第03章检测变送仪表

1、上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录调节器调节器(控制器控制器)被控对象被控对象测量变送环节测量变送环节(传感器、变送器传感器、变送器)+x执行器执行器zeuqyf“ ”“ ”上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程控制系统由检测变送器、调节器、执行器和被控过程组成。检测变送器将被控参数如温度、压力、流量、液位、ph值以及成分量、状态量等检测出来，并变换成相应的统一标准信号，供系统显示、记录或进行下一步的调整控制作用。在任何系统的自动控制中变送器都是首要环节和重要组成部分，只有获得精确和可靠的被控参数，才能进行

2、准确的数据处理，进而才能获得高质量的控制效果。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录检测变送单元实际上包括两部分内容，首先是将被控参数检测出来，然后变送器将其变换成统一标准信号。由于利用单元组合仪表能方便灵活地组成各种难易程度的过程控制系统，因此，它在过程控制系统中应用极为广泛。单元组合仪表有气动单元组合仪表和电动单元组合仪表两大系列。表3-1是ddz-型和ddz-型仪表的性能比较。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录系列ddz-ddz-信号、传输方式、供电信号dc 010madc 420ma、dc 15v传输方式串联制(电流传送电流接收)并联制(电流传送电压接收

3、)现场变送器连接方式四线制三线制供电ac 220v单独供电dc 24v集中供电并有断电备用电源防爆型式和电气元件开关 防爆型式防爆型安全火花型安全栅无有电气元件分立元件集成组件结构、线路设计和功能差压变送器双杠杆机构矢量机构温度变送器无线性化电路有线性化电路调节器偏差指示硬手动手动自动切换需先平衡无保持电路功能一般全刻度指示和偏差指示硬手动和软手动软手动自动切换可直接切换有保持电路功能多样系统构成一般灵活多样与计算机联用兼容性差兼容性好表表3-1 ddz-型与型与ddz-型仪表的性能比较型仪表的性能比较上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录本章主要介绍ddz-型变送器及各种微型化

4、、智能化变送器的原理及主要工作特性。从使用的角度来说，变送器量程调整、零点调整和零点迁移的概念是很重要的。图3-1 变送器的量程调整量程调整或称满度调整，其目的是使变送器输出信号的上限值（或满度值） 与输入测量信号上限值 相对应。量程调整相当于改变变送器的灵敏度，即输入输出特性的斜率，见图3-1。maxymaxx上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录变送器零点调整的目的是使其输出信号的下限值与输入信号的下限值相对应，见图3-2a。将变送器的测量起始点由零点迁移到某一正值或负值，称为零点迁移。图3-2 变送器的零点调整与零点迁移a)零点调整 b)正零点迁移 c)负零点迁移零点迁移有

5、正迁移和负迁移，见图3-2 b和图3-2 c。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录差压（压力）变送器作为过程控制系统的检测变送部分，将液体、气体或蒸汽的差压（压力）、流量、液位等工艺参数，转换成统一标准信号，作为显示记录仪、运算器和调节器的输入信号，以实现生产过程的连续的检测和自动控制。3.2.1 ddz-差压变送器差压变送器图3-3 ddz-型差压（压力）变送器工作原理示意图1-高压室 2-低压室 3-膜片或膜盒 4-密封膜片 5-主杠杆 6-过载保护簧片 7-静压调整螺钉 8-矢量机构 9-零点迁移弹簧 10-平衡锤 11-量程调整螺钉12-检测片 13-差动变压器 14-

6、副杠杆 15-放大器 16-反馈线圈 17-永久磁钢 18-调零弹簧上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.2.1 ddz-差压变送器差压变送器图3-4 杠杆、矢量机构受力图差动变压器副杠杆的位移检测片的微小位移，利用低频位移检测放大器检测，并转换成dc 420ma输出。低频位移检测放大器的组成框图见图3-5。图3-5 位移检测放大器组成框图上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.2.1 ddz-差压变送器差压变送器图3-6 型变送器二线制示意图其次是尽可能少用l、c储能元件，如确实需要采用储能元件，断电时给储能元件一个放电的通路，并限制储能元件两端的电压；第三

7、，采取限压限流措施，以限制打火能量，以免超过安全火花的能量。因此，ddz-变送器与安全栅配合，可用于任何易燃易爆场所，扩大了变送器的适用范围。二线制系统见图3-6。安全火花防爆也是ddz-变送器的主要特点之一。实现安全火花性能主要是采取了如下措施，首先是采用低压24v直流集中供电，限制了打火能量；上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.2.2 差动电容差压变送器差动电容差压变送器图3-7 差动电容结构示意图图3-7示出了差动电容差压变送器差动电容结构示意图。基于力矩平衡原理的差压（压力）变送器，由于有力矩传动机构，其体积和重量均较大，且零点和量程调整相互干扰。而基于差动电容式差

8、压（压力）变送器，由于没有机械传动机构，仅由差动电容和电子放大电路两部分组成，因此其体积小，重量轻，零点和量程调整互不干扰，其性能较为优越，应用广泛。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.2.2 差动电容差压变送器差动电容差压变送器图3-8 转换电路原理框图差动电容差压变送器的转换放大电路的作用就是将电容比提取出来，并转变成dc 420ma输出。1151型电容式差压变送器是该类变送器的典型产品，转换电路的方框图见图3-8。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.2.3 微型化压力变送器微型化压力变送器 图3-9 扩散硅压力变送器结构图 1扩散硅差压变送器扩散硅

9、差压变送器 图3-10 扩散硅压力变送器电原理图上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.2.3 微型化压力变送器微型化压力变送器 图3-11 x型检测元件结构及接线2mpx7000系列压力变送器系列压力变送器 图3-12 mpx7000系列压力变送器原理图上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.2.3 微型化压力变送器微型化压力变送器 图3-13 数字式变送器结构框图3数字式变送器数字式变送器图3-14 变送器内部组成原理框图上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.2.3 微型化压力变送器微型化压力变送器 图3-15 传感器芯片横截面结构图3数字

10、式变送器数字式变送器图3-16 c/f转换电路的原理上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录温度变送器将温度、温差以及与温度有关的工艺参数和直流毫伏信号变换成dc 420ma 或dc 15v的统一标准信号。 3.2.1 ddz-温度变送器温度变送器图3-17 型温度变送器原理框图上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录ddz-变送器有三种品种： 1）直流毫伏变送器 其输入信号是直流毫伏信号。 2）热电偶温度变送器。3）热电阻温度变送器。3.3.1 ddz-温度变送器温度变送器 三种变送器在线路结构上都由量程单元和放大单元两部分组成。其中放大单元是通用的，而量程单元则随品

11、种、测量范围的不同而异。 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.3.1.1 直流毫伏变送器的量程单元 直流毫伏变送器的量程单元由信号输入电路，零点调整桥路和反馈电路等部分组成。 3.3.1 ddz-温度变送器温度变送器图3-18 直流毫伏变送器量程单元 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.3.1.2 热电偶温度变送器的量程单元 3.3.1 ddz-温度变送器温度变送器图3-19 热电偶温度变送器量程单元原理图 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.3.1.2 热电偶温度变送器的量程单元 3.3.1 ddz-温度变送器温度变送器图3-20

12、折线逼近法线性化原理a)折线逼近原理 b)电路原理图上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.3.1.3 热电阻温度变送器的量程单元 3.3.1 ddz-温度变送器温度变送器图3-21 热电阻温度变送器量程单元原理图上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.3.1.3 热电阻温度变送器的量程单元 3.3.1 ddz-温度变送器温度变送器图3-22 热电阻的特性及其线性化曲线a)热电阻的特性 b)线性化曲线上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.3.1.4 温度变送器的放大单元温度变送器的放大单元 3.3.1 ddz-温度变送器温度变送器图3-23 电

13、压放大器图3-24 功率放大器上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.3.1.4 温度变送器的放大单元温度变送器的放大单元 3.3.1 ddz-温度变送器温度变送器图3-25 隔离输出与隔离反馈电路 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录1.ad590构成的温度变送器构成的温度变送器 3.3.2 微型化温度变送器微型化温度变送器 图3-26 微型温度变送器原理图a) 温度检测元件 b) 变送器原理电路 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录2.tmp17构成温度变送器构成温度变送器 3.3.2 微型化温度变送器微型化温度变送器 图3-27 tmp17

14、构成微型温度变送器a) tmp17引脚功能 b) 原理电路上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.tmp35系列构成微型温度变送器系列构成微型温度变送器 3.3.2 微型化温度变送器微型化温度变送器 图3-28 tmp35构成微型温度变送器a) to-92封装 b) 原理电路上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.tmp35系列构成微型温度变送器系列构成微型温度变送器 3.3.2 微型化温度变送器微型化温度变送器 图3-29 频率输出型微型温度变送器上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录4tmp01系列构成温度变送器系列构成温度变送器3.3.2 微

15、型化温度变送器微型化温度变送器 图3-30 tmp01构成温度变送器a) 引脚功能 b) 原理电路上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.4.1 概述概述vaqvdava0tvvqq dtmvqqmvqq上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.4.1 概述概述表表3-2 流量仪表的分类流量仪表的分类类别仪表名称体积流量计容积式流量计椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、皮膜式流量计等差压式流量计节流式流量计、均速管流量计、弯管流量计、靶式流量计、浮子流量计等速度式流量计涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计等质量流量计推导式质量流量计体积流量经密度补偿或温度、压

16、力补偿求得质量流量等直接式质量流量计科里奥利流量计、热式流量计、冲量式流量计等流量测量仪表也称为流量计。它通常由一次仪表和二次仪表组成。一次仪流量测量仪表也称为流量计。它通常由一次仪表和二次仪表组成。一次仪表亦称为传感器，二次仪表称为显示装置或变送器。表亦称为传感器，二次仪表称为显示装置或变送器。流量测量仪表的种类繁多，各适用于不同场合，其分类见表流量测量仪表的种类繁多，各适用于不同场合，其分类见表3-2。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.4.2 差压式流量计差压式流量计 图图3-31 节流式流量计的组成节流式流量计的组成差压式流量计基于在流通管道上设差压式流量计基于在流

17、通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生差压，此差压与流体流量之间有产生差压，此差压与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量差压值便确定的数值关系，通过测量差压值便可求得流体流量，并转换成电信号输可求得流体流量，并转换成电信号输出，因此，差压式流量计由产生差压出，因此，差压式流量计由产生差压的装置和差压计两部分组成，其结构的装置和差压计两部分组成，其结构简单，可靠。见图简单，可靠。见图3-31。 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录(a) 标准孔板(b) 喷嘴(c) 文丘里管上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录1v3v2v1

18、23流速1v2v3v静压1p2p3ppmaxp上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录1v3v2v123流速1v2v3v静压1p2p3ppmaxp0022vmqapqap上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录hhdd上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录aa环隙取压单独钻孔取压夹持环流体上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录l1l2法兰取压法兰取压l1(d)l2(d/2)dd/2取压取压上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录节流装置引压管差压变送器显示仪表/控制器oipvqp上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录

19、上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录hhddp( )p( )p( )上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.4.3 靶式流量计靶式流量计 图图3-35 靶式流量计结构原理靶式流量计结构原理在管道中垂直于流动方向安装一圆在管道中垂直于流动方向安装一圆盘形阻挡件，称之为盘形阻挡件，称之为“靶靶”。流体流经靶时，由于受阻将对靶产生流体流经靶时，由于受阻将对靶产生作用力作用力f，f与流体流动速度的关系为与流体流动速度的关系为式中，式中，k为阻力系数；为阻力系数； 为垂直于流为垂直于流速的靶面积；速的靶面积；r为流体重度

20、；为流体重度；v为通过为通过环形面积的流速；环形面积的流速；g为重力加速度。为重力加速度。 grkafd22da上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录h上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录()tfvgpa 2vfqhp2 ()tffvgha2 ()tffmvgqha上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录02 ()twvwvgqha2 ()tfvffvgqha0()()tfwvfvftwqq上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录0()()tfwvfvftwqq(7.90.83)*1*3.60.83*(7.9 1)vfq4( / )l s0

21、()*()tfwfvmvffvtwqqq 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录0,00000()()tftffftfqqq000ffffpqp qtt0000000fffffffp t qp tqqt pt p000ffffpvp vtt000ffffpptt000ffffp tt p000000qttppqffff上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录4vqvn上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录vqqv上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录dvstf 上页上页下页下页目目 录录上

22、页上页下页下页目目 录录xekbdv24vdqv4vxdqebk上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录液位是指密封容器或开口容器中液位的高低，通过液位测量液位是指密封容器或开口容器中液位的高低，通过液位测量可知道容器内的原料，半成品或成品的数量，以便调节流入流可知道容器内的原料，半成品或成品的数量，以便调节流入流出容器的物料，使之达到物料平衡，从而保证生产过程顺利进出容器的物料，使之达到物料平衡，从而保证生产过程顺利进行。行。此外，通过液位测量可对生产过程中各环节所耗物料进行统

23、此外，通过液位测量可对生产过程中各环节所耗物料进行统计和经济核算。计和经济核算。 液位测量由于受到被测介质的物理性质，化学性质以及工作液位测量由于受到被测介质的物理性质，化学性质以及工作条件的影响，再加上以往未得到足够重视，因此，目前仍然是条件的影响，再加上以往未得到足够重视，因此，目前仍然是一个比较薄弱的环节。一个比较薄弱的环节。 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录浮力式液位变送器是根据阿基米德原理工作的，即液体对一个物体浮力的大小，等于该物体所排出的液体的重量。浮力式液位变送器可分为恒浮力式和变浮力式两种。 3.5.1 浮力式液位变送器浮力式液位变送器 1恒浮力式液位变送

24、器恒浮力式液位变送器 图3-42 恒浮力式液位计原理 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.5.1 浮力式液位变送器浮力式液位变送器 2变浮力式液位变送器变浮力式液位变送器 图3-43 浮筒式液位计原理图3-43为浮筒式变浮力液位计原理图。圆柱形浮筒部分沉浸于液体中，当浮筒被液体浸没的高度变化时，其所受浮力f也变化，f的变化压缩弹簧，弹簧的弹性力与浮筒的重力相平衡时，浮筒便处于某一平衡位置，测量弹簧的压缩位移，并转换成统一标准信号，便可得知液位高度。 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录浮筒gf弹f浮浮筒弹簧磁钢室输出指示器内置式外置式静井上页上页下页下页目目

25、 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录图3-48为吹气式液位变送的原理。将一根吹气管插入至被测液体的最低液位（零液位）处。压缩空气或惰性气体经恒压阀和流量计吹入贮液罐内，当吹气管的下端有微量气泡溢出时，导管内的压力几乎与液封压力相等。 图3-48 吹气式液位测量原理 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录成分分析仪表是对物质的成分及性质进行分析和测量的成分分析仪表是对物质的成分及性质进行分析和测量的仪表。在现代工业生产过程中，必须对生产过程中的原料仪表。在现代工业生产过程中，必须对生

26、产过程中的原料、成品、半成品的化学成分、化学性质、粘度、浓度、密、成品、半成品的化学成分、化学性质、粘度、浓度、密度、重度、以及度、重度、以及ph值等进行自动测量和自动控制，以达值等进行自动测量和自动控制，以达到优质高产、降低能源消耗和产品成本，保证安全生产和到优质高产、降低能源消耗和产品成本，保证安全生产和防止环境污染的目的。防止环境污染的目的。按使用场合来分，成分分析仪表又分为实验室分析仪表按使用场合来分，成分分析仪表又分为实验室分析仪表和过程分析仪表，自动分析仪表或在线分析仪表。和过程分析仪表，自动分析仪表或在线分析仪表。上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录表表3-3 分

27、析仪表的分类分析仪表的分类 类别品种热学式热导式分析仪表，热化学式分析仪表，差热式分析仪表磁力式热磁式分析仪表，磁力机械式分析仪表光学式光电比色分析仪表，红外吸收式分析仪表，紫外吸收式分析仪表，光干涉式分析仪表，光散射式分析仪表，光度式分析仪表，分光光度分析仪表，激光分析仪表，化学发光式分析仪表射线式x射线分析仪表，电子光学式分析仪表，核辐射式分析仪表，微波式分析仪表电化学式电导式分析仪表，电量式分析仪表，电位式分析仪表，电解式分析仪表，极谱仪，酸度计，离子浓度计色谱仪气相色谱仪， 液相色谱仪质谱仪静态质谱仪，动态质谱仪，其他质谱仪波谱仪核磁共振波谱仪，电子顺磁共振波谱仪，共振波谱仪物性仪温度

28、计，水分计，粘度计，密度计，浓度计，尘量计其他晶体振荡分析仪表，蒸馏及分离分析仪表，气敏式分析仪表，化学变色式分析仪表上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.6.1红外气体分析仪红外气体分析仪 红外气体分析仪是利用不同的气体对不同波长的红外线辐射能具有选红外气体分析仪是利用不同的气体对不同波长的红外线辐射能具有选择性吸收的特性来进行气体浓度分析的。它具有量程范围宽、灵敏度高、择性吸收的特性来进行气体浓度分析的。它具有量程范围宽、灵敏度高、反应迅速、选择性强的特点。反应迅速、选择性强的特点。红外线的波长范围为红外线的波长范围为0.751000，红外气体分析仪中利用的波长范围为，红

29、外气体分析仪中利用的波长范围为225，可以用恒定电流加热镍铬丝到某一适当的温度而产生某一特定波，可以用恒定电流加热镍铬丝到某一适当的温度而产生某一特定波长范围的红外线。长范围的红外线。 气体特征吸收峰波长/m气体特征吸收峰波长/mcoco2ch4nh3so24.652.7，4.26，14.52.4，3.3，7.652.3，2.8，6.1，97.3h2shclc2h4h2o7.63.43.4，5.3，7，10.5在2.610之间都有相当的吸收表表3-4 部分气体特征吸收峰波长部分气体特征吸收峰波长 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.6.1红外气体分析仪红外气体分析仪 图图3-49 i与与c的关系曲线的关系曲线 图图3-50 红外气体分析仪原理框图红外气体分析仪原理框图 上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录3.6.2 气相色谱分析仪气相色谱分析仪 气相色谱分析仪的测量原理是基于不同物质在固定相和流动相所构成的体系，即色谱柱中具有不同的分配系数而将被测样气各组成分离开来，然后用检测器将各组成气体的色谱峰转变成电信号，经电子放大器转换成电压或电流输出。 色谱柱有两大类：一是填充色谱柱，其内填充一定的固体吸附剂颗粒（如氧化铝、硅胶、活性炭等）或液体（固定液）而构成；另一种是空心色