量测元件及传送器-温度.ppt

第二單元 基礎控制 -量測元件及傳送器- Measure Element & Transmitter,壓力測量 溫度測量 流量測量 液位測量 線上分析儀 . .,對量測元件要求,為求精度之程序控制效果，對量測元件要求： 精確度(precision)：指儀器可測得的最少量測單位，隨著控制要求，精確度亦須相對提升。 準確度 (accuracy)：儀器本身之系統性誤差(systematic error)所造成與實際值之差異。 再現性度 (repeatability)：儀器量測時之隨機誤差 (random error)所造成與實際值之差異。隨機誤差有正有負，故以多少來表示。 工作環境：工作環境對某些線上分析儀之準度及壽命均有深遠的影響，必須仔細評估，保護設備(如一空調小屋)加上，以維護儀器 線性化(linearity)：大部分的儀錶間傳送均為線性的，因此將量測元件的量測特性給予線性化是必要的。,壓力測量 基本元件,彈性變形元件(Pressure spring)為壓力測量基本元件,壓力測量 基本元件,彈性變形元件(Pressure spring)為壓力測量基本元件, P2,P1,P2,巴登管靜壓元件,薄膜靜壓元件、差壓元件,蝸形管靜壓元件,扁囊差壓元件,螺漩管靜壓元件,伸縮囊差壓元件, 壓力,壓力 ,壓力 ,密封油,P1,P1,P2,壓力測量 壓力錶保護,壓力錶直接由彈性變形元件感測壓力以連桿或力矩帶動指針。 易因彈性疲乏、氧化、或超限而變形，容易產生誤差，壓力錶的保護及校正很重要 保護方式：緩衝器(抗劇烈變化)、化學隔離(抗腐蝕)、豬尾巴虹吸管(抗濕熱)。 校正：採用精密壓力校正器或重量砝碼為標準，利用氣壓源、油壓源或手動壓力唧筒為壓力源。,壓力標準,待校正壓力錶,壓力源,化學隔離,蒸汽虹吸管,壓力錶保護,壓力錶校正,密封油,壓力測量 壓力傳送器,靜壓或差壓信號經壓力元件產生位移最常利用下列裝元件轉換為電流或電壓： 線性變差電轉換器(LVDT)利用電感原理，以差電線路增加靈敏度。 應變計(Strain Gauge)利用電阻絲嵌在彈性膜上，當彈性膜受到張力，將電阻絲拉長、變細，改變電阻 信號，經電橋電路轉換將信號傳出。,G,R1,R2,R3,信號轉 換輸出,壓力元件位移,LVDT轉換器,信號 輸出,Strain Gauge 轉換器,壓力傳送器（Strain Gauge),R L/A,A大 L短,R小,壓力傳送器（Strain Gauge),R L/A,A小 L長,R大,壓力傳送器（Strain Gauge),利用電阻絲嵌在彈性膜上，當彈性膜受到張力，將電阻絲拉長、變細，改變電阻 信號 經偏轉式惠斯登電橋(Weston Bridge)電路轉換將信號傳出。 平衡型惠斯登電橋,R4,I,G,I=0,壓力傳送器（LVDT),線性變差電轉換器(LVDT)(Linear Variable Differential Transformer) 利用電感原理，以差電線路增加靈敏度。,壓力元件位移,LVDT轉換器,信號 輸出,壓力傳送器（LVDT),線性變差電轉換器 RC1減少 RC2增加,壓力元件位移,LVDT轉換器,信號 輸出,RC1,RC2,流量測量 測量元件,差壓式流量元件流體流過定面積阻流器，阻流器兩端差壓隨流量而改變： 初級元件（即量測元件）包括：流孔板、文式管、流嘴 次級元件（即差壓元件） 流量傳送器（即差壓傳送器）,P1 高壓側,P2 低壓側,P1 高壓側,P2 低壓側,流孔板,文式管,P1 高壓側,P2 低壓側,流嘴,同心圓,偏心圓,d,管徑 D,流孔板費用低、簡單、可靠度高、適用範圍廣泛等優點，但因流量與壓降的關係非線性，傳送器需加開根號器。 流孔板的係數CD由下列因數決定 流孔板形狀、壓力接頭、(= d/D）及雷諾數（NRE) 因此標準流孔板都有其規範,邊緣接頭,標準流孔板,角分接頭,流量測量 流孔板,文式管摩擦損失小，適合髒的或黏性液體及一些slurries，但價格高、安裝使用較複雜 流嘴居流孔板與文式管間，較常被採用,流量測量 文式管與流嘴板,流量測量 差壓傳送器,流速測量 艾紐巴管(Annubar Tube),皮托管(Pitot Tube)測點速度,艾紐巴管(Annubar Tube)測平均速度,艾紐巴管(Annubar Tube),衝壓,靜壓,流量測量 變面積測量元件,變面積元件阻流器兩端差壓固定，阻流器隨流量而移動以改變面積 浮子流量計(Rotameter) 通常指示用,浮子流量計,流体方向,流量測量 變面積測量元件,流量測量 磁流量傳送器,最普遍之流量傳送器：以差壓元件測差壓流量計所產生之信號，再經LVDT等線路轉換為電流、電壓信號。 電磁流量計： 藉流體的導電性，利用彿萊明左手定律之原理，將流速信號，轉換為電流、電壓信號。,N,S,_,+,導電流體,電磁流量計,流動管路,電壓信號,常用流量計選用之參考,液位測量 靜壓傳送器,液位傳送器則多採靜壓法，利用隨液位上昇產生線性變化之壓力信號，以壓力元件測量液位信號，再由LVDT或應變計轉換為電子信號,液位傳送器,液位測量 玻璃液位計,圓管式 （便宜、通用、不耐高壓）,平板式反射型,平板式穿透型,（耐高壓、堅固）,液位測量最直接的方式是玻璃液位計， 玻璃管低壓系採圓管，高壓系採平板式。,開放槽使用錶壓法，密閉槽使用差壓法,液位測量 靜壓法,零點提昇,零點提昇,零點壓抑,溫度儀器種類,膨脹式溫度儀器 水銀溫度計：水銀之膨脹隨溫度而變，指示範圍約在0 300左右 雙金屬溫度計：利用不同金屬之熱膨脹係數差異，其使用 範圍約在-184427左右，通常裝於管線中作指示用 電阻式溫度儀器(resistance temperature detector,RTD) 熱電偶式溫度儀器(thermo couple),雙金屬溫度計,A熱膨脹係數大,B熱膨脹係數小,加熱,溫度測量 熱電偶（）原理,熱電偶(TC) 利用兩金屬接點溫差產生電動勢，熱電原理如下 席貝克效應（Seeback Effect）：不同金屬兩接點溫度不同時，則有電流。 潘第效應（ Peltier Effect）：電流通過兩金屬接點，若電流由正元件流向負元件，則放熱溫度升高。 湯姆遜效應（ Thomson Effect）：均勻之金屬線兩端溫度不同便會產生電動勢,TT,TT,電流,電流,A金屬（）,A金屬（）,B金屬（）,B金屬（）,T1,T1,T2,T2,電動勢 EA = CA (T1T2),電動勢 EB = CB(T1T2),電流,A金屬（）,B金屬（）,（T1 T2）,T1,T2,溫度測量 熱電偶（）原理,熱電定律：熱電偶測量溫度T1時，利用冰點為參考溫度及外接銅導線或補償導線以作電動勢測量時，產生電動勢 EC 與兩端點溫差 (T1-T4)正比，與其他中間溫度(T2、 T3)或銅導線無關 熱電偶產生電動勢 mV，經信號處理器轉為420mA或15V 熱電偶優點：簡單、便宜、可靠、響應快、量測溫度範圍廣， 熱電偶缺點：則是須小心安裝，有時須放大輸出訊號，其精確度遜於RTD式溫度計 熱電偶可測溫度大於1000。C,A 金屬(),B 金屬(),T2,T3,電 動 勢 感 測,T4 參考溫度,銅導線,熱電偶溫度測量 EC = (CA-CB) x (T1-T4),T1,補償導線,EC,電流信 號輸出,+ -,信號處理器 I = (R2 / R1R3 ) Vin,Vin,R2,R1,R3,R5,R4,R L,I,常用熱電偶,溫度測量 電阻溫度計溫度計（RTD）原理,電阻溫度計(RTD) 以電阻絲，在雲母片絕緣繞成，再以彈性鋼保護即成。在特定範圍內，隨溫度改變電阻。 電導體的電阻性隨溫度變化 R = Ro(1+ (T -To) 金屬線材之種類有鉑線、鎳線與銅線之分，以鉑線之線材最佳 為了消除導線因焦耳效應或室溫變化產生誤差，通常以 Pt100 三線式感測球泡 RTD 作為溫度測量。 適用溫度範圍常為 250。C以下。,雲母片,電阻球泡（RTD),A,B B,保護彈性鋼,三線式(RTD)接2U電橋,以偏轉型惠司登電橋傳送,RTD 二線式與三線式,二線式,三線式,以平衡型惠司登電橋測量 中 I=0 以偏轉型惠司登電橋傳送,讀數,讀數,G,A,B,B,Rc,Rc,Rc,Rc,Rc,線上分析儀,為了得知重要的程序特性，經常必須加裝線上分析儀(online analyzer)來測量，甚至為了品質控制，必要時必須輔以線上控制。 大部分的分析儀，都有取樣系統來抓取適當的樣品供儀器分析。然而這個取樣系統對控制而言，卻是個討厭的東西，因為它必須花上一段取樣時間，再加上分析所需的時間長者，可能長達數十分鐘，此即靜時(dead time)，造成延遲(delay)增加了控制的困難度 有分析儀的控制系統絕大