第六章 仪表.ppt

1、工业电气自动化过程控制,1,第六章 过程控制仪表,完整的控制系统被控对象、检测仪表、变送器、调节器和执行器,工业电气自动化过程控制,2,检测元件感受工艺变量的变化，并将它转换成对应信号。 变送器的作用是将检测元件的检测信号转换成统一标准的气压信号或直流电流信号，送往其他控制装置。 控制仪表所使用的能源可以划分为电动仪表、气动仪表和液动仪表。,工业电气自动化过程控制,3,6.1 概述,检测仪表：包括检测元件（敏感元件、传感器）变送器和显示装置。 检测元件工艺变量响应输出和变量成对应关系的电信号 例 热电阻测量温度,工业电气自动化过程控制,4,三条基本要求,检测值要能正确反映被测量变量的大小，误差

2、不超过规定的范围。 测量值必须迅速反映被测量变量的变化，即动态响应比较迅速。 检测仪表在工作环境条件下，应能长期正常工作，以保证测量值的可靠性。,工业电气自动化过程控制,5,一、测量误差,测量误差仪表指示值与其真实值的差异。 精度表示仪表测量结果的可靠程度。 测量误差的产生： 检测过程中，所使用的工具本身的准确性 检测环境发生变化 测量者的主观意志差别,工业电气自动化过程控制,6,绝对误差和相对误差,绝对误差指仪表指示值x和被测量的真实值x0间的差值 |x-x0| 绝对误差用标准表（精确度较高）和该表（精确度较低）对同一变量测量时所得到的两个读数值之差 一般不用绝对误差来判断仪表的质量,工业电

3、气自动化过程控制,7,仪表的精度不仅与绝对误差有关，而且与量程有关 例 两台量程不同的仪表，如果绝对误差相同，则量程大的仪表精度较高。 同一台仪表量程发生变化，也影响测量的准确性。 采用相对百分误差(折合成仪表量程的百分数)来判断。 相对误差（仪表引用误差）绝对误差与测量标尺范围（量程）之比。,工业电气自动化过程控制,8,相对误差 最大引用误差（最大相对百分误差、允许误差） ：允许误差 x：被测变量的测量值 x0：被测变量真实值 (xx0)max：最大绝对误差,工业电气自动化过程控制,9,二、仪表性能指标精确度,仪表的精度等级：按国家统一规定的允许误差大小划分成若干等级的。 仪表精度等级数值越

4、小仪表测量准确度越高。 我国生产的仪表精度等级：0，0.05，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。,0.5,1.0,工业电气自动化过程控制,10,例1.某台测温仪表的量程是6001100，仪表的最大绝对误差为4，试确定该仪表的允许误差与精度等级。,解： 相对百分误差最大值： max4/(1100-600)1000.8 仪表的精度等级应定为1.0级,工业电气自动化过程控制,11,例2.仪表量程是6001100，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过4，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？,解： 仪表相对百分误差的最大值： max4/(1100-

5、600)1000.8。 如果选择1.0，则其精度等级应为1.0级，量程为6001100，可能产生的最大绝对误差为5，超过了工艺的要求。 只能选择允许误差为0.5，即精度等级为0.5级的仪表，才能满足工艺要求。,工业电气自动化过程控制,12,校验仪表时确定仪表的精度等级与根据工艺要求来选择仪表的精度等级意义不一样： 例1，仪表的允许误差仪表的相对百分误差的最大值； 例2，仪表的允许误差工艺要求计算出的相对百分误差的最大值； 标准表0.05级以上的仪表 工业现场采用表精度0.5级以下,工业电气自动化过程控制,13,量程和精度问题 仪表测量精度与量程有关 在仪表精度等级一定的前提下适当缩小量程，可以

6、减小测量误差，提高测量准确性 仪表上限：被测变量的4/3倍或3/2倍，若变量波动较大，取3/2倍或2倍。 被测变量的值不低于仪表全量程的1/3。,工业电气自动化过程控制,14,三、变送器量程调整，零点调整和零点迁移,1、变送器基本原理基于负反馈原理工作,变送器输出与输入之间的关系：,KF1 ：,K,工业电气自动化过程控制,15,变送器输入和输出关系的示意图,x被测参数（变送器测量范围的上下限） y输出信号（标准信号的上下限）,转换系数C和反馈系数F是常数，则变送器的输出和输入将保持良好的线性关系,工业电气自动化过程控制,16,2、量程调整、零点调整和零点迁移,(1)量程调整 改变变送器输入输出

7、特性的斜率（改变变送器输出信号y与被测参数x之间的比例系数）,变送器量程调整前后的输入输出特性,F，量程 F，量程,工业电气自动化过程控制,17,（2）零点调整和零点迁移,零点调整和零点迁移的目的使变送器输出信号的下限值ymin与测量范围的下限值xmin相对应。 xmin0 零点调整 xmin0 零点迁移,工业电气自动化过程控制,18,一差压法液位测量中，变送器量程缩小和零点迁移示意图。由于气、液两相接口相距500mm，被测液位经常在25050mm范围内波动，如把量程由0500mm改为150350mm。调整方法：先缩小量程，将量程调整为0200mm，再零点迁移，使零点移到150mm处，同时量程

8、范围也被改成了150350mm。,工业电气自动化过程控制,19,6.2 温度检测变送仪表,温度是表示物体冷热的物理量，是工业生产和实验中最常见最重要的参数之一 电力、化工、制药生产 热电偶、热电阻,工业电气自动化过程控制,20,6.2.1 热电偶,一、热电偶的测温原理 热电效应：热电偶产生的热电势E随被测温度的变化而变化热电势作为温度测量的信息 什么是热电效应？ 公式证明，温度越高自由电子的活动越活跃从金属A迁移到金属B的电子越多电势越高。 金属A、B确定后，接触点的电势只和温度有关热电势。,工业电气自动化过程控制,21,热电偶的热电效应,A、B称为热电极，A为正极，B为负极,工作端或热端,参

9、比端或冷端,EAB()：热端为时，A、B接点处产生的热电势 EAB(0)：冷端为0时，A、B另一接点处产生的热电势,保持不变,工业电气自动化过程控制,22,二、热电偶温度计,热电偶测量温度时，要在热电偶回路中引入第三种导体，以便接入测量仪表。 热电偶回路可以接入各种显示仪表、变送器、连接导线等。 热点偶温度计基本的组成,工业电气自动化过程控制,23,热点偶温度计的外观,工业电气自动化过程控制,24,一个实际问题：A、B加了导线后，两接点处温度不同，产生电势。应使冷端的温度不变。实际的热电偶很短。为使得冷端温度保持恒定，把热电偶做的很长？ 采用方法：补偿导线和热电偶冷端连接,补偿导线,工业电气自

10、动化过程控制,25,工业上常用的热电偶的类型,工业电气自动化过程控制,26,6.2.2 热电阻,热电阻温度计测量范围一般在-200500 热电阻温度计测量一般比较准确，输出信号很大。 结构：由热电阻、显示仪表以及连接导线组成 热电阻测温原理：金属导体或半导体的电阻随温度的变化而变化。测出感温元件热电阻的阻值变化，测得被测温度。,工业电气自动化过程控制,27,工业常用热电阻,工业电气自动化过程控制,28,6.2.3 热电偶、热电阻的选用,一、选型 一般热电偶用于较高温度的测量。 在中低温区采用热电阻进行测温。 选用热电偶和热电阻时，应注意工作环境，如环境温度、介质性质(氧化性、还原性、腐蚀性)等

11、，选择适当的保护套管、连接导线等。,工业电气自动化过程控制,29,二、安装,1、选样有代表性的测温点位置，检侧元件有足够的放置深度。测量管道流体介质温度时，应迎着流动方向放，测温点应处在管道小心位置，且流速最大。 2、热电偶或热电阻的接线盒的出线孔应朝下，以免积水及灰尘等造成接触不良，防止引入干扰信号。 3、检测元件应避开热辐射强烈影响处。要密封安装孔，避免被测介质选出或冷空气吸入而引入误差。,工业电气自动化过程控制,30,6.3 压力检测仪表,压力是生产过程中的一个重要参数 如 合成氨气 32MPa 有些变量的测量，可以通过测量压力来获得 如流量的测量，可以通过压力的测量来获得的,工业电气自

12、动化过程控制,31,6.3.1 压力的表示方法,绝对压力：指物体所受的实际压力的大小。 表压：指大于大气压力的绝对压力和大气压力之差（压力仪表所测得的压力）。 p表压力=p绝对压力-p大气压力 真空压：指大气压力与低于大气压力的绝对压力之差。 p真空压= p大气压力- p绝对压力,工业电气自动化过程控制,32,p表压力=p绝对压力-p大气压力p真空压=p大气压力- p绝对压力,工业电气自动化过程控制,33,6.3.2 常用压力检测仪表,一、弹性压力仪表 原理：利用弹性元件在被测介质的压力作用下，产生弹性形变而制成。 结构简单，牢固可靠，使用方便，价格低廉，精度很好，测量范围宽（几百帕上千兆帕）

13、。 可增加附加装置，如电气变换装置、控制元件等等，实现压力的远传、报警、自动控制等等。,工业电气自动化过程控制,34,单圈弹簧管,单圈螺旋弹簧管,膜片,膜盒,波纹管,工业电气自动化过程控制,35,二、电气式压力表,电气式压力表：把压力转换为电阻、电容、电感或者电势等电量。从而实现压力的间接测量的压力表。 特点：反应快，测量范围广，精度高。方便远距离的传送，在生产过程中可以实现压力自动检测、自动控制和报警。 适用场合：测量压力变化快、高真空、超高压等。,工业电气自动化过程控制,36,压力怎么转换为电量？,金属丝受到外力作用的时候，发生应变。 应变：在外力作用下金属产生机械形变，使电阻值随之发生相

14、应的变化。 金属丝：截面积A，长度L，电阻率。 R=（L/A）=L/（r2） 应变的发生带来电阻值的改变： 受力后几何形状的变化电阻相对变化； 电阻率因变形发生变化电阻相对变化。,工业电气自动化过程控制,37,当R1R2，测量电路平衡，输出为零。 当R1R2，测量电路输出不平衡电压信号。 根据电压信号随压力变化实现压力间接测量。,测量桥路等效电路,工业电气自动化过程控制,38,6.3.3 压力检测仪表的选择,选用的主要依据： 必须满足工艺生产过程的要求，包括量程和精度。 必须根据被测介质的性质选用，如温度高低，工作压力大小，粘度、腐蚀性强弱，易燃易爆程度等。 必须注意仪表安装使用的现场条件，如环境温度、电磁场、振动。,工业电气自动化过程控制,39,1）压力仪表量程的选择。 一般压力表的上限值应为被测压力最大值的3/2； 一般被测压力的最小值应不低于仪表量程的1/3。 2）压力仪表精度等级的选择