子线路。应注意介质浓度、温度变化时，其应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要发生变化这种情况。介电系数也要发生变化这种情况。2.2.5 2.2.5 核辐射物位计核辐射物位计HeII0 射线的透射强度随着射线的透射强度随着，具体关系式如下：具体关系式如下：图图3-48 3-48 核辐射物位计示意图核辐射物位计示意图11辐射源；辐射源；22接受器接受器 适用于高温、高压容器、强腐蚀、适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾状态的介质的物位测量，还或沸腾状态的介质的物位测量，还可以测量高温融熔金属的液位

41、。可以测量高温融熔金属的液位。可在高温、烟雾等环境下工作。可在高温、烟雾等环境下工作。但由于放射线对人体有害，使用但由于放射线对人体有害，使用范围受到一些限制。范围受到一些限制。l五、磁致伸缩式液位计五、磁致伸缩式液位计l六、光纤液位计六、光纤液位计l七、称重式液罐计量仪七、称重式液罐计量仪 超声波物位计是采用压电晶体换能器（也叫超声波换能器）来发射和接收超声波物位计是采用压电晶体换能器（也叫超声波换能器）来发射和接收超声波，根据回声测距原理，利用超声波从发射到接收的时间间隔与物位高度超声波，根据回声测距原理，利用超声波从发射到接收的时间间隔与物位高度成比例的关系来求得物位高度。成比例的关系来

42、求得物位高度。气介式超声波物位计气介式超声波物位计 单探头气介式单探头气介式超声波物位计如右超声波物位计如右图。用计时器测出图。用计时器测出超声波来回所经历超声波来回所经历的时间的时间t t，即可求得，即可求得物位高度为：物位高度为：20vtHH液介式超声波液位计液介式超声波液位计智能仪表与过程控制智能仪表与过程控制二二 工业生产过程的变量检测工业生产过程的变量检测 2.42.4温度的温度的检测及仪表检测及仪表2.4 温度的检测及仪表2.4.1 2.4.1 温度检测方法温度检测方法2.4.2 2.4.2 热电偶温度计热电偶温度计2.4.3 2.4.3 热电阻温度计热电阻温度计2.4.4 2.4

43、.4 其他温度检测方法其他温度检测方法2.4.5 2.4.5 测温元件的安装测温元件的安装2.4.1 2.4.1 温度检测方法温度检测方法 温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体之温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接测量。同而变化的特性来加以间接测量。高温计、温度计高温计、温度计标准仪表、实用仪表标准仪表、实用仪表 膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计温度计、热电阻温度计和辐射高温计 接触式与非接触式接触式与

44、非接触式 接接触触式式测测温温仪仪表表膨膨胀胀式式玻璃液体玻璃液体 -50-50600600结构简单，使用方便，测量准确，结构简单，使用方便，测量准确，价格低廉价格低廉 测量上限和精度受玻璃质量测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能记录远的限制，易碎，不能记录远传传 双金属双金属-80-80 600600结构紧凑，牢固可靠结构紧凑，牢固可靠 精度低，量程和使用范围有精度低，量程和使用范围有限限 压压力力式式液体液体气体气体蒸汽蒸汽-30-30 600600-20-20 350350 0 0 250250结构简单，耐震，防爆能记录、报结构简单，耐震，防爆能记录、报警，价格低廉警，价格低廉 精

45、度低，测温距离短，滞后精度低，测温距离短，滞后大大 热热电电偶偶铂铑铂铑-铂铂镍铬镍铬-镍镍硅硅镍铬镍铬-考考铜铜0 0 16001600-50-50 10001000-50-50 600600测温范围广，精度高，便于远距离、测温范围广，精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制多点、集中测量和自动控制 需冷端温度补偿，在低温段需冷端温度补偿，在低温段测量精度较低测量精度较低 热热电电阻阻铂铂铜铜-200-200 600600 -50 -50 150150测量精度高，便于远距离、多点、测量精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制集中测量和自动控制 不能测高温，需注意环境温不能测高温，需注

46、意环境温度的影响度的影响 非接非接触式触式测温测温仪表仪表辐辐射射式式辐射式辐射式光学式光学式比色式比色式400 400 20002000700 700 32003200900 900 17001700测温时，不破坏被测温度场测温时，不破坏被测温度场 低温段测量不准，环境条件低温段测量不准，环境条件会影响测温准确度会影响测温准确度 红红外外线线光电探测光电探测热电探测热电探测0 0 35003500200 200 20002000测温范围大，适于测温度分布，不测温范围大，适于测温度分布，不破坏被测温度场，响应快破坏被测温度场，响应快 易受外界干扰，标定困难易受外界干扰，标定困难 图图3-52

47、3-52 双金属片双金属片图图3-53 3-53 双金属温度信号器双金属温度信号器11双金属片；双金属片；22调节螺钉；调节螺钉；33绝缘子；绝缘子；44信号灯信号灯 膨胀式温度计是膨胀式温度计是基于物体受基于物体受热时体积膨胀热时体积膨胀的性质而制成的。的性质而制成的。11传动机构；传动机构；22刻度盘；刻度盘；33指针；指针；44弹簧管；弹簧管；55连连杆；杆；66接头；接头；77毛细管；毛细管；88温包；温包；99工作物质工作物质 应用压力随应用压力随温度的变化来测温度的变化来测温的仪表叫温的仪表叫。是基于物体热辐射作用来测量温度的仪表。是基于物体热辐射作用来测量温度的仪表。2.4.2

48、2.4.2 热电偶温度计热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。是以热电效应为基础的测温仪表。图图3-55 3-55 热电偶温度计测温系统示意图热电偶温度计测温系统示意图11热电偶；热电偶；22导线；导线；33测量仪表测量仪表图图3-56 3-56 热电偶示意图热电偶示意图先看一个实验热电偶工作原理演示 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。热电极热电极A A右端称为：右端称为：自由端自由端（参考（参考端、冷端、冷端）端）左端称为：左端称为：测量端测量端（工作（工作端、热端、热端）端）热电极热电极B B热电势热电势AB图图3-57

49、 3-57 热电现象热电现象图图3-58 3-58 接触电势形成的过程接触电势形成的过程图图3-59 3-59 热电偶原理及电路图热电偶原理及电路图 0000,tetettEtetettEBAABABAB左图闭合回路中总的热电势左图闭合回路中总的热电势或或 如果组成热电偶回路的两种导体材料相同，则无如果组成热电偶回路的两种导体材料相同，则无论两接点温度如何，闭合回路的总热电势为零；如果论两接点温度如何，闭合回路的总热电势为零；如果热电偶两接点温度相同，尽管两导体材料不同，闭合热电偶两接点温度相同，尽管两导体材料不同，闭合回路的总热电势也为零；热电偶产生的热电势除了与回路的总热电势也为零；热电偶

50、产生的热电势除了与两接点处的温度有关外，还与热电极的材料有关。也两接点处的温度有关外，还与热电极的材料有关。也就是说不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产就是说不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的。生的热电势是不同的。3.3.标准化热电偶与分度表标准化热电偶与分度表温度每增加温度每增加时所能产生的热电势要大，而时所能产生的热电势要大，而 且热电势与温度应尽可能成线性关系；且热电势与温度应尽可能成线性关系；物理稳定性要高；物理稳定性要高；化学稳定性要高；化学稳定性要高；材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；复现性好，便于成批生产，