1、主要内容主要内容 3.1 概述 3.2 检测仪表的工作特性 3.3 测量误差 3.4 温度检测与变送 3.5 压力检测与变送 3.6 流量检测与变送 3.7 物位检测与变送 3.8 智能检测类仪表 3.9 煤矿常用检测类仪表第三章 过程参数检测仪表 传感器变送器显示器A/D被测参数3.1 概述-检测仪表的组成电信号控制器（QDZQDZ）下限）下限（QDZQDZ）上限）上限20kPa(0.2Kgf/cm20kPa(0.2Kgf/cm2 2)100kPa(1Kgf/cm100kPa(1Kgf/cm2 2)仪表类型仪表类型DCDC电流信号电流信号负载电阻负载电阻DDZ-DDZ-mAmA或或(1-5v
2、)(1-5v)欧欧DDZ-DDZ-0-10mA0-10mA或或(0-10v)(0-10v)欧欧标准电信号电动仪表信号标准的使用电动仪表信号标准的使用现场与控制室仪表之间采用现场与控制室仪表之间采用直流电流信号直流电流信号 优点：直流比交流干扰少优点：直流比交流干扰少 直流信号对负载的要求简单直流信号对负载的要求简单 电流比电压更利于远传信息电流比电压更利于远传信息 缺点：多个仪表接收同一电流信息，它们缺点：多个仪表接收同一电流信息，它们 必须串联。必须串联。要求：要求：接收仪表输入电阻小接收仪表输入电阻小 任何一个仪表在拆离信号回路之任何一个仪表在拆离信号回路之前首先要把该仪表的两个输入端短前
3、首先要把该仪表的两个输入端短接，否则其它仪表将会因电流中断接，否则其它仪表将会因电流中断而失去信号而失去信号 仪表无公共接地点，须浮空工作仪表无公共接地点，须浮空工作变送器变送器发送者发送者rrIoRL1RL2负载负载接受者接受者现场现场控制室控制室3.2 检测仪表工作特性检测仪表的工作特性-能满足被测参数测量和系统运行需要而应具有的仪表输入/输出特性。通过量程与零点的调整与迁移来实现。传感器的基本特性：独立，敏感，稳定。被测参数经传感器进入变送器，经变送器输出标准信号。两者被测参数经传感器进入变送器，经变送器输出标准信号。两者 为单值关系且呈一定比例关系。为单值关系且呈一定比例关系。被测量量
4、程被测量量程被测量上、被测量上、下限偏差值下限偏差值t toy变送单元传递特性变送单元传递特性3.2 检测仪表工作特性maxyminyminxmaxxxByBmk标准信号输出上、标准信号输出上、下限偏差下限偏差minmaxyyByminmaxxxBxminmaxxxBxxymBBxxyykminmaxminmax变送器的信号传输方式变送器的信号传输方式LR四线制变送器0I电源LR二线制变送器0I电源TU二线制满足的条件：min00II)(maxmax0min0rRIEUL)(maxmin0minmin0minLRIEIP一、变送器的构成原理一、变送器的构成原理x测量部分测量部分Ki变送器的组成
5、变送器的组成：zi放大器放大器Koy反馈部分反馈部分Kfzf+minmaxminminmaxmin()xxyyyyxx零点调整零点调整零点迁移零点迁移+z0关键环节：关键环节：minyKxy 当满足当满足KoKf1的条件时的条件时 ffiKzxKKy0输入输出关系输入输出关系 xKiziKoyKfzf+z0011iooofofK KKyxzK KK K0iooofofK KKyxzK KK K?y ffiKzxKKy00min()iffKzyxxKK 0min()iifffKzKyxxKKK minmaxxxx，如果，如果，ymin，ymax 与与xmin，xmax，如何调整？，如何调整？1.
6、调整调整Ki、Kf可以改变线性关系的斜率，调试会影响零点可以改变线性关系的斜率，调试会影响零点2.调整调整z0可以改变零点，同时也会引起线性关系的平移可以改变零点，同时也会引起线性关系的平移minyifKyxK 量程调整量程调整相当于改变变送相当于改变变送器的输入输出特器的输入输出特性的斜率，也就性的斜率，也就是改变是改变变送器输变送器输出信号出信号y与输入与输入信号信号x之间的比之间的比例系数例系数 xyxminxmaxyminymax使变送器的输出信号上限值使变送器的输出信号上限值ymax与测量范围的上限值与测量范围的上限值xmax相对应相对应 二、变送器的一些共性问题二、变送器的一些共性
7、问题 量程调整的方法量程调整的方法 改变反馈部分的反馈系数改变反馈部分的反馈系数Kf 改变测量部分转换系数改变测量部分转换系数Ki Kf Ki 量程量程 量程量程 零点调整的方法零点调整的方法 调调Z0使变送器的输出信号下限值使变送器的输出信号下限值ymin与测量范围的下与测量范围的下限值限值xmin=0相对应相对应 xy0 xmaxyminymax使变送器的输出信号下限值使变送器的输出信号下限值ymia与测量范围的下限值与测量范围的下限值xmin相对应，在相对应，在xmin=0时，称为零点调整，在时，称为零点调整，在xmin0时，称为零点迁移时，称为零点迁移 当测量的起始点由零变为某一正值，
8、称为正迁移；当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移；当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移 零点调整使变送器的测量起始点为零零点调整使变送器的测量起始点为零零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值:xminxyxmaxyminymax0 xmaxxminxmax零点迁移的方法零点迁移的方法调调Z0 xq=0 “零迁移零迁移”xq0 “正迁移正迁移”xq0,即电阻值随着温度的升高而增加.对于半导体热电阻，其温度系数可正可负，且线性度差.3.4 温度检测与变送-热电阻热电阻不适用于测量体积小和温度瞬变对象
9、的温度。热电阻热电偶较大空间的平均温度点温度冷端温度补偿与桥式电路配接中、低温区稳定性好、准确度高测温上限高金属热电阻特性3.4 温度检测与变送-热电阻热电阻 电阻温度系数较大且稳定，测温灵敏度高；电阻率大,在相同灵敏度下减小元件的尺寸；电阻值与温度之间呈单值关系；具有化学稳定性和耐热性。0200400600800-2001234CuPtNit/价格便宜，线性程度好，但温度高易于氧化。精度高、稳定性好、性能可靠、耐氧化能力强、测温范围宽。但电阻温度系数比较小，电阻值与温度之间呈非线性关系，且价格较贵。3.4 温度检测与变送-热电阻热电阻热电阻接入结构一:二线制 热电阻位于热温现场，而仪表显示或
10、变送位于远离现场的部分，两者之间的连线电阻会对热电阻精度构成影响。理想值 r的影响不容忽视。误差3.4 温度检测与变送-热电阻热电阻)(tREIt实际值 rtREIt)(rtRIIIt)(11电桥平衡时：1342()()tRRR RR RR4213tRRRRRRR（）-3421tRRRRRR当时，与 无关3.4 温度检测与变送-热电阻热电阻热电阻接入结构二:三线制 避免或减少导线电阻对测温的影响.电阻丝在支架上绕制，由玻璃或陶瓷作外保护层，防止有害气体腐蚀和氧化。绕制中采用中间对折双绕方式，避免感应电动势。3.4 温度检测与变送-热电阻热电阻热电阻实用结构半导体热敏电阻 灵敏度高；体积小；反应
11、快速；灵敏度高；体积小；反应快速；且且RtR（连线电阻），可以采用长距离连线；（连线电阻），可以采用长距离连线；互换性、稳定性不好，有非线性；应用受限。互换性、稳定性不好，有非线性；应用受限。3.4 温度检测与变送-热电阻由多种金属氧化物按比例烧结成的半导体构成。/otCCTRNTC0 40 80 120 160 180 107106105104103102101半导体热敏电阻特性PTC正温度正温度系数系数:在某区在某区段灵敏度高段灵敏度高，适于位式，适于位式温度传感器温度传感器。NTC负温度系数负温度系数:线线性度好，用于连续性度好，用于连续变化温度场合变化温度场合.PTC3.4 温度检测与
12、变送-热电阻功能功能：与各种热电偶、热电阻配合使用，将被测温度转换成统一的标准电流（电压），作为显示仪表，调节器或计算机模拟输入采集的输入，以实现被测温度的显示、记录或控制。3.4 温度检测与变送-DDZ-温度变送器特点：1）采用低漂移，高增益的线性集成放大电路作为主放大器，线路可靠，稳定性强。2）在热电偶、热电阻变送器中采用线性化电路,使变送器输出信号呈线性关系。3）采用安全火花防爆措施（本安），适用于具有爆炸危险场合中温度或直流毫伏信号的检测。4）采用直流24V.DC集中供电，变送器内无电源，实现“二线制”接入。4-20mA.DC输出温度变送器结构图3.4 温度检测与变送-DDZ-温度变送
13、器输入电路零点迁移电路反馈电路放大单元滤波限流用于零点调整量程调整3.4 温度检测与变送-DDZ-温度变送器信号输入电路、零点迁移（调整）反馈电路组成。信号输入电路、零点迁移（调整）反馈电路组成。（1）量程单元-直流毫伏量程单元直流毫伏量程单元PfPRRRRRRRRRR216741375)|(ZfffPffPFZpiTuRRuRRRRRRRUuRRRuU55612626131)(55)(0ZifZifuuuuuuuPfP10RR,.1,0、调节DCVuui3.4 温度检测与变送-DDZ-温度变送器实现热电偶的冷端补偿、零点迁移、量程调整和线性化技术，实现输出电流（电压）与温度成比例关系。（2）
14、量程单元-热电偶量程单元热电偶量程单元3.4 温度检测与变送-DDZ-温度变送器线性化（分段线性化）:通过负反馈回路，控制VD3-VD5调整反馈强度和降压系数来改变各段斜率。量程调整量程调整冷端补偿冷端补偿零点调节零点调节3.4 温度检测与变送-DDZ-温度变送器在反馈电路中制作一个与热电偶非线性相等或相近的电路实现非线性补偿，使u与t成比例。负反馈负反馈3.4 温度检测与变送-DDZ-温度变送器热电偶特性fa()放大部分KA 非线性校正电路fb()tEi+_ufu)(1)(bAAafKKftu)()(abfftfftu)()(baAKVD1VD4限压，以确保限压，以确保安全防爆安全防爆要求。
15、要求。三线制三线制接法，并在必要情况下线性化。接法，并在必要情况下线性化。对于铂电阻，存在非线性，因此，产生对于铂电阻，存在非线性，因此，产生凹函数以便补偿凹函数以便补偿。对于铜电阻，本身呈近似线性，则不需要线性化措施。对于铜电阻，本身呈近似线性，则不需要线性化措施。由零点调整桥路，反馈回路组成。由零点调整桥路，反馈回路组成。（3）量程单元-热电阻量程单元热电阻量程单元3.4 温度检测与变送-DDZ-温度变送器正反馈正反馈3.4 温度检测与变送-DDZ-温度变送器（2）放大单元3.4 温度检测与变送-DDZ-温度变送器3.4 温度检测与变送-温度仪表选型压力：均匀垂直作用在单位面积上的力。P差
16、压a bP绝对压力绝对压力P P:物体所承受的实际压力物体所承受的实际压力绝对真空绝对真空 Po=0Po=0环境大气压力环境大气压力PatmPatm真空度：大气压力与低于大气压时的绝对压力之差。Pv-Patm0高压侧-“正压”侧低压侧-“负压”侧3.5 压力检测与变送-概念)/80665.9,4(109716.0N/m1Pa222SmgCOmmHoMPacmkgOmmHPaat1.0/110110980665.012245帕斯卡：-1N力垂直作用在力垂直作用在1m2面积上所形成的压力。面积上所形成的压力。工程大气压：3.5 压力检测与变送-概念(1)弹性式压力检测原理原理：根据弹性元件在弹性限
17、度内受力变形的原理，将被测根据弹性元件在弹性限度内受力变形的原理，将被测压力转换成位移来实现测量。压力转换成位移来实现测量。要求要求：结构简单、低廉、精度高、有效测量范围广结构简单、低廉、精度高、有效测量范围广（0.98Pa-100MPa0.98Pa-100MPa）、能远距离传送信号。能远距离传送信号。薄膜式薄膜式弹簧管式弹簧管式波纹管式波纹管式微压和低压的测量。微压和低压的测量。高压、中压或真空度测量。高压、中压或真空度测量。3.5 压力检测与变送-分类弹簧管式弹簧管式 薄膜式薄膜式 波纹管式波纹管式 3.5 压力检测与变送-分类(1)弹性式压力检测 被测压力为负压时，截面变扁，a变大，b变
18、小；不锈钢、磷青铜的弹簧管刚性大，用来测高温；黄铜的弹簧管刚性小，可用以测低压；测量范围：0-0.006Mpa，0-1000MpaA A端与被测压力介质导通，端与被测压力介质导通，B B封闭为封闭为自由端。弹簧管内空，呈椭圆形。自由端。弹簧管内空，呈椭圆形。被测压力为正压时，弹簧管截面椭圆变为圆形，a减小，b增大，自由端产生位移，位移与压力呈正比。原始 越大，b越短，同样压力下的角位移 越大，仪表灵敏度越高。3.5 压力检测与变送-分类(1)弹性式压力检测-单弹簧管(2)(2)电气式压力检测电气式压力检测原理：将被测压力的变化转换为电阻、电感、电容等电气量将被测压力的变化转换为电阻、电感、电容
19、等电气量变化，实现压力间接测量。变化，实现压力间接测量。特点：反应迅速、易于远距离传送。耐高温、耐腐蚀、耐冲：反应迅速、易于远距离传送。耐高温、耐腐蚀、耐冲击。适用于快速变化，脉动电压及超高压场合。击。适用于快速变化，脉动电压及超高压场合。3.5 压力检测与变送-分类压电式压电式:利用晶体的压电效应。利用晶体的压电效应。电阻式电阻式:将被测压力转换为电阻的变化量将被测压力转换为电阻的变化量.3.5 压力检测与变送-压力变送器(1)力矩平衡式压力变送器 1测量膜片 2轴封膜片 3主杠杆 4矢量机构 5量程调整螺钉 6连杆 7副杠杆 8衔铁 9差动变压器 10反馈绕组 11放大器 12调零弹簧 1
20、3永久磁钢 (2)电容式压力变送器 3.5 压力检测与变送-压力变送器差压电容膜盒电容-电流转换电路电流放大器IopIfCIi反馈电路调零电路Io+测量部分转换放大部分高压高压低压低压PHPL(2)电容式压力变送器 3.5 压力检测与变送-压力变送器LALACCCCC000CCCCCAAH00CCCCCAAL00CCCCCCAAHLAHLHLCCCCCC0HLHLLHACCCCpKppKCC)(03.5 压力检测与变送-压力变送器)()(1suCCsCCuIHLHLICCCIHLLLICCCIHLHHpKIICCCCIIIHLHLHL20200)(112)(112pKCCCCCCAHL20)(
21、12)(pKpKsuCpKsuCCIHL3.5 压力检测与变送-压力变送器压力、负压、绝对压力、差压1.被测压力种类：温度、粘度、腐蚀性、易燃、易爆2.被测介质物理、化学性质：被测介质状态：气体、液体、固体、气固、气液、固液就地记录、指示；远传；校验标准3.测压目的：3.5 压力检测与变送-压力表选型4.测压变化范围，确定量程：为保证弹性元件在弹性范围内，量程必须留有余地；为保证弹性元件在弹性范围内，量程必须留有余地；稳定时，最大压力值不超过满量程的稳定时，最大压力值不超过满量程的2/32/3；波动较大时，最大压力值不超过满量程的波动较大时，最大压力值不超过满量程的1/21/2；最小压力值不低
22、于满量程的最小压力值不低于满量程的1/31/3；瞬时流量瞬时流量：单位时间内流过管道横截面的流体数量。：单位时间内流过管道横截面的流体数量。体积流量体积流量：流体数量用体积表示流体数量用体积表示 qv=vA（l/h）质量流量质量流量:流体数量用体积表示流体数量用体积表示 qm=vA(kg/h)管道中某一截面的流速截面积流体密度积累流量积累流量:某一时间某一时间段内流过管道横截面段内流过管道横截面的流体总和。的流体总和。00tVvtmmQq dtQq dt流量计计量表3.6 流量检测与变送-概念3.6 流量检测与变送-分类体积流量检测法 质量流量检测法 容积法:单位时间内以标准固定体积对流动介质
23、连续不断地测量，以排出流体固定容积数来计算流量。速度法:流体平均流速乘以管道截面积 直接法 间接法:体积流量乘以流体的密度自动计算得到 原理：通过测量流体经过固定小容积的次数来计量流量。通过测量流体经过固定小容积的次数来计量流量。3.6 流量检测与变送-容积式流量计原理：利用体积流量与转速的关系，将转速转化为电脉冲数，确定流量。利用体积流量与转速的关系，将转速转化为电脉冲数，确定流量。(1)(1)叶轮式叶轮式(2)(2)涡轮式涡轮式涡轮涡轮叶片叶片永磁铁永磁铁脉脉冲冲流量。水轮发电机组流量。水轮发电机组叶轮叶轮齿轮齿轮减速器减速器指针；指针；水表；精度在水表；精度在2级左右。级左右。3.6 流
24、量检测与变送-速度式流量计流体以流体以v1流动，流动，静压力为静压力为p1流经孔板后，流经孔板后，在在A点流速达到最大点流速达到最大 v2，静压力最小静压力最小p2到到B点流速恢复到点流速恢复到v3，但静压力存在损失，为但静压力存在损失，为p3流经孔板流量越大，孔板前后静压差越大。流经孔板流量越大，孔板前后静压差越大。3.6 流量检测与变送-差压式流量计1122A VA V2222212(12)(1)PPvAA222222vmPqv AAqAP根据贝努利方程与能量守恒定律有：根据贝努利方程与能量守恒定律有：（不可压缩流体 )12（截面积变化，引起V变化）流量与压差成开方关系流量与压差成开方关系
25、（1）不可压缩流体测量确定流量与压差的关系来取流量确定流量与压差的关系来取流量221122vvconst22ppqq3.6 流量检测与变送-差压式流量计（2）可压缩流体(如空气、蒸汽、烟气等)222222vmPqv AAqAP为膨胀系数,1为流量系数，与节流装置，取压方式有关，可查阅设计手册。注：注：3.6 流量检测与变送-差压式流量计q)(fAK)(p-rI差压流量变送器差压流量变送器开方运算-采用电阻-稳压二极管的组合来分段线性化逼 近非线性函数。P=f(q)=q2通通过差压测得过差压测得f()=()=Ir2qqfqKfqKKfIAAAr)(1)()(11)()(1)(3.6 流量检测与变
26、送-差压式流量计fhqv原理：采用恒压变截面原理。适用于FG,则转子上升，流通面积增加，则转子上升，流通面积增加，P下降下降，F浮浮下下降，使降，使 F浮浮与与FG 趋于平衡。趋于平衡。F浮浮:转子上下侧压力不同转子上下侧压力不同P造成上托力；造成上托力；FG:转子材质转子材质高于流体高于流体，转子重力等于转子受到浮力，转子重力等于转子受到浮力转子位置与被测物理流量对应：3.6 流量检测与变送-转子式流量计被测介质的体积流量与浮子在锥管中的高度成近似线性关系，即流量越大，浮子所处的平衡位置越高 1tvfsdvqK f原理：漩涡出现的频率测量介质流量。无需加开方电路，便于计算采集。若若h/l=0
27、.281，漩涡产生稳定周期现象，即漩涡频率，漩涡产生稳定周期现象，即漩涡频率f稳定。稳定。漩涡列间距漩涡列间距漩涡间距漩涡间距3.6 流量检测与变送-旋涡式流量计3.6 流量检测与变送-质量流量计ABC利用流体在振动管中流动时，产生与质量流量成正比的科氏力制成.压电换能器出口侧振动信号相位超前于入口侧振动信号相位的规律，二种信号的相位差与流过的质量流量成正比。测量精度高、结构简单，适用于中小尺寸的管道中黏度和密度相对较大的流体的流量检测。(1)(1)根据被测介质性质和测量目的选型根据被测介质性质和测量目的选型(2)(2)安装：安装：a.a.节流件安装节流件安装b.b.导管及压差计的安装。导管及
28、压差计的安装。3.6 流量检测与变送-流量计选型连通器:利用连通器原理直接测得液位高度，适用于就地测量。3.7 物位检测与变送-直读式在设备容器侧壁开窗口或设置旁通管方式，直接显示物位的高度。适用于容器压力不高和只需就地指示场合 利用浮子随液位的升降来反映液位的高度。3.7 物位检测与变送-浮力式 利用电阻率相差较大的两种介质特性来测量液位。若导通，则采用氖灯显示，表示液位高度。3.7 物位检测与变送-电接点式差压式差压式静压式静压式注：注：仪表安装引起的误差，采用零点迁移清除。仪表安装引起的误差，采用零点迁移清除。适用于开口容器液位测量。适用于密封容器液位测量。3.7 物位检测与变送-压力式
29、物位计3.7 物位检测与变送-电容式物位计hdLhdCCCDn2Dn22121dDLCn210hdDCC120n2hdDCCC120n2电容的变化量与液位高度之间的关系 当电容器的结构尺寸和介质特性一定时，电容变化量与液位高度成正比关系；而且容积中两种介质的介电常数之间差距越大，电容变化量也越大，即物位计的灵敏度越高。1 1检测精度检测精度2 2工作条件工作条件3 3测量范围测量范围测量范围大：电容式液位计测量范围大：电容式液位计2m以上：差压式液位计以上：差压式液位计4 4刻度选择（量程）刻度选择（量程）最高液位或上限报警点在最大刻度最高液位或上限报警点在最大刻度90%左右；左右；正常液位或
30、上限报警点在最大刻度正常液位或上限报警点在最大刻度50%左右；左右；最低液位或上限报警点在最大刻度最低液位或上限报警点在最大刻度10%左右。左右。3.7 物位检测与变送-物位计选型成分：在多种物质的混合构成中某一物质所占比率.成分分析目的：成分分析目的：提取某物质比率，以提高产品质量、降低能提取某物质比率，以提高产品质量、降低能耗、保证生产安全、防止环境污染。耗、保证生产安全、防止环境污染。要求：要求：现场安装，自动取样及分析预处理、信号处理、远传。现场安装，自动取样及分析预处理、信号处理、远传。性能稳定，连续可靠运行。性能稳定，连续可靠运行。补充 成分检测仪表 采用微处理器和先进传感器技术;
31、可以输出数字和模拟信号;精度、稳定性和可靠性高，通过现场总线网络与上位计算机相连。3.8 智能检测仪表-结构3.8 智能检测仪表-流量积算器对来自流量传感器的脉冲信号或模拟信号进行处理，得到瞬时流量值和累积流量值 3.8 智能检测仪表-智能温度变送器采用HART通信协议的智能温度变送器，在两根输送线上既可以传送4-20mA.DC模拟信号，又可以接收和发送数字信号。通过传感器完成被测变量的检测，并根据系统要求以标准信号输出测量值或控制值 保证上、下位机按HART通信协议进行正常通信 3.8 智能检测仪表-智能温度变送器3.9 煤矿常用检测仪表我国煤矿井下电气设备采购和使用必须具有“三证一标”。三
32、证：防爆合格证；安全仪表合格证；产品鉴定证书；一标:煤安标志，由煤科总院安标办统一检验发放。3.9 煤矿常用检测仪表(1)本安型防撕裂传感器 用于检测井下煤炭运输胶带是否存在撕裂。一般将其安装在给煤点附近的上皮带下面。(2)本安型胶带跑偏开关 3.9 煤矿常用检测仪表用于检测胶带是否出现了偏移运行.(3)本安型堆煤传感器 3.9 煤矿常用检测仪表安装在胶带运输机机头落煤处，用于防止机头煤的堆积+24V矿用堆煤传感器INGND12(4)皮带称3.9 煤矿常用检测仪表在皮带输送机输送物料过程中进行物料连续自动称重(5)灰分仪3.9 煤矿常用检测仪表利用射线能量的衰减程度随被测物体组成成分原子序数的变化而变化这一特性，通过测量穿过煤层的射线强度来确定煤中灰分
