测试仪表讲座Appt课件

1、仪表与自动控制 主讲主讲: : 高飞燕高飞燕南华大学南华大学 电气工程学院电气工程学院章节内容仪表控制系统的组成及基本概念工业仪表的种类及工作原理 检测仪表 变送器与调节器 执行器3 数字仪表及计算机控制1 仪表控制系统的组成及基本概念检测、丈量、计量检测、丈量、计量 Measurement, Measure, Meter，Scale仪器、仪表仪器、仪表 Instrument, Instrumentation传感器传感器 Sensor, Transducer变送器、调节器、执行器变送器、调节器、执行器 Transmitter, Regulator, Actuator,测试、测控测试、测控 In

2、strument and Control感知、遥感感知、遥感 Detection，Remote Sensing名词术语名词术语检测与控制系统的组成 仪表与控制 安装系统界面传感器人机界面检测控制对象操作人员其他系统的仪器装置执行器例：加热炉温度控制系统对检测系统基本要求 准确性和精密性准确性和精密性 稳稳定性定性 高灵敏度高灵敏度 高分辨率高分辨率基本概念 仪表的输入输出特性 测量范围、上下限、量程 零点迁移、量程迁移 滞环、死去和回差 测量精度等级 重复性和再现性零点迁移和量程迁移输入(被测量)输出0100%100%零点迁移量程迁移如何利用零点迁移和量程迁移时间 t0输出 (V)51015滞

3、环、死区和回差输入输出0下降曲线上升曲线重复性和再现性（随机性）（稳定性）测量精度等级输入(被测量)输出0标准输入输出特性曲线实际上升校验曲线实际下降校验曲线误差上限误差下限精度等级0.5级：基本误差不超过量程的0.5%基本误差限重复性和再现性（随机性）（稳定性）输入输出0重复性再现性常用仪表的分类及特点可分为电动，气动，液动和机械式等。工业上普遍使用电动和气动控制仪表。电动电动控制控制仪仪表表 气气动动控制控制仪仪表表 能源 电源（220VAC） （24V DC） 气源（140 kPa） 传输信号 电信号（电流、电压或脉冲）气压信号 构成 电子元器件（电阻、电容、电子放大器、集成电路等）气动

4、元件（气阻、气容、气动放大器等） 接线 导线，印刷电路板 导管，管路板 单单元元组组合式控制合式控制仪仪表表 它们都经历了型，型和型的三个阶段。（信号制不同）电动单元组合仪表中还有模拟和数字技术相结合的DDZ-S型系列仪表。单元组合仪表可分为变送单元，执行单元，调节单元，转换单元，运算单元，显示单元，给定单元和辅助单元等八类。 各个仪表之间用统一的标准信号进行联系，将各种独立仪表进行不同的组合，可以构成适用于各种不同场合的自动检测或控制系统。这类仪表有电动单元组合仪表DDZ和气动单元组合仪表QDZ两大类。集散型控制系集散型控制系统统(DCS(DCS系系统统) ) DCS系统是一种以微型计算机为

5、核心的计算机控制装置。其基本特点是分散控制、集中管理。 DCS系统通常由控制站下位机）、操作站上位机和过程通讯网络三部分组成：控制站完成数据采集、处理及控制的作用；操作站完成生产过程信息的集中显示、操作和管理等作用；过程通讯网络用于实现操作站与控制站的连接，完成信息、控制命令等传输。DCS系统可以实现单元组合仪表中变送和执行单元之外所有的功能，但DCS的功能是单元组合仪表无法比拟。 现场总线现场总线控制系控制系统统(FCS(FCS系系统统) )FCS系统是基于现场总线技术的一种新型计算机控制装置。其特点是现场控制和双向数字通讯，即将传统上集中于控制室的控制功能分散到现场设备中，实现现场控制，而

6、现场设备与控制室内的仪表或装置之间为双向数字通讯。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。其中现场设备是指系统最底层的监测、执行和计算设备，如智能化的变送器、执行器或控制器等。FCS系统具有全数字化、全分散式、可互操作、开放式以及现场设备状态可控等优点。FCS系统中还可能出现以以太网技术和以无线通信技术为基础的计算机控制系统。2 传感器及检测的种类分类按检测参量:如温度、压力、流量、位移等 （电工量、热工量、机械量、物性和成分量、光学量、状态量）按传感原理或反应效应:光电，压电，热阻等按传感器材料:导电体、半导体、有机、无机材料、生物材料等按应用领域:化

7、工、电力、建筑、交通、科学计量等按输出信号形式:如模拟量和数字量等。按能量供给方式:能量变换型、能量控制型等指纹输入的传感原理-1/电容量图像传感器CCD/CMOS指甲手指透镜棱镜光源LED多电极板（1棱镜光学法经过空气层反射和在隆线与镜面交界处的直接反射不同（2） 电容法到达电极板的距离不同静电容量不同指纹输入的传感原理-2图像传感器CCD/CMOS指甲手指光源LED（4电场方法到达真皮距离不同造成电场强度分布不同（5） 感热方法隆线皮肤体温与谷部空气温度的差（6感压方法凹凸压力分布（3扩散光光学法观测通过手指内的光线，谷线处由于光扩散而变暗温度测量(1)、接触式测温：测温元件直接与被测介质

8、接触，使被测介质与温、接触式测温：测温元件直接与被测介质接触，使被测介质与温度敏感元件进行充分热交换，达到热平衡，而完成的温度测量。度敏感元件进行充分热交换，达到热平衡，而完成的温度测量。膨胀式温度计：利用物体受热后体积膨胀的原理。膨胀式温度计：利用物体受热后体积膨胀的原理。固体膨胀式：杆式温度计、双金属温度计固体膨胀式：杆式温度计、双金属温度计液体膨胀式：玻璃管水银温度计常用）液体膨胀式：玻璃管水银温度计常用）100600气体膨胀式：压力式温度计气体膨胀式：压力式温度计压力式温度计：利用气体在固定容积中随温度升高，其压力增大压力式温度计：利用气体在固定容积中随温度升高，其压力增大的原理。的原

9、理。有：气体压力温度计、饱和蒸汽压力温度计有：气体压力温度计、饱和蒸汽压力温度计热电偶：利用热电效应，电偶二端的热电动势与温度有关的原理。热电偶：利用热电效应，电偶二端的热电动势与温度有关的原理。常用有：常用有：铂铑铂铑10铂、镍铬镍硅、铜康铜等。铂、镍铬镍硅、铜康铜等。热电阻：利用导体或半导体的电阻值随温度变化的原理。热电阻：利用导体或半导体的电阻值随温度变化的原理。常用的有：常用的有：Cu50、Cu100、Pt10、Pt100、热敏电阻、热敏电阻(2)、非接触式测温：测温仪表的敏感元件不直接与被测、非接触式测温：测温仪表的敏感元件不直接与被测对象接触，而是通过辐射和对流来实现热交换，以达到

10、测对象接触，而是通过辐射和对流来实现热交换，以达到测温的目的。温的目的。辐射式温度计：根据全光谱辐射能量或部分光谱能量辐射式温度计：根据全光谱辐射能量或部分光谱能量大小来测温，能量的大小与温度有关。大小来测温，能量的大小与温度有关。有：全辐射温度计、部分光谱辐射温度计有：全辐射温度计、部分光谱辐射温度计亮度温度计：根据物体辐射的单色亮度与温度的关系来亮度温度计：根据物体辐射的单色亮度与温度的关系来测温。有：光学高温计、光电亮度高温计测温。有：光学高温计、光电亮度高温计比色温度计：根据两个波长的亮度比值随温度变化的原比色温度计：根据两个波长的亮度比值随温度变化的原理测温。理测温。插入式热电偶插入

11、式热电偶 ，热电阻，热电阻 毛细管温度计毛细管温度计 手持式红外温度计手持式红外温度计 压力检测1、液体、液体压压力平衡法：力平衡法： 液柱液柱压压力力计计 活塞式活塞式压压力力计计2、 、弹弹性力平衡法：性力平衡法：常用的常用的弹弹性元件：膜片、波性元件：膜片、波纹纹管、管、弹弹簧管簧管3、 、电测电测法：法：电电阻、阻、电电容、容、电电感式感式压压力力计计， ，霍霍尔尔式式压压力力计计， ，应变应变式式压压力力计计， ，压电压电式式压压力力计计普通压力表适用于测量无爆炸危险、不结晶、不凝固及对钢、铜合金不起腐蚀作用的液体、蒸汽和气体等介质的压力。 精密压力表主要用来校验工业用普通压力表也可

12、用于精密测量对铜合金和合金结构钢等无腐蚀性、非结晶、非凝固的各种介质的压力。 精密压力表精密压力表 量程： 0 - 40 mbar 至 0 - 40 bar衔接： G1/2 外螺纹, 钢, 不锈钢外壳材质： 不锈钢表盘直径： 100, 160 mm 精度等级： 1.6; 2.5可选功能： 开关, 充硅油 膜片式压力表膜片式压力表 数字压力表数字压力表 量程： 0 - 0.6 bar 至 0 - 25 bar衔接： G1/2 AG, 黄铜, 不锈钢外壳材质： 钢, 不锈钢表盘直径： 100, 160 mm 精度等级： 1.6可选功能： 充硅油 差压表差压表 弯管过程连接件单向或双向截止阀压力缓冲

13、器适配件 压力表用附件压力表用附件流量检测计量表测流量总量）：计量表测流量总量）：容积式计量表：容积式计量表： 椭园齿轮流量计腰轮流量椭园齿轮流量计腰轮流量计，活塞式流量计计，活塞式流量计速度式计量表：速度式计量表： 垂直叶轮式水表涡轮式流垂直叶轮式水表涡轮式流量表量表流量表测瞬时流量）：流量表测瞬时流量）：差压式流量计，靶式流量计，转子流量计，涡差压式流量计，靶式流量计，转子流量计，涡轮式流量表，电磁流量计，超声波流量计，皮轮式流量表，电磁流量计，超声波流量计，皮托管式流量计，卡门漩涡式流量计托管式流量计，卡门漩涡式流量计量程： 0.1-2 l/min .1.6-40 l/min. 液体衔接

14、： G 1/4.G 3/4 内螺纹材质： POM, 铝最大压力： 10 (40) bar最大温度： 80 C精度： 2.5% 测量值粘度范围： 10-800 mm/s脉冲输出 椭圆齿轮式流量计椭圆齿轮式流量计 小流量转子流量计小流量转子流量计 金属转子流量计金属转子流量计 量程： 0.25 - 1.5 . 10 - 80 l/h 水 20 - 80 Nl/h . 0.5 - 2.5 Nm/h 空气衔接： 1/8 NPT 内螺纹材质： 聚砜/黄铜, 聚砜/不锈钢最大压力： 6 bar 最大温度： 60 C (聚碳酸脂); 120 C (聚砜)精度： 6 % FS可选功能： 调节阀 差压流量计差压

15、流量计 丈量/开关范围：3-27.300-2300 l/min. 水6-42.500-2800 Nm/h 空气衔接： G 1/2. G3, 1/2 NPT.3 NPT材质： 铝-青铜, 不锈钢最大压力： PN 40最大温度： 100 C精度： 3 % FS机械式指针, 模拟输出, 数字显示, 开关 电磁流量计电磁流量计 流量积算仪流量积算仪 量程：0.06-1.8l/min.80-2400 m/h 液体衔接：G 3/8.G 1/2, 法兰 DN 10.DN300管道材料： PTFE, PFA, Polyurethan最大压力： PN 40 bar最大温度：180C精度：0.5 % 测量值输出:

16、 脉冲/模拟输出, 状态显示, 累积 旋叶式流量计旋叶式流量计 量程：量程： 0.5-12 l/min .10-140 l/min. 水水衔接：衔接： G 1/8. G 1, 1/8 NPT. 1 NPT 材质：材质： 铝铝/青铜青铜, 不锈钢不锈钢, 聚丙烯聚丙烯最大压力：最大压力： 40 bar最大温度：最大温度： 80 C精度：精度： 3 % FS脉冲输出脉冲输出, 模拟输出模拟输出, 开关开关, 数字数字/指针显示指针显示 变送器Transmitter） 变送器在自动检测和控制系统中的作用，是将变送器在自动检测和控制系统中的作用，是将各种工艺参数，如温度、压力、流量、液位、成分等各种工

17、艺参数，如温度、压力、流量、液位、成分等物理量转换成统一的标准信号，以供显示、记录或控物理量转换成统一的标准信号，以供显示、记录或控制之用制之用 分分类类： ： 差差压变压变送器、送器、压压力力变变送器、温度送器、温度变变送器、液位送器、液位变变送器和流量送器和流量变变送器等。送器等。理想理想传输传输特性：特性：minminmaxminmax)(yyyxxxySBW系列系列 温度温度变变送器送器 输入：热电偶K型、E型、B型、S型、T型、J型、N型热电阻 Pt100 Cu100 Cu50 (三线制或四线制)输出：在量程范围内输出4-20mA直流信号，与热电偶输入的毫伏信号成线性；与热电阻的输入

18、电阻信号成线性。或与温度信号成线性。3151压力变送器3151压力变送器用于测量液体、气体和蒸汽的压力，然后将其转换成然后将其转换成420 mADC的电流信号输出。HART275手操器相互通讯，通过它进行设定、监控等。主要技术参数1)工作电压：24V DC；2)精度登记：0.0750.2%FS；3)输出阻抗：100M；4)使用对象：液体、气体和蒸汽；5)精度等级：0.5级6)测量范围：见表1；7)供电电压：24V DC；8)输出信号：420mA DC 控制器的功能控制器的功能(1)偏差显示(2)输出显示(3)提供内给定信号及内、外给定的选择(4)正、反作用的选择 (5)手动操作与手动/自动双向

19、切换 (6)附加功能：抗积分饱和、输出限幅、输入报警、 偏差报警、软手动抗漂移、停电对策和零启动等.控制器的作用是对测量信号与给定值相比较所产生的偏差进行控制器的作用是对测量信号与给定值相比较所产生的偏差进行PID运算，并输出控制信号至执行器运算，并输出控制信号至执行器 模拟控制器模拟控制器( Analog Controllers ) DDZ型型调节调节器：全刻度指示器：全刻度指示调节调节器和偏差指示器和偏差指示调节调节器器执行器由执行机构和调节机构两个部分构成 辅助装置：阀门定位器利用负反馈原理改 善执行器的性能手操机构用于人工直接操作执行器 执行器的构成执行器的构成气动调节阀采用气动执行机

20、构：输出直线位移l 直行程式调节机构直行程式调节机构 长行程式输出角位移 角行程式调节机构角行程式调节机构 薄膜式活塞式(Pneumatic Actuator)电动调节阀采用电动执行机构：输出直线位移l 直行程式调节机构直行程式调节机构 输出角位移 角行程式调节机构角行程式调节机构 直行程式直行程式角行程式角行程式(Electrical Actuator)ZKZ 直行程直行程电动执电动执行机构行机构 ZKZ型电动执行机构可与型仪表配套使用，也可与组装仪表，TA仪表配用，它以电源为动力，接受统一的标准信号d.c.420mA，将此转变成与输入信号相对应的出轴直线位移， ZKJ 角行程角行程电动执电

21、动执行机构行机构 气动薄膜单座调节阀气动薄膜单座调节阀进进料料口口出出料料口口H玻璃管液位计玻璃管液位计 进进料料口口执执行行器器变变送送器器调调节节器器通常安装通常安装于控制室于控制室通常安装通常安装于于 现场现场控制器(调节器)被控对象测量变送装置（检测仪表）+SP执行器显示仪表阀门：调节阀、电磁阀、气动蝶阀阀门：调节阀、电磁阀、气动蝶阀泵：开关泵、变频泵泵：开关泵、变频泵现场仪表：主要指安装在工业现场的各种变送器、现场仪表：主要指安装在工业现场的各种变送器、 执行器及其他测量仪表。执行器及其他测量仪表。变送器选型：量程、安装方式、材质耐压、防腐）、变送器选型：量程、安装方式、材质耐压、防

22、腐）、防爆防爆执行器选型：口径、流量特性、安装方式、材质耐执行器选型：口径、流量特性、安装方式、材质耐压）压）运用：零点调整、量程调整、零点迁移以及其它日常运用：零点调整、量程调整、零点迁移以及其它日常维护和维修等维护和维修等控制室仪表：主要指安装在控制室内的各种控制器控制室仪表：主要指安装在控制室内的各种控制器调节器）、显示仪表等。调节器）、显示仪表等。进进料料口口执执行行器器变变送送器器 进进料料口口执执行行器器变变送送器器控制站：数字调节器、控制站：数字调节器、IPC、PLC（可以广义地理解为带有（可以广义地理解为带有CPU的各种控制设备）的各种控制设备）3 数字仪表及计算机控制进进料料口口执执行行器器变变送送器器控控制制站站AIAI、DIDIAOAO、DODO控制站A/DAI）：模）：模/数转换模拟量输入）数转换模拟量输入）DI ：开关量输入数字量输入）：开关量输入数字量输入）D/AAO）：数）：数/模转换模拟量输出）模转换模拟量输出）DO ：开关量输出数字量输出）：开关量输出数字量输出）调节器调节器被控对象被控对象测量变送装