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1、过控过程参数检测与变送第1页，本讲稿共19页 过程参数检测：过程参数检测：过程参数检测：过程参数检测：是指连续生产过程中的温度、压力、是指连续生产过程中的温度、压力、是指连续生产过程中的温度、压力、是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。流量、液位和成分等参数的检测。流量、液位和成分等参数的检测。流量、液位和成分等参数的检测。传感器：传感器：传感器：传感器：是过程控制系统中的检测部件，它感受被测量是过程控制系统中的检测部件，它感受被测量是过程控制系统中的检测部件，它感受被测量是过程控制系统中的检测部件，它感受被测量 参数的变化，并将其转化成相应的电信号。参数的变化，并将其
2、转化成相应的电信号。参数的变化，并将其转化成相应的电信号。参数的变化，并将其转化成相应的电信号。作用：作用：作用：作用：1 1 1 1、实现对过程参数的显示、实现对过程参数的显示、实现对过程参数的显示、实现对过程参数的显示2 2 2 2、是过程控制的依据、是过程控制的依据、是过程控制的依据、是过程控制的依据测测量量精精度度目的：目的：目的：目的：1 1 1 1、了解常用检测仪表的工作原理、了解常用检测仪表的工作原理、了解常用检测仪表的工作原理、了解常用检测仪表的工作原理2 2 2 2、合理地选择检测仪表、合理地选择检测仪表、合理地选择检测仪表、合理地选择检测仪表3 3 3 3、正确地使用检测仪
3、表、正确地使用检测仪表、正确地使用检测仪表、正确地使用检测仪表变送器：变送器：变送器：变送器：是将检测部件测量输出的信号转化成标准统一是将检测部件测量输出的信号转化成标准统一是将检测部件测量输出的信号转化成标准统一是将检测部件测量输出的信号转化成标准统一 信号的仪表。信号的仪表。信号的仪表。信号的仪表。返回3.0 3.0 概 述第2页，本讲稿共19页3.1 3.1 检测与变送的基本概念检测与变送的基本概念一、测量过程与测量误差（一、测量过程与测量误差（一、测量过程与测量误差（一、测量过程与测量误差（P50P50P50P50）测量过程：测量过程：测量过程：测量过程：是利用一个已知的单位量（即标准
4、量）与被是利用一个已知的单位量（即标准量）与被是利用一个已知的单位量（即标准量）与被是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。测的同类量进行比较的过程。测的同类量进行比较的过程。测的同类量进行比较的过程。测量误差：测量误差：测量误差：测量误差：由于测量工具的准确性、观察者的主观性、外由于测量工具的准确性、观察者的主观性、外由于测量工具的准确性、观察者的主观性、外由于测量工具的准确性、观察者的主观性、外 界条件的变化以及某些偶然因素等的影响，使界条件的变化以及某些偶然因素等的影响，使界条件的变化以及某些偶然因素等的影响，使界条件的变化以及某些偶然因素等的影响，使 得测量结
5、果与被测量的真值之间存在一定的差得测量结果与被测量的真值之间存在一定的差得测量结果与被测量的真值之间存在一定的差得测量结果与被测量的真值之间存在一定的差 值，称之为测量误差。值，称之为测量误差。值，称之为测量误差。值，称之为测量误差。1)1)1)1)绝对误差与相对误差；绝对误差与相对误差；绝对误差与相对误差；绝对误差与相对误差；2)2)2)2)系统误差、随机误差和疏忽误差；系统误差、随机误差和疏忽误差；系统误差、随机误差和疏忽误差；系统误差、随机误差和疏忽误差；3)3)3)3)基本误差、附加误差和允许误差；基本误差、附加误差和允许误差；基本误差、附加误差和允许误差；基本误差、附加误差和允许误差
6、；误差分类：误差分类：误差分类：误差分类：第3页，本讲稿共19页 仪表精度等级常以仪表精度等级常以仪表精度等级常以仪表精度等级常以或或或或的形式标于仪表的面板上，的形式标于仪表的面板上，的形式标于仪表的面板上，的形式标于仪表的面板上，我国过程检测控制仪表的精度等级有我国过程检测控制仪表的精度等级有我国过程检测控制仪表的精度等级有我国过程检测控制仪表的精度等级有0.0050.0050.0050.005、0.020.020.020.02、0.10.10.10.1、0.350.350.350.35、0.50.50.50.5、1.01.01.01.0、1.51.51.51.5、2.52.52.52.5
7、、4 4 4 4等，等，等，等，一般工业用仪表的精度等级为一般工业用仪表的精度等级为一般工业用仪表的精度等级为一般工业用仪表的精度等级为0.50.50.50.54 4 4 4。二、检测仪表的性能指标二、检测仪表的性能指标二、检测仪表的性能指标二、检测仪表的性能指标 （P51P51P51P51）1 1 1 1、仪表精度、仪表精度、仪表精度、仪表精度2 2 2 2、变差、变差、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、在外界条件不变的情况下，用同一仪表对同一个量进行正、在外界条件不变的情况下，用同一仪表对同一个量进行正、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
8、程（即逐渐由小到大或逐渐由大到小）测量时，所得仪表两反行程（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，所得仪表两示值之差，称为变差。示值之差，称为变差。示值之差，称为变差。示值之差，称为变差。3 3 3 3、灵敏度与灵敏限、灵敏度与灵敏限、灵敏度与灵敏限、灵敏度与灵敏限返回第4页，本讲稿共19页3.2 工业过程中的传感器工业过程中的传感器主要介绍主要介绍主要介绍主要介绍 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器、流量传感器流量传感器流量传感器流量传感器、液位传感器液位传感器液位传感器液位
9、传感器一、温度传感器一、温度传感器一、温度传感器一、温度传感器温度温度温度温度 是表示物体冷热程度的物理量，温度检测约占所有过是表示物体冷热程度的物理量，温度检测约占所有过是表示物体冷热程度的物理量，温度检测约占所有过是表示物体冷热程度的物理量，温度检测约占所有过 程变量检测的程变量检测的程变量检测的程变量检测的50%50%50%50%。测温方法：测温方法：测温方法：测温方法：接触式：接触式：接触式：接触式：非接触式：非接触式：非接触式：非接触式：优点：优点：优点：优点：简单、可靠，测量精度较高简单、可靠，测量精度较高简单、可靠，测量精度较高简单、可靠，测量精度较高通过测量物体与被测介质的接触
10、来测量物体的温度。通过测量物体与被测介质的接触来测量物体的温度。通过测量物体与被测介质的接触来测量物体的温度。通过测量物体与被测介质的接触来测量物体的温度。通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度。通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度。通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度。通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度。缺点：缺点：缺点：缺点：测量有滞后，不能应用于温度很高或产生化学反测量有滞后，不能应用于温度很高或产生化学反测量有滞后，不能应用于温度很高或产生化学反测量有滞后，不能应用于温度很高或产生化学反 应的场合。应的场合。应的场合。应的场合。优点：优点：优点：优点：测温范围广、测温速度快，可
11、对运动物体测温。测温范围广、测温速度快，可对运动物体测温。测温范围广、测温速度快，可对运动物体测温。测温范围广、测温速度快，可对运动物体测温。缺点：缺点：缺点：缺点：准确性不高。准确性不高。准确性不高。准确性不高。第5页，本讲稿共19页测温方法、测温原理的比较见测温方法、测温原理的比较见测温方法、测温原理的比较见测温方法、测温原理的比较见 P53P53P53P53表表表表3-13-13-13-11 1 1 1、热电偶温度传感器、热电偶温度传感器、热电偶温度传感器、热电偶温度传感器工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：将任意两种不同的导体将任意两种不同的导体将任意两种不同的导体将任意两种不同的
12、导体A A A A、B B B B组合成一个闭合回路，由于它们组合成一个闭合回路，由于它们组合成一个闭合回路，由于它们组合成一个闭合回路，由于它们的自由电子密度不同，因而相互的自由电子密度不同，因而相互的自由电子密度不同，因而相互的自由电子密度不同，因而相互扩散，在扩散，在扩散，在扩散，在A A A A、B B B B接触处产生电场。平接触处产生电场。平接触处产生电场。平接触处产生电场。平衡时，在衡时，在衡时，在衡时，在A A A A、B B B B间的电位差称为接触间的电位差称为接触间的电位差称为接触间的电位差称为接触电动势。电动势。电动势。电动势。接触电动势的大小取决于接触电动势的大小取决
13、于接触电动势的大小取决于接触电动势的大小取决于A A A A、B B B B的材的材的材的材料种类料种类料种类料种类和和和和接触点的温度接触点的温度接触点的温度接触点的温度。回路中的总电动势：回路中的总电动势：回路中的总电动势：回路中的总电动势：当当当当A A A A、B B B B材料一定、冷端温度一定时，热电势是热端温度的单值材料一定、冷端温度一定时，热电势是热端温度的单值材料一定、冷端温度一定时，热电势是热端温度的单值材料一定、冷端温度一定时，热电势是热端温度的单值函数，因而函数，因而函数，因而函数，因而。第6页，本讲稿共19页2 2 2 2、热电阻温度传感器、热电阻温度传感器、热电阻温
14、度传感器、热电阻温度传感器工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：导体或半导体的电阻值随温度而变化。导体或半导体的电阻值随温度而变化。导体或半导体的电阻值随温度而变化。导体或半导体的电阻值随温度而变化。例如：例如：例如：例如：铂电阻铂电阻铂电阻铂电阻较热电偶：测量精度高，输出信号大，性能稳定，灵敏度高。较热电偶：测量精度高，输出信号大，性能稳定，灵敏度高。较热电偶：测量精度高，输出信号大，性能稳定，灵敏度高。较热电偶：测量精度高，输出信号大，性能稳定，灵敏度高。第7页，本讲稿共19页3 3 3 3、辐射式温度传感器、辐射式温度传感器、辐射式温度传感器、辐射式温度传感器工作原理：工作原理：工作原
15、理：工作原理：物体具有辐射特性，其辐射能的多少与物体的物体具有辐射特性，其辐射能的多少与物体的物体具有辐射特性，其辐射能的多少与物体的物体具有辐射特性，其辐射能的多少与物体的 温度有关。温度有关。温度有关。温度有关。热辐射的本质是电磁波，它是电磁波频谱中波长为热辐射的本质是电磁波，它是电磁波频谱中波长为热辐射的本质是电磁波，它是电磁波频谱中波长为热辐射的本质是电磁波，它是电磁波频谱中波长为0.40.40.40.440404040mmmm的波段，其中：的波段，其中：的波段，其中：的波段，其中：0.40.40.40.40.80.80.80.8m m m m 的波段的波段的波段的波段用光电传感器测量
16、其辐射能用光电传感器测量其辐射能用光电传感器测量其辐射能用光电传感器测量其辐射能0.80.80.80.840404040m m m m 的波段的波段的波段的波段用热敏元件测量其辐射能用热敏元件测量其辐射能用热敏元件测量其辐射能用热敏元件测量其辐射能目前常见的光电传感器有：目前常见的光电传感器有：目前常见的光电传感器有：目前常见的光电传感器有：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等等等等第8页，本讲稿共19页二、流量传感器二、流量传感器二、流量传感器二、流量传感器物料主要有
17、：物料主要有：物料主要有：物料主要有：气体、液体、固体气体、液体、固体气体、液体、固体气体、液体、固体流量：流量：流量：流量：单位时间内通过管道某一截面积的物料数量。单位时间内通过管道某一截面积的物料数量。单位时间内通过管道某一截面积的物料数量。单位时间内通过管道某一截面积的物料数量。体积流量体积流量体积流量体积流量Q Q Q Q 重量流量重量流量重量流量重量流量G G G G 质量流量质量流量质量流量质量流量M M M M 1 1 1 1、差压流量计、差压流量计、差压流量计、差压流量计原理：原理：原理：原理：当流体充满水平管道流当流体充满水平管道流当流体充满水平管道流当流体充满水平管道流 动
18、时，满足伯努利方程。动时，满足伯努利方程。动时，满足伯努利方程。动时，满足伯努利方程。静静静静压压压压力力力力压力位能压力位能压力位能压力位能流体动能流体动能流体动能流体动能第9页，本讲稿共19页由（由（由（由（1 1 1 1）、（）、（）、（）、（2 2 2 2）其中：其中：其中：其中：第10页，本讲稿共19页2 2 2 2、转子流量计、转子流量计、转子流量计、转子流量计适用于测量管径在适用于测量管径在适用于测量管径在适用于测量管径在50505050mmmmmmmm以下管道的流量（小流量的测量）以下管道的流量（小流量的测量）以下管道的流量（小流量的测量）以下管道的流量（小流量的测量）流体的流
19、速越快，转子上升越高。平衡时，流体的流速越快，转子上升越高。平衡时，流体的流速越快，转子上升越高。平衡时，流体的流速越快，转子上升越高。平衡时，转子会稳定在一定的高度上。转子会稳定在一定的高度上。转子会稳定在一定的高度上。转子会稳定在一定的高度上。转子在锥形管流体中的平衡条件为：转子在锥形管流体中的平衡条件为：转子在锥形管流体中的平衡条件为：转子在锥形管流体中的平衡条件为：式中：式中：式中：式中：转子的体积；转子的体积；转子的体积；转子的体积；转子材料重度；转子材料重度；转子材料重度；转子材料重度；被测流体的重度；被测流体的重度；被测流体的重度；被测流体的重度；转子上、下流体作用在转转子上、下
20、流体作用在转转子上、下流体作用在转转子上、下流体作用在转 子上的静压力；子上的静压力；子上的静压力；子上的静压力；转子最大的横截面积。转子最大的横截面积。转子最大的横截面积。转子最大的横截面积。第11页，本讲稿共19页根据流体力学知识可知：根据流体力学知识可知：根据流体力学知识可知：根据流体力学知识可知：式中：式中：式中：式中：重力加速度；重力加速度；重力加速度；重力加速度；流体流过环隙的流速；流体流过环隙的流速；流体流过环隙的流速；流体流过环隙的流速；阻力系数，与转子形状、流体粘性等有关；阻力系数，与转子形状、流体粘性等有关；阻力系数，与转子形状、流体粘性等有关；阻力系数，与转子形状、流体粘
21、性等有关；第12页，本讲稿共19页第13页，本讲稿共19页其中：其中：其中：其中：3 3 3 3、椭圆齿轮流量计、椭圆齿轮流量计、椭圆齿轮流量计、椭圆齿轮流量计第14页，本讲稿共19页4 4 4 4、电磁流量计、电磁流量计、电磁流量计、电磁流量计用以测量管道中用以测量管道中用以测量管道中用以测量管道中导电性液体导电性液体导电性液体导电性液体的体积流量。的体积流量。的体积流量。的体积流量。运用法拉弟电磁感应定律运用法拉弟电磁感应定律运用法拉弟电磁感应定律运用法拉弟电磁感应定律（右手定则）（右手定则）（右手定则）（右手定则）式中：式中：式中：式中：第15页，本讲稿共19页三、液位传感器三、液位传感
22、器三、液位传感器三、液位传感器1 1 1 1、浮力式液位计（、浮力式液位计（、浮力式液位计（、浮力式液位计（P84P84P84P84）2 2 2 2、静压式液位计、静压式液位计、静压式液位计、静压式液位计容器内取压平面上的静压力容器内取压平面上的静压力容器内取压平面上的静压力容器内取压平面上的静压力3 3 3 3、电容式液位计、电容式液位计、电容式液位计、电容式液位计用以测量导电液体用以测量导电液体用以测量导电液体用以测量导电液体原理：原理：原理：原理：平行板电容器之间填充平行板电容器之间填充平行板电容器之间填充平行板电容器之间填充 的介质发生变化时，电的介质发生变化时，电的介质发生变化时，电
23、的介质发生变化时，电 容量的大小发生变化。容量的大小发生变化。容量的大小发生变化。容量的大小发生变化。第16页，本讲稿共19页4 4 4 4、超声波传感器、超声波传感器、超声波传感器、超声波传感器5 5 5 5、激光测距仪、激光测距仪、激光测距仪、激光测距仪适于远距离测距适于远距离测距适于远距离测距适于远距离测距第17页，本讲稿共19页四、传感器的选用四、传感器的选用四、传感器的选用四、传感器的选用1 1 1 1、根据测量范围和精度要求，确定仪表量程和精度等级；、根据测量范围和精度要求，确定仪表量程和精度等级；、根据测量范围和精度要求，确定仪表量程和精度等级；、根据测量范围和精度要求，确定仪表
24、量程和精度等级；某些传感器在量程的某些传感器在量程的某些传感器在量程的某些传感器在量程的1/31/31/31/32/32/32/32/3范围内测量较准确。范围内测量较准确。范围内测量较准确。范围内测量较准确。精度等级根据具体系统的控制要求而定，精度等级越高，精度等级根据具体系统的控制要求而定，精度等级越高，精度等级根据具体系统的控制要求而定，精度等级越高，精度等级根据具体系统的控制要求而定，精度等级越高，价格越高。价格越高。价格越高。价格越高。2 2 2 2、必须注意传感器的工作环境；、必须注意传感器的工作环境；、必须注意传感器的工作环境；、必须注意传感器的工作环境；腐蚀性，环境温度是否过高等
25、等腐蚀性，环境温度是否过高等等腐蚀性，环境温度是否过高等等腐蚀性，环境温度是否过高等等3 3 3 3、必须考虑：容器的条件（形状、大小），现场安装条件（安装位置、必须考虑：容器的条件（形状、大小），现场安装条件（安装位置、必须考虑：容器的条件（形状、大小），现场安装条件（安装位置、必须考虑：容器的条件（形状、大小），现场安装条件（安装位置、周围有否振动冲击），安全性（防火、防爆），信号输出方式等；周围有否振动冲击），安全性（防火、防爆），信号输出方式等；周围有否振动冲击），安全性（防火、防爆），信号输出方式等；周围有否振动冲击），安全性（防火、防爆），信号输出方式等；4 4 4 4、价格、价格
26、、价格、价格 第18页，本讲稿共19页五、变送器（略）五、变送器（略）五、变送器（略）五、变送器（略）将检测元件输出的电信号经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、将检测元件输出的电信号经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、将检测元件输出的电信号经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、将检测元件输出的电信号经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/IV/IV/IV/I转换、恒流及反向保护转换成标准统一的信号。转换、恒流及反向保护转换成标准统一的信号。转换、恒流及反向保护转换成标准统一的信号。转换、恒流及反向保护转换成标准统一的信号。零点漂移、零点漂移、零点漂移、零点漂移、线性度变化线性度变化线性度变化线性度变化返回第19页，本讲稿共19页