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1、化工测量仪表1传感器与检测技术基础传感器与检测技术基础传感器与检测技术基础传感器与检测技术基础教材教材：化工测量及仪表化工测量及仪表（第二版第二版）教材教材：化工测量及仪表化工测量及仪表（第二版第二版）范玉久 主编范玉久 主编 主讲：廖明燕主讲：廖明燕 讲课：讲课：48学时学时 实验：实验：8学时学时 E-Mail：LE Mail：L Tel：83915422010-6-31化工测量仪表2前言前言 人类通过检测技术和测量仪器来增强人的视人类通过检测技术和测量仪器来增强人的视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉，从而达到认识世界、探索自然的目的。觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉，从而达到认识世界、探索自然的目的
2、。人类研究自然现象归根结底就是要去确定自人类研究自然现象归根结底就是要去确定自然现象中质的关系和量的关系然现象中质的关系和量的关系；而确定这种而确定这种然现象中质的关系和量的关系然现象中质的关系和量的关系；而确定这种而确定这种关系的过程往往又都是通过检测、测量来进关系的过程往往又都是通过检测、测量来进行的行的。行的行的。测量是认识自然现象内在规律的基本方法、测量是认识自然现象内在规律的基本方法、基本工具和基本过程基本工具和基本过程2010-6-32基本工具和基本过程基本工具和基本过程。化工测量仪表3 门捷列夫明确指出：“在自然界里，度量衡是主要的认识工具”，“科学始于测量”。门捷列夫明确指出：
3、“在自然界里，度量衡是主要的认识工具”，“科学始于测量”。雅可比也说过：“没有测量就没有任何精密雅可比也说过：“没有测量就没有任何精密科学科学，就没有任何应用科学就没有任何应用科学，就没有任何实就没有任何实科学科学，就没有任何应用科学就没有任何应用科学，就没有任何实就没有任何实验”。“新的测量方法标志着真正的进步”。验”。“新的测量方法标志着真正的进步”。测量是信息的源泉测量是信息的源泉！测量是信息的源泉测量是信息的源泉！诺贝尔奖百年以来，在物理学和化学奖中大诺贝尔奖百年以来，在物理学和化学奖中大约有约有1/4是属于在测试方法和测量仪器上的是属于在测试方法和测量仪器上的约有约有1/4是属于在测
4、试方法和测量仪器上的是属于在测试方法和测量仪器上的有所发明、有所创新而获奖。有所发明、有所创新而获奖。2010-6-33化工测量仪表4显微技术也是种测量技术显微技术也是种测量技术极大拓展了人眼对极大拓展了人眼对 显微技术也是显微技术也是一一种测量技术种测量技术，极大拓展了人眼对极大拓展了人眼对微观世界的认识。微观世界的认识。望远镜拓展了人类对宇宙的视野望远镜拓展了人类对宇宙的视野。望远镜拓展了人类对宇宙的视野望远镜拓展了人类对宇宙的视野。质谱仪、质谱仪、CT仪、核磁共振。仪、核磁共振。无损检测技术无损检测技术。无损检测技术无损检测技术 测量随处可见：汽车的里程、转速、距离测量；家用燃气流量、用
5、水量、电量、可燃气体探测；测量随处可见：汽车的里程、转速、距离测量；家用燃气流量、用水量、电量、可燃气体探测；工业中流量、长度、位移、压力、温度、酸碱度、氧含量、含水率、密度、质量、硬度、缺陷检测。工业中流量、长度、位移、压力、温度、酸碱度、氧含量、含水率、密度、质量、硬度、缺陷检测。2010-6-34化工测量仪表5 敏感元件：能够灵敏地感受被测变量并作出敏感元件：能够灵敏地感受被测变量并作出响应的元件响应的元件如弹性元件如弹性元件热电阻等热电阻等响应的元件响应的元件。如弹性元件如弹性元件、热电阻等热电阻等。传感器：能将被测量转换为与之有确定对传感器：能将被测量转换为与之有确定对应关系的并能输
6、出的某种物理量的测量装置应关系的并能输出的某种物理量的测量装置应关系的并能输出的某种物理量的测量装置应关系的并能输出的某种物理量的测量装置或器件。或器件。变送器：将各种参数转换为统一信号输出的仪表或功能单元。变送器：将各种参数转换为统一信号输出的仪表或功能单元。2010-6-35化工测量仪表6本课程要解决的问题（即达到的要求）：本课程要解决的问题（即达到的要求）：1.掌握生产过程中主要参数的测量原理、方法及检测掌握生产过程中主要参数的测量原理、方法及检测系统的构成系统的构成；系统的构成系统的构成；2.掌握常用显示仪表的原理；掌握常用显示仪表的原理；3.正确选择、设计检测系统，正确使用测量仪表。
7、正确选择、设计检测系统，正确使用测量仪表。参考书参考书4.了解新的检测技术原理和方法。了解新的检测技术原理和方法。参考书参考书（1）传感器与变送器）传感器与变送器王家桢、王俊杰清华版王家桢、王俊杰清华版（2）过程检测技术及仪表过程检测技术及仪表杜维杜维、张宏建张宏建、乐嘉华乐嘉华化工版化工版（2）过程检测技术及仪表过程检测技术及仪表杜维杜维、张宏建张宏建、乐嘉华乐嘉华化工版化工版（3）工业过程检测技术）工业过程检测技术王魁汉、杨泽宽等中国仪器仪表学会王魁汉、杨泽宽等中国仪器仪表学会2010-6-36化工测量仪表7概论概论概论概论第一篇第一篇 压力测量压力测量第一篇第一篇 压力测量压力测量第二篇
8、第二篇 物位测量物位测量第二篇第二篇 物位测量物位测量第三篇第三篇 流量测量流量测量第四篇第四篇 温度测量温度测量第五篇第五篇 显示仪表显示仪表2010-6-37化工测量仪表8概论概论概论概论测量及测量方法测量及测量方法 测量及测量方法测量及测量方法 测量误差测量误差测量误差测量误差 测量不确定度测量不确定度 测量仪表的基本性能和术语测量仪表的基本性能和术语2010-6-38返回化工测量仪表9一、测量及测量方法一、测量及测量方法测量是以确定量值为目的的一组操作。用实验的方法去确测量是以确定量值为目的的一组操作。用实验的方法去确定个参数的量值定个参数的量值（数据和单位数据和单位）即通过实验即通过
9、实验把个被测把个被测1、测量定义、测量定义定定一一个参数的量值个参数的量值（数据和单位数据和单位），即通过实验即通过实验，把把一一个被测个被测参数的量值（被测量）和作为比较单位的另一个量值（标准）参数的量值（被测量）和作为比较单位的另一个量值（标准）进行比较进行比较，确定出被测量的大小和单位确定出被测量的大小和单位。进行比较进行比较，确定出被测量的大小和单位确定出被测量的大小和单位。（1）按测量方式分）按测量方式分直接直接法法法法法法2、测量方法测量方法：直接直接测量 偏差测量 偏差法法、零位、零位法法、微差、微差法法间接测量间接测量(软测量技术软测量技术)组合测量组合测量 为获取多个待定参数
10、为获取多个待定参数组合测量组合测量 为获取多个待定参数为获取多个待定参数（2）按接触方式分：）按接触方式分：接触式测量、非接触式测量接触式测量、非接触式测量2010-6-39返回下一页化工测量仪表103.测量仪表的组成测量仪表的组成（1）开环结构）开环结构输入与输出的关系为输入与输出的关系为:y=k1k2k3x=k1k xy k1 k2 k3 xk1k xK K1 1 检测元件的传递系数；检测元件的传递系数；K K2 2 传送放大部分的传递系数传送放大部分的传递系数；2 2 传送放大部分的传递系数传送放大部分的传递系数；K K3 3 显示部分的传递系数；显示部分的传递系数；2010-6-310
11、返回上一页 下一页化工测量仪表11（2）闭环结构）闭环结构则输出y与输入x之间的关系为：则输出y与输入x之间的关系为：kxKkKkxkkkkkkyff+=+=11132321xkkyf1当K 1时，则K当K 1时，则Kf f 反馈环节的传递系数反馈环节的传递系数；2010-6-311上一页返回化工测量仪表12电容式差压变送器与智能式电容变送器结构比较结构相同部分:结构相同部分:输入与输出即:传感器原理与输出结构不同部分:结构不同部分:中间处理部分/输入输出部分模拟转换与数字转换CPU部分多传换、CPU部分、多传感器、数字输出12化工测量仪表13YY1误差定义误差定义二、测量误差测量误差测量结果
12、y0YyY=1、误差定义误差定义：Y2、误差表示方法误差表示方法真值测量结果0Yy%1000=YYY相对误差3、误差分类：、误差分类：%100=LYq引用误差仪表量程L（1）随机误差随机误差（2）系统误差）系统误差（3）粗大误差粗大误差2010-6-313返回化工测量仪表14随机误差随机误差随机误差随机误差2010-6-314返回化工测量仪表15粗大误差粗大误差判断准则：拉依大准则（判断准则：拉依大准则（3）适用于测量次数大于）适用于测量次数大于30次情形的粗大误差判断。次情形的粗大误差判断。格拉布斯准则格拉布斯准则残差残差()残差对应的测量值为坏值残差对应的测量值为坏值格拉布斯准则格拉布斯准
13、则：残差残差(,n,n)*，*，残差对应的测量值为坏值残差对应的测量值为坏值2010-6-315返回化工测量仪表16三、测量不确定度测量不确定度1、定义：表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。、定义：表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。2、表示方法：、表示方法：）1）、标准不确定度的标准不确定度的A类评定类评定 u=s(x)2）、）、标准不确定度的标准不确定度的B类评定类评定 u=U/k3）、）、合成标准不确定度的评定合成标准不确定度的评定 uc4）扩展不确定度的评定扩展不确定度的评定4）、扩展不确定度的评定扩展不确定度的评定U=kuc 2010-6-
14、316返回化工测量仪表17A类不确定度评定类不确定度评定类不确定度评定类不确定度评定由测量列按统计分析方法计算得到的不确定度。由测量列按统计分析方法计算得到的不确定度。算术平均值：算术平均值：=niixnx11=nixixnxsxu12)(11)()(则标准不确定度为：则标准不确定度为：由非统计分析方法由非统计分析方法，即由其他方法估计的不确定度即由其他方法估计的不确定度B类不确定度评定类不确定度评定由非统计分析方法由非统计分析方法，即由其他方法估计的不确定度即由其他方法估计的不确定度。2010-6-317返回化工测量仪表18B类评定类评定（1）通过扩展不确定度）通过扩展不确定度U或或UP，以
15、及覆盖因子，以及覆盖因子k或或kP评定标准不确定度；（评定标准不确定度；（2）根据估计值的上、下限评定标准不确定度；）根据估计值的上、下限评定标准不确定度；（3）其它情况其它情况2010-6-318返回（3）其它情况其它情况化工测量仪表19合成不确定度合成不确定度21)(22)1(21)(2)(ixuNiixfycuycu=iixfiC=式中：为灵敏系数，若令式中：为灵敏系数，若令ixfi=NiyiuixuNiicycu1)(22)(1)(2iii11扩展不确定度扩展不确定度)(yckuU=)(ycupkpU=2010-6-319返回化工测量仪表20四、测量仪表的基本性能和术语测量仪表的基本性
16、能和术语四测量仪表的基本性能和术语测量仪表的基本性能和术语1、测量仪表的误差（示值误差、允许误差、固有误差、附加误差）、测量仪表的误差（示值误差、允许误差、固有误差、附加误差）2、测量范围和量程（可按规定的精度进行测量的范围；测量范围上下限之差。）、测量范围和量程（可按规定的精度进行测量的范围；测量范围上下限之差。）3稳定性稳定性（正常工作条件下正常工作条件下各项性能在规定时间内恒定的能力各项性能在规定时间内恒定的能力）输入输出特性输入输出特性3、稳定性稳定性（正常工作条件下正常工作条件下，各项性能在规定时间内恒定的能力各项性能在规定时间内恒定的能力）4、重复性和再现性、重复性和再现性5、输入
17、输出特性输入输出特性6、测量仪表的准确度及准确度等级测量仪表的准确度及准确度等级7、响应特性及响应时间、响应特性及响应时间2010-6-320返回化工测量仪表21输入、输出特性输入、输出特性y1)灵敏度灵敏度：表示测量仪表对被测量变化的反应能力表示测量仪表对被测量变化的反应能力。KxyS=2）鉴别力鉴别力：使测量仪表产生未察觉的响应变化的最大激励变化使测量仪表产生未察觉的响应变化的最大激励变化，这种激这种激励变化应缓慢单调地进行励变化应缓慢单调地进行。3）显示装置的分辨力显示装置的分辨力：显示装置能有效辨别的最小视值差显示装置能有效辨别的最小视值差。4）死区死区：引起测量仪表输出量可察觉的变化
18、的输入量变化的有限区间引起测量仪表输出量可察觉的变化的输入量变化的有限区间。5）回差回差：输入量上升下降时输入量上升下降时同一输入的两相应输出值间的最大误差同一输入的两相应输出值间的最大误差5）回差回差：输入量上升下降时输入量上升下降时，同一输入的两相应输出值间的最大误差同一输入的两相应输出值间的最大误差。2010-6-321返回化工测量仪表22灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度2010-6-322返回化工测量仪表23回差回差=|反行程示值反行程示值正行程示值正行程示值|反行程示值反行程示值正行程示值正行程示值|为便于与仪表准确度进行比较，为便于与仪表准确度进行比较，也采用如下形式表示也采用如下形式表示
19、也也可可采用如下形式表示采用如下形式表示：%100h=仪表回差必须满足准确度要求仪表回差必须满足准确度要求%100Lh仪表回差必须满足准确度要求仪表回差必须满足准确度要求2010-6-323返回化工测量仪表24测量仪表的准确度（精度）等级测量仪表的准确度（精度）等级1）按级别划分准确度等级按级别划分准确度等级：采用数值系列应按下列数值中选取采用数值系列应按下列数值中选取：11 51 622 5(3)456*10n1、1.5、1.6、2、2.5、(3)、4、5、6*10n其中其中 n 等于等于-1，-2,1 等整数，等整数，n 最大不超过最大不超过5仪表准确度等级的的确定方法仪表准确度等级的的确
20、定方法根据仪表校验结果根据仪表校验结果求得最大引求得最大引仪表准确度等级的的确定方法仪表准确度等级的的确定方法：根据仪表校验结果根据仪表校验结果，求得最大引求得最大引用误差用误差qmax和最大回差和最大回差hmax，在上述准确度等级中，选择，在上述准确度等级中，选择等级等级%q q等级等级%=q允允 qmax且且q允允 hmaxq允允去掉去掉、%号后的数值即为准确度等级。号后的数值即为准确度等级。2）按等别划分准确度等级按等别划分准确度等级2010-6-324返回下一页化工测量仪表25某仪表厂生产测温仪表，测温范围为200700，校验时得到某仪表厂生产测温仪表，测温范围为200700，校验时得
21、到的大绝差为的大绝差为大回差为大回差为试确定该仪表的精度等试确定该仪表的精度等例例1的的最最大绝大绝对误对误差为差为4，最4，最大回差为大回差为-6，-6，试确定该仪表的精度等试确定该仪表的精度等级。级。解解：该表的最大引用误差为该表的最大引用误差为：解解：该表的最大引用误差为该表的最大引用误差为：%8.0%1002007004%100maxmax=LYq去掉“去掉“”号与“”号,其数值为0.8。精度等级中没有0.8级，而它的最大引用误差又超过了0.5级仪表的允许误差（0.5），所以，号与“”号,其数值为0.8。精度等级中没有0.8级，而它的最大引用误差又超过了0.5级仪表的允许误差（0.5）
22、，所以，该仪表的精度等级应为该仪表的精度等级应为级级故该表的允许误差为故该表的允许误差为200700L该仪表的精度等级应为该仪表的精度等级应为1.01.0级级。故该表的允许误差为故该表的允许误差为1。但1。但%21%1006=h去掉“去掉“”号与“”号,其数值为1.2，按回差要求应满足其精度等号与“”号,其数值为1.2，按回差要求应满足其精度等级要求级要求故应将该表的该精度等级应为故应将该表的该精度等级应为级级该表的允许误差应为该表的允许误差应为%2.1%100200700maxh2010-6-325级要求级要求，故应将该表的该精度等级应为故应将该表的该精度等级应为1.51.5级级。该表的允许
23、误差应为该表的允许误差应为1.5。1.5。返回下一页 上一页化工测量仪表26结论：结论：准确度等级根据仪表的最大引用误差和最大回差所决定。准确度等级根据仪表的最大引用误差和最大回差所决定。已知仪表准确度等级、量程，则可知仪表的允许引用误差和允许回差（即允许误差）。已知仪表准确度等级、量程，则可知仪表的允许引用误差和允许回差（即允许误差）。相等级的仪表相等级的仪表量程越大量程越大则允许的差越大则允许的差越大 相相同同等级的仪表等级的仪表，量程越大量程越大，则允许的则允许的误误差越大差越大。2010-6-326返回下一页 上一页化工测量仪表27数字式仪表的精度表示方法数字式仪表的精度表示方法常采用
24、下列两种方法表示：常采用下列两种方法表示：mxxUbUanUa%=式中式中测量误差；测量误差；U U 被测参数的读数被测参数的读数；U Ux x被测参数的读数被测参数的读数；U Um m被测参数的满度值；n被测参数的满度值；n最末一位的满度值；最末一位的满度值；a、b系数。系数。2010-6-327返回上一页化工测量仪表28第第一一篇篇压力测量压力测量第篇第篇压力测量压力测量概述概述 概述概述 第第一一章章 非远传式压力测量仪表非远传式压力测量仪表第章第章 非远传式压力测量仪表非远传式压力测量仪表 第二章第二章 远传式压力测量仪表远传式压力测量仪表 第三章第三章 压力测量仪表的选择、校验和安装
25、压力测量仪表的选择、校验和安装 小结小结2010-6-328返回化工测量仪表29概述概述概述概述压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力，即压强。压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力，即压强。PFAPFA 式中式中P压力；压力；F垂直作用力；垂直作用力；A受力面积。其它过去工程上常用的单位：受力面积。其它过去工程上常用的单位：大气大气标准大气标准大气工程工程大气大气压（压（kgf/cm2）、）、标准大气标准大气压（压（atm）：毫米水柱（）：毫米水柱（mmH2O）、毫米汞柱（）、毫米汞柱（mmHg）压力单位换算关系，参见表压力单位换算关系，参见表1-1-12010-6-329返回下一页化工测量
26、仪表30各种压力关系各种压力关系：在压力测量中在压力测量中，常有大气压力、绝对压力、表压和真空度之分常有大气压力、绝对压力、表压和真空度之分。P=PPP表表=P绝绝-P大气大气P真真=P大气大气-P绝绝绝压绝压 大气压，称表压或正压；绝压大气压，称表压或正压；绝压 大气压，称大气压，称真真空度或空度或负负压压若无特殊说明，仪表显示的若无特殊说明，仪表显示的测量结果均为表压或真空度测量结果均为表压或真空度真负真负测量结果均为表压或真空度测量结果均为表压或真空度2010-6-330返回上一页化工测量仪表31第第一一章章非远传式压力测量仪表非远传式压力测量仪表第章第章非远传式压力测量仪表非远传式压力
27、测量仪表第一节第一节液柱式压力计液柱式压力计第二节第二节应用弹性变形测量压力应用弹性变形测量压力2010-6-331返回化工测量仪表32第一节液柱式压力计第一节液柱式压力计以流体静力学原理为基础。以水或水银等作为工作液。以流体静力学原理为基础。以水或水银等作为工作液。U形管压力计形管压力计 单管压力计单管压力计 斜管压力计斜管压力计2010-6-332返回化工测量仪表33一、一、U型管压力计型管压力计PAghAghAp AA+=+式中式中 A U形管内孔截面积；形管内孔截面积；工作液的密度；工作液的密度；被测介质的密度；被测介质的密度；g 重力加速度；重力加速度；h 左右两边液柱差，左右两边液
28、柱差，h=h1+h2;PA 相对较低的压力或大气压；相对较低的压力或大气压；P 相对较高的压力。相对较高的压力。由上式可得由上式可得hppA=(1-2-2)hg()(1-2-2)2010-6-333返回下一页化工测量仪表34如果如果PA为大气压，被测介质为气体，为大气压，被测介质为气体，可以忽略不计。可以忽略不计。U型管压力计第二页型管压力计第二页则上式可以表示为：则上式可以表示为：hp=(1-2-3)hg=(1-2-3)浸润性工作液读取凹月面浸润性工作液读取凹月面因工作液不同，出现弯月现象因工作液不同，出现弯月现象。浸润性工作液读取凹月面浸润性工作液读取凹月面的最低点；非浸润性工作液的最低点
29、；非浸润性工作液读取凸月面的最高点读取凸月面的最高点。读取凸月面的最高点读取凸月面的最高点。2010-6-334上一页返回化工测量仪表35二、单管压力计二、单管压力计Phh()(1 2 4)Phhg=+()12式中式中h1 大容器中工作液下降的高度大容器中工作液下降的高度玻璃管中作液上升的高度玻璃管中作液上升的高度(1-2-4)h2 玻璃管中玻璃管中工工作液上升的高度作液上升的高度在压力在压力P的作用下，大容器内工作液下的作用下，大容器内工作液下降的体积等于管内工作液上升的体积降的体积等于管内工作液上升的体积即即降的体积等于管内工作液上升的体积降的体积等于管内工作液上升的体积，即即h1A1=h
30、2A22222121hDdhAAh=1式中式中A1 大容器截面；大容器截面；d 玻璃管直径；玻璃管直径；A2 玻璃管截面；玻璃管截面；D 大容器直径。大容器直径。PdDhg=+()1222若若DdPh g22010-6-335返回化工测量仪表36三、斜管压力计三、斜管压力计Phhg=+()12因因 Dd，则，则 h1+h2h2=Lsin iPL g=sin式中式中L 斜管内液柱的长度；斜管内液柱的长度；斜管倾斜角斜管倾斜角 斜管倾斜角斜管倾斜角。精确测量时精确测量时要考虑下降高度要考虑下降高度h此时此时精确测量时精确测量时，要考虑下降高度要考虑下降高度h1，此时此时gAALLghhP)sin(
31、)(1212+=+=d2=+=LdDgKL(sin)2因因 Lh2，则，则灵敏度高于单管灵敏度高于单管2010-6-336返回化工测量仪表37第二节第二节 应用弹性变形测量压力应用弹性变形测量压力第二节第二节 应用弹性变形测量压力应用弹性变形测量压力 原理原理 弹性元件弹性元件 弹簧管压力表弹簧管压力表 讨论讨论2010-6-337返回化工测量仪表38一、原理一、原理基于弹性元件的弹性特性。当弹性元件在其轴向受到外力作用时，会产生拉伸或压缩位移，即基于弹性元件的弹性特性。当弹性元件在其轴向受到外力作用时，会产生拉伸或压缩位移，即FCX(1-2-9)FCX=式中式中 F 轴向外力轴向外力X 弹性
32、弹性元元件件的变形的变形位位移移(1-2-9)弹性件位弹性件位C 弹性元件的刚度系数因为弹性元件的刚度系数因为FA Pe=(1-2-10)式中式中 Ae 弹性元件的有效面积弹性元件的有效面积P 被测压力被测压力则则A则则(1-2-11)pCAXe=若若Ae/C 为常数，则为常数，则 X 与与 P 为线性关系。为线性关系。2010-6-338返回e化工测量仪表39二、弹性元件二、弹性元件弹性后效与弹性滞后现象弹性后效与弹性滞后现象2010-6-339返回下一页化工测量仪表402010-6-340返回上一页化工测量仪表41三、弹簧管压力表三、弹簧管压力表PRb11222()1.测压原理测压原理=+
33、PEbha122()、E 弹簧管材料的泊松弹簧管材料的泊松系数和弹性模量；系数和弹性模量；h 弹簧管壁厚；弹簧管壁厚；Rh 弹簧管几何参数，弹簧管几何参数，,与与a/b比值有关的参数。比值有关的参数。=a22010-6-341返回下一页化工测量仪表422、弹簧管压力表结构弹簧管压力表结构2、弹簧管压力表结构弹簧管压力表结构（1）弹簧管）弹簧管扁平扁平中空中空横截面为椭圆形横截面为椭圆形端固端固扁平扁平、中空中空，横截面为椭圆形横截面为椭圆形，一，一端固端固定，另一端为自由端定，另一端为自由端,弧度为弧度为270。（2）齿轮齿轮杠杆传动机构杠杆传动机构（2）齿轮齿轮、杠杆传动机构杠杆传动机构（3
34、）游丝：克服齿轮间的间隙）游丝：克服齿轮间的间隙,减少减少变差变差(说明变差产生原因说明变差产生原因)变差变差(说明变差产生原因说明变差产生原因)。（。（4）指针、表盘：显示）指针、表盘：显示原理图2010-6-342返回上一页化工测量仪表43讨论讨论讨论讨论1.弹簧管压力表的量程与哪些因素有关？弹簧管压力表的量程与哪些因素有关？弹簧管初始几何形状弹簧管初始几何形状（角度角度截面截面）弹簧管初始几何形状弹簧管初始几何形状（角度角度、截面截面）、刚度（材料、壁厚）、刚度（材料、壁厚）2.当弹簧管刚度、几何形状确定，量程应如何调整？当弹簧管刚度、几何形状确定，量程应如何调整？改变放大机构的放大倍数
35、。改变放大机构的放大倍数。调整拉杆与扇形齿轮连接点（调整螺钉）调整拉杆与扇形齿轮连接点（调整螺钉）3.具有均匀壁厚的圆形弹簧管能否作为测压元件？具有均匀壁厚的圆形弹簧管能否作为测压元件？不能不能2010-6-343化工测量仪表44第二章第二章远传式压力测量仪表远传式压力测量仪表第二章第二章远传式压力测量仪表远传式压力测量仪表概述概述概述概述第第一一节节电阻式压力传感器电阻式压力传感器第节第节电阻式压力传感器电阻式压力传感器第二节第二节电容式压力传感器电容式压力传感器第三节第三节电感式压力传感器电感式压力传感器第四节第四节其它压力传感器其它压力传感器第四节第四节其它压力传感器其它压力传感器201
36、0-6-344返回化工测量仪表45概 述概 述变送器的任务是将各种非电量的工艺参数（压力、流量、物位、温度等），转换成统一标准信号，然后根据系统的需要，传送到有关仪变送器的任务是将各种非电量的工艺参数（压力、流量、物位、温度等），转换成统一标准信号，然后根据系统的需要，传送到有关仪表进行或控制表进行或控制表进行表进行显示显示或控制或控制。传感器的任务是将各种非电量的工艺参数（压力、流量、物位、温。传感器的任务是将各种非电量的工艺参数（压力、流量、物位、温0.14MPa压缩空气度等），转换成为各种便于远传的电量信号。压缩空气度等），转换成为各种便于远传的电量信号。220V（交流）（交流）24V（
37、直流）（直流）标准信号标准信号：气动气动20100kPa标准信号标准信号：气动气动20100kPa电动电动0 10 mA4 20 mA2010-6-345返回化工测量仪表46变送器输出与被测参数的换算关系变送器输出与被测参数的换算关系可以根据变送器的测量范围、工作能源、输出信号范围由下式求得可以根据变送器的测量范围、工作能源、输出信号范围由下式求得）IIIlxI+(min下下上）IIILI+=(min0式中式中 I变送器的输出信号值变送器的输出信号值；式中式中 I0 变送器的输出信号值变送器的输出信号值；x 被测参数的测量值（单位量纲应与变送器量程一致）；被测参数的测量值（单位量纲应与变送器量
38、程一致）；I上上、I下下变送器输出的上限值、下限值变送器输出的上限值、下限值;lmin 变送器测量范围的下限值。变送器测量范围的下限值。对于各种输出与被测参数满足线性关系的变送器均可适用对于各种输出与被测参数满足线性关系的变送器均可适用对于各种输出与被测参数满足线性关系的变送器均可适用对于各种输出与被测参数满足线性关系的变送器均可适用。2010-6-346返回化工测量仪表47第一节电阻式压力传感器第一节电阻式压力传感器一、一、工作原理工作原理二、二、应变片应变片三、三、压力传感器压力传感器2010-6-347返回化工测量仪表48一、工作原理一、工作原理RLA=电阻率；电阻率；L 电阻的长度；电
39、阻的长度；A电阻的截面电阻的截面当电阻受到拉力作用后当电阻受到拉力作用后电阻的变化率为电阻的变化率为A 电阻的截面电阻的截面。(1-3-2)当电阻受到拉力作用后当电阻受到拉力作用后，电阻的变化率为电阻的变化率为dAdALdLRdR+=dddLdR对圆截面的电阻丝对圆截面的电阻丝A=D2/4，推导可得：，推导可得：1金属导体金属导体ddLdLRdR+=+=)21()21()(R（1-3-7）1.金属导体金属导体)21(+=RR-轴向应变轴向应变，=dL/L 径向应径向应变变22=LdLSdS2010-6-348返回下一页LS化工测量仪表492.半导体半导体E=(1-2-16)半导体材料的压阻系数
40、半导体材料的压阻系数 纵向应力纵向应力,E半导体材料的弹性模量半导体材料的弹性模量=EE 半导体材料的弹性模量半导体材料的弹性模量；纵向应变。纵向应变。REK(1 2 17)REK=(1-2-17)=E，称为半导体灵敏系数。，称为半导体灵敏系数。2010-6-349返回上一页化工测量仪表50二、应变片二、应变片应变片2010-6-350返回化工测量仪表51三、压力传感器三、压力传感器1应变式压力传感器应变式压力传感器应变筒应变筒动画动画1.应变式压力传感器应变式压力传感器应变筒应变筒动画动画UUUR RR RRRRRUsccacb=+14231234()()由图可得（由图可得（129）2010
41、-6-351返回下一页化工测量仪表52此此时桥路应处于平衡时桥路应处于平衡，应使应使Usc=0 ，即应满足即应满足时桥路应处于平衡时桥路应处于平衡应使应使sc即应满足即应满足R RR R1423=如果四个桥臂电阻均为应变片如果四个桥臂电阻均为应变片当有压力作用时当有压力作用时设每个桥臂电设每个桥臂电（130）如果四个桥臂电阻均为应变片如果四个桥臂电阻均为应变片，当有压力作用时当有压力作用时，设每个桥臂电设每个桥臂电阻的变化量为阻的变化量为Ri,并且 并且 Ri Ri，在满足桥路平衡的条件下，可，在满足桥路平衡的条件下，可得得R RRRRR得得UR RRRRRRRRRRRUsc=+1212211
42、224433()()（131）若若RR 为应变片为应变片RR 为固定精密电阻为固定精密电阻（RR0）若若R1、R2 为应变片为应变片，R3 、R4 为固定精密电阻为固定精密电阻（R3=R4=0），且，且 R1=R2 ，但，但R1 R2 ，据应变原理，据应变原理RRRRRR2211=2010-6-352返回下一页上一页化工测量仪表53则则UURRUKsc=+=+414111()()（132）桥路输出电压桥路输出电压Usc与应变成正比，而与应变筒的轴向应变成正比。与应变成正比，而与应变筒的轴向应变成正比。Usc与被测压力与被测压力 P成正比，测得成正比，测得 Usc可知被测压力可知被测压力 P。2
43、010-6-353返回上一页化工测量仪表542.压阻式压力传感器压阻式压力传感器2.压阻式压力传感器压阻式压力传感器特点特点：易于微小型化易于微小型化：灵敏系数灵敏系数高高：灵敏系数灵敏系数高高：测量范围宽：测量范围宽：精度高、工作可靠精度高、工作可靠。温度系数大温度系数大。温度系数大温度系数大。2010-6-354返回化工测量仪表55扩散扩散硅压硅压力力变送器变送器扩散扩散硅压硅压力力变送器变送器MPX7100MPX7100：十字形硅压力传感器：十字形硅压力传感器：十字形硅压力传感器：十字形硅压力传感器扩散力扩散力扩散力扩散力XTR101XTR101：两线制变送器芯片：两线制变送器芯片：两线
44、制变送器芯片：两线制变送器芯片2010-6-355化工测量仪表56第三节电容式压力传感器第三节电容式压力传感器),(*0dSfdSdSCrr=平行板电容：平行板电容：1、电容式传感器、电容式传感器dd类型：平行板电容器、圆筒形电容器类型：平行板电容器、圆筒形电容器变间距变间距，变面积变面积，变介电常数变介电常数变间距变间距，变面积变面积，变介电常数变介电常数2010-6-356化工测量仪表572、1151型电容压力（差压）变送器型电容压力（差压）变送器差动电容传感器：当过程压力从测量容室的两侧（或一侧）施加到隔离膜片后，经硅油灌充液传至差动电容传感器：当过程压力从测量容室的两侧（或一侧）施加到
45、隔离膜片后，经硅油灌充液传至室的中心膜片上，中心膜片是一个边缘张紧的平膜片，在压力的作用下，产生相应的位移（最大室的中心膜片上，中心膜片是一个边缘张紧的平膜片，在压力的作用下，产生相应的位移（最大约约0.1mm），该位移即形成差动电容变化，并经电子线路板的解调、振荡和放大，转换成二线制的），该位移即形成差动电容变化，并经电子线路板的解调、振荡和放大，转换成二线制的420mA.DC输出信号，输出电流与过程压力的大小成正比。输出信号，输出电流与过程压力的大小成正比。2010-6-357返回化工测量仪表582010-6-358化工测量仪表59原理原理基于负反馈原理工作的基于负反馈原理工作的由三大部分
46、组成由三大部分组成原理原理：基于负反馈原理工作的基于负反馈原理工作的，由三大部分组成由三大部分组成输入转换部分：敏感元件感受被测参数，将被测参数转化为某一中间模输入转换部分：敏感元件感受被测参数，将被测参数转化为某一中间模拟拟量量Zi拟拟反馈部分：将变送器输出信号反馈部分：将变送器输出信号Y转换成反馈信号转换成反馈信号Zf（与（与Zi同一类型）同一类型）放大部分：把放大部分：把Zi,Zf的差值的差值（Zi-Zf=）放大，转换成标准输出信号）放大，转换成标准输出信号Y结论：结论：1、仪表的特性与输入部分和反馈部分有关。、仪表的特性与输入部分和反馈部分有关。2、若、若F，C是常数，则变送器输出与输
47、入将保持良好的线性关系。是常数，则变送器输出与输入将保持良好的线性关系。2010-6-359化工测量仪表603、3051系列智能型变送器系列智能型变送器3、3051系列智能型变送器系列智能型变送器2010-6-360化工测量仪表61 罗斯蒙特技术和产品应用于电力、石油、化工等领域。罗斯蒙特技术和产品应用于电力、石油、化工等领域。3051S压力变送器系列压力变送器系列3051S压力变送器系列压力变送器系列1 工业标准产品，提供无以匹敌的性能与可靠性；工业标准产品，提供无以匹敌的性能与可靠性；2 同类产品性能最优，精度高达 同类产品性能最优，精度高达0.025%；3规模可变平台规模可变平台具有具有
48、HART基金会现场总线基金会现场总线过程诊过程诊3 规模可变平台规模可变平台，具有具有HART、基金会现场总线基金会现场总线，过程诊过程诊断与安全认证证书；断与安全认证证书；4 共面法兰设计把阀组，密封件（膜盒）与一次元件一体 共面法兰设计把阀组，密封件（膜盒）与一次元件一体化成为单个组合件化成为单个组合件化成为单个组合件化成为单个组合件.3051C型差压、表压与绝压变送器型差压、表压与绝压变送器1性能优异性能优异精度精度0 04%1 性能优异性能优异：精度精度0.04%2 总体性能高达 总体性能高达 0.125%，五年稳定性，五年稳定性3 共平面平台允许将阀组、一次元件和远传装置一体化 共平
49、面平台允许将阀组、一次元件和远传装置一体化4校验量程从校验量程从0 1i H2O至至4000i(25P 到到27 6P)4 校验量程从校验量程从0.1inH2O至至4000psia(25Pa到到27.6mPa)5 过程隔离膜片：过程隔离膜片：316L不锈钢，哈氏合金不锈钢，哈氏合金C，蒙乃尔，钽（仅限，蒙乃尔，钽（仅限CD，CG）及镀金蒙及尔，镀金不锈钢）及镀金蒙及尔，镀金不锈钢6设计小巧设计小巧坚固而质轻坚固而质轻易于安装易于安装2010-6-3616 设计小巧设计小巧、坚固而质轻坚固而质轻，易于安装易于安装7 复合量程（仅限 复合量程（仅限CD、CG），可测量负压），可测量负压化工测量仪表
50、624、信号制式与连接4、信号制式与连接信号信号统一信号统一信号信号信号：统一信号统一信号连接：四线制、两线制两线制与四线制变送器相比，具有三个优点：连接：四线制、两线制两线制与四线制变送器相比，具有三个优点：1、节省电缆和安装费用。、节省电缆和安装费用。2、只需用一根穿线管道。、只需用一根穿线管道。3、易燃易爆的环境中，只需另配一只安全栅。要实现两线制传输，必须采用有活零点的电流信号，当变送器输出为、易燃易爆的环境中，只需另配一只安全栅。要实现两线制传输，必须采用有活零点的电流信号，当变送器输出为信信保它体件有作保它体件有作零零信信号时，应号时，应保保证证它它内部的半导内部的半导体体器器件件