化工仪表及其自动化控制第03章ppt课件

1、被测变量传感器参数检测的根本过程被测对象变送器显示安装 由于传感器的输出信号种类很多，而且信号往往很微弱，普通都需求经过变送环节的进一步处置，把传感器的输出转换成如010mA、420mA等规范一致的模拟量信号或者满足特定规范的数字量信号，这种检测仪表称为变送器。 ixtxitxx 0ixx 0ixx 1100%tx20100%x3maxmin100%xxmaxmaxmin100%xx最大绝对误差量程1.51.05*100%1.25%4000 0.5*100%1.25%400 被测变量仪表输出实际实践maxmax100f测量范围上限测量范围下限被测变量仪表输出下行程上行程maxmax100测量范

2、围上限测量范围下限变差三、丈量系统中的常见信号类型三、丈量系统中的常见信号类型作用于丈量安装输入端的被测信号，要转换成以下几种便于传输和显示的信号类型：1、 位移信号：是一种机械信号，包括直线位移和角位移。在丈量力、压力、质量、振动等物理量时，要先把它们转换成位移量再处置。2、 压力信号：包括气压信号和液压信号，工业检测中主要运用气压信号。3、 电气信号：有电压信号、电流信号、阻抗信号和频率信号等。传送快、滞后小、可远间隔传送、便于和电子计算机联接。4、 光信号：包括光通量信号、干涉条纹信号、衍射条纹信号、莫尔条纹信号等。可是延续得，也可是断续脉冲式的。四、丈量系统中信号的传送方式四、丈量系统

3、中信号的传送方式从传送信号的延续性的观念来分1、 模拟信号： 在时间上是延续变化的，在任何瞬时都可以确定其数值的信号。 可以变换为电信号，即是平滑地、延续地变化的电压或电流信号。 例如：延续变化的温度信号可以利用热电偶转换为与之成比例的延续变化的电势信号。 2、 数字信号： 是一种以离散方式出现的不延续信号，通常用二进制数“0和“1组合的代码序列来表示。数字信号变换成电信号就是一连串的窄脉冲和高低电平交替变化的电压信号。 延续变化的工艺参数模拟信号可以经过数字式传感器直接转换成数字信号。然而，大多数情况是首先把这些参数变换成电方式的模拟信号，然后再利用模拟-数字A/D转换技术把电模拟量转换成数

4、字量。3、 开关信号：开关信号： 开关信号：用两种形状或用两个数值范围表示的不延续开关信号：用两种形状或用两个数值范围表示的不延续信号。信号。 例如：用水银触点温度计来检测温度的变化时，可利用例如：用水银触点温度计来检测温度的变化时，可利用水银触点的水银触点的“断开与断开与“闭合来判别温度能否到达给定值。闭合来判别温度能否到达给定值。 在自动检测技术中，利用开关式传感器如干簧管、电在自动检测技术中，利用开关式传感器如干簧管、电触点式传感器可以将模拟信号变换成开关信号。触点式传感器可以将模拟信号变换成开关信号。五、丈量仪表的分类五、丈量仪表的分类1、根据所测参数的不同，分成压力差压、负压丈量仪、

5、根据所测参数的不同，分成压力差压、负压丈量仪表、流量丈量仪表、物位液位丈量仪表、温度丈量表、流量丈量仪表、物位液位丈量仪表、温度丈量仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表等。仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表等。2、按表达示数的方式不同，分成指示型、记录型、讯号型、按表达示数的方式不同，分成指示型、记录型、讯号型、远传指示型、累积型等。远传指示型、累积型等。3、按精度等级及运用场所的不同，分成适用仪表、范型仪、按精度等级及运用场所的不同，分成适用仪表、范型仪表和规范仪表，分别运用在现场、实验室、标定室。表和规范仪表，分别运用在现场、实验室、标定室。六、化工检测的开展趋势六、化工检测的开展趋势

6、由于化工消费过程中被测介质形状多样气态、液态、固态及混合体；有时还具有特殊性质强腐蚀、强辐射、高温、高压、深冷、真空、高粘度等；检测环境比较恶劣，存在众多的影响和干扰，如电源电压、频率动摇，温度、压力变化，水汽、湿度、光照、辐射、盐雾、烟雾、粉尘等，这些情况都要求化工检测仪表有稳定的任务特性、高的抗干扰才干和相应的防护措施。检测技术及仪器仪表的开展：1、 检测技术的现代化： 随着科学技术的开展，新技术、新资料、新工艺不断涌现，新的检测方法不断得到开发。2、 检测仪表的集成化、数字化、智能化： 传感器、集成电路、电子技术、数字化技术、微机技术的运用例题分析例题分析2、某台测温仪表的测温范围为、某

7、台测温仪表的测温范围为2001000C，工，工艺上要求测温误差不能大于艺上要求测温误差不能大于5C，试确定应，试确定应选仪表的准确度等级。选仪表的准确度等级。解：工艺上允许的相对百分误差为：解：工艺上允许的相对百分误差为：允允=5/1000-200100%=0.625%要求所选的仪表相对百分误差不能大于工艺上的要求所选的仪表相对百分误差不能大于工艺上的允，才干保证测温误差不大于允，才干保证测温误差不大于5C，所以所，所以所选仪表的准确度等级应为选仪表的准确度等级应为0.5级。级。仪表的准确度等级越高，能使测温误差越小，但仪表的准确度等级越高，能使测温误差越小，但为了不添加投资费用，不宜选用过高

8、准确度的为了不添加投资费用，不宜选用过高准确度的仪表。仪表。压力：化工消费中，由气体或液体均匀垂直地作用于单位面压力：化工消费中，由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。积上的力。 化工消费中，通常遇到压力和真空度的丈量。假设压力化工消费中，通常遇到压力和真空度的丈量。假设压力不符合要求，不仅会影响消费效率，降低产质量量，还会呵不符合要求，不仅会影响消费效率，降低产质量量，还会呵斥严重消费事故。化学反响中，压力既影响物料平衡关系，斥严重消费事故。化学反响中，压力既影响物料平衡关系，也影响化学反响速度。所以，压力的丈量与控制，对保证消也影响化学反响速度。所以，压力的丈量与控制，对保证消费过程

9、正常进展，到达高产、优质、低耗费和平安非常重要。费过程正常进展，到达高产、优质、低耗费和平安非常重要。pa绝对压力零线pphpa大气压p01.01325105Pa0appp0happp19p1 p2p1 p2h(a)(b)21pppgh xpxpxpxpxpxxxxx 平薄膜 波纹膜 波纹管 单圈弹簧管 多圈弹簧管222220)1 (1abbhREP0P1弹簧管 2拉杆 3扇形齿轮4中心齿轮 5指针 6面板7游丝 8调理螺钉 9接头图3-18 弹簧管压力表24电气式压力计与信号转换 电气式压力计，实践上是将弹性元件、液柱式压力计所产生的微小位移或活塞式压力计所产生的力转换为电信号输出的一类压力

10、计。 电气式压力计通常两部分组成： 一次仪表压力探头：将压力转换为微弱电参数； 二次仪表：将微弱电参数转换为规范电信号。25电气式压力计 常用电参数有：电阻、电感、电容、电压等。 常见压力变换器压力探头有： 应变式压力变换器； 压电电阻式压力变换器； 电感式压力变换器； 电容式压力变换器； 霍尔片式压力变换器。26霍尔式压力计 霍尔半导体在垂直电流和磁场的作用下，会产生侧向电压：UH=RHBINSSlRr1r2123P(a)传感器1外壳 2弹性筒 3膜片UiEr1r2R3R4AB(b)丈量电桥313412() U0 RrUERRrr ，不受压时0122011212010201201() 242

11、24rrrrrrrrrUEEEPrrrrrrrr 精度普通在精度普通在0.50.51.01.0左右。左右。因电阻率变化引起阻值变化称为压阻效应。半导体资料的压阻效应比较明显。因电阻率变化引起阻值变化称为压阻效应。半导体资料的压阻效应比较明显。用作压阻式传感器的基片资料主要为硅片和锗片，由于单晶硅资料纯、功耗小、滞后用作压阻式传感器的基片资料主要为硅片和锗片，由于单晶硅资料纯、功耗小、滞后和蠕变极小、机械稳定性好，而且传感器的制造工艺和硅集成电路工艺有很好的兼容和蠕变极小、机械稳定性好，而且传感器的制造工艺和硅集成电路工艺有很好的兼容性，以分散硅压阻传感器作为检测元件的压力检测仪表得到了广泛的运

12、用。性，以分散硅压阻传感器作为检测元件的压力检测仪表得到了广泛的运用。 p2p1硅杯图3-30 压阻式传感器表示图正压侧隔离膜片引出线负压侧隔离膜片硅油把被测差压把被测差压P成比例地转换为不平衡电压成比例地转换为不平衡电压US 1.负压室负压室 2.正压室正压室 3.硅杯硅杯4.引线引线 5.硅片硅片Ri1Ri2Ri3Ri4结论：结论：压阻式压力传感器的主要优点是体积小，构造简单，压阻式压力传感器的主要优点是体积小，构造简单，其中心部分就是一个既是弹性元件又是压敏元件的单晶硅膜其中心部分就是一个既是弹性元件又是压敏元件的单晶硅膜片。片。分散电阻的灵敏系数是金属应变片的几十倍，能直接丈量出分散电

13、阻的灵敏系数是金属应变片的几十倍，能直接丈量出微小的压力变化。微小的压力变化。此外，压阻式压力传感器还具有良好的动态呼应，迟滞小，此外，压阻式压力传感器还具有良好的动态呼应，迟滞小，可用来丈量几千赫兹乃至更高的脉动压力。可用来丈量几千赫兹乃至更高的脉动压力。因此，这是一种开展比较迅速，运用非常广泛的一类压力传因此，这是一种开展比较迅速，运用非常广泛的一类压力传感器。感器。 这种传感器的缺陷那么是分散电阻存在温度效应，容易这种传感器的缺陷那么是分散电阻存在温度效应，容易受环境温度的影响，有些厂家在传感器组件中提供了假设干受环境温度的影响，有些厂家在传感器组件中提供了假设干校正用的温度补偿电路，甚

14、至把放大转换等电路集成在同一校正用的温度补偿电路，甚至把放大转换等电路集成在同一块单晶硅膜片上，从而可以大大提高传感器的根本性能。块单晶硅膜片上，从而可以大大提高传感器的根本性能。任务原理：力矩平衡任务原理：力矩平衡 检测元件检测元件膜盒或膜片膜盒或膜片 杠杆系统那么有单杠杆、双杠杆和矢量机构杠杆系统那么有单杠杆、双杠杆和矢量机构 膜盒式差压变送器构成膜盒式差压变送器构成 电容式差压变送器采用差动电容作为检测元件电容式差压变送器采用差动电容作为检测元件主要包括丈量部件和转换放大电路两部分：主要包括丈量部件和转换放大电路两部分： 差压电容膜盒电容-电流转换电路调零、零迁电路电流放大器反响电路pC

15、IiIfIzIo电气式压力计电气式压力计P=0 Ci1=Ci2=15pF P0 Ci1的电容量减小的电容量减小 Ci2的电容量增大的电容量增大 差动电容丈量原理差动电容丈量原理电容式压力变送器，目前在电容式压力变送器，目前在工业消费中运用非常广泛，工业消费中运用非常广泛，其 输 出 信 号 也 是 规 范其 输 出 信 号 也 是 规 范 4 20mADC电流信号。电流信号。电容式压力变送器是先将压电容式压力变送器是先将压力的变化转换为电容量的变力的变化转换为电容量的变化，然后进展丈量的。化，然后进展丈量的。电容式差压变送器的原理电容式差压变送器的原理图可见传感器有左右固定图可见传感器有左右固

16、定极板，在两个固定极板之极板，在两个固定极板之间是弹性资料制成的丈量间是弹性资料制成的丈量膜片，作为电容的中央动膜片，作为电容的中央动极板，在丈量膜片两侧的极板，在丈量膜片两侧的空腔中充溢硅油。空腔中充溢硅油。电容式差压变送器的构造可以有效电容式差压变送器的构造可以有效地维护丈量膜片，当差压过大并超地维护丈量膜片，当差压过大并超越允许丈量范围时，丈量膜片将平越允许丈量范围时，丈量膜片将平滑地贴靠在玻璃凹球面上，因此不滑地贴靠在玻璃凹球面上，因此不易损坏，与力矩平衡式相比，电容易损坏，与力矩平衡式相比，电容式没有杠杆传动机构，因此尺寸紧式没有杠杆传动机构，因此尺寸紧凑，密封性与抗振性好，丈量精度凑，密封性与抗振性好，丈量精度相应提高，可达相应提高，可达0.2级。级。30.60.84AMPa10.41.23AMPa42(a)(b)(c)