仪表自动化第三章检测仪表与传感器1.pptx
合集下载
03 检测仪表与传感器
软测量技术的发展 现代传感器技术的发展
4
3.1 概述
1.检测与变送的作用 通过检测元件获取生产工艺变量。它直接响应工艺变量，并转化 为一个与之成对应关系的输出信号-如位移、电压、电流、电阻、频率、 气压等。一般称为一次仪表。 当对工艺变量进行处理和分析等工作时，一般将其通过变送器处 理，转换成标准统一的电气信号进行运用-指示、记录、控制、操纵等。 一般称为二次仪表。 2.控制过程对检测变送的基本要求： 测量值要精确反映被控工艺变量的值。
18
3.2 温度检测及仪表
3.2.1 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 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。 按测量范围 高温计、温度计 标准仪表、实用仪表 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 接触式与非接触式
2
3.4 压力检测及仪表
压力单位及测压仪表 弹性式压力计 电气式压力计 智能型压力变送器 压力计的选用及安装 概述 差压式液位变速器 电容式物位传感器 核辐射物位计 称重式液罐计量仪
3.5 物位检测及仪表
3
3.8 变送器 3.9 现代检测技术与传感器的发展
热 电 阻
-200 ～600 -50 ～150 400 ～2000 700 ～3200 900 ～1700 0 ～3500 200 集中测量和自动控制 测温时，不破坏被测温度场
不能测高温，需注意环境温度 的影响 低温段测量不准，环境条件会 影响测温准确度 易受外界干扰，标定困难
过程自动化及仪表
第三章 检测变送
一个自动控制系统可以概括成两大部分，即工艺过程部 分（被控对象）和自动化装置部分。 前者指与该自动控制系统有关的部分。后者指为实现自 动控制所必需的自动化仪表设备，通常包括测量与变送装置、 控制器和执行器等三部分。
4
3.1 概述
1.检测与变送的作用 通过检测元件获取生产工艺变量。它直接响应工艺变量，并转化 为一个与之成对应关系的输出信号-如位移、电压、电流、电阻、频率、 气压等。一般称为一次仪表。 当对工艺变量进行处理和分析等工作时，一般将其通过变送器处 理，转换成标准统一的电气信号进行运用-指示、记录、控制、操纵等。 一般称为二次仪表。 2.控制过程对检测变送的基本要求： 测量值要精确反映被控工艺变量的值。
18
3.2 温度检测及仪表
3.2.1 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 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。 按测量范围 高温计、温度计 标准仪表、实用仪表 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 接触式与非接触式
2
3.4 压力检测及仪表
压力单位及测压仪表 弹性式压力计 电气式压力计 智能型压力变送器 压力计的选用及安装 概述 差压式液位变速器 电容式物位传感器 核辐射物位计 称重式液罐计量仪
3.5 物位检测及仪表
3
3.8 变送器 3.9 现代检测技术与传感器的发展
热 电 阻
-200 ～600 -50 ～150 400 ～2000 700 ～3200 900 ～1700 0 ～3500 200 集中测量和自动控制 测温时，不破坏被测温度场
不能测高温，需注意环境温度 的影响 低温段测量不准，环境条件会 影响测温准确度 易受外界干扰，标定困难
过程自动化及仪表
第三章 检测变送
一个自动控制系统可以概括成两大部分，即工艺过程部 分（被控对象）和自动化装置部分。 前者指与该自动控制系统有关的部分。后者指为实现自 动控制所必需的自动化仪表设备，通常包括测量与变送装置、 控制器和执行器等三部分。
第3章检测仪表与传感器-压力
3、按仪表的组成形式分类
集中控制装置
显示仪表
生产过程
检测仪表
执行器
控制仪表
各类仪表的作用
（1）基地式仪表：适于现场检测/控制 （2）单元组合仪表：灵活性高
4、根据所测参数的不同
（1）压力测量仪表 （2）流量测量仪表 （3）物位（液位）测量仪表 （4）温度测量仪表 （5）物质成分分析仪表及物性检测仪表等。
❖ 4.光信号： 包括光通量信号、干涉条纹信号、衍射条纹信号、莫尔条纹信号等。 可是连续的，也可是断续（脉冲）式的。
四、测量系统中信号的传递形式
从传递信号的连续性的观点来分：
1、模拟信号：
在时间上是连续变化的，在任何瞬时都可以确定其数值的信号。 可以变换为电信号，即是平滑地、连续地变化的电压或电流信号。 例如：连续变化的温度信号可以利用热电偶转换为与之成比例的连
❖由于U形管压力计 需两次读取液面， 为使用方便，设计 出一次读取液面高 度的单管压力计。
一、液柱式压力检测 ❖斜管压力计主要用于测量微小压力、负压和压差，将单管 液柱压力计的测量管倾斜放置，这样可以提高灵敏度，减 少读数相对误差。
• 倾斜角度越小，l越长，测量灵敏度就越高；但 不可太小，否则液柱易冲散。
1.0
1.5
仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。
精度等级数值越小，表示仪表的精确度越高。
精度等级数值小于等于0.05的仪表通常用来作为标准表，
而工业用表的精度等级数值一般大于等于0.5。
☆☆仪表的精确度等级☆☆
例1：某压力变送器测量范围为0～400kPa，在校验该变送器时测得的
最大绝对误差为-5kPa，请确定该仪表的精度等级。
第 一 节 测量仪表的基本知识
集中控制装置
显示仪表
生产过程
检测仪表
执行器
控制仪表
各类仪表的作用
（1）基地式仪表：适于现场检测/控制 （2）单元组合仪表：灵活性高
4、根据所测参数的不同
（1）压力测量仪表 （2）流量测量仪表 （3）物位（液位）测量仪表 （4）温度测量仪表 （5）物质成分分析仪表及物性检测仪表等。
❖ 4.光信号： 包括光通量信号、干涉条纹信号、衍射条纹信号、莫尔条纹信号等。 可是连续的，也可是断续（脉冲）式的。
四、测量系统中信号的传递形式
从传递信号的连续性的观点来分：
1、模拟信号：
在时间上是连续变化的，在任何瞬时都可以确定其数值的信号。 可以变换为电信号，即是平滑地、连续地变化的电压或电流信号。 例如：连续变化的温度信号可以利用热电偶转换为与之成比例的连
❖由于U形管压力计 需两次读取液面， 为使用方便，设计 出一次读取液面高 度的单管压力计。
一、液柱式压力检测 ❖斜管压力计主要用于测量微小压力、负压和压差，将单管 液柱压力计的测量管倾斜放置，这样可以提高灵敏度，减 少读数相对误差。
• 倾斜角度越小，l越长，测量灵敏度就越高；但 不可太小，否则液柱易冲散。
1.0
1.5
仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。
精度等级数值越小，表示仪表的精确度越高。
精度等级数值小于等于0.05的仪表通常用来作为标准表，
而工业用表的精度等级数值一般大于等于0.5。
☆☆仪表的精确度等级☆☆
例1：某压力变送器测量范围为0～400kPa，在校验该变送器时测得的
最大绝对误差为-5kPa，请确定该仪表的精度等级。
第 一 节 测量仪表的基本知识
化工仪表自动化 【第三章】概述及压力检测及仪表
3.1 概述
测量工具不够准确
测量者的主观性
周围环境的影响等
3.1 概述
1.测量误差的定义 由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。 2.测量误差的表示方法
绝对误差
相对误差
xi：仪表指示值, xt：被测量的真值 由于真值无法得到 x：被校表的读数值， x x0 x0 ：标准表的读数值
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。
3.2 压力检测及仪表
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3-10所示。 当被测压力引入后，在 被测压力作用下，弹簧管自由 端产生位移，因而改变了霍尔 片在非均匀磁场中的位置，使 所产生的霍尔电势与被测压力 成比例。 利用这一电势即可实 图3-10 霍尔片式压力传感器 现远距离显示和自动控制。
将检测的参数转换为一定的便 于传送的信号的仪表
变送器
传感器的输出为单元组合仪表 中规定的标准信号
3.1 概述
测量过程的实质： 将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。 测量仪表： 将被测参数经过一次或多次的信号能量变换，最终获得 一种便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式 显示。
第三章 检测仪表及传感器 3.2 压力检测及仪表
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1.压力的单位
压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。
F S 式中，p表示压力；F表示垂直作用力；S表示受力面积。 p
压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）
1Pa 1 N m2
1MPa 1106 Pa
3.2 压力检测及仪表
工程上除了（帕）外使用的压力单位还有：工 程大气压、物理大气压、汞柱、水柱等。 帕与汞柱和物理大气压的换算关系为：
关于检测仪表与传感器课件
（二）检测仪表的品质指标
仪表的品质指标是评价仪表质量优
劣的重要依据，也是正确选择和使用仪
表所必须具备的知识。工程上常用以下
指标来衡量。
1．精确度（准确度）
仪表的精确度简称精度，是表示测
量结果与真值一致的程度。
仪表的精度，是仪表最大引用误差
去掉正负号和百分号后的数值。
化工仪表的精确度常用仪表的精度等
以亦无法用相对误差来衡量仪表的准确程度。
所以，工业上常用仪表的“引用误差”来表
示其测量的准确程度。
（3）引用误差 也叫相对百分误差，是仪 表指示值的绝对误差与仪表量程之比的百分 数，可表示为：
（3-3）
式中 e——仪表的绝对误差；
E引——仪表的引用误差；
RS——仪表的量程（RS= xmax－xmin ）。
测量单位进行比较的过程。而检测仪表就是实
现这种比较的工具。
例如玻璃管温度计；
而温度控制中各种中、高温温度的测量， 常利用热电偶的热电效应，把被测温度 （热能）转换成直流毫伏信号（电能）， 然后变为毫伏检测仪表上的指针位移， 并与温度标尺相比较而显示出被测温度 的数值。
（二）测量误差
测量的目的是希望获得被测变量的 “真实值”。但是无论怎样努力（包括 从原理、测量方法和仪表精度等方面）， 都只能是尽量接近却无法测得“真实 值”。也就是说，测量值与真实值之间 始终存在着一定的差值。这个差值就是 测量误差。
1．根据敏感元件与被测介质是否接触 可分为接触式检测仪表和非接触式检测 仪表。
2．按精度等级及使用场合的不同 可分为 标准仪表、范型仪表及实用仪表，分别用于 标定室、实验室和现场。
3．按被测变量分类 可分为压力检测仪表、 物位检测仪表、流量检量仪表、温度检测仪 表、成分分析仪表等。本章我们就按这种分 类方法将内容展开。
化工仪表和自动化第3章物位检测仪表、温度检测仪表
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同而变化的特 性来加以间接测量。
45
第五节 温度检测及仪表
一、温度测量的基本概念
温度的定义：表征分子热运动的 程度的物理量
ET-IRMAN
温标：衡量温度大小的标尺
摄氏：℃
热力学：K
温
华氏：℉
度 安
检
迁移和调零 都是使变送器输出的起始值与被测量起始 点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移 量则比较大。
迁移 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。
30
第四节 物位检测及仪表
举例
图3-42 正负迁移示意图 图3-43 正迁移示意图
某差压变送器的测量范 围为0～5000Pa，当压差 由0变化到5000Pa时，变 送器的输出将由4mA变化 到20mA，这是无迁移的情 况，如左图中曲线a所示。 负迁移如曲线b所示，正迁 移如曲线c所示。
随着弹簧的位移在差动变压器内
上下移动输出位移信号。
20
第四节 物位检测及仪表
三、压差式物位计
利用物料内静压力与物料深度或堆积高度成正比的关 系进行测量。
液体密闭容器
液体敞开容器
固体称重仓
21
第四节 物位检测及仪表 四、电容式物位计
电容式液位计
电容（绳）式料位计
主要用于测量不导电流体
22
第四节 物位检测及仪表 五、电极式物位计
测量物位的两个目的
7
第四节 物位检测及仪表
按其工作原理分为
直读式物位仪表：玻璃管液位计、玻璃板液位计等。 差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理 浮力式物位仪表：利用浮子高度或浮力随液位高度而变化的原理。 电磁式物位仪表：使物位的变化转换为一些电量的变化，如电容 核辐射物位仪表：利用射线透过物料时其强度随物质层的厚度而变化的
45
第五节 温度检测及仪表
一、温度测量的基本概念
温度的定义：表征分子热运动的 程度的物理量
ET-IRMAN
温标：衡量温度大小的标尺
摄氏：℃
热力学：K
温
华氏：℉
度 安
检
迁移和调零 都是使变送器输出的起始值与被测量起始 点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移 量则比较大。
迁移 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。
30
第四节 物位检测及仪表
举例
图3-42 正负迁移示意图 图3-43 正迁移示意图
某差压变送器的测量范 围为0～5000Pa，当压差 由0变化到5000Pa时，变 送器的输出将由4mA变化 到20mA，这是无迁移的情 况，如左图中曲线a所示。 负迁移如曲线b所示，正迁 移如曲线c所示。
随着弹簧的位移在差动变压器内
上下移动输出位移信号。
20
第四节 物位检测及仪表
三、压差式物位计
利用物料内静压力与物料深度或堆积高度成正比的关 系进行测量。
液体密闭容器
液体敞开容器
固体称重仓
21
第四节 物位检测及仪表 四、电容式物位计
电容式液位计
电容（绳）式料位计
主要用于测量不导电流体
22
第四节 物位检测及仪表 五、电极式物位计
测量物位的两个目的
7
第四节 物位检测及仪表
按其工作原理分为
直读式物位仪表：玻璃管液位计、玻璃板液位计等。 差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理 浮力式物位仪表：利用浮子高度或浮力随液位高度而变化的原理。 电磁式物位仪表：使物位的变化转换为一些电量的变化，如电容 核辐射物位仪表：利用射线透过物料时其强度随物质层的厚度而变化的
05032_《自动化仪表第三章》课件
特殊保养
针对某些特殊类型的自动化仪表，如高精度测量仪表、高可靠性控制仪
表等，需要采取更加严格的维护和保养措施，如定期更换易损件、加强
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
防水防尘措施等。
16
自动化仪表的常见故障与处理方法
01
02
03
04
电源故障
检查电源线路是否短路、断路 或接触不良，更换损坏的电源
模块或保险丝。
传感器故障
检查传感器是否损坏或老化， 清洗或更换传感器，重新校准
管理等。
环保领域
随着环保意识的提高，自动化仪表在环境 监测和保护方面的应用将不断增加，如空 气质量监测、水处理等。
医疗领域
医疗设备的智能化和自动化是医疗行业的 重要发展趋势，自动化仪表在医疗诊断和
治疗过程中将发挥重要作用。
2024/1/24
智能家居
智能家居市场的快速发展为自动化仪表提 供了新的应用领域，如智能照明、智能安 防等。
仪表。
控制系统故障
检查控制系统的硬件和软件是 否正常工作，修复或更换故障 部件，重新配置控制参数。
通信故障
检查通信线路是否畅通，修复 或更换损坏的通信模块，重新
设置通信参数。
2024/1/24
17
自动化仪表的预防性维护策略
制定维护计划
根据仪表的使用情况和厂家推 荐，制定合理的维护计划，包 括日常维护、定期保养和特殊
障。
18
05 自动化仪表的发展趋势与展望
2024/1/24
19
自动化仪表的技术发展趋势
智能化
高精度化
随着人工智能和机器学习技术的发展，自 动化仪表的智能化程度将不断提高，实现 自适应、自学习和自优化等功能。
各种自动化传感器的使用ppt课件
缺点：没有区分每种传感器在转换机理上有 何共性和差异，不便于使用者比较各种传感 器的原理异同点。
ppt精选版
21
传感器的分类
▪ 按原理分类：
优点是：对传感器的工作原理比较清楚，类 别少，有利于传感器专业工作者对传感器的 深入研究分析。
缺点：不便于使用者根据用途选用。
ppt精选版
22
四、传感器的命名法
▪ 由于结构上的特点，这种传感器还有较大的噪声。 电刷和电阻元件之间接触面的变动和磨损、尘埃 附着等，都会使电刷在滑动中的接触电阻发生不 规则的变化，从而产生噪声。
▪ 变阻器式传感器被用于线位移、角位移测量， 在测量仪器中用于伺服记录仪器或电子电位差计 等。
ppt精选版
35
3.2 电阻式传感器 变阻器式传感器产品
➢ 能量控制型传感器在信息变化过程中，其能 量需要外电源供给；(无源传感器)
➢ 能量转换型传感器主要由能量变换元件构成， 不需外加电源；(有源传感器)
ppt精选版
18
传感器的分类
▪ 按测量原理分：
➢ 电参量式传感器(电阻式、电感式、电容式) ➢ 磁电式传感器(磁电感应式、霍尔式、磁栅式)； ➢ 压电式传感器； ➢ 光电式传感器； ➢ 气电式传感器； ➢ 热电式传感器； ➢ 波式传感器； ➢ 射线式传感器； ➢ 半导体式传感器； ➢ 其他原理的传感器。
④输出、输入有对应关系，且应有一定的精 确程度。
ppt精选版
5
传感器的应用领域
▪ 1.传感器在工业检测和自动控制系统中的 应用
➢ 工业自动化、全自动、半自动生产线 （石油、化工、钢铁、铁路、机械、电力） ➢ 自动控制系统 （正确的信息检测 准确的控制）
ppt精选版
6
ppt精选版
21
传感器的分类
▪ 按原理分类：
优点是：对传感器的工作原理比较清楚，类 别少，有利于传感器专业工作者对传感器的 深入研究分析。
缺点：不便于使用者根据用途选用。
ppt精选版
22
四、传感器的命名法
▪ 由于结构上的特点，这种传感器还有较大的噪声。 电刷和电阻元件之间接触面的变动和磨损、尘埃 附着等，都会使电刷在滑动中的接触电阻发生不 规则的变化，从而产生噪声。
▪ 变阻器式传感器被用于线位移、角位移测量， 在测量仪器中用于伺服记录仪器或电子电位差计 等。
ppt精选版
35
3.2 电阻式传感器 变阻器式传感器产品
➢ 能量控制型传感器在信息变化过程中，其能 量需要外电源供给；(无源传感器)
➢ 能量转换型传感器主要由能量变换元件构成， 不需外加电源；(有源传感器)
ppt精选版
18
传感器的分类
▪ 按测量原理分：
➢ 电参量式传感器(电阻式、电感式、电容式) ➢ 磁电式传感器(磁电感应式、霍尔式、磁栅式)； ➢ 压电式传感器； ➢ 光电式传感器； ➢ 气电式传感器； ➢ 热电式传感器； ➢ 波式传感器； ➢ 射线式传感器； ➢ 半导体式传感器； ➢ 其他原理的传感器。
④输出、输入有对应关系，且应有一定的精 确程度。
ppt精选版
5
传感器的应用领域
▪ 1.传感器在工业检测和自动控制系统中的 应用
➢ 工业自动化、全自动、半自动生产线 （石油、化工、钢铁、铁路、机械、电力） ➢ 自动控制系统 （正确的信息检测 准确的控制）
ppt精选版
6
传感器与检测技术ppt课件第三章
由电感式可知，变气隙长度式传感器的 线性度差、示值范围窄、自由行程小， 但在小位移下灵敏度很高，常用于小位 移的测量。
1—线圈 2—铁芯 3—衔铁
2021/3/7
CHENLI
10
2．螺线管式（开磁路式）自感式传感器
螺线管式自感式传感器常采用差动式。
它是在螺线管中插入圆柱形铁芯而构成的。其 磁路是开放的，气隙磁路占很长的部分。有限 长螺线管内部磁场沿轴线非均匀分布，中间强， 两端弱。插入铁芯的长度不宜过短也不宜过长， 一般以铁芯与线圈长度比为0.5、半径比趋于1 为宜。铁磁材料的选取决定于供桥电源的频率， 500Hz以下多用硅钢片，500Hz以上多用薄 膜合金，更高频率则选用铁氧体。从线性度考 虑，匝数和铁芯长度有一最佳数值，应通过实 验选定。
变压器式交流电桥电路图
2021/3/7
CHENLI
15
分析
设O点为电位参考点，根据电路的基本 分析方法，可得到电桥输出电压为
U •oU •A BV • A V • B(Z 1Z 1 Z 21 2)U •2
当传感器的活动铁芯处于初始平衡位置 时，两线圈的电感相等，阻抗也相等， 即，其中表示活动铁芯处于初始平衡位 置时每一个线圈的阻抗。
CHENLI
7
结论
只要被测非电量能够引起空气隙长度或 等效截面积发生变化，线圈的电感量就 会随之变化。
电感式传感器从原理上可分为变气隙长 度式和变气隙截面式两种类型，前者常 用于测量直线位移，后者常用于测量角 位移。
2021/3/7
CHENLI
8
自感式传感器
2021/3/7
CHENLI
9
1．变气隙式（闭磁路式）自感传感器
2021/3/7
CHENLI
1—线圈 2—铁芯 3—衔铁
2021/3/7
CHENLI
10
2．螺线管式（开磁路式）自感式传感器
螺线管式自感式传感器常采用差动式。
它是在螺线管中插入圆柱形铁芯而构成的。其 磁路是开放的，气隙磁路占很长的部分。有限 长螺线管内部磁场沿轴线非均匀分布，中间强， 两端弱。插入铁芯的长度不宜过短也不宜过长， 一般以铁芯与线圈长度比为0.5、半径比趋于1 为宜。铁磁材料的选取决定于供桥电源的频率， 500Hz以下多用硅钢片，500Hz以上多用薄 膜合金，更高频率则选用铁氧体。从线性度考 虑，匝数和铁芯长度有一最佳数值，应通过实 验选定。
变压器式交流电桥电路图
2021/3/7
CHENLI
15
分析
设O点为电位参考点，根据电路的基本 分析方法，可得到电桥输出电压为
U •oU •A BV • A V • B(Z 1Z 1 Z 21 2)U •2
当传感器的活动铁芯处于初始平衡位置 时，两线圈的电感相等，阻抗也相等， 即，其中表示活动铁芯处于初始平衡位 置时每一个线圈的阻抗。
CHENLI
7
结论
只要被测非电量能够引起空气隙长度或 等效截面积发生变化，线圈的电感量就 会随之变化。
电感式传感器从原理上可分为变气隙长 度式和变气隙截面式两种类型，前者常 用于测量直线位移，后者常用于测量角 位移。
2021/3/7
CHENLI
8
自感式传感器
2021/3/7
CHENLI
9
1．变气隙式（闭磁路式）自感传感器
2021/3/7
CHENLI