《自动化仪表第三章》PPT课件

1、第三章检测仪表及传感器,第一节概述第二节压力检测及仪表第三节流量检测及仪表第四节物位检测及仪表第五节温度检测及仪表,第一节概述,一、测量过程与测量误差,测量过程在实质上都是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程，而测量仪表就是实现这种比较的工具。,测量误差指由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。通常有两种表示方法，即绝对误差和相对误差。,绝对误差()理论上：=xi-xt(xi:仪表指示值xt:真值)实际上：=x-x0(x:被校表x0:标准表),例如:测量两个电阻R1=10,R1=0.1;R2=1000,R2=1;但不能说R1比R2测量的准确度高,因为R1=0.1相对于10来讲的,它的测

2、量误差相当于10的1%,而R2=1相对于1000来讲的,它的测量误差相当于1000的0.1%,所以,结论是R2比R1测量更准确。,相对误差(y):绝对误差（）与标准表的值（x0）之比，称为相对误差。,1.精度,相对百分误差:绝对误差max与量程（N）之比。,例：两台仪表的测量范围不同010、0100，但max相同为1。,结论：越小，表示仪表精确度越高越大，表示仪表精确度越低,一、仪表的性能指标,允许误差（允）：,精度等级:根据仪表的允许误差，去掉“”号与“%”号后的数值，就是精度等级。我国生产的仪表常用的精度等级:0.0050.020.050.10.20.40.51.01.52.54.0等一般

3、表示符号：,例1某台测温仪的测温范围为200-7000C,校验时得到的最大绝对误差为40C，确定该仪表的精度等级。,去掉“”与“%”，其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有0.8级的仪表，同时这台仪表的最大相对百分误差超过了0.5级仪表的允许误差（0.5%）,所以该仪表的精度等级为1.0级。,解：该仪表的相对百分误差,例2，某台测温仪的测温范围为0-10000C。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过70C，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？解：根据工艺要求，仪表的允许误差为：,此数介于0.5-1.0之间，如选精度级为1.0的仪表，其允许误差为1.0%,超过了工艺上允许的数

4、值，故应选0.5级仪表。,2、变差正常条件下，用同一仪表测量参数值的正反行程，所测的得值不一样，两者最大差值与仪表量程之比的百分数就是变差。,原因：传动机构的间隙、运动件的磨擦、弹性件的滞后等。要求：变差不能超出仪表的允许误差，否则，及时检修，一个仪表的变差越小，其输出的重复性和稳定性越好,3、灵敏度(S)与灵敏限、分辨力,灵敏度(S):表的指针线位移(或角位移)(a)与被测参数变化量(X)之比.S=a/XS表示测量仪表对被测参数变化的敏感程度。灵敏限:能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。分辨力数字仪表的分辨力就是在仪表的最低量程上最末一位改变一个数所表示的量。,4、线性度f,实际曲

5、线与理论直线之间的最大偏差与仪表量程之比的百分数为f,5、反应时间它是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标.反应时间的表示方法：1.由开始变化到新稳定值的63.2%所用的时间.2.由开始变化到新稳定值的95%所用的时间.,三、工业仪表的分类,1.按仪表使用的能源分类气动仪表QDZ、电动仪表DDZ、液动仪表(1)气动仪表:气动仪表结构简单、直观；价廉、可靠、防火防爆；但是反应慢，不能集中控制.1标准气压信号,可利用电-气转换器实现转换(2)电动仪表:电动仪表可远距离联机、集中控制、可防火防爆；但结构复杂，易受温度、湿度、电磁场、放射性等环境影响。,DDZDDZ010mADCDDZ国际标

6、准：现场传输信号用420mADC；控制室内各仪表间的联络信号用15VDC；电流与电压信号通过250电阻转换。2、按信息的获得、传递、反映、和处理的过程分类(1)检测仪表(2)显示仪表(3)集中控制装置(4)调节仪表(5)执行器,3.按仪表的组成形式来分类(1)基地式议表:特点是将测量、控制、显示等各部分装置装在一个表壳内形成一个整体.仪表主要使用在控制系统的现场，称其为“基地式”仪表(2)单元组合式仪表:仪表以功能划分，形成相对独立的标准单元（显示单元、控制单元、测量单元等），各单元之间以规定的标准信号相互联系，形成一个整体.我们可以根据实际工作的需要，选择一定的单元仪表，积木式地组合起来，构

7、成各种复杂程度不同的自动控制系统,第五节温度检测及仪表,一、温度检测方法1.利用物体受热体积膨胀的性质来测温。例：双金属温度计,例：,2.利用工作物质的压力随温度变化的原理测温。例：压力式温度计,温包,毛细管,弹簧管,3.利用金属导体的电阻随温度变化而变化的性质测温。4.利用热电现象。5.利用热辐射原理测温。,温度计的分类:1.按使用的测量范围分6000C以上的测温仪表叫高温计;6000C以下的测温仪表叫温度计。2.按用途分标准仪表、实用仪表。3.按工作原理分膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻高温计、辐射高温计。4.按测量方式接触式、非接触式。,表3-3常用温度计的种类及优缺点,

8、二、热电偶温度计,1、特点：它的测量范围广、结构简单、使用方便、测量准确可靠，便于信号的远传、自动记录和集中控制。2、组成热电偶温度计是由三部分组成的：,1）热电偶（感温元件）；,2）连接热电偶和测量仪表的导线,3）测量仪表；,3、热电偶,它是有两种不同材料的导体A和B焊接而成，焊接的一端插入被测介质中，感受被测温度，称为工作端或热端，另一端与导线相连，称为冷端或自由端。,1）热电现象及测温原理热电现象两根不同材料的金属导线A和B,将其两端焊在一起,这样就组成一个闭合回路,如将其中的一端加热,此闭合回路中就有热电势产生,这种现象称为热电现象。,测温原理,接触电势:它仅和两金属材料和接触点温度有

9、关。闭合回路中总的热电势E（t，t0）为：,结论如果一端温度t0保持不变，即eAB(t)为常数，则E（t，t0）就成为另一端温度t的单值函数，而和热电偶的长短及直径无关。这样，只要测出热电势的大小，就能判断测温点温度的高低，这就是热电偶的测温原理。,2）插入第三种导体,结论：只要接入第三种导体的两个连接点温度相同，它的接入对回路电势毫无影响。,3）热电偶的材料,1)具有稳定的化学及物理特性；2)热电势要大；并且与温度接近线性关系。3)材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；复现性好，便于成批生产,要求,表3-4工业用热电偶,分度号：B、S、K、E,Et=180,11949V,K10000V,t

10、=246,4）热电偶的结构,4、补偿导线,1）问题：热电偶太短,冷端不冷.热电偶太长,价格昂贵.2）解决的办法是采用一种专用的导线,将热电偶的冷端延伸出来,这种专用的导线就叫补偿导线,5、冷端补偿,1）问题：工业上常用的各种热电偶的温度热电势关系曲线是在冷端温度保持为0的情况下得到的,与它配套使用的仪表也是根据这一关系曲线进行刻度的，但冷端温度不是0。2）解决的方法：校准仪表零点法冰水浴法,冷端温度修正法,补偿公式：,例：用镍铬铜镍热电偶测量某加热炉的温度,测得的热电势E（t,t1）=66982V,而冷端的温度t1=30,求被测的实际温度.解：由附表三可以查得E（30,0）=1801V,E（t

11、,0）=E（t,30）E（30,0）66982180168783V,再查附表三可以查得,68783V对应的温度为900问:E（t,t1）=66982V=876.6876.6+30=906.6正确吗?,补偿电桥法,1)组成：测量电桥、电源部分热电偶、显示仪表2)工作原理：t=0R1=R2=R3=RcuR1R3=R2RcuUab0t0R1=R2=R3阻值不变tRcuUabUab补偿由于冷端温度变化而引起的热电势变化,热电偶补偿法,设置补偿热电偶是为了使多支热电偶的冷端温度保持恒定.,例1：设有一台精度等级为0.5级的电子电位差计，量程为01000，在正常情况下进行检验，测得的最大绝对误差为+6，问

12、该电子电位差计是否合格？,解：仪表允许的最大绝对误差为：max=1000（0.5%）=5现测得的最大绝对误差为65，故该电子电位差计不合格。,例2：如图所示的两种测温方法，问A表和B表的指示值哪一个高？为什么？,答：A与B指示值一样。A图中热电偶的热端温度为300，冷端温度30；B图中热电偶热端温度也为300，冷端由于接了补偿导线，其热电特性与热电偶相同，相当于延伸到了30的地方。故二者输入显示仪表的热电势完全相同，因此A与B表的指示值一样。,例3：现用一只分度号为K的热电偶测量某炉温，已知热电偶冷端温度为20，显示仪表（本身不带冷端温度补偿装置）读数为400，1）若没有进行冷端温度补偿，求实

13、际炉温为多少？2）若利用补偿电桥（0时平衡）进行了冷端温度补偿，实际炉温又为多少？为什么？,解：由K热电偶的分度表可知，E（400，0）E（20，0）,=16.395mV,0.798mV,1）设实际温度为T解：若没有进行冷端温度补偿，则输入显示仪表的电势为热电偶所产生的热电势，由显示仪表读数为400可知，E入=E（T，20）=E（T，0）-E（20，0）E入=16.395，即E（T，0）=E入+E（20，0）=16.395+0.798=17.193查K热电偶的分度表可知，对应的实际温度：T=418.9,2）设实际温度为T若进行了冷端温度补偿，则输入显示仪表的电势为热电偶所产生的热电势E（T，2

14、0）加上补偿电桥的输出电势E（20，0），即E入=E（T，20）+E（20，0）E入=E（T，0）=E（400，0）因此，对应的实际温度T=400。,例4：用分度号为K的热电偶进行测温，误用了分度号为E的补偿导线接配在型号为K的电子电位差计上（本身不带冷端温度补偿），如图已知电子电位差计读数为650，问被测实际值为多少？,解：输入仪表的电势为：E入=27.022设被测实际值为T，由线路可知：E入=EK（T，40）+EE（40，20）即EK（T，0）=EK（40，0）EE（40，0）+EE（20，0）+E入=1.6112.419+1.192+27.022=27.406mV查K热电偶的分度表可得T

15、=659,四、热电阻温度计,1、特点：热电偶温度计适用于500以上热电阻温度计测温范围在200500有远传、自动记录和集中控制等优点。2、系统组成,1）热电阻,2）连接它们的导线,3）显示仪表,3、测温原理热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。,对于呈线性特性的电阻来说，其电阻值与温度关系如下式,作为热电阻的材料一般要求是：在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的复制性；电阻值随温度的变化关系，最好呈线性。电阻温度系数、电阻率要大；,4.工业常用热电阻,1）铂电阻特点：易于提纯、稳定性好，但在高温下很容易被沾污,使铂丝变脆,并改变了其电阻与温度间

16、的关系。在0-6500C范围内，铂电阻与温度的关系Rt=Rt0(1+At+Bt2+Ct3)A、B、C是常数，由试验求得,热电阻分度号Pt10,Pt100(R0=10,R0=100)例:Pt10022？150？,2）铜电阻特点：易加工提纯，价格便宜，电阻温度系数很大，且电阻与温度呈线性关系，但易被氧化、电阻率小、电阻体较大。50150其电阻值与温度的关系如下：Rt=Rt01+(t-t0)铜的电阻温度系数4.2510-3分度号：Cu50,Cu100,5、热电阻的结构,五、电动温度变送器,温度变送器有三种类型:,热电偶温度变送器；,热电阻温度变送器；,直流毫伏变送器。,1）热电偶温度变送器,1.输入

17、电桥Rcu随温度变化而变化，起冷端温度补偿作用R3是调零电阻2.放大电路直流放大作用，其放大倍数较大，抗干扰能力较强3.反馈电路来补偿热电偶的非线性，使其输出线性。,2）热电阻温度变送器,输入电路两线制问题：引线电阻不能忽略且电阻值随温度变化而变化，影响测量精度。,三线制,电桥的性质：R1R3R2R4三线制目的：热电阻与测量电桥配用时,分别将引线接入两个桥臂,可以较好地消除引线电阻的影响,提高测量精度.,一体化温度变送器,它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专用接线盒内的一种温度变送器。,结构,变送器模块的正常工作温度,-20+80,AD693构成的热电偶温度变送器的电路原理图,3)智能式

18、温度变送器,以SMART公司的TT302温度变送器为例加以介绍。,优点,结构,由硬件部分和软件部分两部分构成。,可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度；具有量程范围宽、精度高；环境温度和振动影响小、抗干扰能力强；质量轻；安装维护方便。,1.TT302温度变送器的硬件构成,输入板主电路板液晶显示器,2.TT302温度变送器的软件构成,系统程序功能模块,六、测温元件的安装,1)测温元件的安装要求应保证测温元件与流体充分接触，以减少测量误差。,2）测温元件的感温点应处于管道中流速最大处。,（4）若工艺管道过小（直径小于80mm），安装测温元件处应接装扩大管.,（5）热电偶、热电阻的接线盒面盖应向上，以避免雨水或其他液体、脏物进入接线盒中影响测量.,（6）为了