1、 第第2 2章章 过程参数检测与变送过程参数检测与变送1 1）了解参数检测的意义、检测仪表的基本构成及仪表的统一信号标准；）了解参数检测的意义、检测仪表的基本构成及仪表的统一信号标准；2 2）了解检测误差的概念、熟悉仪表的性能以及零点迁移与量程调整的确）了解检测误差的概念、熟悉仪表的性能以及零点迁移与量程调整的确定与计算；定与计算；3 3）熟悉变送器的构成原理、信号传输与接线方式；）熟悉变送器的构成原理、信号传输与接线方式；4 4）掌握压力检测仪表的工作原理与使用方法，熟悉压力变送器的工作原掌握压力检测仪表的工作原理与使用方法，熟悉压力变送器的工作原理及使用特点；理及使用特点；5 5）了解温度
2、检测方法、熟悉温度变送器的工作原理、掌握其使用方法；）了解温度检测方法、熟悉温度变送器的工作原理、掌握其使用方法；6）掌握流量、物位等变送器的工作原理与使用方法，）掌握流量、物位等变送器的工作原理与使用方法，7 7）了解成分检测方法；）了解成分检测方法；8 8）掌握掌握二线制变送器的电路分析及设计；二线制变送器的电路分析及设计；9 9）熟悉智能式变送器的特点及硬件构成）熟悉智能式变送器的特点及硬件构成。3 具体分六部分介绍：具体分六部分介绍：概述概述差压及压力变送器差压及压力变送器 DDZ-型温度变送器型温度变送器 流量变送器流量变送器 物位变送器、成分分析仪表物位变送器、成分分析仪表 二线制
3、变送器的电路分析及设计、智能压力二线制变送器的电路分析及设计、智能压力变送器变送器参数检测与变送参数检测与变送转换元件敏感元件信号调理与转换电路电源 被测量 输入量 测量电路 电量 输出量2.1.1 检测仪表1.传感器 国标GB7665-87规定：“能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。2.变送器 将输出信号变成统一标准信号的传感器。统一标准信号即各仪表之间的通信协议：010mA、02V、20100kPa;420mA、15V数字信号。组成框图%)100%(100 xxa（2 2）绝对误差）绝对误差 仪表的实测值与“真值”之差%10
4、0minmaxxx 2.2.检测误差的规律性检测误差的规律性（1 1）系统误差）系统误差:对同一被测参数进行多次重复测量时，按一定规律出现的误差。克服系统误差的办法克服系统误差的办法：负反馈结构？（2）随机误差或统计误差）随机误差或统计误差：统计计算、滤波消除（3 3）粗大误差）粗大误差（疏忽误差）：剔除2.1.3 2.1.3 检测仪表的基本特性检测仪表的基本特性1.1.仪表的固有特性及性能指标仪表的固有特性及性能指标（1 1）精确度及其等级精确度及其等级1）能不能用绝对误差或相对误差表示?2）用最大引用误差度量？（量程、最大绝对误差）度量办法：去掉最大引用误差中的“”和“”表示：0.001、
5、0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5。%100minmaxmaxxxffmaxf实际理论仪表输出被测变量omaxf实际理论仪表输出被测变量o%100minmaxmaxxxbb（2）非线性误差计算：（3）变差：正、反行程测量时的最大差值与量程之比的百分数计算：（4）灵敏度与分辨力 分辨力又称灵敏限：仪表输出能响应和分辨输入的最小变化量，数字显示仪表变化一个二进制最低有效位时输入的最小变化量（5）漂移 时漂与温漂（6）动态误差2.2.检测仪表的工作特性检测仪表的工作特性适应参数测量和系统运行的需要而具有的输入/输出特性（1）理想工作特性：minmi
6、nminmaxminmax)(yxxxxyyy（2）零点调整与迁移零点：被测参数的下限值或对应仪表输出下限值的被测参数最大值；使仪表测量下限值为零的过程称为零点调整，否则为零点迁移。当将测量的下限指由零变为某一正值时，称为正迁移；反之，将测量的下限指由零变为某一负值时，称为负迁移。零点迁移前后的输入/输出特性(3)量程调整量程是指与检测仪表规定的输出范围相对应的输入范围。量程调整是指在零点不变的情况下将输出上限值与被测参数的上限值相对应。量程调整前后的输入/输出特性a)零点调整 b)正零点迁移 c)负零点迁移实例实例 ：某测温仪表的量程为0500，输出信号为420mA，现欲测量2001000应
7、如何调整？2.1.4 2.1.4 变送器的构成原理变送器的构成原理1.1.模拟式变送器的构成模拟式变送器的构成测 量 部 分iK零 点 迁 移x放 大 器K反 馈 回 路fKy0zizfz011zKKKxKKKKyffi1）原理说明2)输入/输出关系（理想线性特性）01,1zKxKKyKKffii11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2-1是DDZ-型和DDZ-型仪表的性能比较。12表表2-1 DDZ-型与型与DDZ-型仪表的性能比较型仪表的性能比较系列DDZ-DDZ
8、-信号、传输方式、供电信号DC 010mADC 420mA、DC 15V传输方式串联制(电流传送电流接收)并联制(电流传送电压接收)现场变送器连接方式四线制三线制供电AC 220V单独供电DC 24V集中供电并有断电备用电源防爆型式和电气元件开关 防爆型式防爆型安全火花型安全栅无有电气元件分立元件集成组件结构、线路设计和功能差压变送器双杠杆机构矢量机构温度变送器无线性化电路有线性化电路调节器偏差指示硬手动手动自动切换需先平衡无保持电路功能一般全刻度指示和偏差指示硬手动和软手动软手动自动切换可直接切换有保持电路功能多样系统构成一般灵活多样与计算机联用兼容性差兼容性好 存 储 器x传 感 器 组
9、件A/D转 换 器CPU通 信 电 路FSK 信 号D/A转 换 器2.2.数字式变送器的构成原理数字式变送器的构成原理（基于CPU的硬件电路、系统程序和功能模块的软件）（1）数字式变送器的硬件构成（2）软件构成系统程序：硬件管理，其基本功能为模/数转换、数据通讯、自检；功能模块：组态功能。2.2.1 压力的概念及其检测一.压力的概念：垂直作用于单位面积上的力（1Pa=1N/m2）国际单位：国际单位：Pa，KPa，MPa 工程单位：工程大气压（工程单位：工程大气压（kgf/cm2），标准大气压（），标准大气压（atm）,毫米汞柱毫米汞柱(mmHg),毫米水柱毫米水柱(mmH2O)，巴，巴(ba
10、r)，托，托(Torr)等。等。由于参考点不同，在工程上又将压力表示为：1.差压(P)；2.绝对压力Pabs/大气压Patm；3.表压Pg；4.负压(真空度)Pv；各种压力关系图2.2 压力的检测与变送压力的检测与变送二.弹性式测压元件及原理1.弹簧管（波登管）、多圈弹管，角位移电信号；2.波纹管、波/簧组合提高线性度；3.膜片与膜盒(说明)2.2.2 DDZ-型力矩平衡式差压变送器一.原理图测量部分：iipAF、结构图I0=Kipi+K0F017 以以1151型压力变送器为例，美国型压力变送器为例，美国Rosemount公司开发公司开发的产品，综合误差为量程的的产品，综合误差为量程的0.25
11、%。国内上海自动化仪。国内上海自动化仪表一厂，西安仪表厂等引进生产。原理框图如图所示。它表一厂，西安仪表厂等引进生产。原理框图如图所示。它是将传感器和变送器合二为一。传感器由敏感器和测量电是将传感器和变送器合二为一。传感器由敏感器和测量电路组成。路组成。差动电容差压变送器包括差动电容（测量部分）和转换差动电容差压变送器包括差动电容（测量部分）和转换放大电路两部分组成，差动电容的作用是将压力转换成电放大电路两部分组成，差动电容的作用是将压力转换成电容比，转换放大电路的作用就是将电容比提取出来，并转容比，转换放大电路的作用就是将电容比提取出来，并转变成变成DC 420mA输出。输出。1151型电容
12、式差压变送器是该类变送器的典型产品。型电容式差压变送器是该类变送器的典型产品。2.3.3 电容式差压变送器（特点、构成）1.检测部件作用：将输入差压线性地转换成两电容之差与两电容之和的比值。算法算法：ipKppKd1211)(ddACddAC0201dKddddddAddddACCCC2000001212)11()11(ipKppKKCCCC321211212)(dddddd0201,(1)电容/电流转换与差压/电流转换DiDDDDDDDDDDIpKICCCCIIICCCIICCCIIII32112212112212121 (3)放大电路与量程调整 I0 ID1-ID2P （2）振荡器电流稳定
13、电路,即使ID为常量（负反馈）2.转换放大电路转换放大电路21222.3.4扩散硅压力变送器扩散硅压力变送器 由于单晶硅具有优良的机械物理性能。滞后蠕变由于单晶硅具有优良的机械物理性能。滞后蠕变极小，稳定性好。随着微机械制造技术的进步，扩散极小，稳定性好。随着微机械制造技术的进步，扩散硅压阻传感器逐年得到广泛的应用。硅压阻传感器逐年得到广泛的应用。扩散硅压力变送器结构图 扩散硅压力变送器电原理图23242.3.5压力检测仪表的选择压力检测仪表的选择 应根据工艺生产过程的要求、被测介质的性质、现场环境条件等方面，来选择压力检测仪表的类型、测量范围和精度等级。1仪表类型的选择仪表类型的选择 主要是
14、由工艺要求、被测介质及现场环境等因素来确定。例如，是要进行现场指示，还是要远传、报警或自动记录；被测介质的物理化学性质（如温度高低、粘度大小、腐蚀性、脏污程度、易燃易爆等）以及现场环境条件（如温度、电磁场、振动等）对仪表是否有特殊要求等。对于特殊的介质，则应选用专用压力表，如氨压力表、氧压力表等。25压力检测仪表的种类压力检测仪表的种类检测原理检测原理主要特点主要特点用途用途液柱式压力计U型管压力计液体静力平衡原理（被测压力与一定高度的工作液体产生的重力矩平衡）结构简单、价格低廉、精度较高、使用方便。但测量范围较窄，玻璃易碎适于低微静压测量，高精确度者可用作基准器，不适合于工厂使用单管压力计斜
15、管压力计补偿微压计自动液柱式压力计弹性式压力表弹簧管压力表弹性元件弹性变形原理结构简单、牢固，使用方便、价格低廉用于高、中、低压的测量，应用十分广泛波纹管压力表具有弹簧管压力表的特点，有的因波纹管位移较大，可制成中等记录型用于测量400KPa以下的压力用于测量低压膜片压力表除具有弹簧管压力表的特点外，还能测量粘度较大的液体压力用于测量低压或微压膜盒压力表用于低压或微压测量，其它特点同弹簧管压力表活塞式压力计单活塞式压力计液体静压力平衡原理比较复杂和贵重用于做基准仪器、校验压力表或实现精密测量双活塞式压力计电气式压力表压力传感器应变式压力传感器导体或半导体的应变效应原理能将压力转换成电量，并进行
16、远距离传送用于控制室集中显示、控制霍尔式压力传感器导体或半导体的霍尔效应原理压力（差压）变送器（分常规式和智能式）力矩平衡式变送器力矩平衡原理能将压力转换成统一标准电信号，并进行远距离传送电容式变送器将压力转换成电容器电容的变化电感式变送器将压力转换成电感器电容的变化扩散硅式变送器将压力转换成硅杯的阻值的变化将压力转换成振弦震荡频率的变化振弦式变送器262仪表测量范围的确定仪表测量范围的确定 压力检测仪表的测量范围要根据被测压力的大小来确定。为了延长仪表的使用寿命，避免弹性元件产生疲劳或因受力过大而损坏，压力表的上限值必须高于工艺生产中可能的最大压力值。根据规定，测量稳定压力时，所选压力表的上
17、限值应大于最大工作压力的 3/2；测量脉动压力时，压力表的上限值应大于最大工作压力的 2 倍；测量高压压力时，压力表的上限值应大于最大工作压力的 5/3。为了保证测量值的准确度，仪表的量程又不能选得过大，一般被测压力的最小值，应在量程的 1/3 以上。3仪表精度的选取仪表精度的选取 仪表精度是根据工艺生产中所允许的最大测量误差来确定的。因此，所选仪表的精度只要能满足生产的检测要求即可，不必过高。因为精度越高，仪表的价格也就越高。27例 现要选择一只安装在往复式压缩机出口处的压力表，被测压力的范围为 2225MPa，工艺要求测量误差不得大于1 MPa，且要求就地显示。试正确选用压力表的型号、精度
18、及测量范围。解：因为往复式压缩机的出口压力脉动较大，所选仪表的上限值应为p=pmax2=25 2=50(MPa)查表，可选用 Y-100 型，测压范围为 060MPa 的压力表。由于六十分之二十二大于三分之一,所以满足“被测压力的最小值不低于满量程的 1/3”的要求。此外，为了选择仪表的精度，首先将工艺允许误差换算为引用误差的形式。因为选表应该向高靠，所以，应选用精度等级为 1.5 级的仪表。即所选的压力表为 Y-100 型，测量范围060MPa，精度等级为 1.5 级的弹簧管压力表。练习1.有一台DDZ-型两线制差压变送器，已知其量程为20100kpa，当输入信号为40kpa和80kpa时，
19、变送器的输出分别是多少？2.若被测压力变化范围为0.51.4MPa，要求测量误差不大于压力示值的5%。可供选择压力表规格：量程为01.6MPa,02.5MPa,04.0MPa，精度等级有1.0、1.5、2.5，试选择合适量程和精度等级压力表。3.有一台差压变送器，它的测量范围为031.1/186.8KP，现使用(-20)30KP范围内，试求最大测量范围上限值(HRV)、最大测量范围下限值(LRV)、最大测量范围、最大量程；最小HRV、最小LRV、最小量程、最小测量范围；变送器的量程比、仪表的使用范围、迁移量各是多少？29 2.4 DDZ2.4 DDZ型温度变送器型温度变送器 温度也是流程工业生
20、产过程中最基本的物理参数之一。温度也是流程工业生产过程中最基本的物理参数之一。控制过程中的化学、物理变化均和温度有关，不同的温度范控制过程中的化学、物理变化均和温度有关，不同的温度范围选用不同的温度传感器。温度变送器围选用不同的温度传感器。温度变送器将温度、温差以及与将温度、温差以及与温度有关的工艺参数和直流毫伏信号变换成温度有关的工艺参数和直流毫伏信号变换成DC 420mA 或或DC 15V的统一标准信号。的统一标准信号。2.4.1 温度检测方法一、接触式测温:1、热电阻及其测温原理 基于热阻效应，测温元件测温原理测温范围/主要特点热电偶热电效应01600测温范围广，测量精度高，便于远距离、
21、多点、集中检测和自动控制，应用广泛；需进行冷端温度补偿，低温测量精度低。铂电阻热阻效应200600测温范围广，测量精度高，便于远距离、多点、集中检测和自动控制，应用广泛；不能测高温。铜电阻50150半导体热敏电阻50150灵敏度高，体积小，结构简单，使用方便；互换性较差，测量范围有一定限制。)(1)(00ttRtR常用测温元件1)金属热电阻的测温,计算：热电阻名称分度号0时阻值()测温范围（）特点铜电阻Cu50500.0550150线性好，价格低，适用于无腐蚀性介质Cu1001000.1铂电阻Pt50500.003-200500精度高，价格贵，适用于中性和氧化性介质，但线性度差Pt100100
22、0.006常用热电阻工业常用热电阻的分度表工业常用热电阻的分度表附表A 附表A-1 铂热电阻（分度号Pt100）分度表（，）00.1000R003850.0温度温度/00102030405060708090 电阻值电阻值 200100018496025100056199606521192164800882243378427397180313553763231327233270268332280643001002003004005006007008001000013850175842120224704280903135934513375511039014229179512155725048284
23、2231680348223784810779146061831721912253902875331999351303814511167149821863222265257322908332318354373844011554153581904522617260722941132635357423873411940157311940722967264112973932951360473902612324161041976923317267493006533266363501270716476201292366527086303913357936652130.89168.46204.88240.1
24、3274.22307.15338.92369.531347017216208452435927756310383420337252附表附表A-2 A-2 铜热电阻（分度号铜热电阻（分度号Cu50)Cu50)分度表（分度表（R0=50.00 R0=50.00 0.0042800.004280）温度温度/00102030405060708090 电阻值 0 050.0050.0047.8552.1445.7054.2843.5556.4241.4058.5639.2460.70-62.84-64.98-67.12-69.2610071.4073.5475.6877.8379.9882.13-,2r
25、RRti2 2）热电阻的接线方式热电阻的接线方式a)用于测量精度不高的场合b)电桥平衡，与导线电阻无关tRRRRRR23121,C）用于高精度的温度测量，如用内阻很高的电子电位差计测量2.热电偶及其测温原理（500）（1）热电偶的测温原理：热电效应)()(),(),(),()()(),(000000tEtEttEttEttEtEtEttEABABABABABABAB三点结论：1）电极材料相同，总电势为零；2）冷、热端温度相同，总电势为零；3）电极材料不同，温度相同，热电势不同。（2）热电势的检测与第三导体定律)()()(),(000tEtEtEttECABCABABC当0tt，0)()()()
26、,(00000tEtEtEttECABCABABC),()()(),(000ttEtEtEttEABABABABC有第三导体定律：只要第三导体两接点温度相同，回路中热电势不变。（3 3）冷端延伸与等值替换原理）冷端延伸与等值替换原理),(),(00ttEttECCDCAB等值替换的条件：等值替换的条件：),(),(00ttEttECCDCAB100Ct热电回路的总热电势：)()()()(),(00CCADCCBDABABCDtEtEtEtEttECttt00)()()()(CCACDCCBDCABtEtEtEtE因而有),(),()()()()(),(000ttEttEtEtEtEtEttEC
27、CDCABCDCDCCABABABCD依据则有),()()()()(),(),(),(0000ttEtEtEtEtEttEttEttEABABCABCABABCCDCABABCD结论：将满足 的补偿导线代替热电偶使冷端延伸，不会改变热电偶的热电势。),(),(00ttEttECCDCABActtBCD毫伏计0t热电偶冷端的延伸生产现场恒温环境补偿导线补偿导线的连接示意图（4 4）标准热电偶及其补偿导线）标准热电偶及其补偿导线标准热电偶：热电势与温度的关系、允许误差、型号（分度号）按国际标准（IEC)统一规定。表23 我国部分标准化热电偶及其补偿导线热电偶配套的补偿导线（绝缘层着色）分度号热电偶
28、材料测温范围/型号正极材料负极材料长期短期S 铂铑10 铂013001600SC铜（红）铜镍（绿）B铂铑30铂铑6 016001800BC铜（红）铜（灰）K镍铬镍硅5010001300KX镍铬（红）镍硅（黑）T铜康铜200300350TX铜（红）康铜（白）（5）热电偶的冷端温度校正为什么要校正？1）查表法：查表法：)0,(),()0,(nABnABABtEttEtE示例：K型热偶，测t,冷端温度 30nt测得 E(t,30)=21.995mV,E(30,0)=1.203mV,经计算：E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=23.198m，反查分度表：t=5602)2)电桥补偿法：利用电桥
29、某桥臂电阻因环境温度变化产生的附加电压补电桥补偿法：利用电桥某桥臂电阻因环境温度变化产生的附加电压补偿热电偶冷端温度变化引起的热电势的变化偿热电偶冷端温度变化引起的热电势的变化示例：铂铑铂铑热电偶，0100：6v/，桥臂电流为0.5mA,0.004/。全补偿的条件为：）（/6/004.0)()(VRmAIcu经计算：30(0）tRcu加保护套管：可延长使用寿命；但使惯性滞后(1.54min).不加为毫秒级。接触式测温优点：精度高、小范围线性度与稳定性好测温范围宽（5002000；缺点：高于2000时，不能长期使用，对运动物体的测温，不能使用。二 非接触式测温（辐射式测温）1.非接触式测温及其特
30、点 热辐射原理：载热体热能辐射能受体温度。特点：无媒介，无上限，测速快，对热场无干扰，用于运动物体、腐蚀 性介质的测温；缺点：测量误差大、标定难结构复杂、价格贵2.常用元件及共性 高温辐射计、低温辐射计、光电温度计：热辐射 透镜（反射 镜）热电堆（热敏电阻、硅光电池）电信号。（1）.高温辐射计：光学玻璃透镜（光波长0.71.1m）与硅光电池(7002000020mV)组成；误差：1500，0.7%;1500，1%；响应时间1毫秒（2）.低温辐射计：锗透镜与半导体热敏电阻组成；接收215m红外波；范围：0200；误差：1%；响应时间2毫秒，信号需放大。（3）光电温度计：光透镜（光波长0.62.7
31、m）硫化铅光敏电阻；范围：400 800；误差：1%；响应时间1.5毫秒,信号需放大。三三.测温仪表的选用测温仪表的选用1.选用原则1）精度符合误差要求；2）操作方便、运行可靠、经济合理，统一品种与规格3）量程略大于实测范围（90）；4）高温：热电偶；低温：热电阻5）保护套管的耐压等级管线或设备的耐压等级温度仪表操作条件指示地点一般现场测量范围性能特点压力表式温度计双金属温度计液体温度计铜电阻铂电阻热电阻铜康铜镍铬康铜镍铬镍硅铂铑铂铂铑铂铑热电偶测量范围辐射温度计室温热电阻高压热电阻微型热电阻油罐平均温度计恒温室,冷藏库等特殊热电阻铠装热电偶多点(只)热电偶耐磨热电偶吹气热电偶用于震动，腐蚀等
32、场合特殊热电偶测量范围精度高就地集中一 般-50 +150-200 +1500 +3000 +6000 +11000 +14000 +1600+2000特殊远传5%，温度8700 +1600-200 +650 2.选用原则示意图2.4.2 典型模拟式温度变送器一.DDZ-型温度变送器1.DDZ-型温度变送器的构成及特点说明:1)输入回路可实现热电偶冷端补偿、热电阻三线制引入、零点调整与迁移、量程调整；2）反馈回路可实现非线性校正；特点：1）集成运放：可使仪表的精确性、可靠性、稳定性及技术指标符合国标；2）通用模块与专用模块相结合，使用灵活。方便；3）反馈线性化保证输入/输出关系的线性化；4）统
33、一集中供电，二线制接线方式；5）采用安全火花防爆措施。43 DDZ型温度变送器的型号有三种：型温度变送器的型号有三种：热电偶温度变送器，热电偶温度变送器，热电阻温度变送器，热电阻温度变送器，直流直流mV变送器。变送器。其结构框图如下图所示。这三类变送器都采用四线制其结构框图如下图所示。这三类变送器都采用四线制连接方式，在线路结构上都分为量程单元和放大单元两个连接方式，在线路结构上都分为量程单元和放大单元两个部分，其中放大单元是三者通用，而量程单元则随品种部分，其中放大单元是三者通用，而量程单元则随品种、测量范围的不同而不同。测量范围的不同而不同。4445一、直流毫伏变送器的量程单元一、直流毫伏
34、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。整桥路和反馈电路等部分组成。直流毫伏变送器量程单元 46热电偶温度变送器量程单元原理图 它包括输入电路，调它包括输入电路，调0和调量程回路，非线性反馈回和调量程回路，非线性反馈回路等。路等。二、热电偶温度变送器二、热电偶温度变送器的量程单元的量程单元 47 由图可见，该变送器的量程单元与直流毫伏变送器的量由图可见，该变送器的量程单元与直流毫伏变送器的量程单元基本相同，但是由于热电偶检测元件的特性，存在程单元基本相同，但是由于热电偶检测元件的特性，存在三点差异
35、：三点差异：1）热电偶冷端温度的自动补偿。（在）热电偶冷端温度的自动补偿。（在Ri3桥臂上增加桥臂上增加一铜电阻一铜电阻RCu）;2)零点调整电位器零点调整电位器RPi由桥路的左边移到桥路的右边。由桥路的左边移到桥路的右边。3）在反馈回路增加了热电偶特性的线性化电路；）在反馈回路增加了热电偶特性的线性化电路；1.进行冷端温度校正：当热电偶的被测温度一定而冷端温进行冷端温度校正：当热电偶的被测温度一定而冷端温度升高时，其热电势度升高时，其热电势Vi将减少。为补偿将减少。为补偿Vi的减少需在桥路输的减少需在桥路输出增加一个适当的值，为此在桥路串接一铜电阻放在冷端附出增加一个适当的值，为此在桥路串接
36、一铜电阻放在冷端附近。近。冷端铜电阻阻值为：冷端铜电阻阻值为：Rcu(t0)=R0(1+t0)为铜电阻温度系数为铜电阻温度系数 Rcu具有正的温度系数，其阻值随温度的增加而增加，接于具有正的温度系数，其阻值随温度的增加而增加，接于Ri3桥臂便可达到热电偶冷端温度自动补偿的目的。桥臂便可达到热电偶冷端温度自动补偿的目的。482.2.反馈线性化反馈线性化:IoEt-+Et热电偶被测温度T输入电路放大电路非线性反馈输出电流IoTIoVfT 在反馈电路中需要完成量程调整和非线性校正两个功能：在反馈电路中需要完成量程调整和非线性校正两个功能：量程调整实质上是调整放大电路的闭环放大倍数，通过调节量程调整实
37、质上是调整放大电路的闭环放大倍数，通过调节反馈电阻的大小就可实现。而非线性校正则需要一个校正网反馈电阻的大小就可实现。而非线性校正则需要一个校正网络来实现。络来实现。49折线逼近法线性化原理a)折线逼近原理 b)电路原理图下图是采用下图是采用4段折线逼近热电偶的特性原理图段折线逼近热电偶的特性原理图5051三、热电阻温度变送器的量程单元三、热电阻温度变送器的量程单元 热电阻温度变送器量程单元原理图与热电偶量程单元的区别：1）用三线制代替了冷端温度补偿；2）对铂电阻需进行非线性校正(Rf4)，而铜电阻则无需校正。52铂电阻的特性及其线性化曲线a)铂电阻的特性 b)线性化曲线四、温度变送器的放大单
38、元四、温度变送器的放大单元 构成：直交直变换电路；集成运放；功放电路；输出电路；反馈电路。54五、微型化温度变送器五、微型化温度变送器 1.AD590构成的温度变送器构成的温度变送器 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 552.TMP17构成温度变送器构成温度变送器 TMP17构成微型温度变送器a)TMP17引脚功能 b)原理电路563.TMP35系列构成微型温度变送器系列构成微型温度变送器 TMP35构成微型温度变送器a)TO-92封装 b)原理电路57TMP35系列构成频率输出型微型温度变送器584TMP01系列构成温度变送器系列构成温度变送器TMP01构成温度变送器
39、a)引脚功能 b)原理电路练习1.设有某DDZ-型毫伏输入变送器，其零点迁移值为umin=6mV DC，量程为12mV DC。现已知变送器的输出电流为12mV DC。试问：被测信号为多少毫伏？2.某台测温仪表测量的上下限为1001000C，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过2C，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？3.一台温度变送器，输入变化范围为，输出变化范围为，试求时的电流值。2.5 流量的检测与变送流量的检测与变送2.5.1 流量的概念与检测方法流量的概念与检测方法1.流量的基本概念：瞬时流量（单位时间内流过工艺管道某截面的流体数量）与累积流量（某段时间内流过工艺管道某截面的流体总
40、量）；2.体积、重量与质量流量。（1）体积流量 ：tvvAvdtqQAvvdAq0(2)重量流量：vgqqvgQQ(3)质量流量：vmqqvmQQ三种流量之关系：mvvggqgqqq(4)标准状态（20、标准大气压）下的体积流量：nvnmvnqqq/（瞬时N/h)（累积N)（瞬时m3/s）（累积）（瞬时kg/s）（累积）2.流量的检测方法流量的检测方法 （1）体积流量检测方法：容积法（单位时间内排出流体的固定体积数）和速度法（管道内的平均流速乘以管道面积）（2）质量流量检测法：间接法（体积流量乘以密度）和直接法（仪表直接测得）。类别仪表名称体积流量计容积式流量计椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、皮膜
41、式流量计等差压式流量计节流式流量计、均速管流量计、弯管流量计、靶式流量计、浮子流量计等速度式流量计涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计等质量流量计间接式质量流量计体积流量经密度补偿或温度、压力补偿求得质量流量等直接式质量流量计科里奥利流量计、热式流量计、冲量式流量计等2.5.2 容积式流量计容积式流量计容积式流量计：采用固定的小容积来反复计量通过的流通体积。标准“计量空间”、进出口压差。椭圆齿轮流量计：nVqv4这一检测过程是线性的，但计量液体不能含固体杂质，对流体粘度无要求，所以特别适用于高粘度流体的检测。63节流式流量计的组成节流式流量计的组成2.5.3 节流式流量计节流式流量
42、计 64孔板孔板喷嘴喷嘴文丘里管文丘里管65(a)标准孔板(b)喷嘴(c)文丘里管节流原理 661v3v2v123流速1v2v3v静压1p2p3ppmaxp671v3v2v123流速1v2v3v静压1p2p3ppmaxp流量方程 0022vmqApqAp6869节流式流量计的使用特点和要求70节流式流量计误差产生的原因712.5.4 靶式流量计靶式流量计 在管道中垂直于流动方向安装一在管道中垂直于流动方向安装一圆盘形阻挡件，称之为圆盘形阻挡件，称之为“靶靶”。流体流经靶时，由于受阻将对靶产流体流经靶时，由于受阻将对靶产生作用力生作用力F，F与流体流动速度的关与流体流动速度的关系为系为式中，式中
43、，K为阻力系数；为阻力系数；为垂直于为垂直于流速的靶面积；流速的靶面积；r为流体重度；为流体重度；v为为通过环形面积的流速；通过环形面积的流速；g为重力加为重力加速度。速度。靶式流量计结构原理靶式流量计结构原理grKAFd22dA72可求出体积流量与靶上受力关系为：可求出体积流量与靶上受力关系为：222aDdgFQKdr其中：其中：Ka:流量系数流量系数 D：管道直径：管道直径 d：靶的直径：靶的直径 F：靶上受力：靶上受力 r：流体重度：流体重度v和差压式流量计相似，流量和力是开方关系。和差压式流量计相似，流量和力是开方关系。v可用于较小的雷诺数状态，特别是于高粘度的流体，如重油、沥可用于较
44、小的雷诺数状态，特别是于高粘度的流体，如重油、沥青等的流量测量。青等的流量测量。v精度为精度为23%。732.5.5 转子流量计转子流量计 74流量方程()tfVgpA 2vfqhp2()tffVghA2()tffmVgqhA751、锥形管是玻璃的，直接、锥形管是玻璃的，直接目视转子的位置。目视转子的位置。2、在转子内安装磁铁，锥形管、在转子内安装磁铁，锥形管外安装磁环随转子上下移动，外安装磁环随转子上下移动，触发显示。触发显示。763、在转子内安装磁铁，锥形管外安、在转子内安装磁铁，锥形管外安装双霍尔磁场传感器，测出磁场的装双霍尔磁场传感器，测出磁场的水平分量和垂直分量，可确定转子水平分量和
45、垂直分量，可确定转子位置。位置。4、在转子上方安装一导磁棒，使差、在转子上方安装一导磁棒，使差动变压器输出随转子位置变化。动变压器输出随转子位置变化。7702()twvwVgqhA2()tfvffVgqhA0()()tfwvfvftwqq78例0()()tfwvfvftwqq(7.9 0.83)*1*3.60.83*(7.9 1)vfq4(/)L s0()*()tfwfvmvffvtwqqq 790,00000()()tftffftfQQQ000ffffPQP QTT0000000fffffffP T QP TQQT PT P80000ffffPVP VTT000ffffPPTT000ffff
46、P TT P000000QTTPPQffff81转子流量计的特点822.5.6 涡轮流量计涡轮流量计 fQ其中：其中：Q：体积流量：体积流量 f：脉冲信号频率：脉冲信号频率 ：仪表常数：仪表常数83842.5.7 涡街流量计涡街流量计 281.0/lh当：当：周期稳定，有：周期稳定，有：进而有：进而有：KfqvdvSft对圆柱、三角柱、方柱：对圆柱、三角柱、方柱：17.016.021.0、tS8687灵巧型涡街智能流量变送器 涡街流量计以频率方式输出并与被测流量成线性关系，而且障碍柱体使流涡街流量计以频率方式输出并与被测流量成线性关系，而且障碍柱体使流体产生的压力损失要远小于孔板等节流元件，对
47、漩涡频率检测方法很多而且体产生的压力损失要远小于孔板等节流元件，对漩涡频率检测方法很多而且很成熟，所以呈飞速发展趋势。很成熟，所以呈飞速发展趋势。882.5.8 电磁流量计电磁流量计 xEKBDv24vDqv4vxDqEBK8990电磁流量计的特点悬浮陀螺式流量传感器2.5.9悬浮陀螺流量计悬浮陀螺流量计：感应电势频率与流量成正比：感应电势频率与流量成正比2.5.10 流量温度转换法流量温度转换法。TPGcpP：加热器电功率：加热器电功率T：加热器前后端温度差：加热器前后端温度差TP保持恒定，通过测保持恒定，通过测P测G线性关系T流量流量Q温度差温度差电桥电压电桥电压电桥输出电压电桥输出电压t
48、ERREU440流量流量Q t U0 1、时差法、时差法 VcLVcLVVcLVcLttt22212222、相差法、相差法tft23、频差法、频差法LVLVcLVcttfff2112121结论：频差可消除超声波速结论：频差可消除超声波速c的影响。的影响。练习1.用差压变送器与标准孔板配套测量管道介质流量。若差压变送器量程为0104Pa，对应输出信号为420mA DC，相应流量为0320m3/h。求差压变送器输出信号为8mA DC时，对应的差压值机流量值各是多少？2.一只用水标定的浮子流量计，其满刻度为1000m3/h，不锈钢浮子密度为7.92g/cm3。现在用来测量密度为0.72g/cm3的乙醇流量，问浮子流量计的测量上限是多少？
