第三章过程检测仪表
过程检测技术及仪表3章压力压差 ppt课件
式中θ0为弹簧管中心角的初始角；Δθ为受压后中心角的 改变量；R为弹簧管弯曲圆弧的外半径；h为管壁厚度；a、b 为弹簧管椭圆形截面的长、短半轴。K=Rh/a2 ; µ 为泊松系 数；E为弹性模数
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弹簧管自由端的位移量一般很小，需要通 过放大机构才能指示出来,为了加大弹簧管 自由端的位移量，也可采用多圈弹簧管， 其原理与单圈弹簧管相似。
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3. 6 电气式压力检测——应变片压力/差压变送器 利用金属或半导体材料制成的电阻体的阻值可表示为：
r1
r2
1
2
P
3
(a)传感器 1－外壳 2－弹性筒 3－膜片
当电阻体受外力作用时，电阻 体的长度、截面积或电阻率会 发生变化，即其阻值也会发生 变化。这种因尺寸变化引起阻 值变化称为应变效应。
式压力计便输出一个稳定而精确的压力值。
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• 浮球式压力计的精度
• 等级分为一等、二等。一等的精度为0.02%，目 前国内产量很少。二等的精度为0.05%，国内生 产厂家较多。这种压力计的精度等级取决于浮球 和喷嘴的制造精度和专用砝码的质量精度。
• 浮球式压力计的测压范围
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• 浮球式压力计
• 浮球式压力计的用途：
• 在气体压力仪器仪表的生产、科妍和各级计量检定、校 准机构使用。可用于测量各种气体压力，大多用来检验 各种气体压力测量仪器仪表。
• 特点：传压介质是压缩空气，克服了活塞式压力计因油 的表面张力、粘度等产生的摩擦力，也没有活塞式压力 计的漏油问题，特别适用于禁油类压力计和传感器的检 定。
第3章 过程参数检测与变送2 温度检测仪表PPT课件
• 压力式温度计
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．辐射式温度检测仪表
• 辐射式温度检测仪表主要由光学系统、检测元件、转 换电路和信号处理电路等组成。
（1）高温辐射温度计 高温辐射温度计由光学玻璃透镜实现能量聚集，通过硅 光电池实现信号转换。光学透镜的光通带波长为 0.7~1.1μm，测温范围为700~2000℃，硅光电池接受辐 射能所产生的电压信号为0~20mV。其基本误差在 1500℃以下时为±0.7%，在1500℃以上时为1%，到达 99%稳态值的响应时间小于1ms。因此，该类温度计适 用于高温测量。
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（二） 温度的检测
当 t t0 时，
E A t 0 , B t 0 e C A t 0 B e B t 0 C e C t 0 A 0 ( 2 ) e B t 0 C e C t 0 A e A t 0 B e B t 0 A ( 3 )
代入(1):
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（二） 温度的检测
1、热电偶温度传感器
1）热电偶的构成及测温原理： 由两种材质不同的导体或半导体焊接在一起构成的
闭合回路，当回路两端点温度不同时，回路中就会产 生热电势（称为热点效应）并产生电流。当一端温度 固定，则热电势与另一端温度成单值对应关系。其表 示如下：
eAB (t )
9
eBA(t0 )
• 温度是表征物体冷热程度的物理量。
接触式测温和非接触式测温
3
类型 型式 膨胀式
表3-1 常用温度检测仪表分类及其特点
原理
测温范围 (℃)
准确度 (℃)
特点
膨胀
-200~650
0.1~5
结构简单，响应速度慢 ，适于就地测量
压力表 式
压力
-20~600
接 触
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：
第3章第5节温度检测及仪表
热电偶温度计测温系统示意图 1—热电偶；2—导线；3—测量仪表
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热电偶示意图
(1)热电现象及测温原理
热电现象
接触电势形成的过程
左图闭合回路中总的热电势
E t, t0 e AB t e AB t0
热电偶原理
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或
E t, t0 e AB t eBA t0
结构简单、不怕震动、具有 精度低、测量距离较远时 ,仪 防爆性、价格低廉、能记录、 表的滞后性较大、一般离开测 量点不超过 10米 报警与自控 测量精度高 ,便于远距离、 多点、集中测量和自动控制 结构复杂、不能测量高温 ,由 于体积大 ,测点温度较困难
0 ～500（-50 ～ 600）液体型 0 ～100（-50 ～ 200）蒸汽型 -150 ～500（-200 ～ 600）铂电阻 0 ～100（-50 ～ 150）铜电阻 -50 ～150（180）镍电阻 -100 ～200（300）热敏电阻 -20 -50 -40 -40 ～1300（1600）铂铑10-铂 ～1000（1200）镍铬-镍硅 ～800（900）镍铬-铜镍 ～300（350）铜-铜镍
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(4)热电偶的构造及结构形式
热电极 绝缘管
保护套管
接线盒
热电偶的结构
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2.补偿导线
采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这 既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。 它也是由两种不同性质 的金属材料制成，在一定温 度范围内（0～100℃）与所 连接的热电偶具有相同的热 电特性，其材料又是廉价金 属。见左图。
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双金属温度计
双金属温度信号器 双金属片 1—双金属片；2—调节螺钉； 3—绝缘子；4—信号灯
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第三章过程参数检测与变送
第三章过程参数检测与变送 第三章过程参数检测与变送 本章提要 1.过程参数检测与变送的基本概念 2.温度检测与变送 3.压力检测与变送 4.流量检测仪表 5.液位检测仪表 6.成分分析仪表 授课内容 第一节基本概念、概述 1.过程参数检测基本概念 过程参数检测-----指连续生产过程中的温度、压力、流量、液位和成分等 参数的检测。(P50) 检测仪表-----将检测元件、变送器及显示装置统称为检测仪表。 一次仪表-----一般为将被测量转换为便于计量的物理量所使用的仪表，即 为检测元件。 二次仪表-----将测得的信号变送转换为可计量的标准电气信号并显示的仪 表。即包括变送器和显示装置。 2.测量过程与测量误差 测量过程-----利用一个已知的单位量(即标准量)与被测的同类量进行比较 的过程。 测量误差-----在测量过程中测量结果与被测量的真值之间会有一定的差 值。它反映了测量结果的可靠程度。 测量误差的分类： ●绝对误差与相对误差 绝对误差-----指测量结果与被测量的真值之差。通常把检定中高一等级的 计量标准所测得的量值作为真值(实际值)。 相对误差-----指绝对误差与真值或测量值之百分比。常见有如下三种表示 方式： ①实际相对误差-----是指绝对误差与被测量的真值(实际值)之百分比。 ②标称相对误差-----是指绝对误差与仪表示值之百分比。 ②引用相对误差-----是指绝对误差与仪表的量程之百分比。 ●系统误差、随机误差和疏忽误差。 系统误差-----指测量仪表本身或其他原因(如零点没有调整好等)引起的有 规律的误差。 随机误差-----指在测量中所出现的没有一定规律的误差。 疏忽误差-----指观察人员误读或不正确使用仪器与测试方案等人为因素所 引起的误差。 ● 基本误差、附加误差和允许误差 基本误差-----指仪表在规定的正常工作条件下所具有的误差。 附加误差-----指仪表超出规定的正常工作条件时所增加的误差。 允许误差-----指仪表的示值或性能不允许超过某个误差范围。 3. 检测仪表的性能指标 ? 仪表精度(仪表准确度) 仪表精度-----%100)(%100m ax 0?--?b a x x ＝仪表量程 绝对误差的最大值仪表精度＝ 仪表精度是根据国家规定的允许误差大小分成几个等级的。某一类仪表的允许误差是指在规定的正常情况下允许的百分比误差的最大值。我国过程检测控制仪表的精度等级有0.005、0.02、0.1、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4等。一般工业用表为0.5～4级精度。 在选用仪表的精度等级时，应根据实际需要求定，不能只追求高精度等级。 ? 变差 变差-----在外界条件不变的情况下，用同一仪表对同一个量进行正、反行 程(即逐渐由小到大或逐渐由大到小)测量时，所得仪表两不值之间的差值。 %100)(m ax 21?-仪表量程 变差＝ x x 其中x 1、x 2为正、反测量的示值 造成交差的原因很多。通常要求：变差差。 ? 灵敏度与灵敏限 灵敏度-----表示测量仪表对被测参数变化的灵敏程度。通常用仪表的输出 变化量，如指针的线位移或角位移与引起此位移的被测参数变化量之比来表示，即 x α 灵敏度＝ 注意：提高仪表的灵敏度可采用增加放大部分的放大倍数来实现。不过仪表的性能主要取决于仪表的基本误差。 灵敏限-----指引起仪表示值发生变化的可测参数的最小变化量。通常其值 应不大于仪表允许误差的一半。 第二节 温度检测与变送 1. 有关温度及温度检测的概述 温度------是表示物体冷热程度的物理参数。 ? 测量温度的方法：（从测量体与被测介质接触与否来分） ● 接触式测量（即通过测量体与被测介质的接触来测量物体的温度）； ● 非接触式测量（即通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度）。 日前工业上常用温度计及其测温原理、测温范围，使用场合等见下表。 ? 各测量温度方法的特点： ● 接触式测温：简单、可靠、测量精度较高。但由于要达到热平衡，因而产 生了滞后。而且可能与被测介质产生化学反应。不能应用于很高温度的测量。 ● 非接触式测温：其测温范围很广，其测温上限原则上不受限制；测温速度 比较快，而且可以对运动体进行测量，但一般测温误差较大。 电的测温仪表精度高，信号又便于传输。因此热电偶和热电阻在工业生产和科学研究领域得到了广泛应用。
第三章过程检测技术2
∴ Q2 1
Q1
2
Q2
1 2
Q1
H
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Q2为介质在操作状态下的体积流量，再将它换算成标定状态下的体积流量：
Q21.24Q1
T2
20P2
Q2’ Q1
10P2T1 20P1T2
Q2‘ 0.0611Q51
P2
2 0T2
ρ10、ρ20可同时取标准状态下或标定状态下的密度 饱和蒸汽示值修正：——换算成水的流量
压差的大小与流体流速的大小有关，流速愈大，差压也愈大，因此只要测 出差压就可以推算出流速，进而可以计算出流体的流量。
(a) 标准孔板
(b) 喷嘴
H
(c) 文丘里管
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把流体流过阻力件使流束收缩造成压力变化的过程称节流过程，其中 的阻力件称为节流件。
作为流量检测用的节流件有标准的和特殊的两种。 标准节流件包括标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管。 对于标准化的节流件，在设计计算时都有统一标准的规定、要求和计 算所需的有关数据及程序，可直接按照标准制造；安装和使用时不必进行 标定。 特殊节流件主要用于特殊介质或特殊工况条件的流量检测，它必须用 实验方法单独标定。
a
单独钻孔取压
环隙宽度和单独钻孔取压口的直径 a 通常在4～10mm之间
显然，环隙取压由于环室的均压作用，便于测出孔板 两端的平稳差压，能得到较好的测量精度，但是夹持环的加工 制造和安装要求严格。当管径D＞500mm时，一般采用单独钻孔 取压。
H
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——节流式流量计的安装
流体在管道中正常流动（v、p） 原理总结：
➢ 节流装置经过长时间的使用，会因物理磨损或者化学腐蚀，造成几何形状和尺寸 的变化，从而引起测量误差，因此需要及时检查和维修，必要时更换新的节流装 置
化工仪表第三章俞金寿过程自动化及仪表
缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大，且结 构复杂，价格比较昂贵。
第二十一页，共149页。
3.2.2Leabharlann 热电偶(1) 测温原理——热电效应
将两种不同材料的导体或半导体A和B连在一起组成一个闭 合回路，而且两个接点的温度θ≠θo,则回路内将有电流产生 ，电流大小正比于接点温度θ和θo的函数之差，而其极性则 取决于A和B的材料。
第十一页，共149页。
[例2] 某台测温仪表的量程是600--1100℃，工艺要求该仪 表指示值的误差不得超过±4 ℃，应选精度等级为多少的 仪表才能满足工艺要求。
解 根据工艺要求，仪表的最大允许误差为
m ax1100 4600100% 0.8%
±0.8%介于允许误差±0.5%与±1.0%之间，如果选择 允许误差为±1.0%,则其精度等级应为1.0级。量程为 600～1100℃，精确度为1.0级的仪表，可能产生的最大 绝对误差为±5℃，超过了工艺的要求。所以只能选择 一台允许误差为±0.5%，即精确度等级为0.5级的仪表 ，才能满足工艺要求。
图3.6 吹气型热电偶
第三十二页，共149页。
(2) 补偿导线 解决参比端温度的恒定问题。 补偿导线要求：价格便宜，0~100℃范围内的热电性质与 要补偿的热电偶的热电性质几乎完全一样
θ0
补偿导线
第三十三页，共149页。
现场
控制室
第三章过程控制仪表
当l=L时，q=qmax
q (1qmin)l qmin
qmax
qmax L qmax
1 R
1(
R1)
l L
R q max q min
q f(l)
qmax
L
q q max ：相对流量，即调节阀某一开度时流量与全开流量之比
l
：相对开度，即调节阀某一开度行程与全开行程之比。
L
理想流量特性：在阀前后压差为一定的情况下（p=常数）得 到的流量特性。
过程控制
取决于阀芯的形状。不同的阀芯曲面得到不同的理想流量特性。
100
80
1
2
60
3
40
可以进行各种数字运算和逻辑判断，其功能完善， 性能优越，能解决模拟式仪表难以解决的问题
3、按结构形式分类
➢ 单元组合式仪表 ➢ 基地式仪表 ➢ 集散型计算机控制系统 ➢ 现场总线控制系统
过程控制
过程控制
单元组合式仪表：
根据控制系统各组成环节的不同功能和使用要求，将仪表做 成能实现一定功能的独立仪表（称为单元），各个仪表之间 用统一的标准信号进行联系。
直接影响过程控制系统的质量。
过程控制
控制器输出
推力、位移
p0,I0
执行机构
调节机构
操纵变量 流量
接受调节器输出的控制信号，转换成直线位移或角位移，来改 变调节阀的流通截面积。
过程控制
根据执行机构使用的能源种类，执行器可分为气动、电动、液 动三种。
气动执行器：
结构简单、工作可靠、价格便宜、维护方便、 防火防爆等优点
－
伺服电动机
减速器
位置发生器 电动执行机构的构成框图
三、调节阀的气开和气关