自动化仪表基础知识

培训内容：对各种仪表按照测量对象的不同，进行分类介绍，并就各类仪表的构成和工作原理作深入简出的讲解。各类测量仪表依次为：一、温度检测仪表二、压力检测仪表三、液位检测仪表四、流量检测仪表一、温度检测中的远传仪表——

温度变送器（热电阻、热电偶）（一）温度变送器的原理

温度变送器由变送模板、检测模板以及模拟量输出模板等组成，通过后面的接线板将4—20毫安的模拟量信号接到PLC机柜上，再通过转换在站控机上显示各个被测的温度参数值。50电阻

温变安全栅Pt24VDCS500

（一）热电偶

1、热电偶工作原理：两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势（二）热电阻

1、原理：热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的。当阻值变化时，工作仪表便显示出热电势所对应的温度值。2、工业上常用的热电阻有两种，即铜热电阻和铂热电阻。3、铜热电阻测温范围为负50到正150度，铂热电阻测温范围为负200度到正850度，铜热电阻的分度号是CU50和CU100，0度时的标称电阻值分别为50欧和100欧。铂热电阻分为A级和B级，它们的分度号都是PT10和PT100，其0度的标称电阻值分别为10欧和100欧热电偶的测温范围及精度热电偶类别分度号无差等级III误差值{±}测量范围误差值{±}测量范围镍铬-镍硅（镍铝）K1.5℃或0.4％T-40-1000℃2.5℃或0.75％T-40-1200℃镍铬-铜镍（康铜）E-40-800℃-40-900℃铁-铜镍（康铜）J-40-750℃-40-750℃铜-铜镍（康铜）T0.5℃或0.4％T-40-350℃1℃或0.75％T-40-350℃铂铑10-铂S1℃或1+0.003（T-1000）0-1600℃1.5℃或0.25％T0-1600℃铂铑13-铂R0-1600℃0-1600℃铂铑30-铂铑6B---600-1700℃温度传感器的选择1、温度范围2、介质3、精度4、信号5、安装方式6、插入深度（如管道、锅炉上安装需要插入的深度）二、压力检测中的远传仪表——压力变送器差压变送器原理

传感器产生的信号被信号放大器放大后，经模-数转换器转换成数字信号，在微处理器中经线性和温度校正后，在经数-模转换器转换成直流4-20mA输出信号。涉及测量元件的电子数据和变送器功能参数数据都被存储在两个EEPROM中，通过3个输入调整键直接在测量点进行参数调整。也可以在数字显示中读取测量结果、故障信息和工作方式。接线

压力变送器采用二线制接线方式，由PLC柜内24VDC直流电源提供工作电压,输出4—20mA信号经防雷端子接到PLCD模拟输入板（AI板）。＋－PLCAI板24VDC4—20mA防雷击端子压变二、压力检测中的远传仪表——压力变送器差压变送器1、压力变送器

主要由测压元件传感器（也称作压力传感器）、测量电路和过程连接件三部分组成。它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号(如4~20mADC等)。

2、差压变送器

用于测量液体、气体和蒸汽的液位、密度和压力，然后将其转变成4-20mADC的电流信号输出压力传感器选型的参数1、介质（黏性液体、泥浆、溶剂或腐蚀性物质是否选择直接隔离膜及直接与介质接触的材料）2精度3、压力范围4、信号类型（输出信号类型如：4-20mA）

液位检测仪表——雷达液位计雷达料位计测量原理：雷达料位计利用了电磁波的“发射－反射－接收”来进行料位检测。电磁波的物理特性与可见光相似，传播速度相当于光速。其频率为300MHz-3000GHz。电磁波可以穿透空间蒸汽、粉尘等干扰源，遇到障碍物易于被反射，被测介质导电性越好或介电常数越大，回波信号的反射效果越好。

雷达传感器的天线以波束的形式发射最小5.8GHz的雷达信号。反射回来的信号仍由天线接收，雷达脉冲信号从发射到接收的运行时间与传感器到介质表面的距离以及物位成比例。

即：h=H–vt/2式中h为料位；H为槽高；v为雷达波速度；t为雷达波发射到接收的间隔时间2、雷达液位计的特点①测量部分无位移、无传动部件。②与介质不直接接触。③测量不受温度、压力、蒸汽、烟雾、粉尘的限制，适用于粘度大、有毒、有腐蚀性介质的液位测量。④使用、维护费用低。⑤精度高⑥分辩率高超声波物位计用声波在空气中传播速度不变的原理，通过检测声波发射和反射全过程的时间间隔可以计算出物料界面到探头的距离，从而得到物位的高低。四、流量计

1、流量、瞬时流量、累积流量流量即流经管道横截面介质的体积或质量数。流体在单位时间内通过管道某一截面的数量，按计算流体数量的方法的不同流量可分为质量流量和体积流量。工程技术上常有瞬时流量与累积流量之说。瞬时流量是指单位时间内流过管道横截面介质的体积或质量数。累积流量是指在一定时间间隔内流过某管道截面的介质总量常用流量计1、超声波流量计2、涡街流量计3、涡轮流量计4、孔板流量计5、电磁流量计6、V锥流量计7、威力巴流量计8、旋进旋涡流量计（一）、超声波流量计一、工作原理超声波流量计采用基本的声波传播时间法，两个传感器发射和接收具有时间标志的声波脉冲。零流量时，声波在两个传感器之间往返的时间是完全相同的。流体开始流动时，顺流方向的传播时间较短，而逆流方向的传播时间较长。通过测量上述顺流和逆流的时间差，来确定管道内流体的流量。二、超声波流量计的特点1、应用范围广2、适用介质多3、原理上不受管径限制，适用于圆形、矩形管道4、可实现非接触测量，了进行移动性测量5、无压力损失，操作费用低6、测量精度不够理想7、介质温度不能太高（受换能器耐温限制），一般≤200℃8、技术复杂，价格较高9、传播时间法超声波流量计只能用于清洁液体和气体（二）、涡街流量计涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的，流体在管道中经过涡街流量变送器时，在三角柱的旋涡发生体后上下交替产生正比于流速的两列旋涡，旋涡的释放频率与流过旋涡发生体的流体平均速度及旋涡发生体特征宽度有关。（三）、涡轮流量计涡轮变送器的工作原理是当流体沿着管道的轴线方向流动，并冲击涡轮叶片时，便有与流量qv、流速V和流体密度ρ乘积成比例的力作用在叶片上，推动涡轮旋转。在涡轮旋转的同时，叶片周期性地切割电磁铁产生的磁力线，改变线圈的磁通量。根据电磁感应原理，在线圈内将感应出脉动的电势信号，此脉动信号的频率与被测流体的流量成正比。

涡轮变送器输出的脉冲信号，经前置于放大器放大后，送入显示仪表，就可以实现流量的测量。

（四）、孔板流量计

孔板流量计测量原理：当充满管道的流体流经孔板时，将产生局部收缩，流束集中，流速增加，静压力降低，于是在孔板前后产生一个静压力差，该压力差与流量存在着一定的函数关系，流量越大，压力差就越大。通过导压管将差压信号传递给差压变送器，转换成4～20mA.DC标准信号，经流量显示仪，便显示出管道内的瞬时和累积流量。孔板流量计特点具有测量精度高，安装方便，使用范围广、造价低等特点。广泛应用于各种介质的流量测量。公称通径

DN15~DN3000（mm）

适用介质

各种液体,气体,饱和蒸汽,过热蒸汽五、电磁流量计

电磁流量计是根据法拉第电磁感应原理制成的一种流量计，当被测导电液体流过管道时，切割磁力线，于是在和磁场及流动方向垂直的方向上产生感应电势，其值和被测流体的流速成比例。因此测量感应电势就可以测出被测导电液体的流量。六、V锥流量计

1、锥形流量计是在管道中心处悬挂一锥形节流件，锥形件阻碍介质的流动，重塑流速曲线,在锥形性的下游可立即形成低压区，管道上游的正压同经节流件节流后的下游的负压之间有一差压,将正、负压用取压口取出，正压口位于管道的上游，负压口位于锥体的末端，通过测量两者之间差压,根据伯努力方程即可计算出管道中的流量，锥体位于管线中心，可对所测介质的流速曲线进行优化,因此测量精度高，对仪表上、下游的直管段要求低。

2、可测量各种工况(温度和压力)条件下的气相、混合气相、液相、多相液体、气液两相(湿气、液相质量比≤5%)、粉末、高粘度、高流速、脏污、含有固体悬浮颗粒的液相、溶液振动、电磁干扰等介质的流量。流体的条件可从深低温到超临界状态。工作温度最高850℃，最大压力42.0mpa。若用特殊结构材质，温度压力还可以更高。可测量最高雷诺数500万，最底雷诺数8000甚至更低。产生满刻度差压信号从最低小于0.1千帕到最高几十千帕。

七、威力巴体流量计

1、威力巴体流量计适用于蒸汽的高精度流量测量，它采用了完全符合空气动力学原理的工程结构设计，是一种在精度、功效及可靠方面达到了无比卓越程度的传感元件。适用于气体、液体和蒸汽的高精度流量测量。威力巴是一种差压式、速率平均式流量传感器，通过传感器在流体中所产生的差压进行流量测量。

2、威力巴的突出优点是：输出一个非常稳定、无脉动的差压信号。八、旋进旋涡流量计当流体经过螺旋形的旋涡发作体后，流体自愿绕旋涡发作体中心猛烈地旋转，构成旋涡流。旋涡