第3章 过程参数检测仪表PPT课件

主要内容3.1概述3.2检测仪表的工作特性3.3测量误差3.4温度检测与变送3.5压力检测与变送3.6流量检测与变送3.7物位检测与变送3.8智能检测类仪表3.9煤矿常用检测类仪表,第三章过程参数检测仪表,传感器,变送器,显示器,A/D,被测参数,参数显示,3.1概述-检测仪表的组成,电信号,标准电信号,3.2检测仪表工作特性,检测仪表的工作特性-能满足被测参数测量和系统运行需要而应具有的仪表输入/输出特性。,通过量程与零点的调整与迁移来实现。,被测参数经传感器进入变送器，经变送器输出标准信号。两者为单值关系且呈一定比例关系。,被测量量程,被测量上、下限偏差值,o,变送单元传递特性,3.2检测仪表工作特性,标准信号输出上、下限偏差,2.零点及迁移,只与工作的起始点有关，而与量程和km无关。,代表仪器传递特性的平移。用xq表示。,零点：检测工作的起点。ymin相对应的被测量最大值。,xq=0“零迁移”xq0“正迁移”xq0,即电阻值随着温度的升高而增加.对于半导体热电阻，其温度系数可正可负，且线性度差.,3.4温度检测与变送-热电阻,不适用于测量体积小和温度瞬变对象的温度。,热电阻,热电偶,较大空间的平均温度,点温度,冷端温度补偿,与桥式电路配接,中、低温区稳定性好、准确度高,测温上限高,金属热电阻特性,3.4温度检测与变送-热电阻,电阻温度系数较大且稳定，测温灵敏度高；电阻率大,在相同灵敏度下减小元件的尺寸；电阻值与温度之间呈单值关系；具有化学稳定性和耐热性。,0,200,400,600,800,-200,1,2,3,4,Cu,Pt,Ni,t/,价格便宜，线性程度好，但温度高易于氧化。,精度高、稳定性好、性能可靠、耐氧化能力强、测温范围宽。但电阻温度系数比较小，电阻值与温度之间呈非线性关系，且价格较贵。,3.4温度检测与变送-热电阻,热电阻接入结构一:二线制热电阻位于热温现场，而仪表显示或变送位于远离现场的部分，两者之间的连线电阻会对热电阻精度构成影响。,理想值,r的影响不容忽视。,误差,3.4温度检测与变送-热电阻,实际值,电桥平衡时：,3.4温度检测与变送-热电阻,热电阻接入结构二:三线制避免或减少导线电阻对测温的影响.,电阻丝在支架上绕制，由玻璃或陶瓷作外保护层，防止有害气体腐蚀和氧化。绕制中采用中间对折双绕方式，避免感应电动势。,3.4温度检测与变送-热电阻,热电阻实用结构,半导体热敏电阻,灵敏度高；体积小；反应快速；且RtR（连线电阻），可以采用长距离连线；互换性、稳定性不好，有非线性；应用受限。,3.4温度检测与变送-热电阻,由多种金属氧化物按比例烧结成的半导体构成。,04080120160180,107106105104103102101,半导体热敏电阻特性,PTC正温度系数:在某区段灵敏度高，适于位式温度传感器。,NTC负温度系数:线性度好，用于连续变化温度场合.,PTC,3.4温度检测与变送-热电阻,功能：与各种热电偶、热电阻配合使用，将被测温度转换成统一的标准电流（电压），作为显示仪表，调节器或计算机模拟输入采集的输入，以实现被测温度的显示、记录或控制。,3.4温度检测与变送-DDZ-温度变送器,特点：,1）采用低漂移，高增益的线性集成放大电路作为主放大器，线路可靠，稳定性强。2）在热电偶、热电阻变送器中采用线性化电路,使变送器输出信号呈线性关系。3）采用安全火花防爆措施（本安），适用于具有爆炸危险场合中温度或直流毫伏信号的检测。4）采用直流24V.DC集中供电，变送器内无电源，实现“二线制”接入。,4-20mA.DC输出温度变送器结构图,3.4温度检测与变送-DDZ-温度变送器,输入电路,零点迁移电路,反馈电路,放大单元,滤波,限流,用于零点调整,量程调整,3.4温度检测与变送-DDZ-温度变送器,信号输入电路、零点迁移（调整）反馈电路组成。,（1）量程单元-直流毫伏量程单元,3.4温度检测与变送-DDZ-温度变送器,实现热电偶的冷端补偿、零点迁移、量程调整和线性化技术，实现输出电流（电压）与温度成比例关系。,（2）量程单元-热电偶量程单元,3.4温度检测与变送-DDZ-温度变送器,线性化（分段线性化）:通过负反馈回路，控制VD3-VD5调整反馈强度和降压系数来改变各段斜率。,量程调整,冷端补偿,零点调节,3.4温度检测与变送-DDZ-温度变送器,在反馈电路中制作一个与热电偶非线性相等或相近的电路实现非线性补偿，使u与t成比例。,负反馈,3.4温度检测与变送-DDZ-温度变送器,VD1VD4限压，以确保安全防爆要求。,三线制接法，并在必要情况下线性化。,对于铂电阻，存在非线性，因此，产生凹函数以便补偿。对于铜电阻，本身呈近似线性，则不需要线性化措施。,由零点调整桥路，反馈回路组成。,（3）量程单元-热电阻量程单元,3.4温度检测与变送-DDZ-温度变送器,正反馈,3.4温度检测与变送-DDZ-温度变送器,（2）放大单元,3.4温度检测与变送-DDZ-温度变送器,3.4温度检测与变送-温度仪表选型,压力：均匀垂直作用在单位面积上的力。,绝对压力P:物体所承受的实际压力,绝对真空Po=0,环境大气压力Patm,真空度：大气压力与低于大气压时的绝对压力之差。Pv-Patm0,高压侧-“正压”侧,低压侧-“负压”侧,3.5压力检测与变送-概念,帕斯卡：-1N力垂直作用在1m2面积上所形成的压力。,工程大气压：,3.5压力检测与变送-概念,(1)弹性式压力检测,原理：根据弹性元件在弹性限度内受力变形的原理，将被测压力转换成位移来实现测量。,要求：结构简单、低廉、精度高、有效测量范围广（0.98Pa-100MPa）、能远距离传送信号。,薄膜式弹簧管式波纹管式,微压和低压的测量。,高压、中压或真空度测量。,3.5压力检测与变送-分类,弹簧管式,薄膜式,波纹管式,3.5压力检测与变送-分类,(1)弹性式压力检测,被测压力为负压时，截面变扁，a变大，b变小；,不锈钢、磷青铜的弹簧管刚性大，用来测高温；黄铜的弹簧管刚性小，可用以测低压；测量范围：0-0.006Mpa，0-1000Mpa,A端与被测压力介质导通，B封闭为自由端。弹簧管内空，呈椭圆形。,被测压力为正压时，弹簧管截面椭圆变为圆形，a减小，b增大，自由端产生位移，位移与压力呈正比。,原始越大，b越短，同样压力下的角位移越大，仪表灵敏度越高。,3.5压力检测与变送-分类,(1)弹性式压力检测-单弹簧管,(2)电气式压力检测,原理：将被测压力的变化转换为电阻、电感、电容等电气量变化，实现压力间接测量。,特点：反应迅速、易于远距离传送。耐高温、耐腐蚀、耐冲击。适用于快速变化，脉动电压及超高压场合。,3.5压力检测与变送-分类,压电式:利用晶体的压电效应。电阻式:将被测压力转换为电阻的变化量.,3.5压力检测与变送-压力变送器,(1)力矩平衡式压力变送器,1测量膜片2轴封膜片3主杠杆4矢量机构5量程调整螺钉6连杆7副杠杆8衔铁9差动变压器10反馈绕组11放大器12调零弹簧13永久磁钢,(2)电容式压力变送器,3.5压力检测与变送-压力变送器,高压,低压,PHPL,(2)电容式压力变送器,3.5压力检测与变送-压力变送器,3.5压力检测与变送-压力变送器,3.5压力检测与变送-压力变送器,压力、负压、绝对压力、差压,1.被测压力种类：,温度、粘度、腐蚀性、易燃、易爆,2.被测介质物理、化学性质：,被测介质状态：,气体、液体、固体、气固、气液、固液,就地记录、指示；远传；校验标准,3.测压目的：,3.5压力检测与变送-压力表选型,4.测压变化范围，确定量程：,为保证弹性元件在弹性范围内，量程必须留有余地；,稳定时，最大压力值不超过满量程的2/3；,波动较大时，最大压力值不超过满量程的1/2；,最小压力值不低于满量程的1/3；,瞬时流量：单位时间内流过管道横截面的流体数量。,体积流量：流体数量用体积表示qv=vA（l/h）,质量流量:流体数量用体积表示qm=vA(kg/h),管道中某一截面的流速,截面积,流体密度,积累流量:某一时间段内流过管道横截面的流体总和。,流量计,计量表,3.6流量检测与变送-概念,3.6流量检测与变送-分类,体积流量检测法,质量流量检测法,容积法:单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地测量，以排出流体固定容积数来计算流量。,速度法:流体平均流速乘以管道截面积,直接法,间接法:体积流量乘以流体的密度自动计算得到,原理：通过测量流体经过固定小容积的次数来计量流量。,3.6流量检测与变送-容积式流量计,原理：利用体积流量与转速的关系，将转速转化为电脉冲数，确定流量。,(1)叶轮式,(2)涡轮式,涡轮叶片永磁铁脉冲流量。水轮发电机组,叶轮齿轮减速器指针；水表；精度在2级左右。,3.6流量检测与变送-速度式流量计,流体以v1流动，静压力为p1,流经孔板后，在A点流速达到最大v2，静压力最小p2,到B点流速恢复到v3，但静压力存在损失，为p3,流经孔板流量越大，孔板前后静压差越大。,3.6流量检测与变送-差压式流量计,根据贝努利方程与能量守恒定律有：,（不可压缩流体),（截面积变化，引起V变化）,流量与压差成开方关系,（1）不可压缩流体测量,确定流量与压差的关系来取流量,3.6流量检测与变送-差压式流量计,（2）可压缩流体(如空气、蒸汽、烟气等),为膨胀系数,2m以上：差压式液位计,4刻度选择（量程）,3.7物位检测与变送-物位计选型,成分：在多种物质的混合构成中某一物质所占比率.,成分分析目的：提取某物质比率，以提高产品质量、降低能耗、保证生产安全、防止环境污染。,要求：现场安装，自动取样及分析预处理、信号处理、远传。性能稳定，连续可靠运行。,补充成分检测仪表,采用微处理器和先进传感器技术;可以输出数字和模拟信号;精度、稳定性和可靠性高，通过现场总线网络与上位计算机相连。,3.8智能检测仪表-结构,3.8智能检测仪表-流量积算器,对来自流量传感器的脉冲信号或模拟信号进行处理，得到瞬时流量值和累积流量值,3.8智能检测仪表-智能温度变送器,采用HART通信协议的智能温度变送器，在两根输送线上既可以传送4-20mA.DC模拟信号，又可以接收和发送数字信号。,通过传感器完成被测变量的检测，并根据系统要求以标准信号输出测量值或控制值,保证上、下位机按HART通信协议进行正常通信,3.8智能检测仪表-智能温度变送器,3.9煤矿常用检测仪表,我国煤矿井下电气设备采购和使用必须具有“三证一标”。三证：防爆合格证；安全仪表合格证；产品鉴定证书；一标:煤安标志，由煤科总院安标办统一检验发放。,3.9煤矿常用检测仪表,(1)本安型防撕裂传感器,用于检测井下煤炭运输胶带是否存