第三章检测仪表与传感器

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1 —弹簧管； 2 —拉杆； 3 —扇形齿轮； 4 —中心齿轮； 5 —指针； 6 —面板； 7 —游丝； 8 —调节螺钉； 9 —接头
9
弹簧管压力表
Ⅱ.薄膜式：分膜片式和膜盒式
P
p
膜盒式
膜片式
Ⅲ.波纹管式： 易于变形，用于微压或低压测量（小于1MPa）
化工仪表 电子课件
第三章 检测仪表与传感器 — 压力测量
化学与环境工程学院 石新雨
湖北民族学院
第3章 检测仪表与传感器
1 概述
2 3 压力检测及仪表
√ √
流量检测及仪表
4 物位检测及仪表 5 6 温度检测及仪表 现代检测技术与传感器的发展
本章基本要求：
了解压力单位及测压仪表的几种分类； 了解液柱式压力计与活塞式压力计的基本原理； 初步掌握电气式和弹性式压力计的基本原理及其选用方法。 了解各种流量计的测量原理； 重点掌握差压式流量计及转子流量计的基本原理和应用。 了解各种液位测量方法； 掌握差压式液位计的工作原理； 初步掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法。 掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理。 熟悉热电偶温度测量中的冷端温度补偿的作用及方法。
2. 活塞式压力计
测量原理： P=G/S 所以：G=P•S 精确度高； 常用作标准仪表，检 验其它压力计。
三、弹性式压力计（机械式压力表）
1. 原理：弹性变形的原理（采用弹性元件将压强大小转换为位移量， 再通过机械传动和放大，推动指针偏移。） 2. 特点：结构简单、方便可靠、读数清晰、价格低廉、测量范 围宽、精度较高。 3. 分类：弹性元件—弹性式压力表的核心 根据敏感原件的不同，可分为以下三种： Ⅰ.弹簧管式：测压范围宽，可达1000MPa。为了增加自由端 位移（提高灵敏度），可制成多圈。
5、线性度
表征线性刻度仪表输出量与输入量的实际校 准曲线与理论直线的吻合程度。
仪表示值
△fmax
被测变量
线性度通常用实际测得的输入－输出特性曲线 （称校准曲线）与理论直线之间的最大偏差与测量 仪表量程之比的百分数来表示。
f max f 100％ 仪表量程
式中： δf－－线性度； Δfmax－－校准曲线对于理论直线的最大偏差。
xi xt
式中：Δ－测量的绝对误差；xi－测量所得值； xt－待测参数真值。 绝对误差反映了测量的精度。
Q:什么是真值?什么是约定真值?相对真值?
答: 真值是一个变量本身所具有的真实值，它是一个理想的概 念，一般是无法得到的，所以在计算误差时，一般用约定真 值或相对真值来代替。 约定真值是一个接近真值的值，它与真值之差可忽略不计。 实际测量中以在没有系统误差的情况下，足够多次的测量值 之平均值作为约定真值。 相对真值是指当高一级标准仪器的误差仅为低一级的1/3～ 1/20时，可认为高一级的标准仪器或仪表示值为低一级的相 对真值。
智能型压力传感器在二次仪表中另外附加一些功 能，如：模/数转换与数据通讯，工程单位转换， 信号（变化）阻尼，故障诊断等。
2. 仪表（电气式压力计）特点： 测量范围宽，可测7×10-5 Pa～5×102 MPa；测 量精度高，可达0.2％； 能远程传送，便于实现自动控制盒远程报警。
3. 电气式压力计分类： Ⅰ. 霍尔片式压力传感器：利用霍尔效应制成。
兆帕 MPa 工程大气压
C海平面 物理大气压 20º
5. 压力计分类 （1）液柱式压力计 （2）活塞式压力计 （3）电气式压力计 （4）弹性式压力计
二、液柱式压力计与活塞式压力计
1. 液柱式压力计 测量原理：P=h 所以 h=P/
单管压力计
U型管压力计
斜管压力计
二、液柱式压力计与活塞式压力计
（2）相对误差
定义：绝对误差Δ与标准表测量所得值的比较。 100% ε－相对误差。 x0 相对误差用来评价不同被测值的精度。 1）实际相对误差：绝对误差与被测量真值之比； 2）示值相对误差：绝对误差与仪表指示值之比； 3）引用相对误差：绝对误差与仪表满刻度值之比。 允许误差：最大引用相对误差。
二、仪表的性能指标 1、精确度（精度）
衡量仪表准确程度的指标，是相对百分误差的最大值。
仪表允许的最大绝对误差 允＝ 100％ 测量范围上限值 测量范围下限值
数值越大，精度越低，利用这一原则来统一规定仪表的 精度等级，将允许误差的“±”和“％”号去掉，表示仪 表之精度等级。 我国的仪表精度等级：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4， 0.5，1.0，1.5，2.5，4.0。
3.2 压力检测及仪表
一、压力单位及测压仪表
1.什么是压力，其法定计量单位？ 压力是垂直均匀地作用在单位面积上的力。 它的法定计量单位是帕斯卡(简称帕)，符号为Pa。
F p S
等同于物理学上的压强。
2. 绝对压力、表压及真空度的概念。
1）绝对压力：绝对真空下的压力称为绝对零压，以绝对零 压为基准来表示的压力叫绝对压力。 2）表压力：当绝对压力大于大气压力时，绝对压力高于大 气压力的数值称为表压力，简称表压。 3）真空度：当绝对压力小于大气压力时，绝对压力低于大 气压力的数值称为真空度或负压。
6、反应时间
测量时被测量突然变化后，仪表指示值总要经过一段时间才 能准确显示出来。 反应时间用来衡量仪表能不能尽快地反应出参数变化的品质 指标。反映了仪表动态特性的好坏。 表示方法： (1)当输入信号突然变化一数值后，输出信号将由原始值逐渐 变化到新稳态值。仪表的输出信号(即指示值)由开始变化到 新稳态值的63.2％所用的时间，即为反应时间。 (2)用变化到新稳态值的95％所用的时间来表示反应时间。
例3：校验一台量程为0～250mm H2O的差压变送 器，差压由0上升至100mm H2O时，差压变送器的 读数为98mm H2O。当从250mm H2O下降至 100mm H2O时，读数为103mm H2O，问此仪表在 该点的变差是多少? 解：

x正 x反 max x上 x下 100% 98 103 250 0 100% 2%
a. 霍尔效应：（1879/霍尔/美国） 将通电的金属或半导体置于磁场中会产生电动势 或电阻的改变。
Ⅰ. 霍尔片式压力传感器 a. 霍尔效应：
三、检测系统的构成
显示 被 测 参 数 敏 感 元 件 信 号 变 换 信 号 传 输 信 号 测 量
记录
控制
A/D
+ -
PLC
四、工业仪表的分类 1、按仪表使用的能源分类： 气动、电动和液动仪表
2、按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类：
检测仪表、显示仪表、集中控制仪表、 控制仪表、执行器 3、按仪表的组成形式分类 基地式仪表、单元组合仪表（DDZ、QDZ）
所以，该点的变差为2％。
3、灵敏度与灵敏限
仪表对被测参数变化的灵敏程度。它是指仪表在达到稳 定状态以后，仪表输出信号变化Δα与引起此输出信号变的 被测参数(输入信号)变化量Δx之比，用S表示灵敏度，则
S x
因此，仪表的灵敏度可用一个比值即输出量、被测量 (输入量)的比来表示。在数值上就等于单位被测参数变化 量所引起的仪表指针移动的距离(或转角)。
p
4. 电接点信号压力表
主要用途： 在生产中常需要把压力控制在规定的范围内。 若超出了这个范围，就会破坏正常的工艺过程，甚至发生事 故，此情况下可采用电接点压力表。 电接点压力表实际上是在弹簧管压力表的基础上加装电 接点装置。当压力低于下限值p1时(见图3-7所示)。压力表指 针上的动触头和下限给定指针上的静触头相碰，使电路接通， 发出相应的下限灯光报警信号。当高于上限值p2时，则和上 限给定指针上的静触头相碰，发出上限的灯光报警信号。
1. 组成方框图：
传感器的作用：把压力信号检测出来并进行输出。 标准信号：指物理量的形式和数值范围都符合国际标准的信 号，直流：4～20mA，压力0.02～0.1MPa等。 变送器：能把输出信号变换成标准信号的传感器。
说明：
电气式压力计常由两部分组成：
一次仪表（压力探头）：将压力转换为微弱电参数； 二次仪表：将微弱电参数转换为标准电信号。 在DDZ一Ⅱ型仪表中，现场与控制室之间采用4～20mA电流 信号，而控制室内部都采用1～5V电压信号。 4～20mA电流信号适宜在现场和控制室之间远距离传输，可 以避免传输导线上压降损失引起曲误差。 1～5V电压信号适于控制室内部短距离联络，仪表之间可以 并联连接，便于设计安装和维修。
电气式压力计一次探头：
常用电参数有：电阻、电感、电容、电压等。 常见压力变换器（压力探头）： 应变式压力变换器； 压电电阻式压力变换器； 电感式压力变换器； 电容式压力变换器； 霍尔片式压力变换器。
电气压力计二次仪表：
作用：将传感器信号转换为标准通讯信号。 DDZ-Ⅲ型仪表标准通讯信号为：4~20mA。
仪 表 示 值 x正－x反
被测参数
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在实际工作中，测量仪表变差是对同一被测参数从 不同方向进行正、反行程的测量。读数中两者最大 差值的绝对值对仪表量程范围的百分数，称为仪表 的变差，则用γ表示变差、则

x正 x反 max x上 x下 100%
仪表允许变差的数值应等于或小于仪表的精度。
例1：一台精度等级为0.5级，量程范围为600～1200℃的电子 电位差计，它的最大允许绝对误差是多少?校验时，如其中的 某一点最大绝对误差是4 ℃ ，问此表是否合格?
解：根据
max K %＝ 100％ x上 x下
得
Δmax＝(x上－x下 )K％＝(1200一600)×0.5％＝3℃ 最大允许绝对误差为3℃，而校验时某点的最大绝对误差 是4℃，大于3℃，所以此表不合格、应重新进行检查修理。