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1.2.i. 2、变送器：能输出标准信号的传感器称变送器。例如4-20mA、0-10mA、空气压力20-100KPa。3. 转换器：输出非标准信号的传感器，必须和特定的仪表或装置配套，才能实现检测或调节功能。例如频率转换器就能把交流频率或脉冲频率转换成直流电流4-20mA或0-10mA。不同标准之间也可以互换，如电/气，等。4. 测量范围：能够按规定的精度进行传感或变送的被测变量的范围叫测量范围。5. 零点迁移：如果测量范围改变的结果是输入输出之间特性曲线有平移而斜率不变则成为零点迁移。（不改变测量灵敏度）6. 量程迁移：如果测量范围改变的结果是输入输出之间特性曲线斜率发生变化，它的起点并不改变则称为量程迁移。（灵敏度随之改变）7. 死区：输入的变化小到一定程度后不足以引起输出量的改变，因而出现某个范围，在这个范围里灵敏度为零。8. 重复性与再现性：在同一工作条件下，对同一输入值，按同一方向多次测量的输出值之间的一致程度，称为重复性。/上升曲线（从零点到满量程）与下降曲线（从满量程到零点）间选其离散程度最大之点称为再现性。a) 重复性与再现性都用全量程范围输出的百分数表示。数字越小说明质量越高。9. 干扰与噪声的区别：噪声是绝对的，它的产生或存在不受接收者的影响，是独立的，与有用信号无关。干扰是相对有用信号而言的，只有噪声达到一定数值、它和有用信号一起进入传感器系统并影响其正常工作才形成干扰。a) 噪声与干扰是因果关系，噪声是干扰之因，于扰是噪声之果，是一个量变到质变的过程。b) 干扰在满足一定条件时，可以消除。噪声在一般情况下，难以消除，只能减弱。10. 噪声形成干扰必需具备三个条件，即三要素。这三要素是有噪声源、有对噪声敏感的接收电路和噪声源到接收电路之间的辐合通道。三要素之间联系如图所示:噪声源耦合通道道接受电路11.12. 温度13. 热电偶a) 不同材质的两根导线互相焊接起来，将此焊点置于被测温度下，两根导线的另一端可出现电动势，其值与被测温度有确定的关系，此温度传感器称为热电偶。b) 热电偶所提供的信号为“热电动势”，它是至多不超过几十毫伏的微小直流电动势。其电动势与导体的粗细及长短无关，与导体的材质与冷端温度有关。c) 补偿导线：使用在一定温度下与该热电偶热电特性相同的廉价导线将冷端移至温度恒定区域。；补偿导线的极性与热电偶必须一致，否则将使误差增大。d) 冷端补偿方法：冰点槽法、计算修正法、零点迁移法、冷端补偿器法、软件处理法。e) 热电偶的串并联：特殊情况下热电偶可以串并联，但只限同一材质构成的多个热电偶，并且其冷端应在同一温度下。1，同极性串联：增强信号、测多个测点的平均温度。如辐射高温计，热电偶串联时电动势是单个热电偶的很多倍。各测点温度不同时，串联的总电动势反映的是平均温度。2，反极性串联时测温差，以某个测点为标准，反映出其余各点的温差。3，时间常数不等的两热电偶反极性串联：测温度变化速度。当温度恒定不变时总热电势为零，变化越快输出信号越大。4，同极性并联：也是测平均温度。但各热电偶的电阻、时间常数也应相等。f) 使用要点：1，套管导热及插入深度都可能引起误差。2，与热电偶相匹配的仪表必须是高输入阻抗的，保证不从热电偶取电流，否则测出的是端电压而不是电动势。3，应注意寄生电动势的误差。因为热电动势很小，如果导线、接线端子、切换开关的金属材质不同而有接触电动势或因温度分配不均而有温差电动势都会对结果产生影响。g) 常用分度号：S（铂铑10-铂）、B（铂铑30-铂铑6）、K（镍铬-镍硅）、T（铜-康铜）。14. （二）热电阻（RTD）15. 与热电偶相比有以下特点：同温度条件下输出信号大，易于测量；测电阻必须借助外部电源，停止供电就不能工作。热电偶是发电式传感器，两端温度不同时就会产生热电势；同类材料制成的电阻没电偶测温上限高。但下限电阻更高。（-250：0） 16. 热电阻对温度的响应是阻值的增量，必须借助桥式电路或其他措施，将其视阻值减掉才能得到反映被测温度的电阻增量。热电偶对温度的响应是全部热电动势。17. 三线、四线制：为避免或减少导线电阻对测温的影响，工业电阻多半采用三线制接法，即热电阻的一端与一根导线相接，另一端同时接两根导线。；四线制和电位差计配合使用是测量热电阻比较完善的办法，它不受任何条件的约束，只要保证恒流源的电流稳定就能消除连接导线电阻对测量的影响。a) 压力18. 工程技术上所称的“压力”实质上就是物理学里的压强，是指流体垂直作用于容器壁面的单位面积上的力。P=F/S19. 压电传感器：经“人工极化”（在120以上施加直流电场，然后冷却到120 以下，则在外加电场的吸引下，迫使晶格和电畴取向一致，一旦降到常温，极化方向就被冻结不能改变了。）的压电物质一端带正电一端带负电，但任何仪表都测不出带电的迹象。但使用高输入阻抗的仪表接在压电物质两个表面，施加外力时就会测出电荷的流动。20. 压电物质也叫“铁电性”物质，最常用的压电物质是压电陶瓷。不能设想在压电物质上长久地压以重块而持续不断的发电，因为所释放出来的电荷很快便消失了，静止的重块不对外做功，当然也就不提供能量。由此可见，压电原理是不能测量恒定压力（静态压力）的，它只能反映变动的压力（动态压力）。21. 压电原件内阻极高，必须防止表面漏电。通常采用两片相同的原件，使其极性反向相叠，由夹在中间的铜片作为一个电极，最外面的两个表面作为另一个电极。这样，中央电极处于悬空状态，可用有良好绝缘的导线引出。22. 灵巧型压力变送器(smart transmit)：差压传感器p温度传感器t静压传感器p多路开关A/DCPUI/OD/AEEPROMRAMPROMMMMMMMROMMMMMMMM4-20mA CPU由ROM、PROM、RAM、EEPROM组成。a) ROM中存有微处理器工作的主程序，它是通用的。b) PROM里所存的内容则根据每台变送器的压力特性、温度特性而有所不同。还包括传感器所允许的整个工作参数范围内的输入输出特性数据。以便用户对量程或测量范围有灵活迁移的余地。c) RAM是微处理器运算过程中必不可少的存储器，它也是通过现场通信器对变送器进行各项设定的记忆硬件。例如对变送器的标号，测量范围、线形或开方输出、阻尼时间常数、零点或量程校准等。d) EEPROM是RAM的后备存储器，它试点可擦除该写的PROM。在正常工作期间，其中内容和RAM是一致的，但遇到意外停电，RAM中的数据立即丢失，不过EEPROM中的数据依然保留下来。恢复供电之后，它自动地将所保存的数据转移到RAM中，这样就不用后备电池也能保证原有数据不丢，否则每台变送器里都安后备电池是非常不方便的。e) 数字输入输出接口I/O作用，一方面使来自现场通信器的脉冲信号能从4-20mA直流信号导线上分离出来送入CPU；另一方面使变送器的工作状态、已设定的各项数据、自诊断的结果、测量结果等送到现场通信的显示器上。f) 现场通信器为便携式，既可在控制室接在某个变送器的信号线上远方设定或检查；也可到现场接在变送器的信号线端子上就地设定或检查，只要连接点与电源之间有不小于250欧电阻就能进行通讯，而变送器来的信号肯定要接在250欧电阻以便将4-20mA变为1-5V的联络信号。+-差压变送器电流型仪表现场通信器24VDC+250g) 现场通信器的功能：23. 组态。包括给变送器制定标号，测量范围、输出与输入的关系（线性或开方）、阻尼时间常数。24. 测量范围的改变。不需到现场调整。25. 变送器的校准。不必将变送器拆到实验室，也不需要专门设备便可校准零点和量程。26. 自诊断。包括组态的检查、通信功能检查、变送功能检查、参数异常检查，诊断结果以不同的形式在显示器上出现，便于维修。27. 变送器输入输出显示。以百分数显示当时的输出，以工程单位显示当时的输入。28. 设定恒流输出。这一功能是把变送器改为恒流源使用，可以在4-20mA范围内输出某一直流电流，一边检查其它仪表的功能，这时输出电流恒定不变，与输入差压无关。29. 流量30. 单位时间内流过工艺管道某截面的流体数量，称“瞬时流量”。在一定时间间隔内流过的流体总量，称“累积总量”。根据计算流体数量的办法或单位不同可分为“质量流量”（Kg/h）与“体积流量”(m3/h)31. 容积式流量计a) 煤气表b) 活塞式油量表。液态物质的容积计量用活塞式流量计最为准确。因为活塞面积不变根据行程和积压次数便可确定液体总容积。液体密度变化很小，容积和质量有确定的关系。c) 腰轮流量计：也称“罗茨”流量计。精度等级可达0.2 或0.5级。其接管直径可达1500mm，瞬时流量可达250m3/h。腰轮每转一周便产生一个脉冲信号，这就形成了腰轮流量传感器，再配以频率转换电路，得到直流电流0-10mA或4-20mA信号，成为流量变送器。32. 速度式流量计a) 叶轮式。举例：家用水表。b) 涡轮式。33. 差压流量计34. 靶式及转子流量变送器i. 靶式及转子流量变送器都是靠流体冲力工作的，但和速度式的不同，它没有高速旋转部件。35. 漩涡流量传感器与变送器。i. 风吹架空电线会发出声响，风速越大声音频率越高，这是由于气流流过电线后形成漩涡所致，利用这一现象可构成漩涡流量计。在管道里装设柱状阻挡物，迫使流体流过柱状物之后形成两列漩涡i，根据漩涡出现的频率测定流量。因为漩涡呈两列平行状，并且左右交替出现。又如街道旁的路灯，故有“涡街”之称。又因此现象首先被卡曼发现，也叫作“卡曼涡街”。ii. 使用前提是涡街稳定，不论阻力体是圆柱、方柱、三角柱都能达到稳定状态。柱体积和形状的设计，一方面与漩涡频率的检测手段有关，另一方面要使漩涡尽量沿柱长方向同时产生，且同时与柱体分离，这样才便于得到稳定的漩涡，而且信噪比强，容易检测。但柱长有限，靠近管道轴线处流速高，靠近管壁处流速低，沿柱长方向各处的漩涡产生不容易同步，合理的几何形状有利于同步分离。iii. 涡街频率的检测：目前已有很多方法，无非是利用漩涡的局部压力、密度、流速等的变化作用于敏感元件，产生周期性电信号， 再经放大整形，得到脉冲方波。电容检测法36. 应力检测法37. 热敏检测法38. 超声监测法39. 电磁及超声流量计40. 电磁式：导体在磁场中运动切割磁力线，就会产生感应电动势，其方向由右手定则确定，其大小由感应强度B、导体在磁场内的长度L、导体运动速度v三者的乘积决定，这就是法拉第定律。用公式表达即：1. E=kBLvb) 电磁流量计所测流体必须具有导电性，其电导率必须大于10S/m。电磁流量计管道内无阻力部件，故对流体无附加阻力。为了防止流体电解和电极被极化腐蚀，一般不采用直流磁场而用交流磁场。由于感应电动势很小，一般为毫伏数量级，对抗干扰要求很高，必须妥善屏蔽。41. 超声式：超声波在流体中的传播速度与流体流动速度有关，据此可以实现流量测量。这种方法不会造成压力损失，并且适合于大管径、非导电性、强腐蚀性的液体或气体流量的测量。超声波的发射器和接收都要用换能器，多半用压电陶瓷原件制成，接收换能器利用其压电效应，发射换能器则利用其逆压电效应。为保证声能损失小、方向性强，必须把压电陶瓷片封装在声楔之中。声楔材料应有良好的透声性能，常用有机玻璃、某些橡胶或塑料制成。压电原件则为锆钛酸铅（PZT）。通常把发射和接收换能器做成相同的材质和结构，可以互换使用。i. 超声流量计的实现方案有以下几种：b) 时差法： V=c2/2Lt 当流体中的声速c为常数时，流速v便和t 成正比。L为常数（发射与接收换能器之间的距离）。测出时间差（t）即可求出流速，进而得到流量。 一般液体中的声速往往在1500m/m左右，而流速只有每秒几米，如果要求流速测量的精确度达到1，则对声速测量的精确度需为105106数量级，这是难以做到的。何况声速受温度的影响不容忽略，所以时差法不易实现精确的流量测量。c) 速差法：（Lt）/2t1（t+ t1） t1为声波顺流速从发射到接收的时间。L为常数（发射与接收换能器之间的距离）。 t为声波顺流传播时间与声波逆流速传播的时间差。此种方法只要测出传播时间t1和时间差t就能求出v，进而得到流量，这就避免了求声速c的困难。这种方法不受温度影响，容易得到可靠数据。因为得到的是双向声速之差，多以叫速差法。d) 频差法：频差和流速成正比，测量结果不受温度影响，这种方法更为简单实用。不过一般频差都很小，直接测量不易精确，往往采用倍频电路。经数模转换并放大成010mA或420mA 。e) 多普勒法：非纯净流体在工业中很普遍，流体中若含有悬浮颗粒或气泡，最适于采用多普勒效应测量。1. vAB超声波多普勒流量计原理：ii. 发射换能器器 A与接收换能器B都装在与管道轴线夹角为的两侧，且都迎着流向。当品均流速为v，声波在流体中的流速为c时根据多普勒效应，接受到的超声频率（靠流体里的悬浮颗粒或气泡反射而来）将比原发射频率略高，其差值即多普勒频移。在发射频率恒定时，频移与流速成正比。 、iii. 由于声波在流体中的流速c受温度影响比较明显，应设法消去。如果在换能器上设置声楔，使超声波先经过声楔再进入流体，可减少温度引起的测量误差。因为声楔为固体材料，其中声速受温度的影响比在液体里要小一个数量级，因而可减少温度引起的误差。ii.42. 质量流量传感器与变送器i. 流体的质量流量可由密度与容积流量相乘而得，一般说来液体的密度受温度的影响不大，通常不必进行温度修正。气体则不然，必须同时测出流体的温度和压力，才能根据容积流量计算出质量流量。若能在流量仪表中直接得到质量流量，将使原料消耗、成本计量、物资管理和运输更为方便。43. 科氏力流量变送器1. 将橡胶管两端悬挂，使其中段下垂成U形，从侧面看，U形两股处于同一水平面，静止时必然垂直于地面，左右摆动时两股同时弯曲，仍然保持在同一曲面中。倘若将软管一端与水源相连接，使水不断流动，同样水流方向之下，外力使其摆动时，出水侧的摆动相位领先于入水侧，流速越大这种现象越明显。也就是说水的流速越大（质量流量越大），出水侧摆动相位领先越多。出水侧的摆动相位领先于入水侧的原因是惯性力所致，当然与质量流量成正比。这就是科氏力质量流量计的原理。它是利用相位差来反映质量流量的。2. 科氏力流量计是输出为两个交流信号相位差的传感器，在经过电路把相位差转换成标准信号，例如直流420mA，就成为质量流量变送器。3. 适合科氏力流量计的流体宜有较大密度，否则不够灵敏。因此经常用于测量液体流量。气体密度太小，常用热式质量流量计44. 热式质量流量计1. 热式质量流量计的原理图如下：45. 加热电源213- +输出测量电源1. 在管道中设置加热丝1，其上下游在相等距离处有电阻温度系数，阻值、结构都完全相同的两个测温电阻2和3。倘若被测气体不流动，2和3处的温度相等，若气体由左至右流动，则右侧的温度高于左方，3的阻值将大于2，流速越高则温差越大。将2和3接在电桥的相邻桥臂中，便可得出与质量流量成比例的电信号。a) 电加热丝及测温用的热电阻丝若直接与被测气体接触，响应时间较小，但对气体的腐蚀性和固体杂质含量有较严格的要求。如果经导热管隔离，则响应时间要长的多。ii. 同样的质量流量下，上述原理所得到的温差与气体的热物性有关，用转换系数来表征，实际流量是输出读数与转换系数的乘积。a) 热式流量计只适合于测量单一组分的气体或有固定比例的混合气体，否则转换系数不稳定，无法得出准确结果。46. 物位47. 物位是指存储容器或工业生产设备里的液体、粉粒状固体、气体之间的分界面位置，也可以是互不相溶的两种液体间由于密度不等而形成的界面位置。48. 压力式液位变送器49. 单法兰及双法兰i. 只适用于测量开口容器，在容器底部接压力表，根据液柱下端压力可得知液位。由于容器与压力表之间只需要一个法兰将管路连接，故称“单法兰液位计”。ii. 如果压力表或压力变送器不可能安装在与容器底部相同高度处，导压管内的液柱压力必须用零点迁移法抵消。iii. 闭口容器多半其上部空间与大气压力不等，必须采用两个法兰分别将液相和气相压力导至差压变送器，这就叫做“双法兰液位计”。50. 磁浮子舌簧管液位计i. 外形为下端封闭的不锈钢管，管内有条形绝缘板，板上有紧密排列的舌簧管和电阻。在不锈钢外套有可上下滑动的佛珠形浮子，其中有环形永磁铁氧体。环形永磁铁的两面分别为N、S极，磁力线将沿管内的舌簧管闭合。CBArrrrrrrS1S2S3S4S5S6S7i.ii. 将各舌簧管及电阻按上图接线，随液位的升降，AC间或AB间的阻值就相继改变，再用适当的电路将阻值变为标准电流信号，就成为了液位变送器。也可以在CB间接恒定电压，A端就相当于电位器的滑点，可得到与液位相对应付的电压信号。iii. 管子和浮子壳体都用非磁性材料制成，除不锈钢外也可以用铝、铜、塑料等，但不可以用铁。iv. 由于受到舌簧管尺寸所限，总数和排列密度不能太大，所以液位信号连续性差。此外，量程不能很大，目前只能做到6米以下，太长难以运输和安装。51. 磁翻板（滚柱）液位计i. 磁翻板为就地指示，便于观察时使用。自被测容器接出不锈钢管，管内有带磁铁的浮子，管外设置一排轻而薄的翻板，每个翻板上都有水平轴，可灵活转动。翻板一侧涂红色，另一侧涂白色。翻板上还附有小磁铁，小磁铁彼此吸引，使翻板总保持红色朝外或白色朝外。当浮子在近旁经过时，浮子上的磁铁就会迫使翻板转向，以致液面下方的红色朝外，上方的白色朝外，观察起来和彩色柱效果一样，每块翻板高约10mm。ii. 磁滚柱液位计：将上述磁翻板改用有水平轴的小柱体代替，柱体一侧涂红色，另一侧涂白色，也附有小磁铁，同样能显示液位，原理同磁翻板一样。下图为磁滚柱：红白水平轴（两侧都有）52.i. 如果希望兼有上下限报警功能，可在磁翻板或磁滚柱的不锈钢管旁附加舌簧管，但应有自保持作用，磁浮子越限以后要保持报警状态直到液位恢复正常为止。ii. 以上两种磁浮子液位计只是部分都应防止尘沙侵入，所以排成的翻板或滚柱都有密封壳体保护。安装现场附近不可有强磁场。53. 电容式物位传感器及变送器。54. 电导式及电感式物位传感器。55. 超声式物位计i. 各种介质对声波的传播都呈现一定的阻抗，声阻抗与介质的密度及弹性有关，一般液体的声阻抗比空气的大两千多倍，金属的声阻抗又比水的大十多倍到几十倍。声波作用在两种介质的分界面上时，如果这两种介质的声阻抗相差很大，就会从分界面上反射回来，只剩下一小部分能透过界面继续传播。如果用代表透射系数，用代表反射系数，它们和两种介质的声阻抗之比m存在一定关系。无论声波是从阻抗高的介质向阻抗低的介质传送还是按相反方向传送，只有在m=1时，即在两种声阻抗相等的介质之间，相互传播才能完全透过，利用这一规律可以构成两类也位传感器，即透射式和反射式。ii. 无论透射式或反射式，产生超声波的换能器和接收超声波的换能器都是利用压电原件构成的，压电原件几乎全是采用锆钛酸铅（即PZT）压电陶瓷.发射超声波时；利用逆压电效应，接受超声波时利用正压电效应。发射和接收这两个换能器的构造是一样的，只是工作任务不同。56. 窄缝式超声液位开关（透射式）i. 剖视内部如下图:在窄缝的两面内侧有压电换能器1和2，1用来接受，2用来发射。其间有放大电路3可形成闭环振荡，功率放大器4则提供输出信号。当窄缝被液体浸没时，超声波的能量足以透过窄缝被接受换能器检测，经放大后提供给发射换能器，维持震荡。液位下降后窄缝暴露在空气中，阻抗显著变小，大部分被反射，接受到的声能太少不足以维持震荡，输出信号改变。342157.58. 气介质超声液位传感器（反射式）i. 连续测量液位时，利用反射原理，发射换能器发出超声脉冲，到达液面后反射回来由接收换能器接收，根据声波往返时间，在已知声速的条件下判断液位（这实际上是超声测距的原理）。发射和接收可由同一换能器担任，先由它发射，随即转为接收。1. 如换能器装在液面以上的气体介质中垂直向下发射和接收，则称为“气介式”。最大好处是换能器不必和液体接触，便于防腐蚀和泄露，而且对于有粘性的液体及含有颗粒杂质或气泡的液体，也不妨碍工作。若已知超声波在空气中传播的速度为c，在测得声波往返时间t之后，利用式：l=ct/2 求出换能器至液面的距离l。然后，从已知的换能器安装高度L(自液位为零的基准面算起) ，便可求出当时的液位H，即H=L-l。2. 现在的气介超声物位仪表采取了声速校正的有效措施，不再需要在容器壁上安装一系列反射板，安装使用更为方便。59. 液介式超声液位传感器（反射式）。60. 微波式及射线式物位仪表i. 原理与气介式超声物位测量相似，也是非接触法，但所利用的电磁波，即雷达测距原理。ii. 根据用途不同可分为位作用和连续作用。前者将发射器和接收器分别装在容器的两侧（器壁以外），如果物料低于微波束的路径，可接收到信号，物料升高至波束处，微波束受到阻挡吸收，便接收不到信号。；后者则将发射及接收装置安装在容器顶部，对物位进行连续测量。连续测量结果以420mA标准电流信号的形式输出，或兼有数字输出接口。iii. 微波在空气中传播不受烟尘、蒸汽等影响。但金属则难以穿透。所以容器为金属材质时应在其局部开口。iv. 利用放射性同位素发出的射线穿透容器到达接收器，根据衰减可构成位式传感